科研實踐報告

科研實踐報告③CPU電路設計單片機最小系統(tǒng)電路：能讓單片機工作的有最基本元器件構(gòu)成的系統(tǒng)稱為單片機最小系統(tǒng)。單片機最小系統(tǒng)通常包括：1.電源（）2.復位電路：啟動后讓單片機從初始狀態(tài)執(zhí)行程序。是在復位引腳接入復位按鈕，按下該按鈕，將復位引腳加到低電平上，實現(xiàn)復位功能3.振蕩電路：單片機是一種時序電路，必須施加脈沖信號才能Mega16內(nèi)部有RC震蕩電路但相比外部的晶體震蕩電路還是不夠準確，另外它也可以使用外部晶振工作，兩者之間的切換通過熔絲位來選擇在其內(nèi)部有一個時鐘產(chǎn)生電路只要接上兩個電容和一個晶振即可正常工作。4.2模塊分析4.2.1時鐘晶振電路時鐘電路是整個系統(tǒng)的心臟，控制著步進電機工作節(jié)奏。單片機的時鐘信號用來提供單片機片內(nèi)各種微操作的時間基準，時鐘信號通常用兩種電路形式得到:內(nèi)部振蕩和外部振蕩。圖中的外接晶體以及電容C2和C1構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，它們起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其值均為22PF左右，晶振頻率選4MHz。4.2.2步進電機驅(qū)動電路本設計采用ULN2003A芯片。ULN2003的每一對達林頓都串聯(lián)一個2.7K的基極電阻,在5V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路直接相連，可以直接處理原先需要標準邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。4.2.3顯示電路由于系統(tǒng)顯示的內(nèi)容比較簡單，所以顯示選用發(fā)光二級管既方便又經(jīng)濟。當步進電機正轉(zhuǎn)的時候，第一個發(fā)光二極管發(fā)光；當步進電機反轉(zhuǎn)時，第二個發(fā)光二極管發(fā)光；當步進電機停止工作時，第三個發(fā)光二極管發(fā)光。4.2.4系統(tǒng)總電路綜合以上各模塊，可得到總電路圖：五電路的調(diào)試5.1protuse仿真Proteus仿真時，單片機需要加載程序，加載程序為.HEX文件。本設計利用AVRStuio4，在新建AVR項目時選擇ATMEGA16單片機作為CPU，將源程序?qū)?，編譯鏈接后就可以生成.HEX文件。在ProteusISIS中，對ATMEGA16進行設置，設置單片機時鐘頻率為4MHz，按照正確的文件路徑加載.HEX文件。對單片機設置完畢后就可以開始仿真了。仿真過程中如有硬件問題可在ProteusISIS中直接修改，如有軟件問題可在AVRStuio4中直接修改，通過AVR與Proteus的聯(lián)合調(diào)試就可以得到滿意的結(jié)果5.2軟件調(diào)試對源文件進行編譯，點擊圖標（“Build”）或（“ReBuild”），則編譯器開始對源程序進行編譯。如果沒有錯誤，生成代碼文件（Hex文件）。若有錯誤、警告信息，用鼠標左鍵雙擊錯誤、警告信息，系統(tǒng)自動打開對應的出錯文件，并定位于出錯行上。對有關錯誤進行修改，重新編譯（若還有錯誤繼續(xù)修改、編譯），直到編譯通過。在調(diào)試過程中，曾出現(xiàn)錯誤DZ.C(34):errorC231:'i':redefinition意為“i”被重復定義了，經(jīng)過檢查“j”寫出了“i”;錯誤DZ.C(5):errorC129:missing';'before'tab1'，但實際上并不是少了“；”，而是在后面程序輸入的時候出現(xiàn)錯誤。5.3仿真繪制完電路圖后，將編好的程序輸入軟件內(nèi)檢查所編程序是否正確，檢查程序無誤后裝入單片機內(nèi)，進行仿真。系統(tǒng)進入仿真模式后，閉合K1鍵，步進電機正轉(zhuǎn)工作，可以看到如下圖所示：系統(tǒng)進入仿真模式后，閉合K2鍵，步進電機反轉(zhuǎn)工作，可以看到如下圖所示：系統(tǒng)進入仿真模式后，閉合K3鍵，步進電機停止工作，可以看到如下圖所示：5.4實物調(diào)試六設計總結(jié)設計過程中遇到的問題及解決方法在設計此步進電機正反轉(zhuǎn)的課程設計過程中遇到了不少問題，其中最主要的是如下問題，最后都一一解決。由于本人能力的有限，真的不知道如何編寫程序。到圖書館查閱有關這個設計個向相關設計，到書中查找并研究程序，但是當把程序編譯進已經(jīng)做好的Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真設計后，程序仍然不能運行。最后在網(wǎng)上找到了一個有關單片機控制步進電機的Ｃ語言程序輸入才得以運行程序最終實現(xiàn)了步進電機的正反轉(zhuǎn)。不知道如何把程序燒進單片機ATMEGA16里面使其運行。找別的同學問，請教，最后解決問題。設計體會在這兩周步進電機正反轉(zhuǎn)的課程設計當中，從圖書館，網(wǎng)上查閱了不少關于單片機的應用系統(tǒng)設計的知識，在這一期間，極大地鍛煉了主動學習的思維和動手實踐的能力。我們能上網(wǎng)查閱關于單片機接口和并行I/O口的擴展。通過這次課程設計我學到了不少東西。首先，通過這次學習。我能更好的理解單片機的工作原理，讓我對單片機有了更深一步的理解，而不僅僅是書面上的東西，當讓書上的東西也是同樣重要，我更深入的了解了單片機在現(xiàn)實生活中的應用。其次，在這次課程設計的過程中，我可以很明顯的感覺我我學得懂得東西實在是太少了，還有很多東西都不知道，開拓了我的視野，是我清楚的認識到了自己的不足，在以后的學習中一定要多用心學習。再次，這次課程設計實際上就是一次模擬的畢業(yè)設計，是對我們學習的課程的一次檢驗，也是鍛煉了實際動手操作能力。在這次課程設計中充分的證明了團隊合作的必要性，我與我的搭檔一個負責軟件部分一個負責硬件部分，共同努力才完成了，我非常感謝我的搭檔在這次課程設計中對我的幫助。最后，其實這也是一次學習的過程，只要功夫在，一切困難都是可以克服的。對設計的建議可以在設計步進電機的轉(zhuǎn)數(shù)顯示實現(xiàn)不用停止步進電機就可以實現(xiàn)其轉(zhuǎn)向的變換參考文獻1.彭偉編著，單片機C語言程序設計實訓100例——基于AVR+Proteus仿真，北京航空航天大學出版社2.劉建清孫保書李鳳偉陳素俠編著，AVR單片機C語言，北京航空航天大學出版社附錄1元器件清單序號名稱型號、參數(shù)備注數(shù)量1CPUATMEGA16A12管座DIP4013晶體管陣列ULN2003A14管座DIP1615晶振4MHz16元片電容24pF27LED燈紅18LED燈綠29步進電機STEPPER_MOTOR110電阻10K111電阻220歐312按鈕313導線若干附錄2源程序#defineF_CPU4000000UL#include<avr/io.h>#include<util/delay.h>#defineINT8Uunsignedchar#defineINT16UunsignedintconstINT8UFFW[]={0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0C,0x08,0x09};constINT8UREV[]={0X01,0X09,0X08,0X0C,0x04,0x06,0x02,0x03};#defineK1_DOWN()((PIND&_BV(PD0))==0x00)#defineK2_DOWN()((PIND&_BV(PD1))==0x00)#defineKX_DOWN()(PIND!=0xFF)voidSTEP_MOTOR_RUN(INT8UDirection,INT8Un){INT8Ui,j;for(i=0;i<n;i++){for(j=0;j<8;j++){if(KX_DOWN())return;if(Direction==0)PORTB=FFW[j];elsePORTB=REV[j];_delay_ms(200);}}PORTB=0x01;}intmain(){INT8Ur=3;DDRB=0xFF;PORTB=FFW[0];DDRC=0xFF;PORTC=0xFF;DDRD=0x00;PORTD=0xFF;while(1){if(K1_DOWN()){while(K1_DOWN());PORTC=0xFE;STEP_MOTOR_RUN(0,r);}if(K2_DOWN()){while(K2_DOWN());PORTC=0xFD;STEP_MOTOR_RUN(1,r);}PORTC=0xFB;}}附錄3原理圖使用說明書產(chǎn)品名稱：正反轉(zhuǎn)可控的步進電機使用方法：接通電源后，停止指示燈紅燈亮，按下按鈕K1，步進電機正轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)指示燈綠燈亮，紅燈熄滅；按下按鈕K3電機停止轉(zhuǎn)動；按下按鈕K2，步進電機反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)指示燈綠燈亮，按下K3電機停止轉(zhuǎn)動。CHANGZHOU