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單片機基礎導學課件制作
摘要:介紹了本課題的課題背景、研究意義及完成的功能。本系統(tǒng)是以單片機基本知識來進行軟件設計,指令的執(zhí)行速度快,節(jié)省存儲空間。為了便于擴展和更改,軟件的設計采用模塊化結構,使程序設計的邏輯關系更加簡潔明了。使硬件在軟件的控制下協(xié)調運作。 正文中首先簡單描述系統(tǒng)硬件工作原理,且附以系統(tǒng)硬件設計框圖。其次闡述了程序的流程和實現(xiàn)過程。本文撰寫的主導思想是軟、硬件相結合,以硬件為基礎,來進行各功能模塊的編寫。最后對我所開發(fā)的設計思想和軟、硬件調試作了詳細的論述。
關鍵詞:單片機;POWERPOINT,多媒體課件制作,軟件應用。
1.引言
單片機亦稱微控制器,顧名思義,這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路,即可進行簡單運算和控制。因為它體積小,通常都藏在被控機械的“肚子”里。它在整個裝置中,起著有如人類頭腦的作用,它出了毛病,整個裝置就癱瘓了?,F(xiàn)在,這種單片機的使用領域已十分廣泛,如智能儀表、實時工控、通訊設備、導航系統(tǒng)、家用電器等。各種產品一旦用上了單片機,就能起到使產品升級換代的功效,常在產品名稱前冠以形容詞——“智能微電腦型”,如智能型熱水器等。
計算機是人類制造的用于信息處理的機器。這種機器只能在人的控制下,將輸入的數(shù)據(jù)信息,按照人們的要求進行存儲、分類、整理、判斷、計算、決策和處理等操作。
目前,微型計算機主要用在以下幾個方面:數(shù)值計算、數(shù)據(jù)處理與信息加工、計算機輔助功能、人工智能、計算機通信、多媒體、計算機檢測和過程控制等。微型計算機在檢測和過程控制方面的應用具有簡便、快捷、準確、可靠等優(yōu)點,便于實現(xiàn)各種生產過程自動化。在改造傳統(tǒng)產業(yè)、節(jié)約能源、提高產品質量和生產效率、改善生產者勞動條件等方面,具有十分重要的作用。
學習單片機是否很困難呢?應當說,對于已經具有電子電路,尤其是數(shù)字電路基本知識的讀者來說,不會有太大困難,如果你對PC機有一定基礎,學習單片機就更容易。為使絕大多數(shù)讀者能用上單片機。我們這里將盡量按深入淺出、理論聯(lián)系實際的原則把單片機的基本工作原理、使用方法交給讀者,以達到把大家領進單片機之“門”的目的。不過,單片機和PC機一樣,是實踐性很強的一門技術,有人說“計算機是玩出來的”,單片機亦一樣,只有多“玩”,也就是多練習、多實際操作,才能真正掌握它。因此,本講座會提供各種練習和實驗,并介紹一些適用于初學者且性價比較高的單片機和開發(fā)系統(tǒng)的貨源。你只有認真完成成這些實踐環(huán)節(jié),才能為進一步深造,打好基礎。
只要你有恒心、有決心,跟隨我們的“連載”一步步走下去,將來就一定能在單片機世界里遨游。
基于MSP430 單片機的電源監(jiān)控管理系統(tǒng) 引言 大功率直流開關電源由PFC 和DC-DC 變換器組成,為了提高可靠性,并能夠對其進行脫機或遠程監(jiān)控管理,在開關電源模塊內設置監(jiān)控管理系統(tǒng)。
該系統(tǒng)對電源故障類進行監(jiān)控,對電源輸出的電壓電流進行自動設定和調節(jié),通過串行通信接口,與遠程中心監(jiān)控站進行遠程監(jiān)控和管理,這一功能在通信系統(tǒng)基站供電系統(tǒng)中尤為重要。本文提出了一種基于MSP430單片機的電源監(jiān)控管理系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)。
1 系統(tǒng)結構和硬件電路設計 系統(tǒng)的整體設計結構如圖1所示。本系統(tǒng)采用的核心芯片為TI公司推出16位系列單片機MSP430。
MSP430具有集成度高,外圍設備豐富,超低功耗等優(yōu)點。單片集成了多通道12bit的A/D轉換、片內精密比較器、多個具有PWM功能的定時器、片內USART、看門狗定時器、片內數(shù)控振蕩器(DCO)、大量的I/O端口以及大容量的片內存儲器,采用串行在線編程方法,單片可以滿足絕大多數(shù)的應用需要。
MSP430的這種高集成度使應用人員不必在接口、外接I/O及存儲器上花太多的精力,而可以方便的設計真正意義上的單片系統(tǒng),在許多領域得到了廣泛的應用。下面介紹該系統(tǒng)可以實現(xiàn)的功能和基于MSP430F149的電控系統(tǒng)的設計。
1.1 系統(tǒng)功能: a.開機控制。上電后,單片機開始工作,按下電源鍵,點亮指示燈后,將電網220V接入PFC,開關電源啟動工作,然后接于負載。
b.電壓設定和調節(jié)。用單片機A/D口采集開關電源的輸出電壓值,并顯示于液晶屏上,通過單片機控制數(shù)字電位計調節(jié)輸出電壓值,實現(xiàn)自動調節(jié);或者通過鍵盤的左右鍵選出電壓調節(jié)頁面,用上下鍵進行手動調節(jié);也可以通過通信接口實現(xiàn)遠程調節(jié)。
c.電流調節(jié)。多臺開關電源并聯(lián)使用時,要求各臺電源的負載電壓相等。
單片機A/D口采集轉換成電壓值的負載電流值,通過通信口得到各臺電流值,取電流平均值,控制數(shù)字電位計調節(jié)輸出電壓,使輸出負載電流達到平均值;或者通過鍵盤的左右鍵選出電流調節(jié)頁面,用上下鍵進行手動調節(jié)。 d.故障報警。
單片機通過光電耦合器檢測到各項輸入輸出故障時,揚聲器產生蜂鳴,相應的報警燈閃爍,并在液晶屏上顯示故障類型及處理方法。 e.監(jiān)測。
單片機A/D口對電網電壓,輸出電壓,輸出電流進行采集測量,當出現(xiàn)超限時進行報警。 f.通信。
包括單片機與各臺開關電源間的通信和單片機與中心監(jiān)控站的通信。 1.2 電壓調節(jié)電路 電壓調節(jié)電路由單片機、數(shù)字電位計X9313和可調分流基準芯片TL431組成,其電路原理圖如圖2所示。
Xicor9313是固態(tài)非易失性電位器,可用作數(shù)字控制的微調電位器。TL431是TI生產的一個有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調分流基準源,它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設置到從VREF(2.5V)到36V范圍內的任何值。
工作時,單片機的一個IO控制INC計數(shù)輸入腳,為其提供計數(shù)脈沖,此輸入端為下降沿觸發(fā)。另一個IO控制U/D升降輸入端,當U/D為高電平時,X9313內部計數(shù)器進行加法計數(shù),VW端的輸出電壓上升,由于VW接地,使VH端電壓降低,而TL431的REF輸出端電壓為恒定的2.5V,從而使Vcc處輸出電壓升高;同理當U/D為低電平時,Vcc處輸出電壓降低,這樣就實現(xiàn)了電壓輸出調節(jié)。
1.3 模擬數(shù)據(jù)采集 MSP430F149內嵌入一個高精度的,具有采樣與保持功能的12位ADC轉換模塊,內部提供各種采樣與保持時鐘源。MSP430有8個外部輸入通道可選, 最高采樣速度可達200KHZ,并且還內置溫度傳感器,可以測量芯片內的溫度,如果測量溫度高于或低于預設的溫度是,可以通過外接部件顯示告警信息,同時具有6種可編程選擇的內部參考電壓。
該轉換模塊為一些需要模擬量采集的場合提供了便利。我們選擇的參考電壓是0~2.5V,這樣MSP430F149的AD分辨率就是2.5/4096 = 0.61V左右。
由于輸入的模擬電壓量較高,不能直接與單片機的ADC采樣端口相連,因此用串聯(lián)一個滑動變阻器的方法進行了降壓處理,成功解決了上述問題。 1.4 人機對話設計 系統(tǒng)的人機操作界面由液晶顯示屏、指示燈和鍵盤組成。
液晶選用的是基于T6963C 的液晶模塊YM12864。鍵盤采用的是3*3 的陣列接法,系統(tǒng)采用了圖形用戶界面,操作簡單易行,顯示實用美觀。
工作時,液晶屏可以實時顯示采集到的電網電壓、輸出電壓、輸出電流及各種報警信息,操作相應鍵盤可以進行顯示頁面的切換,對輸出電壓,輸出電流進行自動、手動及遠程控制調節(jié)。當有報警信息產生時,相應得指示燈會閃爍警示,同時與單片機連接的揚聲器會產生報警蜂鳴聲,以提醒操作人員做出相應的處理。
2 系統(tǒng)軟件設計 430 支持匯編語言和C 語言兩種語言編程,因此可以在一個工程文件中同時用兩種語言,使用匯編語言,便于在調試時尋找邏輯和指令的聯(lián)系及地址的定位正確與否。使用C 語言進行編程大大減少了工作量,編好后的程序可讀性好,易于修改和維護。
開發(fā)工具使用IARSystems 公司的IAR Embedded Workbench,它集成了編輯、編譯、鏈接、下載與在線調試(Debug)等多種功能,使用方便,并具備高效的C 語言編譯能力。 考慮到軟件開發(fā)效率及可維護性,系統(tǒng)軟件設計遵循模塊化。
單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。
概括的講:一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質量輕、價格便宜、為學習、應用和開發(fā)提供了便利條件。
同時,學習使用單片機是了解計算機原理與結構的最佳選擇。 單片機內部也用和電腦功能類似的模塊,比如CPU,內存,并行總線,還有和硬盤作用相同的存儲器件,不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多,不過價錢也是低的,一般不超過10元即可。
用它來做一些控制電器一類不是很復雜的工作足矣了。
我們現(xiàn)在用的全自動滾筒洗衣機、排煙罩、VCD等等的家電里面都可以看到它的身影。
它主要是作為控制部分的核心部件。 它是一種在線式實時控制計算機,在線式就是現(xiàn)場控制,需要的是有較強的抗干擾能力,較低的成本,這也是和離線式計算機的(比如家用PC)的主要區(qū)別。
單片機是靠程序的,并且可以修改。通過不同的程序實現(xiàn)不同的功能,尤其是特殊的獨特的一些功能,這是別的器件需要費很大力氣才能做到的,有些則是花大力氣也很難做到的。
一個不是很復雜的功能要是用美國50年代開發(fā)的74系列,或者60年代的CD4000系列這些純硬件來搞定的話,電路一定是一塊大PCB板!但是如果要是用美國70年代成功投放市場的系列單片機,結果就會有天壤之別!只因為單片機的通過你編寫的程序可以實現(xiàn)高智能,高效率,以及高可靠性! 由于單片機對成本是敏感的,所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級匯編語言,它是除了二進制機器碼以上最低級的語言了,既然這么低級為什么還要用呢?很多高級的語言已經達到了可視化編程的水平為什么不用呢?原因很簡單,就是單片機沒有家用計算機那樣的CPU,也沒有像硬盤那樣的海量存儲設備。一個可視化高級語言編寫的小程序里面即使只有一個按鈕,也會達到幾十K的尺寸!對于家用PC的硬盤來講沒什么,可是對于單片機來講是不能接受的。
單片機在硬件資源方面的利用率必須很高才行,所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。一樣的道理,如果把巨型計算機上的操作系統(tǒng)和應用軟件拿到家用PC上來運行,家用PC的也是承受不了的。
可以說,二十世紀跨越了三個“電”的時代,即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進入的電腦時代。不過,這種電腦,通常是指個人計算機,簡稱PC機。
它由主機、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計算機,大多數(shù)人卻不怎么熟悉。
這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機(亦稱微控制器)。顧名思義,這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路,即可進行簡單運算和控制。
因為它體積小,通常都藏在被控機械的“肚子”里。它在整個裝置中,起著有如人類頭腦的作用,它出了毛病,整個裝置就癱瘓了。
現(xiàn)在,這種單片機的使用領域已十分廣泛,如智能儀表、實時工控、通訊設備、導航系統(tǒng)、家用電器等。各種產品一旦用上了單片機,就能起到使產品升級換代的功效,常在產品名稱前冠以形容詞——“智能型”,如智能型洗衣機等。
現(xiàn)在有些工廠的技術人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產品,不是電路太復雜,就是功能太簡單且極易被仿制。究其原因,可能就卡在產品未使用單片機或其它可編程邏輯器件上。
我本身也是學單片機的專業(yè),所以個人建議,你去學習一下郭天詳10天學會單片機,我也是從他的視頻開始學習的,然后自己做出仿真,去驗證他的程序。
首先你模仿他的程序先,基本是得看懂C語言,學單片機的基本都懂,
然后再慢慢變花樣:比如開始的流水燈,你就自己設置自己想要的變化,
接下來學習到了時鐘的程序的話,你就自己加入比如按鍵調整的程序等等,在模仿以及改變程序中提升自己,初學者都是這樣做的,
更到后面的話,你就學習一下傳感器的程序,AD/DA的程序,你會接觸到中斷,定時器等這樣的知識。..
希望你有幫助?。?!
基于單片機的MRI仿真脈沖發(fā)生器的設計 摘要:在功能磁共振實驗設計中,需要利用脈沖發(fā)生器模擬磁共振設備的掃描脈沖以實現(xiàn)精確的時間控制。
本文提出了一 種基于單片機PIC16F877的MRI仿真低頻脈沖發(fā)生器設計方案,用于需要精準時序的功能磁共振實驗設計。本裝置的核心 部分是單片機PIC16F877,通過單片機的軟件來產生不同頻率和占空比的脈沖波。
通過選擇開關來實現(xiàn)脈沖周期和占空比 的調節(jié);同時用數(shù)碼管LED顯示脈沖的相應周期。由此裝置得到的脈沖幅度為5V,可調周期范圍是0.5s~8.0s,精度為0.1s。
占空比有20%、30%、40%、50%4種可調。這種MRI仿真脈沖發(fā)生器使用簡單方便,產生的低頻脈沖精度高并且穩(wěn)定性好,能 很好的模擬功能磁共振實驗中需要的脈沖信號。
關鍵詞:單片機;脈沖發(fā)生器;磁共振;模擬1引言 磁共振成像(MRI)技術是利用原子核在磁場內共振所產生 信號經重建成像的一種成像技術。磁共振成像技術不僅能提供 體內組織器官的形態(tài)學信息,而且能提供諸如組織代謝等多方 面的為醫(yī)學臨床和科研所十分重視的生理信息,是一種十分重 要的醫(yī)學信息檢測手段。
功能磁共振成像是以反映器官功能狀 態(tài)成像為目標的磁共振成像技術。在功能磁共振成像技術中需 要精確脈沖時序,因此有必要研究脈沖序列發(fā)生器來模擬它所 需要的這種脈沖。
目前脈沖序列發(fā)生器的裝置很多,但是多是以硬件方式來 實現(xiàn)的,長期以來都是由模擬電路構成的。由這類儀器發(fā)出的 脈沖信號,在高頻范圍內其頻率穩(wěn)定度高,可調性好。
然而,在 磁共振成像中通常需要用到低頻脈沖信號來控制實驗。由模 擬電路生成的低頻脈沖性能不能令人滿意,同時此類裝置體積 大、操作復雜,使用起來很不方便。
利用單片機程序設計方法產 生波形,其頻率低限幾乎無限制、穩(wěn)定性好,而且其裝置體積小,頻率幅值控制可直接由鍵盤輸入使用方便,無需進行其他任何 調節(jié)。本文介紹一種以單片機PIC16F877為核心的MRI仿真脈 沖發(fā)生器。
該裝置操作簡單、使用方便,通過選擇開關可以調節(jié) 輸出脈沖的頻率和占空比。得到的脈沖精度高并且穩(wěn)定性好,能很好的模擬功能磁共振實驗設計中需要的脈沖信號。
2硬件設計 硬件設計基本原理如圖1所示。 整個電路以單片機PIC16F877為核心,選擇開關與單片機 相連來控制輸出脈沖的周期和占空比,數(shù)碼管LED用于顯示輸 出脈沖的周期,脈沖從單片機的RA0口輸出。
PIC16F877是美國Microchip公司生產的產品,PIC16F877 具有性能完善、功能強大、開發(fā)方便以及人機界面友好等突出 優(yōu)點。PIC16F877的硬件系統(tǒng)設計簡潔,指令系統(tǒng)設計精煉。
PIC16F877采用獨特的哈佛總線結構,徹底將芯片內部的數(shù)據(jù) 總線和指令總線分離,從而大大提高了CPU執(zhí)行指令的速度和 工作效率。PIC16F877采用CMOS結構,使其功率消耗極低。
PIC16F877的I/O端口驅動負載的能力較強,每個輸出引腳可 以驅動多達20—25mA的負載,既能夠高電平直接驅動發(fā)光二 極管LED、光點耦合器、小型繼電器等,也可以低電平直接驅 動,這樣就可大大簡化控制電路。 本裝置中單片機PIC16F877的RB0、RB1、RB2、RB4、RB5、RA1、RA2、RA4、RA5作為輸入口與9位選擇開關相連,通過控 制選擇開關來控制輸出脈沖的周期和占空比。
單片機讀取這些 口的值,然后控制RA0口輸出相應頻率和占空比的脈沖,同時 通過C口和D口來控制數(shù)碼管顯示相應的周期。一般單片機并 不具備直接驅動數(shù)碼管顯示的能力,I/O端口帶負載能力是非 常有限的;而PIC16F877具有較強的端口驅動能力,對一般數(shù) 碼管完全可以直接驅動。
具體電路如圖2所示。電路工作時,用戶根據(jù)需要只要通過選擇開關就能控制脈 沖的輸出頻率和占空比,可以通過LED的顯示知道輸出脈沖 的周期。
選擇開關為9位,前7位用于控制輸出脈沖的周期,輸 出脈沖的周期有128種可調。選擇開關的后兩位用于調節(jié)輸出 波形的占空比,設計了占空比分別為20%、30%、40%、50%的脈 沖波。
3程序設計 脈沖的產生是由單片機軟件來實現(xiàn)的,軟件流程如圖3 所示。由于同時用了單片機的B口和A口作為輸入端口,讀取輸 入值的時候就把各腳的數(shù)相加得到十進制數(shù)M,然后單片機通 過判斷M的值來控制輸出波形的周期。
考慮到實際低頻應用中 常用到的范圍,現(xiàn)只設計周期為0.5s~8.0s的脈沖波,周期的變 化為0.1s。讀取周期信息部分程序代碼如下:BTFSS PORTB,5;判斷RB5口的信息 ADDLW 10H BTFSS PORTA,1;判斷RA1口的信息 ADDLW 20H 讀取RA4和RA5的信息作為占空比調節(jié)的信息,程序代 碼如下:MOVLW 00H BTFSS PORTA,4 ADDLW 01H BTFSS PORTA,5 ADDLW 02H;從占空比調節(jié)輸入端口RA4和RA5 讀取占空比的調節(jié)信息 MOVWF 25H 脈沖從單片機的RA0口輸出,脈沖輸出以及波形的周期和 占空比控制程序代碼如下:SCG BSF PORTA,D;輸出高電平 LOOP CALL D10MS DECFSZ 22H,F GOTO LOOP DECFSZ 26H,F GOTO LOOP;按占空比信息控制高電平的輸出時間 GOTO SCD4總結 由于在功能磁共振成像實驗中需要精準的脈沖序列,本文 設計了一種以單片機。
1.緒 論
二十世紀跨越了三個“電”的時代,即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進入的電腦時代。不過,這種電腦,通常是指個人計算機,簡稱PC機。它由主機、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計算機,大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機(亦稱微控制器)。顧名思義,這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路,即可進行簡單運算和控制。它的出現(xiàn)是近代計算機技術發(fā)展史上的一個重要里程碑,因為它體積小,通常都藏在被控機械的“肚子”里。它在這個裝置中,起著有如人類頭腦的作用,它出了毛病,整個裝置就癱瘓了。
單片機具有體積小、功能強、應用面廣等優(yōu)點,目前正以前所未見的速度取代著傳統(tǒng)電子線路構成的經典系統(tǒng),蠶食著傳統(tǒng)數(shù)字電路與模擬電路固有的領地。它的體積小、質量輕、價格便宜、為學習、應用和開發(fā)提供了便利條件。同時,學習使用單片機了解計算機原理與結構的最佳選擇。
現(xiàn)在,這種單片機的使用領域已十分廣泛。彩電、冰箱、空調、錄像機、VCD、遙控器、游戲機、電飯煲等無處不見單片機的影子,單片機早已深深地融入我們每個人的生活之中。
單片機能大大地提高這些產品的智能性,易用性及節(jié)能性等主要性能指標,給我們的生活帶來舒適和方便的同時,在工農業(yè)生產上也極大地提高了生產效率和產品質量。單片機按用途大體上可分為兩類,一種是通用型單片機,另一種是專用型單片機。
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【關鍵詞】單片機;模塊;監(jiān)控 本文所設計的汽車行駛記錄儀是基于兩片8051單片機作為控制系統(tǒng)的核心來進行設計的,整個系統(tǒng)分為六大模塊分別是:電源模塊、速度信號采集模塊、時鐘模塊、單片機模塊、存儲器模塊、顯示模塊。 一、電源模塊的設計 記錄儀作為車載設備,使用汽車電源。
汽車上的電源有兩個:汽車發(fā)電機和蓄電池。記錄儀的電源直接取自蓄電池,在發(fā)電機轉速和用電負載發(fā)生較大變化時,可保持汽車電網電壓的相對穩(wěn)定,同時,還可吸收電路中隨時出現(xiàn)的瞬時過電壓,以保護電子元件不受損害。
車輛使用的車載蓄電池標稱值有兩種 12V的和 24V的,因此為了得到需要的 5V的電壓,我選用了 DC-DC 電源轉換芯片。 二、速度信號采集模塊的設計 速度信號檢測模塊的原理是:汽車行駛過程中,車輪經過傳感器,單位時間內輸出一定的脈沖,傳感器輸出的脈沖通過差動放大電路的放大與整形,然后送到單片機 8051 的 T0端口進行脈沖計數(shù),與此同時 8051 的 T1 進行計時開始待到定時器產生中斷請求后,由計數(shù)器得到的脈沖數(shù)經過速度計算的公式和里程的計算后得到汽車行駛的速度和里程。
從而得到汽車的行駛速度和里程,存儲與 8051 的 RAM數(shù)據(jù)存儲區(qū)。 本系統(tǒng)采用霍爾傳感器將速度信號轉換為脈沖信號,考慮到傳感器的體積要小,便于安裝,誤差要盡量減小等要求,設計采用車輪旋轉一周速度傳感器要輸出若干個脈沖的方法。
本系統(tǒng)采用的是在變速器上安裝 3個小磁鋼,霍爾傳感器可相應的輸出 3 個脈沖用于速度信號的采集。速度信號采集模塊采用 THS118 型霍爾元件作為速度信號采集部分的速度傳感器。
三、時鐘模塊的設計 時鐘模塊主要是用于對時、分、秒、年、月、日和星期的計時。該模塊采用的芯片為DS12C887 時鐘芯片。
此芯片集成度高,其外圍的電路設計非常的簡單,且其性能非常好,計時的準確性高。 DS12C887為雙列直插式封裝。
其具體與單片機的連接如下所述:AD0~AD7雙向地址/數(shù)據(jù)復用線與單片機的P0口相聯(lián),用于向單片機交換數(shù)據(jù);AS 地址選通輸入腳與單片機的 ALE 相聯(lián)用于對地址鎖存,實現(xiàn)地址數(shù)據(jù)的復用;CS 片選線與單片機的 P2.6 相聯(lián),用于選通時鐘芯片;DS 數(shù)據(jù)選通讀輸入引腳與單片機的讀選通引腳相聯(lián),用于實現(xiàn)對芯片數(shù)據(jù)的讀控制;R/W 讀/寫輸入與單片機的寫選通引腳相聯(lián),用于實現(xiàn)對時鐘芯片的寫控制;MOT 直接接地,選用 INTEL 時序。IRQ引腳與 8051 的 INT1 相連,用于為時間的采集提供時間基準。
四、單片機模塊的設計 本系統(tǒng)采用兩片單片機,兩個單片機之間采用串行通訊,用于兩者之間的數(shù)據(jù)交換。其工作時序是由外部晶振電路提供的,本系統(tǒng)采用的晶振頻率是 12 兆 HZ。
其復位電路為自動上電復位。設計中所采用的單片機為 8051。
單片機在系統(tǒng)中主要是用來對其他模塊進行控制,是整個系統(tǒng)的核心部件。主單片機主要是用于對速度信號采集模塊、時鐘模塊和存儲模塊進行控制,同時還要與從單片機進行數(shù)據(jù)的交換。
其外圍的 I/O口主要與這些模塊的中心芯片的數(shù)據(jù)總線或地址總線相連,其控制總線與這些模塊的控制線相連。從單片機主要是用于對顯示和校時的控制,因此其 I/O口主要與 LCD顯示器的 I/O口相連,其控制線與 LCD顯示器的控制線相連。
由于從單片機的外部中斷源只有兩個,而我所設計的對時鐘的校時主要是通過外部中斷完成的,所以要對從單片機的外部中斷源進行擴展。本系統(tǒng)采用了 8259A 進行中斷源的擴展,從而實現(xiàn)對時鐘的校時。
五、儲模塊的設計 汽車行駛記錄儀對系統(tǒng)存儲數(shù)據(jù)的實時性及長久性要求很高,因此本系統(tǒng)我采用了ATMEL 生產的 AT29C010A Flash 性存儲器。其存儲空間為 16K,能夠滿足設計的要求。
AT29C010A是一種 5V在線閃速可電擦除的存儲器,具有掉電保護功能;方便的在線編程能力不需要高的輸入電壓,指令系統(tǒng)在 5V 電壓下即可控制對 AT29C010A 的讀取數(shù)據(jù),這與對 EEPROM 的操作相似。再編程能力是以每一分區(qū)為單位的,128 字節(jié)的數(shù)據(jù)裝入AT29C010A 的同時完成編程。
在一個再編程周期里,存儲單元的尋址和 128 字節(jié)的數(shù)據(jù)通過內部鎖存器可釋放地址和數(shù)據(jù)總線,這樣可為其它操作提供地址和數(shù)據(jù)總線。編程周期開始后,AT29C010A會自動擦除分區(qū)的內容,然后對鎖存的數(shù)據(jù)在定時器作用下進行編程。
六、示模塊的設計 顯示器主要是為人機交互提供即時的信息,能讓人們與機器進行很好的交流。在眾多種類的顯示器中,越來越多的儀器儀表及人機交互界面采用液晶顯示器。
LCD 可分為段位式LCD、字符式 LCD和點陣式 LCD。其中段位式和字符式只能用于數(shù)字和字符的簡單的顯示,不能滿足圖形曲線和漢字顯示的要求;而點陣式不僅能夠顯示字符和數(shù)字,還可以顯示各種圖形、曲線及漢字,可以實現(xiàn)屏幕的上下左右滾動等功能。
七、鍵的設計 本系統(tǒng)的。
智能化多路串行數(shù)據(jù)采集/傳輸模塊的設計廣州市光機電工程研究中心 行聯(lián)合 廣州市方統(tǒng)生物科技有限公司 關 強引言 隨著電子技術的不斷發(fā)展,目前對各種物理量的檢測和控制都可得以實現(xiàn)。
微機檢測控制系統(tǒng)不僅運用到航天航空、機器人技術、紡織機械、食品加工等工業(yè)過程控制,而且已經成為日常各種家用電器當中的主要組成部分。其中,A/D(模擬數(shù)字轉換)設備起著十分重要的作用。
這樣,一個系統(tǒng)中就會需要更多的A/D設備。一般是用擴展一塊或多塊A/D采集卡的方法去實現(xiàn)。
當模擬量較少或是溫度、壓力等緩變信號場合,采用總線型A/D卡并不是最合適、最經濟的方案。這里介紹一種以AT89C2051單片機為核心,采用TLC2543L 12位串行A/D轉換器構成的采樣模塊,該模塊的采樣數(shù)據(jù)由單片機串口經電平轉換后送到上位機(PC機)的串口COM1或COM2,形成一種串行數(shù)據(jù)采集串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞健?/p>
主要元件功能介紹AT89C2051單片機AT89C2051是ATMEL公司推出的一種性能價格比極高的 8位單片機,其指令系統(tǒng)與MCS-51系列完全兼容。引腳排列如圖1所示。
TLC2543L串行A/D轉換器 TLC2543L 采用SPI串行接口總線,SPI串行接口總線由Motorola公司提出,它是一種三線同步接口,分別為同步信號、輸入信號和輸出信號。另外芯片還有一根片選線,單片機通過片選線選通TLC2543L。
其中,CLK為同步時鐘脈沖,CS為片選線,DIN為單片機的數(shù)據(jù)輸出和TLC2543L的數(shù)據(jù)輸入線,DOUT為單片機的數(shù)據(jù)輸入線和TLC2543L的數(shù)據(jù)輸出線。圖2為TLC2543L時序圖。
TLC2543L 是全雙工的,即數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收可同時進行。如果只是對TLC2543L寫數(shù)據(jù),單片機可以丟棄同時讀入的數(shù)據(jù);反之,如果只讀數(shù)據(jù),可以在命令字節(jié)后,寫入任意數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)傳送以字節(jié)為單位,并采用高位在前的格式。模塊采用TI公司的TLC2543L 12位串行A/D轉換器,使用開關電容逐次逼近法完成A/D轉換過程。
串行輸入結構,能夠大大節(jié)省51系列單片機I/O資源,且價格適中。其特點有: (1) 11個模擬輸入通道; (2) 轉換時間10 s;(3) 12位分辨率A/D轉換器;(4) 3路內置自測試方式;(5) 采樣率為66kbps;(6) 線性誤差+1LSB(max)(7) 有轉換結束(EOC)輸出;(8) 具有單、雙極性輸出;(9) 可編程的MSB或LSB前導;(10)可編程的輸出數(shù)據(jù)長度。
TLC2543L的引腳排列如圖3所示。圖3中AIN0~AIN10為模擬輸入端; 為片選端;DIN 為串行數(shù)據(jù)輸入端;DOUT為A/D轉換結果的三態(tài)串行輸出端;EOC為轉換結束端;CLK為I/O時鐘;REF+為正基準電壓端;REF-為負基準電壓端;VCC為電源;GND為地。
電平轉換器MAX232C MAX232C為RS-232收發(fā)器,簡單易用,單+5V電源供電,僅需外接幾個電容即可完成從TTL電平到RS-232電平的轉換,引腳排列如圖4所示。硬件設計 硬件電路如圖5所示。
單片機AT89C2051是整個系統(tǒng)的核心,TLC2543L對輸入的模擬信號進行采集,轉換結果由單片機通過P3.5(9腳)接收,AD芯片的通道選擇和方式數(shù)據(jù)通過P3.4(8腳)輸入到其內部的一個8位地址和控制寄存器,單片機采集的數(shù)據(jù)通過串口(3、2腳)經MAX232C轉換成RS232電平向上位機傳輸。 單片機軟件設計單片機程序主要包括串行數(shù)據(jù)采集/傳輸模塊的系統(tǒng)信息、通道數(shù)、采集周期和通訊協(xié)議定義,以及數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)臉藴首映绦颉?/p>
TLC2543L的通道選擇和方式數(shù)據(jù)為8位,其功能為:D7、D6、D5和D4用來選擇要求轉換的通道,D7D6D5D4=0000時選擇0通道,D7D6D5D4=0001時選擇1通道,依次類推;D3和D2用來選擇輸出數(shù)據(jù)長度,本程序選擇輸出數(shù)據(jù)長度為12位,即D3D2=00或D3D2=10;D1,D0選擇輸入數(shù)據(jù)的導前位,D1D0=00選擇高位導前。TLC2543L在每次I/O周期讀取的數(shù)據(jù)都是上次轉換的結果,當前的轉換結果在下一個I/O周期中被串行移出。
第一次讀數(shù)由于內部調整,讀取的轉換結果可能不準確,應丟棄。數(shù)據(jù)采集程序如下:sbit DATAIN=P1^1;sbit CLOCK=P1^0;sbit DATAOUT=P1^2;sbit CS=P1^3;bit datain_a_bit0(){ bit m=0;DATAOUT=1;m=DATAOUT;DATAIN=0;Nop();CLOCK=1;Nop();CLOCK=0;Return(m); }bit datain_a_bit1(){ bit m=0;DATAOUT=1;m=DATAOUT;DATAIN=1;Nop();CLOCK=1;Nop();CLOCK=0;Return(m); }單片機通過編程產生串行時鐘,并按時序發(fā)送與接收數(shù)據(jù)位,完成通道方式/通道數(shù)據(jù)的寫入和轉換結果的讀出,程序如下:unsigned int Tlc2543L(unsigned char ch){unsigned char i,chch=0;unsigned int xdata xxx=0;unsigned int xdata y=0;CS=0;Chch=ch<<4;Y=chch;Y<<=8;I=0;While(I<12){if((y&0x8000)==0){if(datain_a_bit0()==0) xxx&=0xfffe;else xxx|=0x0001;if(I!=11) xxx<<=1;}else{if(datain_a_bit1()==0) xxx&=0xfffe;else xxx|=0x0001;if(I!=11) xxx<<=1;}y<<=1;I+=1;}CS=1;Return(xxx);}串行數(shù)據(jù)傳輸模塊包括串行。
學習使用單片機就是理解單片機硬件結構,以及內部資源的應用,在匯編或C語言中學會各種功能的初始化設置,以及實現(xiàn)各種功能的程序編制。
第一步:數(shù)字I/O的使用
使用按鈕輸入信號,發(fā)光二極管顯示輸出電平,就可以學習引腳的數(shù)字I/O功能,在按下某個按鈕后,某發(fā)光二極管發(fā)亮,這就是數(shù)字電路中組合邏輯的功能,雖然很簡單,但是可以學習一般的單片機編程思想,例如,必須設置很多寄存器對引腳進行初始化處理,才能使引腳具備有數(shù)字輸入和輸出輸出功能。每使用單片機的一個功能,就要對控制該功能的寄存器進行設置,這就是單片機編程的特點,千萬不要怕
麻煩,所有的單片機都是這樣。
第二步:定時器的使用
學會定時器的使用,就可以用單片機實現(xiàn)時序電路,時序電路的功能是強大的,在工業(yè)、家用電氣設備的控制中有很多應用,例如,可以用單片機實現(xiàn)一個具有一個按鈕的樓道燈開關,該開關在按鈕按下一次后,燈亮3分鐘后自動滅,當按鈕連續(xù)按下兩次后,燈常亮不滅,當按鈕按下時間超過2s,則燈滅。數(shù)字集成電路可以實現(xiàn)時序電路,可編程邏輯器件(PLD)可以實現(xiàn)時序電路,可編程控制器(PLC)也可以實現(xiàn)時序電路,但是只有單片機實現(xiàn)起來最簡單,成本最低。
定時器的使用是非常重要的,邏輯加時間控制是單片機使用的基礎。
第三步:中斷
單片機的特點是一段程序反復執(zhí)行,程序中的每個指令的執(zhí)行都需要一定的執(zhí)行時間,如果程序沒有執(zhí)行到某指令,則該指令的動作就不會發(fā)生,這樣就會耽誤很多快速發(fā)生的事情,例如,按鈕按下時的下降沿。要使單片機在程序正常運行過程中,對快速動作做出反應,就必須使用單片機的中斷功能,該功能就是在快速動作發(fā)生后,單片機中斷正常運行的程序,處理快速發(fā)生的動作,處理完成后,在返回執(zhí)行正常的程序。中斷功能使用中的困難是需要精確地知道什么時候不允許中斷發(fā)生(屏蔽中斷)、什么時候允許中斷發(fā)生(開中斷),需要設置哪些寄存器才能使某 種中斷起作用,中斷開始時,程序應該干什么,中斷完成后,程序應該干什么等等 。
中斷學會后,就可以編制更復雜結構的程序,這樣的程序可以干著一件事,監(jiān)視著一件事,一旦監(jiān)視的事情發(fā)生,就中斷正在干的事情,處理監(jiān)視的事情,當然也可以監(jiān)視多個事情,形象的比喻,中斷功能使單片機具有吃著碗里的,看著鍋里的功能。
以上三步學會,就相當于降龍十八掌武功,會了三掌了,可以勉強護身。
第四步:與PC機進行RS232通信
單片機都有USART接口,特別是MSP430系列中很多型號,都具有兩個USART接口。USART接口不能直接與PC機的RS232接口連接,它們之間的邏輯電平不同,需要使用一個MAX3232芯片進行電平轉換。
USART接口的使用是非常重要的,通過該接口,可以使單片機與PC機之間交換信息,雖然RS232通信并不先進,但是對于接口的學習是非常重要的。正確使用USART接口,需要學習通信協(xié)議,PC機的RS232接口編程等等知識。試想,單片機實驗板上的數(shù)據(jù)顯示在PC機監(jiān)視器上,而PC機的鍵盤信號可以在單片機實驗板上得到顯示,將是多么有意思的事情?。?
第五步:學會A/D轉換
MAP430單片機帶有多通道12位A/D轉換器,通過這些A/D轉換器可以使單片機操作模擬量,顯示和檢測電壓、電流等信號。學習時注意模擬地與數(shù)字地、參考電壓、采樣時間,轉換速率,轉換誤差等概念。
使用A/D轉換功能的簡單的例子是設計一個電壓表。
第六步:學會PCI、I2C接口和液晶顯示器接口
這些接口的使用可以使單片機更容易連接外部設備,在擴展單片機功能方面非常重要。
第七步:學會比較、捕捉、PWM功能
這些功能可以使單片機能夠控制電機,檢測轉速信號,實現(xiàn)電機調速器等控制起功能。
如果以上七步都學會,就可以設計一般的應用系統(tǒng),相當于學會十招降龍十八掌,可以出手攻擊了。
第八步:學習USB接口、TCP/IP接口、各種工業(yè)總線的硬件與軟件設計
學習USB接口、TCP/IP接口、各種工業(yè)總線的硬件與軟件設計是非常重要的,因為這是當前產品開發(fā)的發(fā)展方向。
到此為止,相當于學會15招降龍十八掌,但還不到打遍天下無敵手的境界。即使如此,也算是單片機大蝦了。
題目 交通燈控制系統(tǒng)的設計 一、課程設計的目的與要求 1、課程設計目的: (1)進一步理解和消化書本知識,運用所學知識和技能進行簡單的設計。
(2)通過課程設計提高應用能力,分析問題和解決問題的能力。 (3)培養(yǎng)查閱資料的習慣,訓練和提高自學,獨立思考的能力。
2、課程設計要求 交通燈控制系統(tǒng)的設計 1) 掌握在單片機系統(tǒng)中擴展簡單I/O接口的方法。 2) 掌握數(shù)據(jù)輸出程序的設計方法。
3) 掌握模擬交通燈控制的實現(xiàn)方法。 4) 掌握外部中斷技術的基本使用方法。
5) 掌握中斷處理程序的編程方法。 從課程設計的目的出發(fā),通過設計工作的各個環(huán)節(jié),達到以下要求: (1)能夠正確理解課程設計的題目和意義,全面思考問題。
(2)運用科學合理的方法,認真按時完成。 二、課程設計課題的分析 1、電路的設計 1)原理 要完成本實驗,首先必須了解交通燈的亮滅規(guī)律。
本實驗需要用到試驗箱上八個發(fā)光二極管中的六個,即紅、綠、黃各兩個。將L1(紅)、L2(綠)、L3(黃)作為東西方向的指示燈,將L5(紅)、L6(綠)、L7(黃)作為南北方向的指示燈。
交通燈的亮滅規(guī)律為:初始態(tài)是兩個路口的紅燈全亮,之后,東西路口的綠燈亮,南北路口的紅燈亮,東西方向通車,延時一段時間后,東西路口綠燈滅,黃燈開始閃爍。閃爍若干次后,東西路口紅燈亮,而同時南北路口的綠燈亮,南北方向開始通車,延時一段時間后,南北路口的綠燈滅,黃燈開始閃爍。
閃爍若干次后,再切換到東西路口方向,重復上述過程。 各發(fā)光二極管的陽極通過保護電阻接到+5V的電源上,陰極接到輸入端上,因此使其點亮使相應使相應輸入端為低電平。
當有急救車到達時,兩個方向上的紅燈亮,以便讓急救車通過,假設急救車通過路口的時間為10秒,急救車通過后,交通燈恢復中斷前的狀態(tài)。本程序以單次脈沖為中斷申請,表示有急救車通過,單次脈沖輸出端P-接CPU板上的INT0。
2)、硬件電路圖 圖1—1 交通燈控制系統(tǒng)的硬件接線圖 74LS273的輸出00—07接發(fā)光二極管L1—L8,74LS273的片選CS273接片選信號CS2,此時74LS273的片選地址為CFA0—CFA7之間任選。 3)、程序流程圖 主程序流程 圖1—2 主程序軟件流程圖 中斷程序流程圖 三、課程設計的結果 1、程序 NAME JIAOTONGGENG OUTPORT EQU 0CFB0H ;端口地址 SAVE EQU 55H ;SAVE保存從端口CFA0輸出的數(shù)據(jù) CSEG AT 0000H LJMP START CSEG AT 4003H LJMP INT CSEG AT 4100H START: SETB IT0 ;中斷程序初始化 SETB EX0 SETB EA MOV A,#11H ;置首顯示碼,兩紅燈全亮 MOV SAVE,A ;保存 ACALL DISP ;顯示輸出 ACALL DE3S ;延時3秒 LLL: MOV A,#12H ;東西路口綠燈亮,南北路口紅燈亮 MOV SAVE,A ACALL DISP ACALL DE10S ;延時10秒 MOV A,#10H ;東西路口綠燈滅 MOV SAVE,A ACALL DISP MOV R2,#05H ;東西路口黃燈閃爍5次 TTT: MOV A,#14H MOV SAVE,A ACALL DISP ACALL DE02S ;延時0.2秒 MOV A,#10H MOV SAVE,A ACALL DISP ACALL DE02S DJNZ R2,TTT MOV A,#11H ;紅燈全亮 MOV SAVE,A ACALL DISP ACALL DE02S ;延時0.2秒 MOV A,#21H ;東西路口紅燈亮,南北路口綠燈亮 MOV SAVE,A ACALL DISP ACALL DE10S ;延時10秒 MOV A,#01H ;南北路口綠燈滅 MOV SAVE,A ACALL DISP MOV R2,#05H ;南北路口黃燈閃爍5次 KKK: MOV A,#41H MOV SAVE,A ACALL DISP ACALL DE02S ;延時0.2秒 MOV A,#01H MOV SAVE,A ACALL DISP ACALL DE02S DJNZ R2,KKK JMP LLL ;轉SSS循環(huán) DE10S: MOV R5,#100 ;延時10秒 JMP DE1 DE3S: MOV R5,#30 ;延時3秒 JMP DE1 DE02S: MOV R5,#02 ;延時0.2秒 DE1: MOV R6,#200 DE2: MOV R7,#126 DE3: DJNZ R7,DE3 DJNZ R6,DE2 DJNZ R5,DE1 RET DISP: MOV DPTR,#OUTPORT CPL A ;取反,點亮發(fā)光二極管 MOVX @DPTR,A RET ;中斷處理程序 INT: PUSH ACC ;有關寄存器入棧 PUSH PSW MOV A,#11H ;兩紅燈全亮 ACALL DISP ACALL DELAY MOV A,SAVE ;將主程序中保存的數(shù)據(jù)再送給A ACALL DISP POP PSW ;有關寄存器出棧 POP ACC RETI DELAY:MOV R1,#100 DEL1 :MOV R2,#200 DEL2 :MOV R3,#126 DEL3 :DJNZ R3,DEL3 DJNZ R2,DEL2 DJNZ R1,DEL1 RET END 2、現(xiàn)象 將程序輸入到單片機中,運行程序,可以觀察到現(xiàn)象:首先是兩個路口的紅燈全亮,延時3秒之后,東西路口的綠燈亮,南北路口的紅燈亮,東西方向通車,延時10秒后,東西路口綠燈滅,黃燈開始閃爍。
閃爍5次后,東西路口紅燈亮,而同時南北路口的綠燈亮,南北方向開始通車,延時10秒后,南北路口的綠燈滅,黃燈開始閃爍。閃爍5次后,再切換到東西路口方向,重復上述過程。
當有中斷申請時,兩個方向上的紅燈亮,經過10秒急救車通過之后,恢復到急救車到來之前的狀態(tài)繼續(xù)運行,可有多次的中斷申請。 四、課程設計的心得與體會 1.通過試驗進一步理解和消化了書本知識,分析每個語句的含義,運用所學知識進行簡單的程序設計。
了解了在單片機系統(tǒng)。

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