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        新型51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱的設(shè)計(jì)

        2014-03-16 05:50:58三江學(xué)院電子信息工程學(xué)院
        電子世界 2014年7期
        關(guān)鍵詞:數(shù)碼管二極管按鍵

        三江學(xué)院電子信息工程學(xué)院 王 芳

        1.引言

        隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,單片機(jī)也隨之有了很大的發(fā)展,各種新式的單片機(jī)層出不窮,并在人類生活的各個領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)自問世以來,性能不斷提高,功能不斷增多,能滿足很多應(yīng)用場合的需要。同時,因其具有集成度高、功能強(qiáng)大、速度快、體積小、功耗低、使用方便、性能可靠且價格低廉等特點(diǎn),使單片機(jī)在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集和處理、家用電器等領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。

        單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱已經(jīng)成為單片機(jī)入門者不可或缺的一個工具,在大學(xué)生課堂教學(xué)和競賽方面也起到了很大的作用。為此,我們設(shè)計(jì)并制作了一款新型51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱,面向我校大學(xué)生單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課程,給予學(xué)生一個實(shí)踐平臺。

        2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

        系統(tǒng)以STC89C516RD+單片機(jī)為控制核心,配備USB供電和外部電源供電2種供電方式,共分為發(fā)光二極管模塊、按鍵模塊、數(shù)碼管模塊、時鐘模塊、數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、溫度傳感器模塊等,共13個模塊,每一個模塊獨(dú)立連線使用,圖1所示是整個實(shí)驗(yàn)箱的原理圖。

        圖1 實(shí)驗(yàn)箱原理圖

        3.系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)

        (1)交通燈模塊

        使用芯片8255芯片來擴(kuò)展I/O口,控制四路方向燈,實(shí)現(xiàn)交通燈的效果。

        (2)獨(dú)立二極管模塊

        使用STC89C516RD+的P1口,來控制8個獨(dú)立的LED燈,可以實(shí)現(xiàn)流水燈的效果。

        (3)數(shù)碼管模塊

        數(shù)碼管分成靜態(tài)顯示,和動態(tài)顯示。靜態(tài)顯示模塊中使用2個共陰的數(shù)碼管,用單片機(jī)的P0口和P1口作為段選,接到數(shù)碼管的a,b,c,d,e,f,g,dg上,P2.1,P2.0引腳控制2個數(shù)碼管的位選。動態(tài)顯示模塊將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃“a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端連在一起,通過P0口控制,另外為每個數(shù)碼管的公共極COM為位選通控制電路,由單片機(jī)的P1口控制。

        (4)按鍵模塊

        按鍵是比較常用的電路,在這里我們設(shè)計(jì)了獨(dú)立按鍵電路和矩陣鍵盤電路,通過單片機(jī)的P1口控制8個獨(dú)立按鍵,并將其工作狀態(tài)通過發(fā)光二極管顯示出來。為了節(jié)約單片機(jī)端口,還設(shè)計(jì)了矩陣鍵盤模塊,通過單片機(jī)的P2口完成對16個按鍵組成的矩陣鍵盤的控制,并將結(jié)果通過液晶顯示出來。

        (5)LCD12864液晶顯示模塊

        實(shí)驗(yàn)箱選擇12864液晶模塊,它是128*64點(diǎn)陣液晶模塊,適合小型顯示裝置,引腳分配圖如表1所示。

        表1 單片機(jī)與液晶的引腳分配圖

        (6)EEPROM模塊(AT24C02)

        AT24C02是一個2K位串行CMOS EEPROM,內(nèi)部含有256個8位字節(jié)。AT24C02有一個16字節(jié)頁寫緩沖器。該器件通過IC總線接口進(jìn)行操作,有一個專門的寫保護(hù)功能。通過單片機(jī)的P1.6腳控制AT24C02的SCL端,單片機(jī)的P1.7腳控制AT24C02的SDA端。

        (7)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊(DAC0832)

        DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片,在DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換之后加上一個放大器,可提高帶負(fù)載能力,輸出結(jié)果可通過連接實(shí)驗(yàn)箱上的電機(jī)檢測。

        (8)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(ADC0809)

        選擇ADC0809芯片,功能與DAC0832相反,一般用作信號采集,將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量,然后給處理器處理。

        (9)時鐘模塊(DS1302)

        DS1302是美國DALLAS公司推出的具有涓細(xì)電流充電能力的低功耗實(shí)時時鐘電路。它可以對年、月、日、時、分、秒進(jìn)行計(jì)時,且具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能。通過單片機(jī)的P3.4腳控制DS1302的DATA端,P3.5腳控制DS1302的RST端,P3.6腳控制DS1302的SCLK端。

        (10)溫度傳感器模塊(DS18B20)

        DS18B20采用獨(dú)特的一線接口,無需外部元件,可用數(shù)據(jù)總線供電,電壓范圍為3.0V至5.5V,無需備用電源,測量溫度范圍為-55℃至+125℃。只需要用單片機(jī)的P2.2口控制DS18B20的DATA口。

        (11)紅外發(fā)射/接收模塊

        紅外發(fā)射(發(fā)光)器件是紅外遙控裝置中不可缺少的重要器件,也是一種發(fā)光二極管。在家用電器等紅外遙控應(yīng)用中,普遍采用紅外LED作為光發(fā)射器件??刂齐娐贩浅:唵危恍枰脝纹瑱C(jī)的一個引腳控制發(fā)射電路,另一個引腳控制接收電路。

        4.系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

        整個系統(tǒng)的軟件由C51語言編寫,程序分為多個相對獨(dú)立的子程序模塊,各子程序分別進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試。學(xué)生可使用自帶的測試程序,也可根據(jù)電路和所需實(shí)現(xiàn)的功能,自己編寫相關(guān)的驅(qū)動程序。

        5.調(diào)試仿真與結(jié)論

        將實(shí)驗(yàn)箱上的串口通過串口-USB口轉(zhuǎn)換線跟電腦的USB接口連接,然后通過KEIL軟件將所編程序打開,編譯,通過串口將程序加載到硬件電路板上進(jìn)行調(diào)試、仿真和運(yùn)行。最后將程序通過串口固化到ROM中,脫機(jī)運(yùn)行,使用非常簡便,可以很直觀的進(jìn)行在線調(diào)試。

        [1]馬忠梅,等.單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2001.

        [2]康鳳舉,楊惠珍,高立娥,等.現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:國防工業(yè)出版社,2006.

        [3]劉瑞葉,任洪林,李志民,等.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004.

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