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通信工程专业单片机系统设计、仿真与程序设计指导书.doc
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1、个人收集整理 勿做商业用途通信工程专业单片机系统设计、仿真与程序设计指导书通信工程系2007年5月一、设计目的单片机原理及应用是一门技术性、应用性很强的学科,实践教学是它的一个极为重要的环节。不论是硬件扩展、接口应用还是编程方法、程序调试,都离不开实验教学。如果不在切实认真地抓好学生的实践技能的锻炼上下功夫,单凭课堂理论课学习,势必出现理论与实践脱节,学习与应用脱节的局面。任随书本上把单片机技术介绍得多么重要、多么实用、多么好用,同学们仍然会感到那只是空中楼阁,离自己十分遥远,或者会因此而对它失去兴趣,或者会感到它高深莫测无从下手,这些情况都会令课堂教学的效果大打折扣。本次仿真设计的目的就是让
2、同学们在理论学习的基础上,通过完成一个涉及MCS-51单片机多种资源应用并具有综合功能的小系统目标板的设计与编程应用,使学生不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来,而且能够对电子电路、电子元器件、印制电路板等方面的知识进一步加深认识,同时在软件编程、排错调试、焊接技术、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高,为今后能够独立进行某些单片机应用系统的开发设计工作打下一定的基础。二、设计任务在上一学期进行的EDA课程设计中,同学们完成了单片机数据采集与定时系统的硬件电路设计.本次综合实践是在此基础上,焊接制作电路板,完成该系统的软件设计与调试。待仿真成功后,再将程序烧写入单片机
3、中。系统功能包括以下几点:1) 24小时计时功能用6位LED显示器显示时、分、秒。2) 时间调整功能用功能移位键、功能加键和功能减键实现时间的调整3) 闹铃功能用定闹键配合功能移位键、功能加键和功能减键三个按键设定闹铃,并用蜂鸣器实现响铃功能。4) 环境温度采集与显示功能选用温度传感器DS18B20采集环境温度,并用2位LED显示器显示环境温度。在这里我们只考虑采集室内温度,即零度以上的温度。三、软件设计原理整个系统电路可分为五个部分:中央处理单元、电源电路部分、显示部分、键盘输入部分、温度采集部分。各部分关系如图1:图11. 中央处理单元CPU选用8051对整个系统进行控制:a。 它将定时数
4、据输出到LED,实现时间的显示;b。 根据键盘输入调用相应键处理子程序,实现时间的调整和闹铃的设定;c。 接收温度传感器输入的温度数据,进行一定的转换,然后输出到2位的LED显示器显示出来。2. 显示部分显示部分采用动态显示方式,分为时间的显示和温度的显示两部分,共需8位LED显示器.3. 键盘部分采用独立式按键,分别为功能移位键、功能加键、功能减键和定闹键。4。 温度采集部分温度传感器建议使用DS18B20,该芯片简介如下:DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器,具有3引脚TO92小体积封装形式;温度测量范围为55125,可编程为9位12位A/D转换精度,测温分辨率可达0
5、。0625,被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出。其工作电源既可在远端引入,也可采用寄生电源方式产生;多个DS18B20可以并联到3根或2根线上,CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信,占用微处理器的端口较少,可节省大量的引线和逻辑电路。图2DS18B20内部结构如图2所示,主要由四部分组成:64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。图3DS18B20的管脚排列如图3所示,DQ为数字信号输入输出端;GND为电源地;VDD为外接供电电源输入端。图4以MCS51系列单片机为例,图4为DS18B20与微处理器的典型连接。图4中上方为DS18B20采用寄
6、生电源方式,其VDD和GND端均接地,图4中下方DS18B20采用外接电源方式,其VDD端用3V5.5V电源供电。5电源部分电源电路包括变压、整流、滤波和稳压四个部分,稳压器使用三线集成稳压块7806。四、电路制作1. AT89C51单片机最小系统介绍单片机的最小化系统是指单片机能正常工作所必须的外围元件,主要可以分成时钟电路和复位电路,电路图如图5。我们采用的是AT89C51芯片,它内部自带4K的FLASH程序存储器,一般情况下,这4K的存储空间足够我们使用,所以我们将AT89C51芯片的第31脚固定接高电平(PCB画板时已经接死),所以我们只用芯片内部的4K程序存储器。单片机的时钟电路有一
7、个12M的晶振和两个30P的小电容组成,它们决定了单片机的工作时间精度为1微秒。复位电路由22UF的电容和1K的电阻及IN4148二极管组成,以前教科书上常推荐用10UF电容和10K电阻组成复位电路,这里我们根据实际经验选用22UF的电容和1K的电阻,其好处是在满足单片机可靠复位的前提下降低了复位引脚的对地阻抗,可以显著增强单片机复位电路的抗干扰能力。二极管的作用是起快速泄放电容电量的功能,满足短时间多次复位都能成功。图5判断单片机芯片及时钟系统是否正常工作有一个简单的办法,就是用万用表测量单片机晶振引脚(18、19脚)的对地电压,以正常工作的单片机用数字万用表测量为例:18脚对地约2。24V
8、,19脚对地约2。09V。对于怀疑是复位电路故障而不能正常工作的单片机也可以采用模拟复位的方法来判断,单片机正常工作时第9脚对地电压为零,可以用导线短时间和5V连接一下,模拟一下上电复位,如果单片机能正常工作了,说明这个复位电路有问题。2. 电路制作注意事项根据元器件种类和体积以及技术要求将其布局在电路板上的适当位置。可以先从体积较大的器件开始,如单片机底座、电源稳压器、变压线圈、锁存器、温度传感器等。待体积较大的元器件布局好之后,小型的电子元器件就可以根据间隙面积灵活布配。二极管、电感器、阻容元件的装配方式一般有直立式、俯卧式和混合式三种。直立式。这种安装方式见图6。电阻、电容、二极管等都是
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