桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院嵌入式實(shí)訓(xùn)下

1、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用實(shí)訓(xùn)實(shí)訓(xùn)報(bào)告倒計(jì)時(shí)秒表1 整機(jī)設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)要求使用 Qt 編程，在 ARM 實(shí)驗(yàn)箱的液晶顯示屏幕上實(shí)現(xiàn) 99 秒倒計(jì)時(shí)，采用AT89S51 單片機(jī)模塊與 ARM9 實(shí)驗(yàn)箱之間的串口通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示、按鍵控制的同步，通過按鍵可以實(shí)現(xiàn)“運(yùn)行/暫?！?、“調(diào)整計(jì)時(shí)初值”的功能，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)到 0 時(shí)，會有指示燈閃爍或亮。使用串口連接單片機(jī)模塊與 ARM9 實(shí)驗(yàn)箱，單片機(jī)模塊要求：接收串口發(fā)來的命令進(jìn)行輸出顯示，當(dāng)按鍵按下后將按鍵信息通過串口發(fā)送出去；ARM9 實(shí)驗(yàn)箱模塊要求：通過 Qt 編程實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的計(jì)算和控制功能。即單片機(jī)要求承擔(dān)信息輸入、輸出的“中轉(zhuǎn)站”功能，不承擔(dān)主控任務(wù)

2、。1.1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)采用 AT89S51 單片機(jī)與 ARM9 實(shí)驗(yàn)箱之間的串口通行，通過 Qt 編程設(shè)計(jì)一個(gè)99 秒倒計(jì)時(shí)秒表。1.1.2 性能指標(biāo)要求1、使用 Qt 編程，在 ARM 實(shí)驗(yàn)箱的液晶屏幕上實(shí)現(xiàn) 99 秒倒計(jì)時(shí)；2、實(shí)驗(yàn)箱通過串口與單片機(jī)模塊通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示、按鍵控制的同步；3、通過按鍵實(shí)現(xiàn)“運(yùn)行/暫?！薄ⅰ罢{(diào)整計(jì)時(shí)初值”功能；4、倒計(jì)時(shí)為 0 時(shí)，指示燈閃爍；5、擴(kuò)展多位數(shù)碼管，實(shí)現(xiàn)多位顯示（動態(tài)掃描）；2 方案設(shè)計(jì)2.1 方案論證方案一：做個(gè)簡單的普通倒計(jì)時(shí)秒表。就是能讓它倒計(jì)時(shí)，還可以同按鍵控制它的開始與暫停，能夠?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)與實(shí)驗(yàn)箱之間的串口通信。方案二：做個(gè)多功能倒

3、計(jì)時(shí)秒表，通過按鍵可以實(shí)現(xiàn)“運(yùn)行/暫?！薄ⅰ罢{(diào)整計(jì)時(shí)初值”功能，讓單片機(jī)承擔(dān)主控任務(wù)，ARM 實(shí)驗(yàn)箱上做的 UI 界面僅僅承擔(dān)同步顯示功能。方案三：做個(gè)多功能倒計(jì)時(shí)秒表，通過按鍵可以實(shí)現(xiàn)“運(yùn)行/暫停”、“調(diào)整計(jì)時(shí)初值”功能，單片機(jī)可以接收串口發(fā)來的命令進(jìn)行輸出顯示，當(dāng)按鍵按下后將按鍵信息通過串口發(fā)送出去，ARM 實(shí)驗(yàn)箱可以實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的同步，同時(shí)可以進(jìn)行互相控制，即通過 ARM 實(shí)驗(yàn)箱可以控制單片機(jī)顯示和 ARM 實(shí)驗(yàn)箱上的 UI 的同步顯示，繁反之通過單片機(jī)也可以控制實(shí)驗(yàn)箱與單片機(jī)的同步操作功能。顯示采用多位數(shù)碼管來實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過以上對方案的說明：方案一過于簡單，無法實(shí)現(xiàn)本次實(shí)訓(xùn)的功能要求；方案

4、二叫方案一有改進(jìn)，但是無法實(shí)現(xiàn)互相控制的功能要求，也就是失去了本次實(shí)訓(xùn)的意思（本次實(shí)訓(xùn)主要是 ARM 上的 Qt 編程）；本次實(shí)訓(xùn)采用了方案三。2.2 工作原理AT89S51 單片機(jī)支持串口通信，串口有 4 個(gè)模式?？煞謩e用串并轉(zhuǎn)換、并串轉(zhuǎn)換、異步串行通信(2 中模式)。異步串行通信中，有 1+8+1 和 1+8+1+1 兩種幀格式，多機(jī)通信是特殊的通信方式?；驹硎莾山M移位寄存器，將并行通信轉(zhuǎn)換成串行通信模式（發(fā)送部分），或反之（接收部分）?？扇p工運(yùn)行。速度通過移位脈沖決定，具體一般通過定時(shí)器1的自動壯哉模式產(chǎn)生的溢出脈沖給出。以上是物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的單片機(jī)串口模式的約定，其他層需要軟

5、件人員根據(jù)需要自行把握。另外。電平需要根據(jù)實(shí)際通信環(huán)境做改變，如232、485或紅外等。SCS2410 UART單元提供2個(gè)獨(dú)立的異步串行通信口。皆可共組于中斷和DMA模式，每個(gè)單元UART單元包含一個(gè)16字節(jié)的FIF0，用于數(shù)據(jù)接收和發(fā)送，SCS2410 UART包括可編程波特率、紅外發(fā)送/接收、1/2個(gè)停止位、5位/5位/7位/8位數(shù)據(jù)寬度和奇偶校驗(yàn)。虛擬機(jī)可以在串口模式下試下與SCS2410 UART的通信，SCS2410 顯示終端2實(shí)現(xiàn)程序的功能后，可以通過串口與與51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)串口通信。通過對兩芯片的一些專用寄存器的應(yīng)用，就可以實(shí)現(xiàn)兩機(jī)之間的彼此通信。2.3總體框圖倒計(jì)時(shí)秒表設(shè)計(jì)總體

6、框圖2.4各功能電路實(shí)現(xiàn)原理及電路設(shè)計(jì)1)單片機(jī)最小系統(tǒng)：保證單片機(jī)的正常工作，一般包括:單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。見左下圖。單片機(jī)最小系統(tǒng)下載口2)下載口：單片機(jī)的程序下載接口，主要接在單片機(jī)的P1口還有就是復(fù)位接口、電源和地（GND）。見右上圖3)報(bào)警指示電路：報(bào)警指示電路由二極管、三極管、蜂鳴器和兩電阻組成，倒計(jì)時(shí)到0的狀態(tài)下，禁止倒計(jì)時(shí)，二極管閃爍，發(fā)出報(bào)警聲。見右下圖報(bào)警指示電路按鍵電路4)按鍵電路：由四個(gè)按鍵、四個(gè)電阻組成分別實(shí)現(xiàn)秒表暫停/運(yùn)行、加計(jì)時(shí)、減計(jì)時(shí)、復(fù)位功能。見左上圖。5)數(shù)碼管顯示電路：采用的是共陰數(shù)碼管，通過動態(tài)掃描實(shí)現(xiàn)秒表數(shù)字的顯示。見右下圖數(shù)碼管顯示電路路串口

7、連接電6)串口連接電路：采用的是MAX232電壓轉(zhuǎn)換芯片，通過電壓轉(zhuǎn)換芯片連接串口，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與arm間的串口通信。見左上圖3 軟件設(shè)計(jì)3.1 UI截面圖#include widget.h#include ui_widget.hWidget:Widget(QWidget *parent) :QWidget(parent),ui(new Ui:Widget)ui-setupUi(this);ui-lcdNumber-setSmallDecimalPoint(true);sec=43.21;ui-lcdNumber-display(sec);SEC = 60;ui-spinBox-setValue

8、(SEC);s1 = new QTimer;connect(s1,SIGNAL(timeout(),this,SLOT(display();connect(ui-pushButton_3,SIGNAL(clicked(),this,SLOT(run_stop();connect(ui-pushButton_4,SIGNAL(clicked(),this,SLOT(reset();connect(ui-pushButton,SIGNAL(clicked(),this,SLOT(add();connect(ui-pushButton_2,SIGNAL(clicked(),this,SLOT(sub

9、();s2 = new QTimer;s2-start(100);connect(s2,SIGNAL(timeout(),this,SLOT(readCom();myCom = newPosix_QextSerialPort(/dev/tts/0,QextSerialBase:Polling);myCom -open(QIODevice:ReadWrite);/以讀寫方式打開串口myCom-setBaudRate(BAUD9600);/波特率設(shè)置，我們設(shè)置為9600myCom-setDataBits(DATA_8);/數(shù)據(jù)位設(shè)置，我們設(shè)置為8位數(shù)據(jù)位myCom-setParity(PAR_NO

10、NE);/奇偶校驗(yàn)設(shè)置，我們設(shè)置為無校驗(yàn)myCom-setStopBits(STOP_1);/停止位設(shè)置，我們設(shè)置為1位停止位myCom-setFlowControl(FLOW_OFF);/數(shù)據(jù)流控制設(shè)置，我們設(shè)置為無數(shù)據(jù)流控制myCom-setTimeout(50);Widget:Widget()delete ui;void Widget:display()sec = sec - 0.01;if(seclcdNumber-display(0);update();send(sec,1,0);elsesend(sec,0,0);ui-lcdNumber-display(sec);void Wid

11、get:run_stop()QString str = ui-pushButton_3-text();if(str = Start)s1-start(10);ui-pushButton_3-setText(Stop);elses1-stop();ui-pushButton_3-setText(Start);void Widget:reset()SEC = ui-spinBox-value();ui-lcdNumber-display(sec = SEC);send(sec,0,1);update();void Widget:paintEvent(QPaintEvent *)QPainter p

12、ainter(this);painter.setPen(Qt:gray);if (sec readAll();switch(temp0)case 0 x01:run_stop();break;case 0 x02:add();break;case 0 x03:sub();break;case 0 x04:reset();break;default:break;void Widget:add()if(SEC = 99.0)return;elseui-spinBox-setValue(+SEC);void Widget:sub()if(SEC = 0.0)return;elseui-spinBox

13、-setValue(-SEC);void Widget:send(double p,int ledd,int spk)char str4;str0 = 0 xBB;str2 = (int)m + 1 * 128;str1 = (int)(m - (int)m)*100) + 1 * 128;str3 = 0;myCom-write(str);4 制作與調(diào)試過程首先在收集資料的基礎(chǔ)上畫好原理圖，自己編寫單片機(jī)程序，然后用proteus仿真軟件驗(yàn)證功能的正確性。在仿真實(shí)現(xiàn)的情況下，做出硬件電路板，首先通過下載接口將硬件電路與電腦連接，這個(gè)下載接口不僅僅可以下載程序還可以給芯片供電，接好下載線后，測

14、試芯片是否可以正常工作，在芯片和各個(gè)模板電路能正常工作的情況下，將之前寫好的程序下載到硬件電路上。之后就開始用Qt編寫ARM的程序，花了兩天的時(shí)間終于編寫好了ARM的c+程序，在編譯通過之后。就開始在虛擬機(jī)中運(yùn)行測試，之后到實(shí)驗(yàn)室將虛擬機(jī)與ARM實(shí)驗(yàn)箱通過串口連接起來。在ARM實(shí)驗(yàn)箱的顯示屏上驗(yàn)證倒計(jì)時(shí)秒表功能與實(shí)訓(xùn)要求是否相符合,即將Qt寫好的程序先拷貝到虛擬機(jī)下運(yùn)行，再通過Qt的嵌入式開發(fā)工具鏈編譯鏈接生成實(shí)驗(yàn)箱可以執(zhí)行的文件，將這個(gè)可執(zhí)行文件拷貝到實(shí)驗(yàn)箱與虛擬機(jī)共享目錄下運(yùn)行，在實(shí)驗(yàn)箱上觀察秒表倒計(jì)時(shí)顯示是否與題目要求099倒計(jì)時(shí)相符合，同時(shí)驗(yàn)證報(bào)警指示功能是否與實(shí)訓(xùn)要求相符合，接著就是

15、測試四個(gè)功能的作用是否是題目要求相匹配，我首先按下暫停/運(yùn)行按鍵，觀察秒表到時(shí)候是否可以正常運(yùn)行，再在暫停狀態(tài)下按下秒表復(fù)位，驗(yàn)證秒表是否可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能，在接著在此狀態(tài)下驗(yàn)證加計(jì)時(shí)和減計(jì)時(shí)的功能是否可以實(shí)現(xiàn)。接著拔掉電腦的串口線，通過串口線連接單片機(jī)與實(shí)驗(yàn)箱，驗(yàn)證各個(gè)按鍵功能和顯示顯示是否可以同步，同時(shí)是否可以互相控制。我在硬件電路完美實(shí)現(xiàn)的情況下，按照的上面的調(diào)試過程去做，結(jié)果是沒有遇到什么不正常的問題，我的硬件做出來就可以正常工作了。4 電路測試硬件電路完成之后驗(yàn)證基本功能，即對數(shù)碼管顯示功能的測試，通過編寫一個(gè)簡單的小程序給數(shù)碼管相應(yīng)的 I/O 賦值，觀察數(shù)碼管是否可以正常;接著就是驗(yàn)

16、證按鍵是否可以正常使用，在驗(yàn)證數(shù)碼管小程序的基礎(chǔ)之上加入按鍵功能，對按鍵I/O 進(jìn)行修改這樣完成了對四個(gè)按鍵的測試；蜂鳴器和指示燈的測試就是對相應(yīng)I/O 賦值觀蜂鳴器是否可以發(fā)出聲音和指示燈是否可以正常顯示。串口的測試就是編寫單片機(jī)和 ARM 小程序，進(jìn)行簡單的通信觀察彼此是否可以收發(fā)字符串。正確測試電路這些基本功能之后就可以進(jìn)行試訓(xùn)程序的編寫了。4.1 指標(biāo)測試1、099 秒倒計(jì)時(shí)的正常顯示；2、報(bào)警聲音和指示燈在倒計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)能按規(guī)定運(yùn)行；3、四個(gè)按鍵分別可以實(shí)現(xiàn)秒表的暫停/運(yùn)行，復(fù)位，加計(jì)時(shí)，減計(jì)時(shí)；4、可以擴(kuò)展其他功能（數(shù)碼管的多位顯示，報(bào)警功能）4.2 誤差分析實(shí)訓(xùn)過程中對于電路測試中

17、出現(xiàn)了一些誤差，首先出現(xiàn)的就是數(shù)碼管的顯示，通過對數(shù)碼管引腳圖的分析，最后成功解決；還有就是功能按鍵不起作用，通過對按鍵引腳電平的從測試（在按下前后狀態(tài)下），最后也成功解決此誤差；還有就是程序誤差，實(shí)驗(yàn)箱與單片機(jī)之間不能實(shí)現(xiàn)同步控制，最后通過對程序的修改也成功解決。附 錄1、 電路原理圖2、 PCB圖3、 UI截面圖4、 片機(jī)程序#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intunsigned char cnt;/ 區(qū)分?jǐn)?shù)碼管顯示位/ 按鍵鎖定unsigned char KEY = 0;unsigned char spe

18、ak = 1;unsigned char led = 0;/蜂鳴器 不響/指示燈 不亮int mg=43,ms=21;/數(shù)碼管整數(shù)位（099）小數(shù)位（099） 初始化顯示數(shù)字unsigned chartab=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f; /數(shù)碼管0-9斷碼表void uart_isr() interrupt 4I/O中斷/中斷方式4，串行口/*接收模塊0 xBB 表示接下來要接收兩個(gè)數(shù)碼管數(shù)據(jù)單片機(jī)串行口數(shù)據(jù)緩沖器SBUF*/if(RI)/接收中斷標(biāo)志位RIRI = 0;if(SBUF = 0 xBB)

19、while(!RI);RI=0;ms=SBUF;ms = SBUF & 0 x7f;led = SBUF/128;while(!RI);RI=0;mg=SBUF;mg = SBUF & 0 x7f;speak = !(SBUF/128);void Com_Init(void)/計(jì)數(shù)器初始化TMOD = 0 x20;/T1計(jì)時(shí)器PCON = 0 x00;/波特率不倍增，在方式1、2、3中0表示不倍增，1表示倍SCON = 0 x50;/ 串行口控制器配置增TH1 = 0 xFD; /T1高8位TL1 = 0 xFD;/T1地8位TR1 = 1;ES=1;void Timer_Init(void)

20、/配置定時(shí)器TMOD|=0 x01;TH0=0 xFC;TL0=0 x18;TR0=1;EA=1;ET0=1;void Show_Init() /按鍵、蜂鳴器初始狀態(tài)P2_0=1;P2_1=1;P2_2=1;P2_3=1;P1_2=1;void delay(void)/延時(shí)unsigned char a,b;for(b=249;b0;b-)for(a=17;a0;a-);void timer() interrupt 1 using 0 /中斷方式1TH0=0 xFC;TL0=0 x18;switch(cnt%4)/數(shù)碼管動態(tài)掃描case 0:P2_4=0;P2_5=1;P2_6=1;P2_7=

21、1;P0=tabmg/10;break;case 1:P2_4=1;P2_5=0;P2_6=1;P2_7=1;P0=tabmg%10+128;break;case 2:P2_4=1;P2_5=1;P2_6=0;P2_7=1;P0=tabms/10;break;case 3:P2_4=1;P2_5=1;P2_6=1;P2_7=0;P0=tabms%10;break;P3_7 = speak;P1_2 = led;cnt+;/定義蜂鳴器接口/定義led指示燈接口void send(unsigned char c)SBUF = c;while(!TI);TI = 0;/發(fā)送中斷標(biāo)志位TIvoid m

22、ain()Com_Init();Timer_Init();Show_Init();while(1)/*發(fā)送模塊暫停/啟動：啟動停止按鍵加：整數(shù)位上限加一減：整數(shù)位上限減一復(fù)位：清除當(dāng)前數(shù)字 恢復(fù)*/if(!KEY)if(!P2_0) /暫停/啟動delay();if(!P2_0)send(0 x01);KEY=1;if(!P2_1) /加計(jì)數(shù)按鍵delay();if(!P2_1)send(0 x02);KEY=1;if(!P2_2)/減計(jì)數(shù)按鍵delay();if(!P2_2)send(0 x03);KEY=1;if(!P2_3) /復(fù)位按鍵delay();if(!P2_3)send(0 x0

23、4);KEY=1;if(P2_0 & P2_1 & P2_2 & P2_3) /鎖定按鍵 使其只能按一次發(fā)一次delay();if(P2_0 & P2_1 & P2_2 & P2_3)KEY=0;5、 Qt的C+程序#include widget.h#include ui_widget.hWidget:Widget(QWidget *parent) :QWidget(parent),ui(new Ui:Widget)ui-setupUi(this);ui-lcdNumber-setSmallDecimalPoint(true);sec=43.21;ui-lcdNumber-display(se

24、c);SEC = 60;ui-spinBox-setValue(SEC);s1 = new QTimer;connect(s1,SIGNAL(timeout(),this,SLOT(display();connect(ui-pushButton_3,SIGNAL(clicked(),this,SLOT(run_stop();connect(ui-pushButton_4,SIGNAL(clicked(),this,SLOT(reset();connect(ui-pushButton,SIGNAL(clicked(),this,SLOT(add();connect(ui-pushButton_2

25、,SIGNAL(clicked(),this,SLOT(sub();s2 = new QTimer;s2-start(100);connect(s2,SIGNAL(timeout(),this,SLOT(readCom();myCom = newPosix_QextSerialPort(/dev/tts/0,QextSerialBase:Polling);myCom -open(QIODevice:ReadWrite);/以讀寫方式打開串口myCom-setBaudRate(BAUD9600);/波特率設(shè)置，我們設(shè)置為9600myCom-setDataBits(DATA_8);/數(shù)據(jù)位設(shè)置，我們設(shè)置為8位數(shù)據(jù)位myCom-setParity(PAR_NONE);/奇偶校驗(yàn)設(shè)置，我們設(shè)置為無校驗(yàn)myCom-setStopBits(STOP_1);/停止位設(shè)置，我們設(shè)置為1位停止位myCom-setFlowControl(FLOW_OFF);/數(shù)據(jù)流控制設(shè)置，我們設(shè)置為無數(shù)據(jù)流控制myCom-setTimeout(50);Widget:Widget()delete ui;void Widget:display()sec = sec - 0.01;if(seclcdNumbe