單片機(jī)課程設(shè)計(jì)大綱

1、?單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)?教學(xué)大綱適用專業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)學(xué) 分：課程類別：專業(yè)課編寫人：李丹學(xué) 時(shí)：一周課程編號(hào)：開課單位：信息工程學(xué)院一、課程設(shè)計(jì)目的和要求1、設(shè)計(jì)目的通過課程設(shè)計(jì),可將所學(xué)過的電子技術(shù)、模/數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、傳感器技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)及智能儀器等知識(shí)綜合串聯(lián)起來,通過理論聯(lián)系實(shí)際,從題目分析、電路設(shè)計(jì)調(diào)試、程序編制調(diào)試到傳感器的標(biāo)定 等這一完整的實(shí)驗(yàn)過程,培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計(jì)思想,使學(xué)生充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性,去獨(dú)立解決實(shí)際 問題,以到達(dá)提升學(xué)生的綜合水平、動(dòng)手水平、文獻(xiàn)資料查閱水平的作用,從而培養(yǎng)和提升學(xué)生的 獨(dú)立工作水平及解決實(shí)際問題的水平,為畢業(yè)設(shè)計(jì)和以后的工作打下一個(gè)良好的

2、根底.2、設(shè)計(jì)要求a. 了解并掌握單片機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)、指令、運(yùn)行模式、功能模塊及應(yīng)用開發(fā)方法.b. 提升綜合運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)獨(dú)立分析和解決問題的水平.c. 掌握匯編語言的設(shè)計(jì)和調(diào)試.二、課程設(shè)計(jì)方式集體輔導(dǎo)與個(gè)別輔導(dǎo)相結(jié)合三、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容1. 課程設(shè)計(jì)課題及要求A類題目：此類題目主要在“ THGMZ-3型單片機(jī)微機(jī) CPLD - FPGA -網(wǎng)絡(luò)接口開發(fā)綜合實(shí)驗(yàn)題目1: V/F轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)：調(diào)試 F/V變換電路設(shè)計(jì)要求：1測(cè)量 Vin和Fout,畫出 V/F線.2Fout接入8051的INT0或INT1 ,編程由單片機(jī)完成測(cè)量及顯示工程參考資料：見附件1.題目2: F/V轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)

3、設(shè)計(jì)任務(wù)：調(diào)試 F/V變換電路設(shè)計(jì)要求：1測(cè)量Fin和Vout,畫出F/V線.2Fin接單片機(jī)I/O 口,編程由單片機(jī)產(chǎn)生頻率信號(hào).參考資料：見附件1.題目3:直流電機(jī)轉(zhuǎn)速限制設(shè)計(jì)任務(wù)：使用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī),限制直流電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在一個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi).設(shè)計(jì)要求：直流電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn),假設(shè)干秒后,直流電機(jī)轉(zhuǎn)速到達(dá)運(yùn)行速度1,穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后,直流電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整到達(dá)運(yùn)行速度2,穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后,直流電機(jī)停轉(zhuǎn).參考資料：見附件 2.題目4:直流電機(jī)測(cè)速與顯示設(shè)計(jì)任務(wù)：測(cè)量直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速并在數(shù)碼顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速.設(shè)計(jì)要求：直流可調(diào)電源模塊的輸出端,作為直流電機(jī)的限制電壓,直流電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn),用數(shù)碼管顯示電機(jī)轉(zhuǎn)

4、速單位為轉(zhuǎn)/秒. 參考資料：見附件 2.題目5:步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速限制設(shè)計(jì)任務(wù)：使用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī),限制步進(jìn)電機(jī)單拍、雙拍、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等操作. 設(shè)計(jì)要求：由開關(guān)按鍵限制步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、快轉(zhuǎn)、慢轉(zhuǎn).參考資料：見附件 3.題目6:步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算與顯示設(shè)計(jì)任務(wù)：使用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī),計(jì)算步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速并在數(shù)碼顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速. 設(shè)計(jì)要求：用數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前電機(jī)正反轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速單位為轉(zhuǎn)/秒.參考資料：見附件 3.題目7:溫度的測(cè)量與顯示設(shè)計(jì)任務(wù)：使用單片機(jī)測(cè)量溫度,并顯示測(cè)得溫度.設(shè)計(jì)要求：根據(jù)系統(tǒng)提供的溫度傳感器電路、加熱電路、散熱電路,首先使用單片機(jī)限制加熱電路將溫度升至某一溫度值 A,并在數(shù)

5、碼管實(shí)時(shí)顯示測(cè)得逐漸升高的溫度；然后停止加熱,在數(shù)碼管實(shí) 時(shí)顯示測(cè)得的逐漸降低的溫度值.參考資料：見附件 4.題目8:紅外數(shù)據(jù)發(fā)送與接收模塊設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)：調(diào)試紅外數(shù)據(jù)收發(fā)的電路,單片機(jī)一方面從發(fā)送端發(fā)出數(shù)據(jù),一方面從接收端接收數(shù)據(jù).設(shè)計(jì)要求：?jiǎn)纹瑱C(jī)的串行口作為紅外數(shù)據(jù)發(fā)送端的輸入,先發(fā)送兩個(gè)字符,然后接收端接收數(shù)據(jù), 在數(shù)碼管上顯示接收的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù),并比較收到的數(shù)據(jù)與發(fā)送的是否一致.參考資料：見附件 5.題目9: 485通信模塊設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)：調(diào)試 485通信模塊電路,單片機(jī)利用此電路完成雙機(jī)通信.設(shè)計(jì)要求：?jiǎn)纹瑱C(jī)利用系統(tǒng)提供的 485接口電路,實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)實(shí)驗(yàn)機(jī)數(shù)據(jù)通信.從甲機(jī)的八位邏輯電

6、平輸出模塊E4區(qū)輸入一個(gè)八位二進(jìn)制數(shù), 此二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)顯示到乙機(jī)的數(shù)碼管上, 如10100101B輸入,那么顯示 A5.參考資料：見附件 6.題目10: I2c串行EEPROM讀寫模塊設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)：?jiǎn)纹瑱C(jī)利用 |2C總線方式讀寫串行 EEPROM 24C0X 設(shè)計(jì)要求：當(dāng)開關(guān)1閉合時(shí),單片機(jī)利用|2C總線方式將某一字符寫入 EEPROM當(dāng)開關(guān)2閉合時(shí), 單片機(jī)利用I 2C總線方式將EEPROMJ剛剛寫入的數(shù)據(jù)在數(shù)碼管上顯示出來.參考資料：見附件 7.B類題目：此類題目要求使用最小系統(tǒng)開發(fā)板,除題目 14之外,每班僅限一組題目11:秒鐘計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)：使用單片機(jī)進(jìn)行定時(shí),每 1秒

7、鐘發(fā)光二極管閃動(dòng) 1次,同時(shí)在數(shù)碼管上顯示當(dāng)前秒數(shù),每60秒數(shù)碼管清零1次,同時(shí)蜂鳴器響鈴提示.題目12:自動(dòng)計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)：使用單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù),觸動(dòng)開關(guān)每按下1次,發(fā)光二極管閃動(dòng)1次作為提示,并且在數(shù)碼管上顯示當(dāng)前按下次數(shù),另一個(gè)觸動(dòng)開關(guān)用來對(duì)自動(dòng)計(jì)數(shù)器清零,同時(shí)蜂鳴器響鈴提示.題目13:液晶顯示界面設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)：使用單片機(jī)限制液晶屏LCD 128*64顯示字符,內(nèi)容如下：課程設(shè)計(jì)制作人：XXXX2021.5.30題目14:智能小車設(shè)計(jì)任務(wù)：尋跡功能.2. 人員組織：請(qǐng)?zhí)顚憽案郊藛T組織！ ！3. 具體實(shí)施實(shí)習(xí)進(jìn)程«期一準(zhǔn)備工作：確7E人貝安排；了解具體功能,編寫方案； 查閱資

8、料.«期二扁制程序:確定算法；確定知識(shí)點(diǎn)星期三扁制、測(cè)試、調(diào)試程序.星期四扁制、測(cè)試、調(diào)試程序.星期五上交課程設(shè)計(jì)報(bào)告及硬件、軟件成果.四、課程設(shè)計(jì)時(shí)間、地點(diǎn)與學(xué)分1、時(shí)間與學(xué)分：第學(xué)期,共頊；學(xué)分2、地點(diǎn)：E樓單片機(jī)及組成原理實(shí)驗(yàn)室、電子電工實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室五、課程設(shè)計(jì)考核方法與成績?cè)u(píng)定 課程設(shè)計(jì)結(jié)束時(shí),要求學(xué)生寫出課程設(shè)計(jì)報(bào)告,硬件電路按設(shè)計(jì)要求調(diào)試；軟件調(diào)試通過,完成相 應(yīng)功能,根據(jù)設(shè)計(jì)性能考慮的完善程度進(jìn)行成績?cè)u(píng)定.課程設(shè)計(jì)成績分兩局部,設(shè)計(jì)報(bào)告占20%,設(shè)計(jì)作品占80%.六、教材及教學(xué)參考書單片機(jī)原理及應(yīng)用?,張毅剛,高等教育出版社.單片機(jī)教程?,蔡惟錚編,東北大學(xué)出版社.七、本

9、大綱在執(zhí)行中注意的事項(xiàng)課程設(shè)計(jì)不僅僅要求學(xué)生完成所規(guī)定的題目要求,同時(shí)還要培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán) 謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)習(xí)慣.建議學(xué)生在課程設(shè)計(jì)時(shí)完成如下文檔資料：(1) 設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)說明(2) 硬件原理框圖(3) 硬件原理圖與其軟件配合介紹(4) 程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的單元分配(5) 程序流程圖(6) 源程序清單(7) 芯片資料附件人員組織:小組編號(hào)組長組員題目編號(hào)題目名稱第1組第2組第3組第4組第5組第6組第7組第8組第9組第10組第11組第12組第13組附件1在一些工業(yè)限制場(chǎng)合,信號(hào)獲取的地方距離限制器比較遠(yuǎn),或者被限制對(duì)象離處理器比較遠(yuǎn), 這樣就需要進(jìn)行信號(hào)傳輸,電壓信號(hào)在傳輸?shù)倪^程中非

10、常容易受到干擾.一般要轉(zhuǎn)換成電流或頻率 信號(hào)來傳輸,提升系統(tǒng)抗干擾水平.F/V和V/F變換電路由LM331組成.LM331芯片可以提供V/F、F/V功能.LM331與LM231具有一樣的功能,該類器件非常適合于低本錢的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換.在經(jīng)過F/V變換后,可以用另一片 LM331進(jìn)行F/V轉(zhuǎn)換,在A/D就可以得到數(shù)字量,而對(duì)于80C51,那么可以直接利用T1,T0端口,進(jìn)行頻率或周期的測(cè)量而的得到數(shù)字量.另外經(jīng)過V/F變換后,也便于使用光電耦離器件進(jìn)行隔離.由于直接的電壓量一般不能進(jìn)行光電隔離的.芯片特點(diǎn):1、保證最大0.01的線性度2、雙電源或單電源供電CURHEHT 1 TfUT3、脈沖輸出

11、兼容所有邏輯.AEFEHLNCE _J, CVHRENTJ_ CONFARArOR IM PUT4、 溫度柜正T生取大 500ppm/oc5、低功耗.典型為 5V, 15mWFMWY 口 ourw-THRESHOLD6、很寬的動(dòng)態(tài)特性 10KHz,最小100dB-VC7、很寬的頻率范圍 1Hz到100KHz管腳定義如下表:管腳號(hào)管腳名功能8Vs電源,一般為12V4GND電源地1CURRENT OUTPUT電流輸出2REFERENCE CURRENT參考電流3FREQUENCY OUTPUT頻率輸出7COMPARTOR INPUT比較器輸入6TYHRESHOLD保持門限5R/CR/C常數(shù)典型應(yīng)用

12、如下列圖1 .簡(jiǎn)單V/F變換計(jì)算公式:UUI 2.09 V Rl Atc12.簡(jiǎn)單-TLTLTL*ISV圖28-1 F/V 轉(zhuǎn)換電路本實(shí)驗(yàn)使用直流可調(diào)電源模塊E2區(qū)、F/V轉(zhuǎn)換模塊D3區(qū)、V/F轉(zhuǎn)換模塊D4區(qū).F/V圖28-2 V/F轉(zhuǎn)換電路原理附件3:使用柵格圓盤和光電門組成測(cè)速系統(tǒng).當(dāng)直流電機(jī)通過傳動(dòng)局部帶動(dòng)?xùn)鸥駡A盤旋轉(zhuǎn)時(shí),測(cè)速光電門獲得一系列脈沖信號(hào).這些脈沖信號(hào)通過單片機(jī)兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器配合使用同,一個(gè)計(jì)數(shù),一個(gè)定時(shí).計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)m經(jīng)過單位換算,就可以算得直流電機(jī)旋轉(zhuǎn)的速度.直流電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算公式：n=60 - m/N1 - TNrpm其中：n為直流電機(jī)轉(zhuǎn)速,N為柵格數(shù),N1

13、為T0中斷次數(shù),m為計(jì)數(shù)器T1在規(guī)定時(shí)間內(nèi)測(cè)得的 脈沖數(shù),T為定時(shí)器T0定時(shí)器溢出時(shí)間.使用系統(tǒng)提供的顯示電路,可把電機(jī)的轉(zhuǎn)速顯示出來.直流電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)：某些場(chǎng)合往往要求直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)可調(diào)節(jié),例如,電車、機(jī)床等,調(diào)節(jié)范圍根據(jù)負(fù)載的要求而定.調(diào)速可以有三種方法：1改變電機(jī)兩端電壓；2改變磁通；3在電樞回路中,串聯(lián)調(diào)節(jié)電阻.本實(shí)驗(yàn)采用第一種方法：通過改變施加于電機(jī)兩端的電壓大小到達(dá)調(diào)節(jié)直流電 機(jī)轉(zhuǎn)速的目的.本實(shí)驗(yàn)用 DAC0832D/A轉(zhuǎn)換輸出限制直流電機(jī)兩端電壓.程序中直流電機(jī)初始速度 較大大約40轉(zhuǎn)/秒,設(shè)運(yùn)行速度設(shè)置為 2000轉(zhuǎn)/分,經(jīng)過假設(shè)干秒后,直流電機(jī)轉(zhuǎn)速慢慢下降到運(yùn) 行

14、速度,以設(shè)定的速度運(yùn)行.本實(shí)驗(yàn)需要用到 CPU模塊F3區(qū)、直流電機(jī)模塊A6區(qū)、并行數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊D8區(qū)、 8279顯示模塊F4區(qū).直流電機(jī)電路原理參見圖31-1A、圖31-1B.圖31-1B 光電測(cè)速電路1. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有三線式、五線式、六線式三種,但其限制方式均相同,必須以脈沖電流來驅(qū) 動(dòng).假設(shè)每旋轉(zhuǎn)一圈以 20個(gè)勵(lì)磁信號(hào)來計(jì)算,那么每個(gè)勵(lì)磁信號(hào)前進(jìn)18度,其旋轉(zhuǎn)角度與脈沖數(shù)成正比,正、反轉(zhuǎn)可由脈沖順序來限制.2 .步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式可分為全部勵(lì)磁及半步勵(lì)磁,其中全步勵(lì)磁又有1相勵(lì)磁及2相勵(lì)磁之分,而半步勵(lì)磁又稱 1-2相勵(lì)磁.圖為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的限制等效電路,適應(yīng)限制A、8 /A、/B的勵(lì)磁信

15、號(hào),即可限制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng).每輸出一個(gè)脈沖信號(hào),步進(jìn)電動(dòng)機(jī)只走一步.因此,依序 不斷送出脈沖信號(hào),即可步進(jìn)電動(dòng)機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng).a. 1相勵(lì)磁法：在每一瞬間只有一個(gè)線圈導(dǎo)通.消耗電力小,精確度良好,但轉(zhuǎn)矩小,振動(dòng)較 大,每送一勵(lì)磁信號(hào)可走 18度.假設(shè)欲以1相勵(lì)磁法限制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn),其勵(lì)磁順序如下列圖.假設(shè) 勵(lì)磁信號(hào)反向傳送,那么步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn).勵(lì)磁順序： A Br CH* DI ASTEPABCD11000201003001040001b. 2相勵(lì)磁法：在每一瞬間會(huì)有二個(gè)線圈同時(shí)導(dǎo)通.因其轉(zhuǎn)矩大,振動(dòng)小,故為目前使用最多 的勵(lì)磁方式,每送一勵(lì)磁信號(hào)可走18度.假設(shè)以2相勵(lì)磁法限制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)

16、,其勵(lì)磁順序如圖所示.假設(shè)勵(lì)磁信號(hào)反向傳送,那么步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn).勵(lì)磁順序： AB B6 CA DQ ABSTEPABCD11100201103001141001c. 1-2相勵(lì)磁法：為1相與2相輪流交替導(dǎo)通.因分辨率提升,且運(yùn)轉(zhuǎn)平滑,每送一勵(lì)磁信號(hào) 可走9度,故亦廣泛被采用.假設(shè)以 1相勵(lì)磁法限制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn),其勵(lì)磁順序如下列圖.假設(shè)勵(lì)磁 信號(hào)反向傳送,那么步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn).勵(lì)磁順序： A “ A B BC CH* CD DH* D/ ASTEPABCD11000211003001040110500106001170001810013.電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與速度成反比,速度愈快負(fù)載轉(zhuǎn)矩愈小,當(dāng)速度

17、快至其極限時(shí),步進(jìn)電動(dòng)32-1.機(jī)即不再運(yùn)轉(zhuǎn).所以在每走一步后,程序必須延時(shí)一段時(shí)間.4.本實(shí)驗(yàn)需要用到 CPU模塊F3區(qū)和步進(jìn)電機(jī)模塊A7區(qū).步進(jìn)電機(jī)電路原理參見圖圖32-1 步進(jìn)電機(jī)電路附件4:系統(tǒng)使用集成電路溫度傳感器AD590作為測(cè)溫器,AD590是AD公司生產(chǎn)的一種精度和線性度較好的雙端集成溫度傳感器,其輸出電流與絕對(duì)溫度有關(guān),對(duì)于電源電壓從5-10V變化只引起1A最大電流的變化或1攝氏度等效誤差.圖33-1 溫度傳感局部圖33-1給出了用于獲得正比于絕對(duì)溫度的輸出電流的根本溫度敏感電路,當(dāng)溫度有了10 C的變化時(shí)輸出電壓變化為 20mV即該電路運(yùn)放 6腳電壓隨溫度變化為 2Mv/

18、CoAD590將溫度變化量轉(zhuǎn)換成電壓值變化量,經(jīng)過OP07一級(jí)跟隨后輸入到電壓放大電路,放大后的信號(hào)輸入到A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),利用CP邸集并存儲(chǔ)采集到的數(shù)據(jù).將溫度傳感器輸出的小信號(hào)跟隨放大45倍左右后,送至8位A/D轉(zhuǎn)換器換成數(shù)字量.設(shè)定溫度為0攝氏度時(shí)變換放大電路送出的模擬量為0V,此時(shí)A/D輸出的數(shù)字量為00H;溫度為67攝氏度時(shí)變換放大電路送出4.98V電壓,此時(shí)A/D輸出的數(shù)字量為 FFH即每0.3攝氏度對(duì)應(yīng)1LSB變化量.當(dāng)溫度超過報(bào)警溫度報(bào)警67攝氏度,此時(shí),輸出電壓約為5.0V左右.通過電壓比較器接通硬件報(bào)警電路報(bào)警.輸入A/D的模擬信號(hào)有過壓保護(hù),不會(huì)損壞A

19、/D轉(zhuǎn)換器.在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)硬件中,已有平安設(shè)計(jì),即加熱溫度不會(huì)超過80 Co系統(tǒng)出廠時(shí)已依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整好了放大器的增益和零位.應(yīng)注意：由于熱慣性的影響及溫度計(jì)顯 示的滯后因素,假設(shè)要精確觀察某溫度點(diǎn)的測(cè)量值,在加熱到觀察溫度點(diǎn)后,應(yīng)停止加熱,等待溫度 計(jì)示值穩(wěn)定后,再觀察記錄結(jié)果.假設(shè)選區(qū)觀察點(diǎn)溫度較高,還應(yīng)相應(yīng)延長等待時(shí)間.需要說明的是,由于溫度計(jì)和溫度采樣芯片AD590的采樣點(diǎn)不同,理論計(jì)算值同顯示略有偏差.本實(shí)驗(yàn)需要用到 CPU模塊F3區(qū)和溫度測(cè)量與限制模塊 A5區(qū)、并行模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊D7 區(qū)、8279顯示模塊F4區(qū).溫度測(cè)量與限制電路原理參見圖33-2.* 丁圖33-2溫度測(cè)量與限制企路在很多

20、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中,常常利用非電信號(hào)如光信號(hào)、超聲波信號(hào)等傳送限制信息和數(shù) 據(jù)信息,以實(shí)現(xiàn)遙控或遙測(cè)的功能.紅外通信具有限制簡(jiǎn)單、實(shí)施方便、傳輸可靠性高的特點(diǎn),是 一種較為常用的通信方式.實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)紅外通信的關(guān)鍵在于紅外接口電路的設(shè)計(jì)以及接口驅(qū)動(dòng) 程序的設(shè)計(jì).1. 紅外通信的根本原理紅外通信是利用 950nm近紅外波段的紅夕卜線作為傳遞信息的媒體,即通信信道.發(fā)送端采用脈 時(shí)調(diào)制PPM方式,將二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)調(diào)制成某一頻率的脈沖序列,并驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管以光脈沖的 形式發(fā)送出去；接收端將接收到的光脈轉(zhuǎn)換成電信號(hào),再經(jīng)過放大、濾波等處理后送給解調(diào)電路進(jìn) 行解調(diào),復(fù)原為二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)后輸出.2. 紅外

21、發(fā)送器紅外發(fā)送器電路包括脈沖振蕩器、驅(qū)動(dòng)管Q1和Q2、紅外發(fā)射管 Q3等局部.其中脈沖振蕩器由2206組成,用以產(chǎn)生38kHz的脈沖序列作為載波信號(hào)；紅外發(fā)射管Q3用來向外發(fā)射950nm的紅外光束.紅外發(fā)送器的工作原理為：串行數(shù)據(jù)由單片機(jī)的串行輸出端DATA送出并驅(qū)動(dòng)Q1管,數(shù)位“0使Q1管導(dǎo)通,通過Q2管調(diào)制成38kHz的載波信號(hào),并利用紅外發(fā)射管 Q3以光脈沖的形式向外發(fā)送. 數(shù)位“1使Q1管截止,紅外發(fā)射管 Q3不發(fā)射紅外光.假設(shè)傳送的波特率設(shè)為1200bps,那么每個(gè)數(shù)位“0對(duì)應(yīng)32個(gè)載波脈沖調(diào)制信號(hào)的時(shí)序,如圖 34-1所示.數(shù)位'T數(shù)位調(diào)制信號(hào) I 38RH1圖34-1調(diào)制

22、信號(hào)時(shí)序圖3. 紅外接收器紅外接收電路選用專用紅外接收模塊.該接收模塊是一個(gè)三端元件,使用單電源+5V電源,具有功耗低、抗干擾水平強(qiáng)、輸入靈敏度高、對(duì)其它波長950nm以外的紅外光不敏感的特點(diǎn),其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 34-2所示.內(nèi)部電捻*.OUT解調(diào)電路如圖34-2 紅外接收模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖接收模塊的工作原理為：首先,通過紅外光敏元件將接收到的載波頻率為38kHz的脈沖調(diào)制紅外光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào),再由前置放大器和自動(dòng)增益限制電路進(jìn)行放大處理.然后,通過帶通濾波 器和進(jìn)行濾波,濾波后的信號(hào)由解調(diào)電路進(jìn)行解調(diào).最后,由輸出級(jí)電路進(jìn)行反向放大輸出.為保證紅外接收模塊接收的準(zhǔn)確性,要求發(fā)送端載波信號(hào)的

23、頻率應(yīng)盡可能接近38kHz,因此在設(shè)計(jì)脈沖振蕩器時(shí),要選用精密元件并保證電源電壓穩(wěn)定.再有,發(fā)送的數(shù)位“0至少要對(duì)應(yīng)14個(gè)載波脈沖,這就要求傳送的波特率不能超過2400bps.4. 本實(shí)驗(yàn)需要用到 CPU莫塊F3區(qū)和紅外收發(fā)模塊A3區(qū)、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器模塊 A2區(qū)、 計(jì)數(shù)器/頻率計(jì)模塊A4區(qū),紅外收發(fā)電路原理參見圖34-3.圖34-3紅外收發(fā)電路附件9:RS-232 標(biāo)RS-485接口具有較強(qiáng)的抗干擾性,數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x較遠(yuǎn),在一些應(yīng)用中常常需要把準(zhǔn)的信號(hào)轉(zhuǎn)換為RS-485的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)傳輸.圖中所示電路允許數(shù)據(jù)在 RS-232/RS-485這兩個(gè)不兼容 的串行數(shù)據(jù)接口間傳遞. 傳輸速度為480波特

24、時(shí),傳輸距離可達(dá)1750米.圖中雙RS-232收發(fā)器IC1 將主機(jī)PC輸出的RS-232電平轉(zhuǎn)換為TTL電平,驅(qū)動(dòng)高速RS-485收發(fā)器IC2的輸入,倒相器使IC2、 IC3在受到起始位時(shí)被激活.開始工作時(shí),主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)給相應(yīng)的遠(yuǎn)端單元從機(jī),數(shù)據(jù)格式以零電平為起始位,起始位后跟隨一個(gè)字節(jié)的地址和一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù),激活相應(yīng)的從機(jī).被激活的從機(jī)應(yīng)答兩個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù),然 后置于接收模式,等待下一序列.由于只有主機(jī)對(duì)發(fā)送器作初始化,從機(jī)只在被激活后應(yīng)答,所以 傳輸線上不可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)沖突.當(dāng)從機(jī)處于接收模式 RE=DE=0 , Va-Vb>200mV時(shí),輸出Ro=1.發(fā)送器通常為關(guān)閉狀態(tài),只有當(dāng)接收到

25、一個(gè)零起始位后處于發(fā)送模式.主機(jī)必須與從機(jī)采用同一地為參考點(diǎn),為保證靜態(tài)條件下Va-Vb >200mV,預(yù)防在RS-485芯片上附加額外的上拉電阻和下拉電阻,MAX485提供了一個(gè)失效保護(hù)功能,可保證在-50mV至+200mV較窄的門限范圍內(nèi)輸出 Ro=1.本實(shí)驗(yàn)需要用到 CPU莫塊F3區(qū)和232/485接口模塊B1區(qū),485接口電路原理參見圖 35-1.圖35-1 485 接口電路1. 串行 EEPROM24C02接口萬法在新一代單片機(jī)中,無論總線型還是非總線型單片機(jī),為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu),提升系統(tǒng)的可靠性,都推出了芯片間的串行數(shù)據(jù)傳輸技術(shù),設(shè)置了芯片間的串行傳輸接口或串行總線.串行總線擴(kuò)

26、展接線靈活,極易形成用戶的模塊化結(jié)構(gòu),同時(shí)將大大簡(jiǎn)化其系統(tǒng)結(jié)構(gòu).串行器件不僅占用很少的資源 和I/O線,而且體積大大縮小,同時(shí)還具有工作電壓寬,抗干擾水平強(qiáng),功耗低,資料不宜喪失和支持在線編程等特點(diǎn).目前,各式各樣的串行接口器件層出不窮,如：串行EEPROM串行ADC/DAC串行時(shí)鐘芯片,串行數(shù)字電位器,串行微處理器監(jiān)控芯片,串行溫度傳感器等等.串行EEPRO曜在各種串行器件應(yīng)用中使用較頻繁的器件,和并行EEPRO帕比,串行EEPROMj資料傳送的速度較低,但是其體積較小,容量小,所含的引腳也較少.所以,它特別適合于需要存 放非揮發(fā)資料,要求速度不高,引腳少的單片機(jī)的應(yīng)用.2. 串行EEPRO

27、版其工作原理串行EEPROIW,較為典型的有 ATME球司的AT24CX麻列以及該公司生產(chǎn)的AT93CXX系列,較為著名的半導(dǎo)體廠家,包括 Microchip,國家半導(dǎo)體廠家等,都有AT93CXX列EEPRO肝品.AT24CXX系列的串行電可改寫及可編程只讀存儲(chǔ)器EEPROM' 10種型號(hào),其中典型的型號(hào)有AT24C01A/02/04/08/16 等5種,它們的存儲(chǔ)容量分別是1024/2048/4096/8192/16384 位,也就是128/256/512/1 024/2048 字節(jié).這個(gè)系列一般用于低電壓,低功耗的工業(yè)和商業(yè)用途,并且可以組 成優(yōu)化的系統(tǒng).信息存取采用2線串行接口.

28、這里我們就24C02的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),其它系列比較類似.3. 結(jié)構(gòu)原理及引腳)I -V'AO VCC,' j'l: Alnr A2 SCL1 GND SDASCL寫保護(hù)引腳WP引腳.寫入AT24C02有地址線A0A2,串行資料引腳SDA串行時(shí)鐘輸入引腳 很明顯,其引腳較少,對(duì)組成的應(yīng)用系統(tǒng)可以減少布線,提升可靠性.各引腳的功能和意義如下： VCC弓I腳,電源+5V. GND引腳,地線. SCL引腳,串行時(shí)鐘輸入端.在時(shí)鐘的正跳沿即上升沿時(shí)把資料EEPRO M在時(shí)鐘的負(fù)跳沿即下降沿時(shí)把資料從EEPROM3讀出來. SDA引腳,串行資料I/O端,用于輸入和輸出串行資料.這個(gè)引腳是

29、漏極開路的埠,故可以組成“線或結(jié)構(gòu). A0,A1,A2引腳,是芯片地址引腳.在型號(hào)不同時(shí)意義有些不同,但都要接固定電平. WP引腳,寫保護(hù)端.這個(gè)端提供了硬件數(shù)據(jù)保護(hù).當(dāng)把W皈地時(shí),允許芯片執(zhí)行一般讀寫操作；當(dāng)把 W呢VCC時(shí),那么對(duì)芯片實(shí)施寫保護(hù).4. 內(nèi)存的組織及運(yùn)行 內(nèi)存的組織：對(duì)于不同的型號(hào),內(nèi)存的組織不一樣,其關(guān)鍵原因在于內(nèi)存容量存在差異.對(duì) 于AT24CX遙列的EEPROM其典型型號(hào)的內(nèi)存組織如下.AT24C01A:內(nèi)部含有128個(gè)字節(jié),故需要 7位地址對(duì)其內(nèi)部字節(jié)進(jìn)行尋址AT24C02:內(nèi)部含有256個(gè)字節(jié), 故需要8位地址對(duì)其內(nèi)部字節(jié)進(jìn)行讀寫.5. 運(yùn)行方式起始狀態(tài)：當(dāng) SCL

30、為高電平時(shí),SDA由高電平變到低電平那么處于起始狀態(tài).起始狀態(tài)應(yīng)處于任 何其它命令之前.停止?fàn)顟B(tài)：當(dāng) SCL處于高電平時(shí),SDA從低電平變到高電平那么處于停止?fàn)顟B(tài).在執(zhí)行完讀序列 信號(hào)之后,停止命令將把EEPROfi于低功耗的備用方式(Standby Mode).應(yīng)答信號(hào)：應(yīng)答信號(hào)是由接受資料的器件發(fā)出的.當(dāng)EEPRO戚受完一個(gè)寫入資料之后,會(huì)在SDA上發(fā)一個(gè) 0應(yīng)答信號(hào).反之,當(dāng)單片機(jī)接受完來自EEPRO的資料后,單片機(jī)也應(yīng)向SDA發(fā)ACK信號(hào).ACK言號(hào)在第9個(gè)時(shí)鐘周期時(shí)出現(xiàn).備用方式(Standby Mode) : AT24C01A/02/04/08/16 都具有備用方式,以保證在沒有讀

31、寫操作時(shí) 芯片處于低功耗狀態(tài).在下面兩種情況中,EEPROME會(huì)進(jìn)入備用方式：第一,芯片通電的時(shí)候；第二,在接到停止位和完成了任何內(nèi)部操作之后.AT24C01等5種典型的EEPRO陣進(jìn)入起始狀態(tài)之后,需要一個(gè)8位的“器件地址字去啟動(dòng)內(nèi)存進(jìn)行讀或?qū)懖僮?在寫操作中,它們有"字節(jié)寫,"頁面寫兩種不同的寫入方法.在讀操作 中,有“現(xiàn)行地址讀,隨機(jī)讀和“順序讀種各具特點(diǎn)的讀出方法.下面分別介紹器件尋址,寫 操作和讀操作. 器件尋址：所謂器件尋址 (Device Addressing) 就是用一個(gè) 8位的器件地址字 (Device Address Word)去選擇內(nèi)存芯片.在邏輯電路

32、中的 AT24CXX系列的5種芯片種,即 AT24C01A/02/04/08/16中,如果和器件地址字相比較結(jié)果一致,那么讀芯片被選中.下面對(duì)器件尋址的過程和意義加以說明. 芯片的操作地址D7D6D5D4D3D2D1D01010A2A1A0R/W用于內(nèi)存EEPRO地片尋址的器件地址字如下列圖.它有4種方式,分別對(duì)應(yīng)于1K/2K,4K,8K和16K位的EEPRO明片.從圖中看出：器件地址字含有3個(gè)局部.第一局部是高4位,它們稱為EEPROM AT24C01A/02/04/08/16的標(biāo)識(shí)第二局部稱為硬布線地址,它們是標(biāo)識(shí)后的 3位.第三局部是最低位,它是讀/寫操作選擇位.第一局部：器件標(biāo)識(shí),器件

33、地址字的最高4位.這4位的內(nèi)容恒為 1010,用于標(biāo)識(shí) EEPROM器件 AT24C01A/02/04/08/16 .第二局部：硬布線地址,是與器件地址字的最高4位相接的低3位.硬布線地址的 3位有2種符號(hào)：Ai(i=02),Pj(j=02)其中Ai表示外部硬布線地址位.對(duì)于 AT24C10A/02這兩種1K/2K位的EEPROM片,硬布線地址為“ A2,A1,A0 .在應(yīng)用時(shí),“A2,A1,A0的內(nèi)容必須和EEPRO時(shí)片的A2,A1,A0的硬布線情況,即邏輯連接情況相比較,如果一樣,那么芯片被選中；否那么,不選中.AT24C01/02:真正地址 與地址.第三局部：讀/寫選擇位,器件地址字的最

34、低位,并用R/W表示.當(dāng)R/W=1時(shí),執(zhí)行讀操作；當(dāng)R/W=0時(shí),執(zhí)行寫操作.當(dāng)EEPROM片被選中時(shí),那么輸出“ 0 ；如果 EEPROM片沒有被選中,那么它回到備用方式.被 選中的芯片.其以后的輸入,輸出情況視寫入和讀出的內(nèi)容而定. 寫操作：AT24C01A/02/04/08/16 這5種EEPRO明片的寫操作有 2種：一種是字節(jié)寫,另一 種是頁面寫.字節(jié)寫：這種寫方式只執(zhí)行 1個(gè)字節(jié)的寫入.字節(jié)寫的過程如下列圖,其寫入過程分外部寫和內(nèi)部寫兩 局部,分別說明如下.在起始狀態(tài)中,首先寫入8位的器件地址.那么 EEPRO/片會(huì)產(chǎn)生一個(gè)“ 0信號(hào) ACK輸出作為應(yīng)答；接著,寫入8位的字地址,在接

35、受了字地址之后,EEPRO地片又產(chǎn)生一個(gè)“0應(yīng)答信號(hào) ACK 隨后,寫入8位資料,在接受了資料之后,芯片又產(chǎn)生一個(gè)“ 0信號(hào) ACK作為應(yīng)答.到此為止,完 成了一個(gè)字節(jié)寫過程,故應(yīng)在SDA產(chǎn)生一個(gè)停止?fàn)顟B(tài),這是外部寫過程.在這個(gè)過程中,限制 EEPRO的單片機(jī)應(yīng)在EEPROMJ SCL SD遍送入恰當(dāng)?shù)男盘?hào).當(dāng)然在一個(gè) 字節(jié)寫過程結(jié)束時(shí),單片機(jī)應(yīng)以停止?fàn)顟B(tài)結(jié)束寫過程.在這時(shí),EEPRO睡入內(nèi)部定時(shí)的寫周期,以便把接受的數(shù)據(jù)寫入到存儲(chǔ)單元中.在EEPROMJ內(nèi)部寫周期中,其所有輸入被屏蔽,同時(shí)不響應(yīng)外部信號(hào)直到寫周期完成.這是內(nèi)部寫過程.內(nèi)部寫過程大約需要10ms時(shí)間.內(nèi)部寫過程處于停止?fàn)顟B(tài)與下

36、一次起始狀態(tài)之間.頁面寫：這種寫入方式執(zhí)行含假設(shè)干字節(jié)的1個(gè)頁面的寫入.對(duì)于 AT24C01A/02,它們的1個(gè)頁面含8個(gè)字節(jié)；頁面寫的開頭局部和字節(jié)寫一樣.在起始狀態(tài),首先寫入8位器件地址；待EEPRO解當(dāng)了 “0信號(hào)ACQ后,寫入8位字地址；又待芯片應(yīng)答了 “ 0信號(hào) ACQ后,寫入8位資料.隨后頁面寫的過程那么和字節(jié)寫有區(qū)別.當(dāng)芯片接受了第一個(gè) 8位資料并產(chǎn)生應(yīng)答信號(hào) ACK±后,單片機(jī)可以連續(xù)向 EEPRO明片發(fā)送共 為1頁面的資料.對(duì)于 AT24C01A/02,可發(fā)送共1個(gè)頁面的8個(gè)字節(jié)連第一個(gè) 8位資料在內(nèi).對(duì) 于AT24C04/08/16 ,那么共可發(fā)送1個(gè)頁面共16個(gè)

37、字節(jié)連第一個(gè) 8位資料在內(nèi).當(dāng)然,每發(fā)一個(gè) 字節(jié)都要等待芯片的應(yīng)答信號(hào)ACK之所以可以連續(xù)向芯片發(fā)送 1個(gè)頁面資料,是由于字地址的低34位在EEPROW片內(nèi)部可實(shí)現(xiàn)加1,字地址的高位不變,用于保持頁面的行地址.頁面寫和字節(jié)寫兩者一樣可,都分為外部寫 和內(nèi)部寫過程.應(yīng)答查詢：應(yīng)答查詢是單片機(jī)對(duì) EEPRO曜種狀態(tài)的一種檢測(cè).單片機(jī)查詢到EEPROIW應(yīng)答“0 信號(hào)ACK輸出,那么說明其內(nèi)部定時(shí)寫的周期結(jié)束,可以寫入新的內(nèi)容.單片機(jī)是通過發(fā)送起始狀態(tài) 及器件地址進(jìn)行應(yīng)答查詢的.由于器件地址可以選擇芯片,那么檢測(cè)芯片送出到SDA的狀態(tài)就可以知道其是否有應(yīng)答了. 讀操作：讀操作的啟動(dòng)是和寫操作類同的.它一樣需要圖所示的器件地址字.和寫操縱不同 的就是信號(hào)為時(shí)執(zhí)行讀操作.讀操縱有3種方式,即現(xiàn)行地址讀,隨機(jī)讀和順序讀.下面分別說明它們的工作過程.現(xiàn)行地址讀：在上次讀或?qū)懖倏v完成之后.芯片內(nèi)部字地址計(jì)數(shù)器會(huì)加1,產(chǎn)生現(xiàn)行地址.只要沒有再執(zhí)行讀或?qū)懖僮?這個(gè)現(xiàn)行地址就