基于单片机实验板的应用系统设计多功能实验板的设计及应用

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1、信息科学与工程学院 基于单片机实验板的应用系统设计单片机产品分析与设计论文（设计）题目多功能实验板的设计及应用作 者 、学 号）所 在 专 业电子信息工程所 在 班 级指 导 老 师论文完成时间2010年1月8日信息科学与工程学院基于单片机实验板的应用系统设计多功能实验板的设计及应用摘 要单片机技术是当前最热门的技术之一，此产品设计所使用实验板正是一块运用51单片机的实验板。该实验板是一块集成很多电子产品应用模块于一体的科研实验板。此设计是在单片机实验板的硬件基础上，设计实现了“音乐播放”、“动漫播放”、“串行通信”、“温度测量”、“电机驱动”这五项功能齐全的功能。并结合液晶屏显示功能，在液晶

2、屏上显示功能菜单栏。通过按键选择所需要的功能，充分利用了液晶屏到达人机交汇的目的并将实验板上的各个芯片的功能充分利用。关键字：51单片机、实验板、液晶显示、温度测量、设计目 录1概述-12硬件结构与功能-12.1 单片机实验板的总体结构-12.2 实验板各结构的硬件介绍-22.2.1 W78E58单片机CPU-22.2.2 液晶显示器-32.2.3 矩阵键盘-42.2.4 蜂鸣器-42.2.5 串行通讯-42.2.6 DA转换-52.2.7 数码管-62.3外扩系统的硬件介绍-72.3.1 温度测量系统-72.3.2 电机驱动系统-92.4应用系统硬件-103系统软件设计-123.1 系统主流

3、程设计 -123.2 应用系统软件设计 -123.2.1 音乐播放 -123.2.2 动漫播放-133.2.3 串行通讯-143.2.4 温度测量-143.2.5 电机驱动-144 心得体会-151 概述单片机是最有创业条件的一门技术，投资少，产出价值高，由此可见“单片机产品的分析与设计”的重要性。此课程的学习最重要的就是理论与实际的相结合，必须亲自动手应用所学知识才能达到这门课程的考察目的。此实验板上的芯片及其功能是最基本的，更重要的在于提高对单片机各项功能的外围扩展与运用。本设计是在实验板的硬件基础上，结合平时的学习积累，设计了“音乐播放”、“动漫播放”、“串行通信”、“温度测量”、“电机

4、驱动”这五项功能。并结合液晶屏显示功能，在液晶屏上显示功能菜单栏。通过按键选择所需要的功能，充分利用了液晶屏到达人机交汇的目的并将实验板上的各个芯片的功能充分利用。该设计的框图如下图所示：W78E58液晶屏显示菜单栏蜂鸣器串行通信LCD显示DS1820测温模块功能按键电机驱动2硬件结构与功能2.1 单片机实验板的总体结构 此实验板是一块集多种电子芯片于一体的多功能实验板，主要功能器件包括：W78E58单片机CPU、62256外扩RAM、液晶显示器、I2C器件、矩阵键盘、数码管显示、稳压电源、R-2R电阻网络、MAX232串行通讯、蜂鸣器等模块。实验板电路原理图如下图所示：2.2 实验板各结构的

5、硬件介绍2.2.1 W78E58单片机CPUCPU是单片机最核心的部分，是指挥中心和执行结构。它的作用是读入和分析每条指令，完成特定的功能。主要包括运算器和控制器两部分。2.2.2 液晶显示器我们使用的是HD61202U图形液晶显示模块，要使用内置HD61202U图形液晶显示模块还需要熟悉其软件特性，即HD61202U得指令功能。其指令一览表如下：指令名称控制信号控制代码D/I R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0显示开关设置0 0 0 0 1 1 1 1 1 D 显示起始行设置 0 0 1 1 L5 L4 L3 L2 L1 L0页面地址设置 0 0 1 0 1 1 1 P2

6、 P1 P0列地址设置 0 0 0 1 C5 C4 C3 C2 C1 C0读取状态字 0 0 BUSY 0 ON/OFF RESET 0 0 0 0 写显示数据 1 0数 据读显示数据 1 1数 据根据其指令表可以对液晶屏进行初始化设置。本系统的精髓就在于菜单栏的选择，通过液晶显示器的菜单显示就做到了人机交汇的目的。能够清楚的显示子功能，到达菜单选择的目的。电路图如下图所示：2.2.3 矩阵键盘 键盘电路利用EMP7032中的8个引脚设计成4*4的矩阵键盘，一共16个按键。通过软件来判断键值。不断扫描键盘，直到有按键按下，键值放在A中。实际电路图如下图所示：2.2.4 蜂鸣器实验板中使用的是有

7、源蜂鸣器，通过IO口控制其发声和关闭。因IO口后接入的是9012放大电路，所以给蜂鸣器地址置“1”时，蜂鸣器会发声。实际电路图如下：2.2.5 串行通讯串行通讯使用的芯片是MAX232，其主要特点是：1、单5V电源工作；2、 LinBiCMOSTM工艺技术；3、 两个驱动器及两个接收器；4、 30V输入电平；5、低电源电流：典型值是8mA；6、符合甚至优于ANSI标准 EIA/TIA-232-E及ITU推荐标准V.28；7、ESD保护大于MIL-STD-883（方 法3015）标准的2000V本系统利用此芯片实现数据自发自收的功能，通过按键发送数据，经MAX232接收并发送数据后将其显示在数码

8、管上。实际电路图如下所示：2.2.6 DA转换本系统是利用R-2R电阻网络实现的DA转换功能。其电路图如下：由电阻网络知识可知上图是一个8位二选制权电阻DAC，通过DA7DA0输出不同的电平，可以得到不同的输出电压。D/A分辨率：图中分辨率是8bit，如果增加IO口的数量，可以提高其分辨率。2.2.7 数码管数码管地址与D/A转换地址是一样的，通过74LS574锁存器将不同信号分别送给数码管和D/A。数码管的com端连接的是9013，因此当com端是低电平时打开数码管，高电平时关闭数码管。其电路图如下所示：2.3 外扩系统的硬件介绍本设计的外扩主要包括两部分：温度测量系统和电机驱动系统。分别实

9、现了一定温度范围内的温度测量和电机各个方向及转数的转动。以下简单介绍其硬件系统。2.3.1 温度测量系统 该系统是利用芯片DS1820来完成温度的测量功能。DS1820数字温度计以9位数字量的形式反映器件的温度值，其通过一个单线接口发送或接收信息。用于读写和温度转换的电源可以从数据线本身获得，无需外部电源。引脚说明如下表：实物图如下：最主要的是读取时序图（1） 初始化（2）写时间间隙（3）读时间隙通过各工作部分的时序图完成DS1820的温度测量的程序编写。2.3.2 电机驱动系统该系统主要由四部分组成：IO口控制部分、TLP521-4光耦部分、H桥电路、电机。通过P1.0、P1.1、P1.6、

10、P1.7四个IO口控制电机的转动，电流流经光耦放大，再通过H桥电路控制电机的转动，需要注意的是P1.7、P1.6口需加上拉电阻。系统使用的是两相四线的步进电机，转动更加细化、精确。 电路图如下图所示：2.4 应用系统硬件介绍（1）音乐播放此项功能是进入该菜单选项，便奏出一段音乐旋律，并在液晶屏上显示返回图片。此项功能是菜单栏上的第一个功能，若想进入此功能，先需要按下按键1，选中此菜单栏，再按下确定按键8进入此项功能，8按下后，蜂鸣器就开始放出一段旋律，按下返回按键0可以再音乐当中随时返回菜单栏。由此可以看出“音乐播放”功能就是利用了单片机产生音乐脉冲，将此音频信号通过数据总线输出。（2）动漫播

11、放此项功能是菜单栏上的第二个功能。若想进入此功能，先需要按下按键2，选中此菜单栏，再按下确定按键8进入此项功能，8按下后，在显示屏的B区就会显示出一小段动漫一个不断动的娃娃。若想停止此动漫，只需按下返回键0即可返回菜单栏界面，可以再对其它功能进行选择。此功能就是按键与液晶显示器的相结合。动漫的显示就是在不断地调用多个图片，在适当的延时内，就会显示出相应的动漫。（3）串行通讯此项功能是菜单栏上的第三个功能。若想进入此功能，先需要按下按键3，选中此菜单栏，再按下确定按键8进入此项功能，8按下后，就会启动串行通讯功能并在显示屏上显示返回图片，通过MAX232在实验板上自发自收。进入此功能后，通过串行

12、通讯把按键的键值传给数码管，由此可以再数码管上显示按键的键值。若想退出此功能，只需按下返回键0即可返回菜单栏界面，可以再对其它功能进行选择。此功能是按键与串行通讯的结合，不断扫描键盘，当有键按下时通过通讯就会在数码管上显示出按键键值。（4）温度测量 此项功能是菜单栏上的第三个功能。若想进入此功能，先需要按下按键2，选中此菜单栏，再按下确定按键8进入此项功能，8按下后，便会在液晶屏上显示：今日温度*请做好防寒工作同样，按下按键0后便会结束此项功能。返回菜单栏进行其它功能的选择。此功能是按键、液晶显示器及TS1820的结合。通过TS1820测量温度，将所测温度值经过公式转换，转换成摄氏温度值，再在

13、液晶屏上显示。（5）电机驱动此项功能是菜单栏上的第三个功能。若想进入此功能，先需要按下按键2，选中此菜单栏，再按下确定按键8进入此项功能，8按下后，进入电机驱动程序，并在显示屏上显示返回图片。此时又分为正转和反转：若按下按键1，电机就正转；按下2，电机就反转。不管电机正转还是反转，当转动一圈后就会自动停下并返回到菜单栏界面上。此功能是按键、液晶屏及电机部分的结合，通过单片机控制电机的转动。3 系统软件设计3.1 系统主流程设计系统大致流程图就如下图所示：是是是液晶屏显示菜单栏按键扫描按键1及8是否按下音乐播放按键0是否按下按键2及8是否按下按键3及8是否按下按键4及8是否按下按键5及8是否按下

14、温度测量电机驱动动漫播放串行通讯是是是是其中当没有按下按键8时，只是选中了所按按键对应的菜单栏，只有当再按下按键8时才进入所选中菜单栏的功能。在各个子功能中，按下按键0就可再返回菜单栏界面。3.2 应用系统软件设计3.2.1 音乐播放音乐程序就是连续的给蜂鸣器音乐脉冲。简易音乐播放程序代码如下：YTD0:MOV GROUP, #30YTD1:MOVR3,#60YTD2:MOVDPTR,#SPEEKMOVA,#2MOVXDPTR,ALCALLYTDLLCALLYTDLMOVA,#0MOVXDPTR,AMOVR2,GROUPYTD4:LCALLYTDLDJNZR2,YTD4DJNZR3,YTD2D

15、JNZGROUP,YTD1AJMPYTD0 3.2.2 动漫播放动漫播放就是在液晶显示图片的程序中不断地调用各个图片的代码，在适当的延时下，各图片就会连续起来“播放”，视觉上看起来就是一个动漫。简易显示图片的程序代码：DISP:MOVPAG,#0B8HMOV R6,#8DISP1:MOVA,PAGLCALLWB_CMDMOVA,#40HLCALLWB_CMDMOVR7,#64DISP2:CLRAMOVCA,A+DPTRLCALLWB_DATINCDPTRDJNZR7,DISP2INCPAGDJNZR6,DISP13.2.3 串行通讯利用芯片MAX232将按键的键值显示在数码管上。简易串行通讯程

16、序代码如下：MOVTMOD,#20HMOVTH1,#0F0HMOVTL1,TH1MOVPCON,#00HMOVSCON,#50HSETBTR1SETBEASETBESLP:LCALLKEYMOVBUFF0,AMOVSBUF,AHERE:JNBTI,HERECLRTILCALLDIRLJMPLPCXTX:PUSHACCJNBRI,VOACKMOVA,SBUFMOVBUFF1,ACLR RIVOACK:POPACCRETI3.2.4 温度测量利用芯片TS1820完成此功能，并在液晶屏上显示其温度。因程序编写较复杂，就不在此写出。程序编写要严格按照芯片TS1820的时序图，一步一步的完成，并要严格按

17、照每部分的延时时间去延时每部分的程序。3.2.5 电机驱动电机驱动部分还需要再焊接一块驱动板，通过此硬件完成电机驱动部分的程序。电机的正转、反转、转数，都有严格的要求。简易电机驱动（正转）程序代码如下： DJ_Z:MOVDPTR,#STEP1Z1:CLRAMOVCA,A+DPTRMOVP1,ALCALLDJ_DLYINCDPTRCJNEA,#07DH,Z1DJNZR5,DJ_ZMOVDPTR,#STEP1Z2:CLRAMOVCA,A+DPTRMOVP1,ALCALLDJ_DLYDJNZB,Z2POPBPOPACCMOVR5,AMOVR4,BRETSTEP1:DB 0BDH,0BEH,07EH,

18、07DHSTEP2:DB07DH,07EH,0BEH,0BDH4 心得体会单片机技术应用广泛，前景广阔。“单片机应用技术”课程被各院校列为自动化、电子、机电一体化等相关专业的核心课程之一。另外，单片机技术发展迅速，更新换代很快，因此单片机课程内容如何做到与其发展基本同步也是一个难题，可见“单片机产品分析与设计”这门课程的重要性。通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我不但熟悉了实验板上各种芯片的性能，也加强了自己的编程能力。在调试过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想着这样的接法，这样的编程是可以行得通，但实际调试时，却总是实现不了，因此耗费在这上面的

19、时间用去很多。整个设计系统的大致方案很快就设计出来，但具体的实现其功能及优化功能，花费了很多时间。我觉得做课程设计同时也是对课程所学知识的巩固和加强，由于平时所学的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，但在这次课程设计过程中，我更深入的了解了实验板上各种元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。平时看课本时，有时很多问题都弄不懂，但在做完课程设计后，那些问题就迎刃而解了，而且还可以记住很多东西，比如一些芯片的功能。通过动手实践让我对各个元件映象深刻，认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准，所以这个期末测试的课程设计对我们这学期的系

20、统学习的作用是非常大的。一个好的设计系统，不仅要有强悍的功能系统，还要有完善的稳定系统。不仅功能能够多式多样，而且系统要够稳定，各个子功能之间不受干扰。我的设计中有5个功能，在功能完善这方面还是做的比较好的，5个功能中有2个是外扩功能，即：温度测量和电机驱动。这两个外扩功能的编写就是靠平时的积累。整个液晶显示花样还是比较多，比较好看的。在界面设计和功能方面还是达到了设计要求，但系统的键盘扫描不够稳定。我共使用7个按键，5个功能选择按键，1个确定键，1个界面返回键。程序编写完成后，我自己感觉每个按键应该是不相互影响的，但实际操作时却不尽然。若在选择功能时，按下这7个按键除外的其他按键，程序就会进入死循环。这就是我的程序的一个弊端，不能胡乱按键盘。并且在进行第二个功能动漫中，需要按键返回时，需要长按返回键才能跳出循环。总的来说，按键有些迟钝，不够灵敏。第 16 页