《電子設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)踐（單片機(jī)）》任務(wù)書和指導(dǎo)書2016

1、電子設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)踐（單片機(jī)）實(shí)踐任務(wù)書一、實(shí)踐目標(biāo)通過(guò)自選項(xiàng)目的功能分析、流程設(shè)計(jì)、程序編寫調(diào)試、硬件電路設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試，深入理解基于51單片機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，同時(shí)學(xué)習(xí)文獻(xiàn)檢索、電路設(shè)計(jì)調(diào)試、系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)資料撰寫等電路設(shè)計(jì)相關(guān)技能，理順從功能分析到軟硬件系統(tǒng)調(diào)試的設(shè)計(jì)思路。二、實(shí)踐項(xiàng)目1、音頻控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試2、八位數(shù)碼管顯示控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試3、點(diǎn)陣顯示控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試4、直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試5、步進(jìn)電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試三、實(shí)施要求1、仔細(xì)分析各實(shí)踐項(xiàng)目，選擇至少兩個(gè)項(xiàng)目開(kāi)展設(shè)計(jì)調(diào)試，每個(gè)項(xiàng)目的功能可根據(jù)個(gè)人能力確定其難易程度，如選擇“音頻控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試”項(xiàng)目，可

2、選擇純軟件編寫音頻信號(hào)輸出，也可選擇按鍵控制的不同音頻信號(hào)輸出，還可使用數(shù)碼管顯示按鍵狀態(tài)。2、需針對(duì)每個(gè)項(xiàng)目完成相應(yīng)的設(shè)計(jì)說(shuō)明書寫作，主要包含系統(tǒng)技術(shù)功能、系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路（含框圖和軟件實(shí)現(xiàn)構(gòu)想）、硬件設(shè)計(jì)（含各功能模塊設(shè)計(jì)說(shuō)明、功能模塊電路原理或芯片工作原理、元器件清單）、軟件設(shè)計(jì)（含主程序和子程序流程圖）、系統(tǒng)調(diào)測(cè)信息、參考文獻(xiàn)等，說(shuō)明書需于7月3日以電子稿形式上交。3、上交資料文件夾命名方式“班級(jí)+序號(hào)+姓名”，電子文件命名：“班級(jí)+學(xué)號(hào)+姓名+資料屬性”，如“圓方陳磊音頻控制系統(tǒng)原理圖.sch”，與項(xiàng)目設(shè)計(jì)相關(guān)的原理圖應(yīng)上交項(xiàng)目文件夾。四、考核要點(diǎn)1.學(xué)習(xí)態(tài)度（10%）；2.程序調(diào)試效果

3、（30%）；3.設(shè)計(jì)說(shuō)明書質(zhì)量（30%）；4.答辯（對(duì)軟件編程、硬件設(shè)計(jì)的理解程度）（30%）。電子設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)踐（單片機(jī)）實(shí)踐指導(dǎo)書一、音頻輸出1、音頻輸出硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)蜂鳴器的作用是用來(lái)發(fā)出聲音，音樂(lè)。它采用直流電壓供電。頻率常數(shù)即音樂(lè)術(shù)語(yǔ)中的音調(diào)，而節(jié)拍常數(shù)即音樂(lè)術(shù)語(yǔ)中的多少拍。我們就可以采用這樣的格式演奏：頻率常數(shù)， 節(jié)拍常數(shù)，頻率常數(shù)，節(jié)拍常數(shù)控制節(jié)拍可以用中斷控制。請(qǐng)閱讀74LS14和ULN2003D兩類芯片資料，理解圖1的工作原理。圖1 蜂鳴器硬件原理圖2、音頻輸出軟件例程/* 功能 通過(guò)單片機(jī)演奏音樂(lè)八月桂花 /*/ #include #include /本例采用89C52, 晶振

4、為11.0592MHz sbit Beep = P15 ; unsigned char n=0; /n為節(jié)拍常數(shù)變量 unsigned char code music_tab = 0x18, 0x30, 0x1C , 0x10, /格式為: 頻率常數(shù), 節(jié)拍常數(shù), 頻率常數(shù), 節(jié)拍常數(shù), 0x20, 0x40, 0x1C , 0x10, 0x18, 0x10, 0x20 , 0x10, 0x1C, 0x10, 0x18 , 0x40, 0x1C, 0x20, 0x20 , 0x20, 0x1C, 0x20, 0x18 , 0x20, 0x20, 0x80, 0xFF , 0x20, 0x30,

5、 0x1C, 0x10 , 0x18, 0x20, 0x15, 0x20 , 0x1C, 0x20, 0x20, 0x20 , 0x26, 0x40, 0x20, 0x20 , 0x2B, 0x20, 0x26, 0x20 , 0x20, 0x20, 0x30, 0x80 , 0xFF, 0x20, 0x20, 0x1C , 0x10, 0x18, 0x10, 0x20 , 0x20, 0x26, 0x20, 0x2B , 0x20, 0x30, 0x20, 0x2B , 0x40, 0x20, 0x20, 0x1C , 0x10, 0x18, 0x10, 0x20 , 0x20, 0x26,

6、 0x20, 0x2B , 0x20, 0x30, 0x20, 0x2B , 0x40, 0x20, 0x30, 0x1C , 0x10, 0x18, 0x20, 0x15 , 0x20, 0x1C, 0x20, 0x20 , 0x20, 0x26, 0x40, 0x20 , 0x20, 0x2B, 0x20, 0x26 , 0x20, 0x20, 0x20, 0x30 , 0x80, 0x20, 0x30, 0x1C , 0x10, 0x20, 0x10, 0x1C , 0x10, 0x20, 0x20, 0x26 , 0x20, 0x2B, 0x20, 0x30 , 0x20, 0x2B,

7、 0x40, 0x20 , 0x15, 0x1F, 0x05, 0x20 , 0x10, 0x1C, 0x10, 0x20 , 0x20, 0x26, 0x20, 0x2B , 0x20, 0x30, 0x20, 0x2B , 0x40, 0x20, 0x30, 0x1C , 0x10, 0x18, 0x20, 0x15 , 0x20, 0x1C, 0x20, 0x20 , 0x20, 0x26, 0x40, 0x20 , 0x20, 0x2B, 0x20, 0x26 , 0x20, 0x20, 0x20, 0x30 , 0x30, 0x20, 0x30, 0x1C , 0x10, 0x18,

8、 0x40, 0x1C , 0x20, 0x20, 0x20, 0x26 , 0x40, 0x13, 0x60, 0x18 , 0x20, 0x15, 0x40, 0x13 , 0x40, 0x18, 0x80, 0x00; void int0() interrupt 1 /采用中斷0 控制節(jié)拍 TH0=0xd8; TL0=0xef; n-; void delay (unsigned char m) /控制頻率延時(shí) unsigned i=3*m; while(-i); void delayms(unsigned char a) /毫秒延時(shí)子程序 while(-a); /采用while(-a)

9、不要采用while(a-); void main() unsigned char p,m; /m為頻率常數(shù)變量 unsigned char i=0; TMOD&=0x0f; TMOD|=0x01; TH0=0xd8;TL0=0xef; IE=0x82; play: while(1) a: p=music_tabi; if(p=0x00) i=0, delayms(1000); goto play; /如碰到結(jié)束符,延時(shí)1秒,回到開(kāi)始再一遍 else if(p=0xff) i=i+1;delayms(100),TR0=0; goto a; /若碰到休止符,延時(shí)100ms,繼續(xù)取下一音符 else

10、 m=music_tabi+, n=music_tabi+; /取頻率常數(shù) 和 節(jié)拍常數(shù) TR0=1; /開(kāi)定時(shí)器1 while(n!=0) Beep=Beep,delay(m); /等待節(jié)拍完成, 通過(guò)P1口輸出音頻 TR0=0; /關(guān)定時(shí)器1 二、八位數(shù)碼管顯示1、八位數(shù)碼管顯示硬件設(shè)計(jì)圖2 八位數(shù)碼管硬件原理圖2、數(shù)碼管顯示例程1）數(shù)碼管檢測(cè)好壞#includevoid delay(unsigned char i);void main()unsigned char i,w;while(1)P1=0x00;w=0x01;for(i=0;i8;i+)P0=w;w=1;delay(10);fo

11、r(i=0;i2;i+)P0=0xff;delay(10);P0=0x00;delay(10); void delay(unsigned char i)unsigned char j,k,l;for(j=0;ji;j+)for(k=0;k250;k+)for(l=0;l100;l+); 2）同時(shí)顯示#includevoid delay(unsigned char i);void main()unsigned char i;unsigned char dis=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77;while(1)P1=0x0

12、0;for(i=0;i8;i+)P0=disi;delay(10);void delay(unsigned char i)unsigned char j,k,l;for(j=0;ji;j+)for(k=0;k250;k+)for(l=0;l100;l+); 三、點(diǎn)陣顯示1、點(diǎn)陣顯示硬件設(shè)計(jì)圖3 點(diǎn)陣顯示硬件原理圖2、點(diǎn)陣顯示軟件例程#include reg51.hvoid delay1ms();void main()unsigned char led=0x18,0x24,0x24,0x24,0x24,0x24,0x24,0x18,/00x00,0x18,0x1c,0x18,0x18,0x18,

13、0x18,0x18,/10x00,0x1e,0x30,0x30,0x1c,0x06,0x06,0x3e,/20x00,0x1e,0x30,0x30,0x1c,0x30,0x30,0x1e,/30x00,0x30,0x38,0x34,0x32,0x3e,0x30,0x30,/40x00,0x1e,0x02,0x1e,0x30,0x30,0x30,0x1e,/50x00,0x1c,0x06,0x1e,0x36,0x36,0x36,0x1c,/60x00,0x3f,0x30,0x18,0x18,0x0c,0x0c,0x0c,/70x00,0x1c,0x36,0x36,0x1c,0x36,0x36,0

14、x1c,/80x00,0x1c,0x36,0x36,0x36,0x3c,0x30,0x1c;/9unsigned char w;unsigned int i,j,k,m;while(1)for (k=0;k10;k+)for(m=0;m400;m+)w=0x01;j=k*8;for(i=0;i8;i+)P1=w;P0=ledj;delay1ms();w=1;j+;void delay1ms()unsigned int i;for(i=0;i0x10;i+);四、直流電機(jī)PWM控制1、直流電機(jī)控制硬件設(shè)計(jì)脈沖寬度調(diào)制(PWM)是利用微處理器的數(shù)字輸出對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)

15、用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。PWM是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過(guò)高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來(lái)對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。PWM的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的，無(wú)需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號(hào)保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時(shí)，才能對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生影響。PWM的理論基礎(chǔ)是：沖量相等而形狀不同的的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上，其效果基本相同。采用PWM進(jìn)行電機(jī)的調(diào)速控制，實(shí)際是保持加在電機(jī)電樞上的脈沖電壓頻率不變，調(diào)節(jié)其脈沖寬度。電機(jī)是一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，它的電樞電流和轉(zhuǎn)速均不能突

16、變，很高的頻率的PWM加在電機(jī)上，效果相當(dāng)于施加一個(gè)恒定電壓的直流電。如圖4所示。這個(gè)電壓的大小可以由脈沖的寬度調(diào)節(jié)。圖4 PWM等效示意圖使用PWM方式可以很容易的實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速。單片機(jī)軟件產(chǎn)生PWM信號(hào)后，信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路送直流電機(jī)，控制電機(jī)調(diào)速。直流電機(jī)控制電路與步進(jìn)電機(jī)控制電路共用，如圖5所示，驅(qū)動(dòng)均采用ULN2003芯片，電機(jī)控制信號(hào)由J3插座的Vcc端和其他端口中任一接出即可。（此端口編號(hào)由程序決定）圖5 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路2、直流電機(jī)控制例程/* 標(biāo)題: 電機(jī)恒速運(yùn)行 * 請(qǐng)將直流電機(jī)線接在+5V P12對(duì)應(yīng)的端子上(步進(jìn)馬達(dá)接口出)*/#include unsigned char t

17、imer1; sbit PWM=P12;void system_Ini() TMOD|= 0x11;/PWM TH1 = 0xfe; /11.0592TL1 = 0x33;TR1 = 1; IE =0x8A; main() system_Ini(); while(1) if(timer1100) timer1=0; if(timer130) PWM=0;/低于20電機(jī)運(yùn)動(dòng)已不明顯 else PWM=1; /* t1 (0.5ms)中斷 中斷中做 PWM 輸出 -1000/(0.02ms*250)=200Hz*/void T1zd(void) interrupt 3 /3 為定時(shí)器1的中斷號(hào) 1

18、 定時(shí)器0的中斷號(hào) 0 外部中斷1 2 外部中斷2 4 串口中斷TH1 = 0xfe; /11.0592TL1 = 0x33; timer1+; 五、步進(jìn)電機(jī)控制1、步進(jìn)電機(jī)控制硬件設(shè)計(jì)由于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理比較簡(jiǎn)單。下面先敘述三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)原理。電機(jī)轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個(gè)勵(lì)磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯(cuò)開(kāi)。0、1/3、2/3，（相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為齒距以表示），即A與齒1相對(duì)齊，B與齒2向右錯(cuò)開(kāi)1/3，C 與齒3向右錯(cuò)開(kāi)2/3，A與齒5相對(duì)齊，（A就是A，齒5就是齒1）定轉(zhuǎn)子的展開(kāi)圖如圖6所示。圖6 定轉(zhuǎn)子展開(kāi)圖如A相通電，B，C相不通電時(shí)，由于磁場(chǎng)作用

19、，齒1與A對(duì)齊，（轉(zhuǎn)子不受任何力，以下均同）。如B相通電，A，C相不通電時(shí)，齒2應(yīng)與B對(duì)齊，此時(shí)轉(zhuǎn)子向右移過(guò)1/3，此時(shí)齒3與C偏移為1/3，齒 4 與A偏移（-1/3）=2/3。如C相通電，A，B相不通電，齒3應(yīng)與C對(duì)齊，此時(shí)轉(zhuǎn)子又向右移過(guò)1/3，此時(shí)齒4與A偏移為1/3對(duì)齊。如A相通電，B，C相不通電，齒4與A對(duì)齊，轉(zhuǎn)子又向右移過(guò)1/3這樣經(jīng)過(guò)A、B、C、A分別通電狀態(tài)，齒4（即齒1前一齒）移到A相，電機(jī)轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距，如果不斷地按 A，B，C，A通電，電機(jī)就每步（每脈沖）1/3，向右旋轉(zhuǎn)。如按A，C，B，A通電，電機(jī)就反轉(zhuǎn)。由此可見(jiàn)：電機(jī)的位置和速度由導(dǎo)電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一

20、對(duì)應(yīng)關(guān)系。而方向由導(dǎo)電順序決定。不過(guò)，出于對(duì)力矩、平穩(wěn)、噪音及減少角度等方面考慮。往往采用A-AB-B-BCC-CA-A這種導(dǎo)電狀態(tài)，這樣將原來(lái)每步1/3改變?yōu)?/6。甚至于通過(guò)二相電流不同的組合，使其1/3變?yōu)?/12，1/24，這就是電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)的基本理論依據(jù)。不難推出：電機(jī)定子上有m相勵(lì)磁繞阻，其軸線分別與轉(zhuǎn)子齒軸線偏移1/m，2/m(m-1)/m，1。并且導(dǎo)電按一定的相序電機(jī)就能正反轉(zhuǎn)被控制這是步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的物理?xiàng)l件。只要符合這一條件我們理論上可以制造任何相的步進(jìn)電機(jī)，出于成本等多方面考慮，市場(chǎng)上一般以二、三、四、五相為多。電機(jī)一旦通電，在定轉(zhuǎn)子間將產(chǎn)生磁場(chǎng)（磁通量）當(dāng)轉(zhuǎn)子與定子錯(cuò)開(kāi)一

21、定角度產(chǎn)生力F 與（d/dq）成正比。其磁通量=BrS。Br為磁密，S為導(dǎo)磁面積，F(xiàn)與LDBr成正比，L為鐵芯有效長(zhǎng)度，D為轉(zhuǎn)子直徑，Br=NI/RNI為勵(lì)磁繞阻安匝數(shù)（電流乘匝數(shù)R為磁阻。力矩=力*半徑。力矩與電機(jī)有效體積安匝數(shù)磁密成正比（只考慮線性狀態(tài)）因此，電機(jī)有效體積越大，勵(lì)磁安匝數(shù)越大，定轉(zhuǎn)子間氣隙越小，電機(jī)力矩越大，反之亦然。步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用：在LUNTEK-7710-51開(kāi)發(fā)板上單片機(jī)的P1管腳通過(guò)ULN2003驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)M35SP-7NP（28BYJ-48）。*資料檢索：步進(jìn)電機(jī)M35SP-7NP（28BYJ-48）的步距角是多少？步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖如圖7所示。圖7 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)

22、原理圖3.1.5 例程1）步進(jìn)電機(jī)單雙八拍運(yùn)行/* 標(biāo)題: 步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn) *單雙八拍工作方式： *A-AB-B-BC-C-CD-D-DA (即一個(gè)脈沖,轉(zhuǎn) 3.75 度) *J14短路帽需斷開(kāi) */ #include reg52.h /Motorsbit A = P10; /定義管腳sbit b = P11;sbit C = P12;sbit D = P13;/步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)unsigned char MotorStep=0;/unsigned int MotorTimer = 0;unsigned int MotorDelay,Speed,TIM,CT;#define speed 8 / 調(diào)整

23、速度 數(shù)值不要設(shè)的太低 低了會(huì)引起震動(dòng)。/ 初始化馬達(dá)void InitMotor() A = 1; b = 1; C = 1; D = 1;void SetMotor() / MotorDelay=Speed;/調(diào)整速度 switch(MotorStep) case 0: if(TIM) / A A = 0; /0xf1 b = 1; C = 1; D = 1; MotorStep = 1;TIM=0; break; case 1: / AB if(TIM) A = 0; /0xf3 b = 0; C = 1; D = 1; MotorStep = 2;TIM=0; break; case

24、2: /B if(TIM) A = 1; b = 0; /0xf2 C = 1; D = 1; MotorStep = 3;TIM=0; break; case 3:/BC if(TIM) A = 1; b = 0; /0xf6 C = 0; D = 1; MotorStep = 4;TIM=0; break; case 4: /C if(TIM) A = 1; b = 1; /0xf4 C = 0; D = 1; MotorStep = 5;TIM=0; break;case 5: /CD if(TIM) A = 1; b = 1; /0xfc C = 0; D = 0; MotorStep = 6;TIM=0; break;case 6: /D if(TIM) A = 1; b = 1; /0xf8 C = 1; D = 0; MotorStep = 7;TIM=0; break;case 7:/DA if(TIM) A = 0; b = 1; /0xf9 C = 1; D = 0; MotorStep = 0;TIM=0; break;void system_Ini() TMOD= 0x01; TH0=0xDC; /11.0592M TL0=0x00;IE