电子制作实验指导书.doc

电子制作实验指导书 电子制作实验指导书 一、概述随着计算机技术的飞速发展，以控制功能而著称的单片机已越来越广泛地应用到各行各业的智能控制中去。 单片机体积小、成本低，硬件结构简单，对硬件知识的要求不大，尤其适合于非电专业的工程技术人员用来设计实用的工业控制器。 电子制作就是一门融硬件设计、硬件装配、软件设计、软件调试为一体的课程。 学生根据指导书提出的设计要求，设计出符合要求的电气原理图；并用电子CAD软件（Altium DesignerDXP）设计出原理图及印制线路板，购买元器件，装配并进行调试，使硬件系统正常工作；最后根据设计要求编制单片机源程序，并能调试通过，使控制器达到设计要求。 由于设计时间限制，硬件原理图及线路板已由教师设计完成，学生可按照设计要求进行装配及调试，然后再按照设计要求进行软件设计及软件调试，从而基本上达到设计一个完整控制系统的要求。 二、控制电路介绍为满足不同功能的设计要求，一块电路板上设计出多个常用的功能电路，供使用者选用。 印制线路板包含 （1）44共16个键的矩阵键盘； （2）四位LED数码管显示器； （3）8位串行A/D转换接口； （4）8位串行D/A转换接口； （5）四相步进电机驱动接口； （6）EEPROM串行存储电路； （7）RS-232电平转换电路； （8）DC12V稳压电源输入接口； （9）USB电源转换接口（DC5V）； （10）ISP编程接口。 1键盘键盘采用44矩阵键盘，由P2.0P2.3为行线、P1.4P1.7为列线而组成44的方阵，用软件扫描的方法可以确定每个键的键值。 在设计中，每个键可以用来数据及命令的输入。 2显示器显示器采用LED数码管动态显示方法，P0口输出字符的显示码，位码由P2.4P2.7来控制。 动态显示的成本极低，但占用CPU接口资源较多，本设计中共采用了12根口线。 另外由于显示器的不断动态刷新，占用了CPU的部分工作时间，所以对一些时间要求较高的控制系统，则应考虑显示器显示占用的时间。 3A/D转换器本控制器的A/D转换器采用了8位串行A/D转换器，型号为TLC549，模拟信号由2脚输入，A/D转换后的8位二进制数由6脚串行输出，7脚为脉冲信号输入端，5脚为片选端。 该A/D转换器体积小，速度高（较双积分式）输出接口少，性价比高，非常适合一些进度要求不高、廉价的工业控制器。 4D/A转换器本控制器的D/A转换器采用了8位串行D/A转换器，型号为TLC5620，是美国德州仪器(TI)公司推出的带串行控制的四路8位数/模转换器,电压型输出，建立时间10us。 该转换器中的每一路均有输入锁存器和DAC锁存器等两级缓冲器,同时具有一个输出量程开关、一个8位DAC电路以及一个电压输出电路。 5步进电机的驱动接口电路本控制器中设计了一个4相步进电机的驱动接口电路，脉冲分配信号由P3.4P3.7输出，经功率放大器xx的放大，可以驱动DC12V的步进电机，环形分配可由软件完成。 6EEPROM串行存储电路本控制器中设计了一个2K位容量的串行EEPROM，型号为24LC02。 7RS-232电平转换电路本控制器中设计了一个RS-232电平转换电路，通过该电路单片机UART可以直接与PC机进行通讯。 8电源控制电源可以由单放机DC12V稳压电源提供，该电源可以用于步进电机的驱动，同时通过线性三端稳压器7805为其它电路提供电源；如果不需要使用步进电机，整个控制系统的DC5V电源可以从普通计算机的USB接口采集，使用时只要把USB接线一头接微机USB端口，另一头接控制器上的2芯电源接口即可。 9编程接口微处理器采用AT89S51，AT89S51具有ISP在线编程功能，P1.5P1.7为编程接口，软件编译和调试请见相关视频。 三、设计题目1.数控进给控制器工作原理用键盘设置步进电机的进给脉冲，当按下运行键后，步进电机进给设定的脉冲后停0.5秒，然后再进给，再停0.5秒，一直如此下去，直到满设定的脉冲数。 显示器上显示进给次数，每进给一次加1。 设计要求1进给脉冲由键盘设定，最大设定值9999；2每进给一次，停顿0.5秒，蜂鸣器鸣叫一次；3记录进给次数，由数码管显示；4按下运行键，步进电机开始进给运行，数码管同步显示进给次数。 2.单片机与PC机通讯工作原理单片机UART通过RS232转换电路MAX232后，即可直接与PC机进行通讯。 设计要求1采用VB等高级语言编写PC机通讯程序；2PC机每隔1秒自动发送一个数据到单片机，单片机收到后在四位数码管上移位显示；3单片机每隔1秒自动发送一个数据到PC机，显示器上建立显示区显示。 3.温度测量计工作原理选用半导体温度传感器AD590，AD590与温度的关系为KA/1?，其中K为绝对温度。 当温度变化时，通过AD590的电流也发生，从而导致串接的负载电阻两端的电压也发生变化。 当外界温度为0时，电流为273A?，在1K电阻上的电压就为273mV，我们只要利用模数转换器，测量负载电阻两端的电压变化，就可得到当前的实际温度值。 设计要求1按照测量要求搭建电路；2在数码管上实时显示摄氏温度值。 4.实时时钟工作原理采用单片机内部定时器精密定时，四位数码管显示年、月、日、时、分、秒等，用键盘可以进行时间预置、时间显示内容设置、时间运行方式设置等。 设计要求1用键盘切换的方式，分别显示年月日或者时分秒；2用键盘预置年、月、日、时、分、秒等；3可以倒计时，倒计时单位为分；4每一秒4个小数点闪烁一次；5定时闹钟功能，蜂鸣器鸣叫提示。 6时钟误差每日不大于1秒。 5.电子计算器工作原理单片机具有较强的计算功能，利用控制器上的键盘显示即可设计简单的计算器。 把16个键分别赋予09十个数字键、号键、号键、号键、号键、键等，如键不够，也可以采用双功能键方式，即按下双功能键Shift，则下一次按的键为第二功能键。 根据平时操作的习惯，设计出具有加减乘除运算的电子计算器，输入为4位，输出为8位，分为二次输出，利用等于键分别显示高4位及低4位。 设计要求1参加运算的数据由按键输入；2要求能进行四位十进制数的加减乘除运算；3要求能进行双字节十六进制数的加减乘除运算；4运算结果大于四位时，采用自动分屏显示。 6.转速调节器工作原理变频器广泛应用于机械转速的调节，通过数模转换器，单片机控制系统可以实现灵活控制。 设计要求1用键盘实现电机的启动、升速、降速、停止；2让电机按照正弦曲线实现速度的变化。 7.数据存储工作原理单片机内部的随机存储器具有挥发性，当电源断开后，内部的数据即丢失。 但如果将数据保存到EEPROM中，即便断电，数据可以保存几十年。 设计要求1用键盘输入100个两位十进制数；2将数据保存到串行EEPROM24LC02中；3断电后，重启系统，自动按序显示先前存储的数据，显示格式为编号空格两位数据，不得有错误、移位现象。 四、设计内容及作业要求1安装并调试控制板；2编制源程序并调试通过，能实现题目要求；31份控制器原理图；4软件及软件框图1份；5设计说明书1份。 五、附录1USBASP编程器编程软件下载地址.jerrydz./tbpics/usbasp/usbasp_blue.rar；28位微处理器AT89S51芯片资料下载地址.atmel./dyn/general/tech_doc.asp?doc_id=7189；38位串行A/D转换器TLC549芯片资料下载地址focus.ti./docs/prod/folders/print/tlc549.html；48位串行D/A转换器TLC5620芯片资料下载地址focus.ti./docs/prod/folders/print/tlc5620.html；5两端口温度传感器AD590器件资料下载地址；.analog./produc