補(bǔ)充單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例

1、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例,1. 8051系列單片機(jī)實(shí)現(xiàn)計(jì)算器功能 2. 簡(jiǎn)易波形發(fā)生器 3. 簡(jiǎn)易廣告屏設(shè)計(jì) 4. 尋跡小車(chē)的設(shè)計(jì) 5. 無(wú)線呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì),1. 8051單片機(jī)實(shí)現(xiàn)計(jì)算器功能,一 設(shè)計(jì)目標(biāo)和實(shí)現(xiàn)方法,滿足計(jì)算器要求，進(jìn)行加減乘除運(yùn)算； 打開(kāi)計(jì)數(shù)器時(shí)，初始顯示數(shù)字為0123； 實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)運(yùn)算，不支持連續(xù)運(yùn)算； 仿真和調(diào)試要用到Protues 和Keil 軟件。,二 方案論證與設(shè)計(jì),鍵盤(pán)包括0到9十個(gè)數(shù)字鍵,加減乘除四個(gè)符 號(hào)鍵,清除鍵和等號(hào)鍵，共16 個(gè)按鍵 ； 鍵盤(pán)選用4x4行列式鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)（如下圖）； 輸入模塊：鍵盤(pán)掃描； 數(shù)字大小范圍為4位， 選用4個(gè)LED數(shù)碼管 顯示數(shù)據(jù)

2、和結(jié)果；,三 硬件電路設(shè)計(jì),（1）主要器件：采用8051 單片機(jī),它能夠滿足數(shù)據(jù)的采集、控制和數(shù)據(jù)處理的需求,顯示用輸入采用按鍵方式的4 段LED 數(shù)碼管； （2）功能和操作：加減乘除運(yùn)算和顯示。步驟如下： 上電后,屏幕初始化,顯示初始數(shù)值0123； 計(jì)算。依次數(shù)字鍵,符號(hào)鍵,數(shù)字鍵,等號(hào)鍵，屏幕上顯示出計(jì)算結(jié)果； 如果要再次計(jì)算,可以按下“on/c”鍵清0，或者按下單片機(jī)的復(fù)位鍵,重新初始化。,四 軟件設(shè)計(jì),模塊化程序設(shè)計(jì)是單片機(jī)應(yīng)用中最常用的程序設(shè)計(jì)方法； 模塊化程序設(shè)計(jì)的中心思想是把一個(gè)復(fù)雜應(yīng)用程序按整體功能劃分成若干相對(duì)獨(dú)立的程序模塊,各模塊可以單獨(dú) 設(shè)計(jì),編程和調(diào)試,然后組合起來(lái)；

3、本系統(tǒng)的程序模塊主要分為主程序，鍵值獲取程序和處理子程序等，其流程圖分別如下圖所示：,主程序流程圖,定時(shí)中斷子程序流程圖,按鍵處理子程序流程圖,主程序： void main() inint(); while(1) if(key)pkey(); ,按鍵處理子程序： void pkey() switch(key) case zero: modify_LED(0);break; case one: modify_LED(1);break; case two: modify_LED(2);break; case three: modify_LED(3);break; case four: modify

4、_LED(4);break; case five: modify_LED(5);break; case six: modify_LED(6);break;,case seven: modify_LED(7);break; case eight: modify_LED(8);break; case nine: modify_LED(9);break; case clear: key_ptr=3;modify_LED(17);op1=op2=0;break; case add: key_ptr=3;modify_LED(10);break; case sub: key_ptr=3;modify_L

5、ED(11);break; case mux: key_ptr=3;modify_LED(12);break; case div: key_ptr=3;modify_LED(13);break; case equ: key_ptr=3;modify_LED(14);break; default:break; key=0; void modify_LED(uchar x) if(key_ptr=3)LED0=LED1=LED2=space; else LED0=LED1; LED1=LED2;LED2=LED3;,LED3=x;key_ptr-; if(x=0) op1=op1*10+x; el

6、se if(x=10,case -: op2=op2-op1;break; case *: op2=op1*op2;break; case /: op2=op2/op1;break; default:break; result_pr(); key_ptr ,定時(shí)中斷子程序： void timer0() interrupt TF0_VECTOR /中斷檢測(cè)鍵盤(pán)鍵值 TH0=(65536-2500)8; TL0=(65536-2500) /更新段碼,wx_port=(1wx_ptr); /更新位選 wx_ptr+;wx_ptr /指向下一位 ,2. 簡(jiǎn)易波形發(fā)生器設(shè)計(jì),波形發(fā)生器是一種在測(cè)量、控制

7、領(lǐng)域經(jīng)常要使用到的信號(hào)發(fā)生裝置，可以按照要求輸出相應(yīng)波形。其主要功能如下：,輸出波形可調(diào)；輸出復(fù)制和頻率可調(diào)。,設(shè)計(jì)思路：以正弦波為例,一條正弦波曲線可以看做是一個(gè)個(gè)點(diǎn)的集合,我們可以按照一定的時(shí)間間隔輸出這些點(diǎn)的電壓值,在輸出端就可以得到一個(gè)正弦波,時(shí)間間隔越小,輸出的波形就越接近一個(gè)正弦波。,一 硬件設(shè)計(jì),這個(gè)實(shí)現(xiàn)方案使用了以下元器件： 主控單元：AT89s52單片機(jī)； 顯示界面：液晶屏幕lcd1602； 功能電路：8分辨率D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832, 運(yùn)算放大器,與非門(mén),按鍵等。,簡(jiǎn)易波形發(fā)生器原理圖,在上原理圖中： P1口作為L(zhǎng)CD1602的數(shù)據(jù)輸入總線； P2.22.4作為L(zhǎng)CD1

8、602的讀/寫(xiě),使能控制線； P2.02.1作為DAC0832的控制線； P0口作為DAC0832的數(shù)據(jù)輸入總線； 4個(gè)按鍵分別控制波形選擇,頻率+,頻率-, 在DAC0832的輸出端外接TL082集成運(yùn)算放大 器,控制輸出波形的幅值。,DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片,由8位輸入鎖存器,8位DAC寄存器,8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。其引腳功能如下：,D0D7：8位數(shù)據(jù)輸入線,TTL電平,有效時(shí)間90ns； ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號(hào)輸入線,高電平有效； CS：片選信號(hào)輸入線,低電平有效； WR1：數(shù)據(jù)鎖存器寫(xiě)選通輸入線,負(fù)脈沖有效； XFER：數(shù)據(jù)傳輸控制信號(hào)輸入線,

9、低電平有效； WR2：DAC寄存器選通輸入線，負(fù)脈沖有效； IOUT1：電流輸出端1,其值隨DAC寄存器的內(nèi)容線性 變化； IOUT2：電流輸出端2,其值與IOUT1值之和為一常數(shù)；,Rfb：反饋信號(hào)輸入線,改變 Rfb端外接電阻值可調(diào) 整轉(zhuǎn)換滿量程精度； Vcc：電源輸入端,Vcc的范圍 為+5V+15V； VREF：基準(zhǔn)電壓輸入線,VREF 的范圍-10V+10V； AGND：模擬信號(hào)地 DGND：數(shù)字信號(hào)地,DAC0832管腳圖,二 軟件設(shè)計(jì),主程序流程圖,外部中斷子程序流程圖,定時(shí)器中斷子程序流程圖,主要程序舉例 正弦波離散輸出表： uchar code sine_tab256= /輸

10、出電壓從0到最大值（正弦波1/4部分） 0 x80,0 x83,0 x86,0 x89,0 x8d,0 x90,0 x93,0 x96,0 x99,0 x9c,0 x9f,0 xa2,0 xa5,0 xa8,0 xab,0 xae,0 xb1,0 xb4,0 xb7,0 xba,0 xbc, 0 xbf,0 xc2,0 xc5,0 xc7,0 xca,0 xcc,0 xcf,0 xd1,0 xd4,0 xd6,0 xd8,0 xda,0 xdd,0 xdf,0 xe1,0 xe3,0 xe5,0 xe7,0 xe9,0 xea,0 xec, 0 xee,0 xef,0 xf1,0 xf2,0

11、xf4,0 xf5,0 xf6,0 xf7,0 xf8,0 xf9,0 xfa,0 xfb,0 xfc,0 xfd,0 xfd,0 xfe,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff, /輸出電壓從最大值到0（正弦波1/4部分） 0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff,0 xfe,0 xfd,0 xfd,0 xfc,0 xfb,0 xfa,0 xf9,0 xf8,0 xf7,0 xf6,0 xf5,0 xf4,0 xf2,0 xf1,0 xef,0 xee,0 xec,0 xea,0 xe9,0 xe7,0 xe5,0 xe3,0 x

12、e1,0 xde,0 xdd,0 xda,0 xd8,0 xd6,0 xd4,0 xd1,0 xcf,0 xcc,0 xca,0 xc7,0 xc5,0 xc2, 0 xbf,0 xbc,0 xba,0 xb7,0 xb4,0 xb1,0 xae,0 xab,0 xa8,0 xa5,0 xa2,0 x9f,0 x9c,0 x99 ,0 x96,0 x93,0 x90,0 x8d,0 x89,0 x86,0 x83,0 x80, /輸出電壓從0到最小值（正弦波1/4部分） 0 x80,0 x7c,0 x79,0 x76,0 x72,0 x6f,0 x6c,0 x69,0 x66,0 x63,0

13、x60,0 x5d,0 x5a,0 x57,0 x55,0 x51,0 x4e,0 x4c,0 x48,0 x45,0 x43, 0 x40,0 x3d,0 x3a,0 x38,0 x35,0 x33,0 x30,0 x2e,0 x2b,0 x29,0 x27,0 x25,0 x22,0 x20,0 x1e,0 x1c,0 x1a,0 x18,0 x16 ,0 x15,0 x13, 0 x11,0 x10,0 x0e,0 x0d,0 x0b,0 x0a,0 x09,0 x08,0 x07,0 x06,0 x05,0 x04,0 x03,0 x02,0 x02,0 x01,0 x00,0 x00

14、,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,/輸出電壓從最小值到0（正弦波1/4部分） 0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x01,0 x02 ,0 x02,0 x03,0 x04,0 x05,0 x06,0 x07,0 x08,0 x09,0 x0a,0 x0b,0 x0d,0 x0e,0 x10, 0 x11,0 x13,0 x15 ,0 x16,0 x18,0 x1a,0 x1c,0 x1e,0 x20,0 x22,0 x25,0 x27,0 x29,0 x2b,0 x2e,0 x30,0 x33,0 x35,0 x38,0 x3a,0 x3

15、d, 0 x40,0 x43,0 x45,0 x48,0 x4c,0 x4e,0 x51,0 x55,0 x57,0 x5a,0 x5d,0 x60,0 x63,0 x66 ,0 x69,0 x6c,0 x6f,0 x72,0 x76,0 x79,0 x7c,0 x80; 正弦波輸出程序： #define DAdata P0/DA數(shù)據(jù)端口 void sine_out() /正弦波輸出 DAdata=sine_tabwavecount+; DA_S1=0; /打開(kāi)8位輸入寄存器 DA_S1=1; /關(guān)閉8位輸入寄存器 ,主程序： void main() uchar i=0; DA_S2=0; /

16、使DAC寄存器處于直通狀態(tài) DAdata=0; DA_S1=1; /關(guān)閉8位輸入寄存器 init_lcd(); waveform=0; TMOD=0 x01; /設(shè)置定時(shí)器0為16位工作方式 IT0=1; /設(shè)置外部中斷0為下降沿觸發(fā) ET0=1; /開(kāi)定時(shí)器中斷 EX0=1; EA=1; while(1) ,定時(shí)中斷子程序： void timer0() interrupt 1 TH0=THtemp; TL0=TLtemp; if(waveform=0) sine_out(); else if(waveform=1) triangle_out(); else if(waveform=2) sq

17、uare_out(); ,外部中斷子程序： void key_int0() interrupt 0 uchar keytemp; uint total_freq; /總頻率 EA=0; TR0=0; /關(guān)總中斷與定時(shí)器 delay(5); /延時(shí) if(key=0) /有按鍵按下而引發(fā)中斷 keytemp=P3,case 0 xb0: wavefreqwaveform-; if(wavefreqwaveform1) wavefreqwaveform=10; break; case 0 x70: DA_S2=1; break; THtemp=waveTHwaveform*10+(wavefreq

18、waveform-1); /方括號(hào)中選取第幾個(gè)數(shù)后，并把該值賦給T_temp TLtemp=waveTLwaveform*10+(wavefreqwaveform-1); total_freq= wavefreqwaveform * freq_unitwaveform; lcd_hang25=total_freq%10+0 x30; total_freq/=10; lcd_hang24=total_freq%10+0 x30; total_freq/=10; lcd_hang23=total_freq%10+0 x30; total_freq/=10; lcd_hang22=total_fre

19、q%10+0 x30; disp_lcd(0 x80, /在第一行顯示,disp_lcd(0 xc0,lcd_hang2); /在第二行顯示 wavecount=0; /計(jì)數(shù)清零 while(!key); EA=1; TR0=1; /開(kāi)啟中斷與定時(shí)器 ,3. 簡(jiǎn)易廣告屏設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)要求：基于51單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)電子廣告 牌,其功能是滾動(dòng)顯示一串字符。,設(shè)計(jì)思路：選用了8個(gè)LED點(diǎn)陣,組成一個(gè)大的 16*64的LED點(diǎn)陣。使用分時(shí)控制 方法,用同一數(shù)據(jù)總線來(lái)控制8個(gè) 點(diǎn)陣的顯示,減少對(duì)IO端口的需求。,一 硬件設(shè)計(jì),右圖是一個(gè)8*8的集成LED點(diǎn)陣,該點(diǎn)陣有16個(gè)引腳,8個(gè)引腳控制點(diǎn)陣每行的選中，另

20、外8個(gè)引腳控制點(diǎn)陣每列的選中,通過(guò)這16個(gè)引腳來(lái)控制點(diǎn)陣上每一個(gè)LED的亮滅。,16X64LED點(diǎn)陣的廣告屏電路,在上原理圖中： 使用P2.7,P2.6,P2.5通過(guò)與非門(mén)連接3片74273作為片選引腳。則在某一時(shí)刻內(nèi)我們可以只選通其中一片D觸發(fā)器，發(fā)送數(shù)據(jù)，圖中的兩片D觸發(fā)器對(duì)顯示屏上LED每行的選通進(jìn)行控制。 D觸發(fā)器上使用了六個(gè)端口，其中四根線接到4-16譯碼芯片上控制每列的選通，另外兩根線控制4片譯碼器的選通，則可以實(shí)現(xiàn)對(duì)4*16=64列LED的選通控制。,二 軟件設(shè)計(jì),要在LED屏上顯示漢字,首先要取得漢字的字模,本方案一個(gè)漢字所需要的存儲(chǔ)空間是32個(gè)字節(jié)。我們可以定義一個(gè)數(shù)組來(lái)存儲(chǔ)

21、這個(gè)字模，如“武”的字模為： char list=0 x20,0 x20,0 x20,0 x60,0 x24,0 x3F,0 x24,0 x20, 0 x24,0 x20,0 xE4,0 x1F,0 x26,0 x11,0 x24,0 x11, 0 x20,0 x10,0 xFF,0 x03,0 x20,0 x1C,0 x22,0 x20, 0 x2C,0 x40,0 x20,0 x80,0 x20,0 xE0,0 x00,0 x00,我們使用軟件生成了所需漢字的字模之后，將這些字模存入程序的數(shù)組，運(yùn)行程序，調(diào)用這些數(shù)組，這些漢字就顯示在屏幕上了。程序流程圖如右圖所示：,主要程序： #defi

22、ne hang0 XBYTE0X7FFF /定義端口 #define hang1 XBYTE0XbFFF #define lie XBYTE0XDFFF void main() uchar i,j,k; uint b=0; uchar a; /控制移動(dòng)間隔時(shí)間 while(1) j=0; if(a1) /移動(dòng)間隔時(shí)間；取值0-255 a=0; b+=2; if(b=512) b=0; for(i=0;i64;i+) lie=i;hang0=0 x00; hang1=0 x00; ,for(i=0;i64;i+) lie=i; for(k=0;k5;k+) hang0=tablej+b; han

23、g1=tablej+b+1; delay(2); hang0=0 x00; hang1=0 x00; /清屏 j+=2; a+; ,4. 尋跡小車(chē)的設(shè)計(jì),一 功能介紹,本循跡小車(chē)將實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋跡并沿黑線走向行進(jìn)的功能。 小車(chē)由前后兩個(gè)電機(jī)分別控制前輪轉(zhuǎn)彎及后輪前進(jìn)驅(qū)動(dòng)，其中前輪由小型舵機(jī)帶動(dòng)，使得系統(tǒng)減少了機(jī)械部分設(shè)計(jì)，使小車(chē)的轉(zhuǎn)向控制數(shù)字化，易于單片機(jī)進(jìn)行控制。后輪使用普通直流電機(jī)，通過(guò)PWM信號(hào)調(diào)節(jié)小車(chē)前進(jìn)車(chē)速。,系統(tǒng)原理圖,二 硬件介紹,（1） 舵機(jī)簡(jiǎn)介,舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動(dòng)器，適用于角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)。小型舵機(jī)的工作電壓一般為4.8V或6V，轉(zhuǎn)速一般為0.22/60度或

24、0.18/60度。,工作原理： 控制信號(hào)進(jìn)入信號(hào)調(diào)制芯片,獲得直流偏置電壓； 基準(zhǔn)電路產(chǎn)生周期20ms,寬度1.5ms的基準(zhǔn)信號(hào)； 將直流偏置電壓與電位器的電壓比較獲得電壓差輸出； 最后,電壓差的正負(fù)輸出到電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片決定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)； 以180度角度伺服為例，對(duì)應(yīng)的控制關(guān)系是： 0.5ms-0度； 2.0ms-135度； 1.0ms-45度； 2.5ms-180度； 1.5ms-90度；,（2） 黑線檢測(cè)傳感器的介紹,小車(chē)黑線檢測(cè)用紅外發(fā)射對(duì)管作為傳感器。 其工作原理為：發(fā)射端發(fā)射紅外光，接收端接收物體反射信號(hào)，因?yàn)楦鞣N顏色對(duì)光的吸收和反射程度不同，黑色吸收紅外光，使得反射信號(hào)很弱，而白色反

25、射紅外光使得反射信號(hào)相對(duì)發(fā)射信號(hào)損耗不大，接收端再將反射信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號(hào)。傳感器的接收信號(hào)再經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路（如下頁(yè)圖）輸送給單片機(jī)。,黑線信號(hào)檢測(cè)電路,（3） 電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理簡(jiǎn)介,小車(chē)后輪采用小型直流電機(jī)，采用PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行控制。 L298N 為雙全橋步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片，內(nèi)部包含4信道邏輯驅(qū)動(dòng)電路,是一種二相和四相步進(jìn)電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器,可同時(shí)驅(qū)動(dòng)2個(gè)二相或1個(gè)四相步進(jìn)電機(jī)。 此芯片可直接由單片機(jī)的IO端口來(lái)提供模擬時(shí)序信號(hào)，其電機(jī)驅(qū)動(dòng)基本原理如下頁(yè)圖所示。,電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路,三 軟件程序介紹,這次設(shè)計(jì)由于單片機(jī)89S52內(nèi)部不帶有PWM生成模塊，故采用定時(shí)器與端

26、口電平翻轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)PWM。 右圖是小車(chē)運(yùn)行的程序流程圖。,主程序： main() uchar receive,ek1=7,ek2=7; pulse=0; highh=(uchar)(16384-high)/256+192); highl=(uchar)(16384-high)%256); lowh=(uchar)(high/256+200); lowl=(uchar)(high%256); IE=0 x8a; TMOD=0 x11; TH0=0 x00; TL0=0 x00; TH1=0 x00;TL1=0 x00; TR0=1; /啟動(dòng)T0 TR1=1; /啟動(dòng)T1,for(;) /* for

27、(i=0;i1000;i+); */ receive=P2; switch(receive) /根據(jù)采集到的值進(jìn)行判斷 case 0 x7f:ek1=0;break; /0111 1111 case 0 x3f:ek1=1;break; /0011 1111 case 0 xbf:ek1=2;break; /1011 1111 case 0 x9f:ek1=3;break; /1001 1111 case 0 xdf:ek1=4;break; /1101 1111 case 0 xcf:ek1=5;break; /1100 1111 case 0 xef:ek1=6;break; /1110

28、1111 case 0 xe7:ek1=7;break; /1110 0111 case 0 xf7:ek1=8;break; /1111 0111,case 0 xf3:ek1=9;break; /1111 0011 case 0 xfb:ek1=10;break; /1111 1011 case 0 xf9:ek1=11;break; /1111 1001 case 0 xfd:ek1=12;break; /1111 1101 case 0 xfc:ek1=13;break; /1111 1100 case 0 xfe:ek1=14;break; /1111 1110 default: e

29、k1=15;break; /1111 1111 if(ek1=15) ek1=ek2; /計(jì)算控制量 else b=90*ek1+middle-45*ek2-315; if(b1120) b=1120;if(b710) b=710 ek2=ek1 void interrupt_t0(void) interrupt 1, if(flag1=0) TH0=(uchar)(16384-b)/256+192); TL0=(uchar)(16384-b)%256); a=b;flag1=1;rudder=1; elseTH0=(uchar)(a/256+184); TL0=(uchar)(a%256 r

30、udder=0;flag1=0; TF0=0;TF1=0; void interrupt_t1(void) interrupt 3 if(flag2=0) TH1=highh; TL1=highl; pulse=1; /P1.1管腳電平跳變 flag2=1;, else TH1=lowh;TL1=lowl;pulse=0; /P1.1管腳電平跳變 flag2=0; TF1=0;TF0=0; ,5. 無(wú)線呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì),一 硬件設(shè)計(jì),本系統(tǒng)采用nrf2401作為無(wú)線呼叫功能芯片，進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。,nRF2401是單片射頻收發(fā)芯片，工作于2.42.5GHz ISM頻段，芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過(guò)程序進(jìn)行配置。 芯片能耗非常低，以-5dBm的功率發(fā)射時(shí)，工作電流只有10.5mA，接收時(shí)工作電流只有18mA，多種低功率工作模式，節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。其DuoCeiverTM技術(shù)使nRF2401可以使用同一天線，同時(shí)接收兩個(gè)不同頻道的數(shù)據(jù)。nRF2401適用于多種無(wú)線通信的場(chǎng)合。