电子系统综合设计_实验册.doc

Prepared by Orie Xu 2010 9 9 电子系统综合设计电子系统综合设计 实验手册实验手册 班级 班级 姓名 姓名 学号 学号 信息电子系信息电子系 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu2 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu3 学生实验规则学生实验规则 1 实验前必须做好实验预习 理解实验目的和要求 熟悉实验步骤和操作 要领 做到有准备地进行实验 2 进入实验室 必须保持安静 按指定位置坐好 不高声讲话 不随便走 动 3 实验开始前 应先检查实验用品是否齐全 仪器 设备规格是否符合要 求 4 实验时 要听从实验教师的指导 要按实验规定认真操作 仔细观察实 验现象 如实地做好记录 发观实验现象和结果跟课本上有出入时 要分析原 因 提出自己的见解 5 实验时要注意安全 防止发生意外事故 6 爱护实验仪器设备 不准动用与本实验无关的其他仪器设备 实验过程 中如有仪器设备损坏 应进行登记和说明情况 根据损坏原因和损坏情况 决 定是否赔偿或部分赔偿 7 实验完毕 整理好实验用品 根据实验原始记录 认真做好实验报告 经教师同意后才能离开实验室 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu4 目目 录录 实验一实验一 电子整流器电路的设计电子整流器电路的设计 4 实验二实验二 60 秒倒计时数字电路的设计实践秒倒计时数字电路的设计实践 8 实验三实验三 印制电路板的设计与制作印制电路板的设计与制作 11 实验四实验四 单片机最小系统硬件设计与制作单片机最小系统硬件设计与制作 16 实验五实验五 单片机按键和显示单片机按键和显示 23 实验六实验六 单片机中断与定时单片机中断与定时 29 实验七实验七 AD 与与 DA 应用应用 37 实验八实验八 存储与时钟芯片应用存储与时钟芯片应用 41 实验九实验九 单片机温度检测系统电路的设计单片机温度检测系统电路的设计 41 实验十实验十 常用常用 5V 12V 开关电源产品的测绘开关电源产品的测绘 53 附件附件 实验报告模式实验报告模式 53 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu5 实验一实验一 电子整流器电路的设计电子整流器电路的设计 一 一 实验原理实验原理 电子镇流器的典型应用电路与工作原理 图 1 所示电路的工作原理如下 功率开关晶体管 VT1和 VT2为半桥功率变换 级的两只开关管 电容 C3和 C4组成无源支路 灯负载接在无源支路的中点和半 桥开关组成的有源支路的中点之间 灯负载电流由 C3 C4提供 电阻 R1 电容 C2和双向触发二极管 VD2组成半桥自激振荡电路的启动电路 图 1 电子镇流器的典型应用 当电路加电后 流经电阻 R1的电流对电容 C2充电 当电容 C2两端的电压 达到双向触发二极管 VD2的触发电压 大约为 35V 左右 时 VD2雪崩击穿 这 时电容 C2通过开关管 VT2的基极发射极放电 VT2因发射结正偏而导通 在 VT2导通期间 电流路径为 VDCC3灯管灯丝 FL1C2灯丝 FL2镇流电 感 L1T1初级线圈 T1aVT2的集电极VT2的发射极地 开关管 VT2集电极 电流的瞬时变化为 通过振荡线圈 T1a的两个次级绕组 T1b和 T1c产生相应的 感应电动势 其感应电动势的极性如图 15 所示 其结果是 VT2的基极电位升高 基极电流和集电极电流进一步增大 由于正反馈的原因 使开关管 VT2 跃变到 了饱和导通工作状态 在 VT2 饱和导通期间 启动电容 C2 通过双向二极管 VD2 和开关管 VT2 的发射结放电 启动电路 R1 C2和 VD2为电路的起振提供起振工作条件 一旦电路振荡起 来后 电路维持振荡是通过振荡线圈 T1a T1b和 T1c所提供的正反馈来实现 当 开关管 VT2达到饱和后 振荡线圈 T1a T1b和 T1c中的感应电动势为零 VT2的基 极电位开始下降 Ib2下降 致使 Ic2下降 而这时 VT1的基极电位开始上升 这种变化由于正反馈的作用 使 VT2截止 VT1饱和导通 在 VT1饱和导通期间 灯负载的电流通路为 VT1的集电极VT1的发射极T1aL1灯丝 FL2C2 灯丝 FL2C4地 当 VT1饱和导通后 导致振荡正反馈变压器 T1又进入磁 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu6 饱和状态 同样由于 T1的正反馈又重新使 VT2饱和 VT1截止 如此周而复始 VT1和 VT2交替饱和 截止 使电路进入振荡工作状态 通过 L1和 C2组成的谐 振电路发生串联谐振 在谐振电容 C2的两端产生一个高电压脉冲加到灯管两端 使灯管启动进入工作状态 由于电路工作于高频振荡工作状态 所以镇流电感 L1的值可以取得很小 例如对 40W 的荧光灯如果采用电感镇流则需要大约 800mH 的电感量的镇流电感 体积和质量都较大 而对高频振荡的电子镇流电路 同样对 40W 的荧光灯电子 镇流器中的镇流电感 L1的电感量仅需 2mH 所以体积和质量都要小很多 图 2 电流的流向图 图 2 a 和 b 分别表示 VT1导通 VT2截止和 VT1截止 VT2导通时的灯电流 流向图 RL表示荧光灯工作时的等效电阻 由图 2 可知 在 VT1导通 VT2截止 和 VT1截止 VT2导通两种天关工作状态下 通过灯负载的电流方向是相反的 开关管 VT1和 VT2轮流导通 截止 使通过荧光灯管的电流为高频交流电 在 LC 电路谐振时的谐振频率可利用下式计算 1 式中 L 为镇流电感的电感值 单位为享 利 H C 为电容 C2的值 单位为 法 拉 F f谐振为谐振频率 单位为 Hz 对图 1 所示的电路 由于 L1 LT1a C2 C3 C4 所以灯电路的谐振频率主 要由 L1和 C2的参数决定 如果在 LC 串联电路中的等效直流电阻为 R 则灯电路的总阻抗 Z 可利用下 式有示 2 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu7 当灯电路发生谐振时 ZL1 ZC2 有 Z R 这时灯电路的工作电流最大 为 而谐振电路的 Q 值 品质因数 可利用下式计算 3 由于 R 2 fL1 或 所以灯负载谐振电路的 Q 1 将代入 Q 的表达式后 有 4 这时由于 在灯负载并联的谐振电容 C2上产生的电压为 由以上的讨论可知 在灯电路发生谐振时 在谐振电感或谐振电容上的电 压要比电源电压 Vin高 Q 倍 利用在谐振电容 C2上的这个谐振电压足以使灯负 载完成点火工作 一旦灯完成点火工作后 灯负载的等效电阻急剧变小 致使 谐振电容上的电压下降 Q 值下降 转而进入灯负载的正常工作状态 LC 谐振电路的谐振阻抗特性如图 3 所示 由图 3 可以看出 在谐振频率 f0 处 L R 值越大 则谐振电路的 Q 值越高 灯电路的电流也就越大 反之 L R 值越小 则灯电路的电流越小 在荧光灯电子镇流器的设计中 应适当选取 L 和 C 的数值 使电路的 Q 值在 3 左右 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu8 图 3 LC 谐振电路的谐振阻抗特性 二 实验电路 二 实验电路 MJE13005 2 的的 20W 日光灯电子镇流器电路 日光灯电子镇流器电路 图 4 20W 日光灯电子镇流器电路 三 应用电路三 应用电路 A 日光灯应用电路 图日光灯应用电路 图 5 图 图 6 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu9 图 5 15W 日光灯电子镇流器电路 图 6 40W 日光灯电子镇流器电路 B B 电子变压器的工作原理及应用 图 电子变压器的工作原理及应用 图 7 7 图 图 8 8 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu10 下面介绍的电子变压器 输入为 AC220V 输出为 AC12V 功率可达 50W 它主 要是在高频电子镇流器电路的基础上研制出来的一种变压器电路 其性能稳定 体积小 功率大 因而克服了传统的硅钢片变压器体大 笨重 价高等缺点 电路如图所示 其工作原理与开关电源相似 二极管 VD1 VD4 构成整流桥把市 电变成直流电 由振荡变压器 T1 三极管 VT1 VT2 组成的高频振荡电路 将 脉动直流变成高频电流 然后由铁氧体输出变压器 T2 对高频高压脉冲降压 获 得所需的电压和功率 R1 为限流电阻 电阻 R2 电容 C1 和双向触发二极管 VD5 构成启动触发电路 三极管 VT1 VT2 选用 S13005 其 B 为 15 2 0 倍 也可用 C3093 等 BUceo 35OV 的大功率三极管 触发二极管 VD5 选用 32V 左右 的 DB3 或 VR60 振荡变压器可自制 用音频线绕制在 H7 X 10 X 6 的磁环上 TIa T1b 绕 3 匝 Tc 绕 1 匝 铁氧体输出变压器 T2 也需自制 磁心选用边长 27mm 宽 20mm 厚 10mm 的 EI 型铁氧体 T2a 用直径为 0 45mm 高强度漆包线 绕 100 匝 T2b 用直径为 1 25mm 高强度漆包线绕 8 匝 二极管 VD1 VD4 选 用 IN4007 型 双向触发二极管选用 DB3 型 电容 C1 C3 选用聚丙聚酯涤纶电 容 耐压 250V 电路工作时 A 点工作电压约为 12V B 点约为 25V C 点约为 105V D 点约为 10V 如果电压不满足上述数值 或电路不振荡 则应检查电路有无错焊 漏焊 或虚焊 然后再检查 VT1 VT2 是否良好 T1a T1b 的相位是否正确 整个电 路装调成功后 可装入用金属材料制作的小盒内 发利于屏蔽和散热 但必须 注意电路与外壳的绝缘 引外 改变 T2 a b 二线圈的匝数 则可改变输出的 高频电压 图 7 开关电源电路图 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu11 图 8 15W 开关电源电路 四 实验任务四 实验任务 1 电子整流电路的分析与设计 2 电子镇流器的焊接与装配 3 电子镇流器的调试与维修 五 检测与维修五 检测与维修 图 9 日光灯检测维修参考电路 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu12 1 日光灯最多的故障是灯管不亮 开灯无任何反应 首先 测量 R0 是否烧断 RO 本身就 是起保险作用 一旦过流就会烧断 以免损坏更多的元件 有的镇流器在 RO 处接的就是 0 5A 的保险管 若 RO 烧断 必存在过流故障 更换 R05 寸在 a 处断开 见附图 用指 针式万用表 Rx10k 挡测市电引线两端的电阻应为 2Mf 以上 R1 R2 的串联值 对调表笔测 试 也应一样 若为二 整流桥中有二极管烧断 若小于 2Md2 较多 则 C1 C2 漏电 若 此电阻值符合一要求 可加电测 a b 两点间应有大约 300V 的直流电压 但有时一加电就 烧断 RO 这是整流桥中有短路的二极管 应逐一侧量 D1 D4 的正反向电阻 整流二极管 损坏的概率很小 而滤波电容损坏的较多 特别是像附图那样 C1 和 C2 串联使用 会引 起连锁反应 一个电容击穿 另一个也随之损坏 更换时 最好选用耐压 300V 的电容 2 在确定整流滤波电路良好后 再着手检查以后的电路 由于 a 处断开 用万用表 RX10k 挡正测 a b 两点间的电阻 红表笔接 b 黑表笔接 a 此值应大于 500kSZ 若为 00 应查 R10 VT2 的 c e 极间是否烧断 若在 470kn 左右 则在 VT2 的 c e 极间严重漏电 甚至短路 这里提出一个容易误判的问题 当钡 a b 之间的电阻时只有 30kf 左右 好像 是 VT2 漏电 其实不然 因为用 1 OkS2 挡测量 表内 9V 电压加在 a b 间 给 VT2 注人 偏流 VT2 处于导通状态 所以 c e 间电阻小 不是漏电 3 确定 a b 间电阻正确后 用万用表 Rxlk 档测 VTl 和 VT2 的两个 PN 结电阻 大致 判断这两只三极管的性能 需注意的是 测 VT1 的 PN 结电阻时 要断开 R5 才能获得 正确读数 用 Rxl 挡测 R5 至 1110 的电阻值 这些电阻都有烧断的例子 烧断 119 1110 更是常见的 这两只电阻使用过久阻值会增加 只要它们的值大于 2dZ 电路就不容易起 振 灯不亮 应重点检查 至于 D5 D6 C4 的耐压较高 磁环变压器 Trl 绕组线径粗 绝缘也好 这些都不可能损坏 4 经过以上静态测量 检查完故障元件 把电路复原 仔细检查一下电路板上的焊点 及元件有无短路 触碰 松动 断裂的地方 经校正无误后加电 大多数情况下 日光灯 都能恢复正常工作 但还可能出现以下故障 应逐一排除 1 仍然出现过流 继续烧 RO 这主要是 VT1 或 VT2 的 c e 间耐压一 F 降 存在高 压软击穿 必须选用耐压足够的三极管更换 另外 C3 或 C5 的耐压不足 用万用表检查 不出来 最好焊下用 500V 的摇表测它的绝缘电阻应为 o0 否则视为漏电 2 灯管两端发红 亮度明显不足 这时 首先用万用表的交流挡测灯管两端的电压 应为 100V 左右 这仅为参考值 并非是实际数 因为灯管两端电压波形并不是标准标准的正 弦波 且频率在 20kHz 以上 超过万用表的频响范围 若此电压低于 100V 较多 可能是 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu13 VT1 或 VT2 的性能下降 导通程度不足 无示波器的情况下 用数字万用表测两管的 b e 极电压约为一 0 4V 若偏差太大 甚至为正值 说明管子未处在饱和导通状态 宜换管子 试验 不要盲目调整电路 若灯管端压已达 100V 仍然发光不正常 则是灯管性能不佳 通常判定日光灯管好 坏 只是测其灯丝电阻 若灯丝未断 管内无大面积发黑 就视其完好 但是 劣质灯管 虽其灯丝未断 管内无发黑的痕迹 但却不能正常使用 3 灯管亮度不足 管内有螺旋状的光圈 这是流过灯管的电流小 其主要原因是 C5 的容量下降太多 不妨在 C5 两端并接一只 2 2nF1630V 的电容试试 各种牌号的电子 镇流器中 谐振电容 C5 的容量不一样 大致在 3 10nF 之间 其容量过大或过小都会使灯 管不能正常发光 实验二实验二 6060 秒倒计时数字电路的设计实践秒倒计时数字电路的设计实践 一 实验原理一 实验原理 对该电路的设计要求使用数字电路来实现 由于需要一系列连续的动作 因此 周期 性的振荡脉冲提供时必不可少的 60 秒的计时需要用数码管显示 那么 数码管 BCD 译码 电路也是必须的 执行秒递减计时 则数字递减计数器也不可缺少 当然 应当考虑附件 的一些功能 如重启 中断和计时为 0 时的提示 1 时基或秒脉冲产生 脉冲波形发生器 多谐振荡器 本设计采用 555 构成的多谐振荡电路 即脉冲产生电路 其内部管脚图如下图 3 通 过计算可以确定参数的取值 R6 15K R7 68K C1 10uF C2 10uF 因此产生的脉冲周期为 T 1 43 R6 2R7 C2 1sT 1 43 R6 2R7 C2 1s 由晶体与 2 个 30pF 电容 1 个 4060 一个 10M 电阻组成 芯片 3 脚输出 2Hz 的方波信号 图 1 秒脉冲产生电路 或 0 5 秒脉冲信号产生 2 时间 60 秒预置 自动递减执行 十进制同步加减计数器 双时钟 设计中选用的芯片要求有 内部有级联电 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu14 同步操作 每个触发器有单独的预置端 完全独 的清 输入端 考虑到应用数码管显示 因此这里采用典型的位移寄存器芯片作为设计参考 74LS192 是双时钟方式的十进制可逆计数器 CPU为加计数时钟输入端 CPD为减计数时钟输入端 LD 为预置输入控制端 异步预置 CR 为复位输入端 高电平有效 异步清除 CO 为进位 输出 1001 状态后负脉冲输出 BO 为借位输出 0000 状态后负脉冲输出 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu15 控制执行电路 包括清 0 和计时工作 连续或暂停模式 控制电路可以考虑选用 74HC51D 或 74LS00 等芯片 3 数码驱动及显示 该模块由两片 74LS48 译码器和共阴极七段数码管 LED 显示器组成 通过计数器的输出加到 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu16 译码器的输入 从而实现共阴极七段 LED 显示器从 60s 递减到零的计数功能 七段数码管 译码器驱动器选用 74LS48 或考虑 CD4511 4 报警或提示 二 实验电路二 实验电路 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu17 三 实验任务三 实验任务 1 掌握数字系统设计的整体思路 2 焊接与装配 3 调试与维修 实验三实验三 印制电路板的设计与制作印制电路板的设计与制作 一 实验原理一 实验原理 利用 Protel 绘制 Sch 和 PCB 图 通过热转印技术制作电路板 运用实物器件做原理图器件库和 PCB 元件封装器件库 运用该软件输出图纸和镜像图纸 器件清单 Gerber 等资料 二 实验电路二 实验电路 1 最小系统设计 参见实验 4 之所有实验电路 2 最小系统附加电路 提供 Datasheet 或实物作为参照 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu18 Part0 发光管指示 Part1 液晶显示 Part2 数码显示 Part3 键盘 三 实验任务三 实验任务 1 设计单片机的最小系统和附加系统 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu19 2 画出原理图 PCB 版图 3 完成最小系统 pcb 板的热转印制作 实验四实验四 单片机最小系统硬件设计与制作单片机最小系统硬件设计与制作 一 实验原理一 实验原理 为了使同学们对单片机有一个更加接近企业实战的设计和开发 我们这里运用外加工板或 自制的多功能板为同学们建立一个单片机的开发环境 使的同学们在有计算机串口的基础 上 可以自主完成设计和开发 此板的设计同市场销售的产品一样 在主要功能上全部可 以满足设计需求 二 实验电路二 实验电路 图 1 串口下载 图 2 复位电路 图 3 PO 口 10k 排阻 图 4 蜂鸣器电路 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu20 图 5 排针排座电路 图 6 电源及指示 图 7 最小系统电路 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu21 三 实验任务三 实验任务 1 分析和理解各个器件的功能和作用及封装 2 使用多功能板 在保证工艺的前提下 进行最小系统的焊接和装配 3 外接 5v 电源后指示灯亮 可以通过串口直接下载程序作为基本合格要求 实验五实验五 模数转换模数转换 A D 应用应用 一 一 实验原理实验原理 1 看懂 Datasheet 并且根据 datasheet 给定的要求分析并设计驱动程序 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu22 二 实验电路二 实验电路 此实验电路仅需要在 AD 口上接一个电位器中间抽头 另外两端直接接电源和接地端即可 然后将转换的数字信息 通过数码管显示出来 构成一个量程为 1 5V 的数字电压表 三 实验任务三 实验任务 1 设计程序 从 P1 7 口读取电压并在数码管中显示电压值 2 把编译好的程序下载到芯片中 3 观察实验结果 对本程序加以改进 实现更多地功能 四 实验程序 见源程序 四 实验程序 见源程序 AD 测试程序 主芯片 STC12C5A60S2 1T 工作频率 12 000MHz include reg51 h include intrins h define FOSC 18432000L define BAUD 9600 typedef unsigned char BYTE typedef unsigned int WORD Declare SFR associated with the ADC sfr ADC CONTR 0 xBC ADC control register sfr ADC RES 0 xBD ADC high 8 bit result register sfr ADC LOW2 0 xBE ADC low 2 bit result register 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu23 sfr P1ASF 0 x9D P1 secondary function control register Define ADC operation const for ADC CONTR define ADC POWER 0 x80 ADC power control bit define ADC FLAG 0 x10 ADC complete flag define ADC START 0 x08 ADC start control bit define ADC SPEEDLL 0 x00 420 clocks define ADC SPEEDL 0 x20 280 clocks define ADC SPEEDH 0 x40 140 clocks define ADC SPEEDHH 0 x60 70 clocks void InitUart void InitADC void SendData BYTE dat BYTE GetADCResult BYTE ch void Delay WORD n void ShowResult BYTE ch void main InitUart Init UART use to show ADC result InitADC Init ADC sfr while 1 ShowResult 0 Show Channel0 ShowResult 1 Show Channel1 ShowResult 2 Show Channel2 ShowResult 3 Show Channel3 ShowResult 4 Show Channel4 ShowResult 5 Show Channel5 ShowResult 6 Show Channel6 ShowResult 7 Show Channel7 Send ADC result to UART void ShowResult BYTE ch SendData ch Show Channel NO SendData GetADCResult ch Show ADC high 8 bit result if you want show 10 bit result uncomment next line 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu24 SendData ADC LOW2 Show ADC low 2 bit result Get ADC result BYTE GetADCResult BYTE ch ADC CONTR ADC POWER ADC SPEEDLL ch ADC START nop Must wait before inquiry nop nop nop while ADC CONTR Wait complete flag ADC CONTR Close ADC return ADC RES Return ADC result Initial UART void InitUart SCON 0 x5a 8 bit data no parity bit TMOD 0 x20 T1 as 8 bit auto reload TH1 TL1 FOSC 12 32 BAUD Set Uart baudrate TR1 1 T1 start running Initial ADC sfr void InitADC P1ASF 0 xff Open 8 channels ADC function ADC RES 0 Clear previous result ADC CONTR ADC POWER ADC SPEEDLL Delay 2 ADC power on and delay Send one byte data to PC Input dat UART data 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu25 Output void SendData BYTE dat while TI Wait for the previous data is sent TI 0 Clear TI flag SBUF dat Send current data Software delay function void Delay WORD n WORD x while n x 5000 while x 实验六实验六 存储芯片存储芯片 AT24C02AT24C02 应用应用 一 实验原理一 实验原理 EEPROM Electrically Erasable Programmable Read Only Memory 电可擦可编程只读 存储器 一种掉电后数据不丢失的存储芯片 EEPROM 可以在电脑上或专用设备上擦除已 有信息 重新编程 一般用在即插即用 EEPROM 电可擦写可编程只读存储器 是可用户更改的只读存储器 ROM 其可通过 高于普通电压的作用来擦除和重编程 重写 不像 EPROM 芯片 EEPROM 不需从计算机中 取出即可修改 在一个 EEPROM 中 当计算机在使用的时候是可频繁地重编程的 EEPROM 的寿命是一个很重要的设计考虑参数 EEPROM 的一种特殊形式是闪存 其应用通常是个人 电脑中的电压来擦写和重编程 24C16 引脚图 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu26 引脚功能说明图 二 实验电路二 实验电路 三 实验任务三 实验任务 利用 24C16 断电以后存储的数据不消失的特点 可以做一个断电不间断计数器 功能描述 单片机做一个 0 59 秒的自动计时器 用户可以随机关断系统电源 在通 电以后计时器接着断电前的计数值继续计时 这个计数值是单片机把当前状态保存在 EEPROM 24C04 中的 四 实验程序 见源程序 四 实验程序 见源程序 AT24C04 测试程序 主芯片 STC12C5A60S2 1T 工作频率 12 000MHz include REG51 H include INTRINS H typedef unsigned char BYTE 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu27 typedef unsigned short WORD sbit SCL P3 4 AT24C04 的时钟 sbit SDA P3 5 AT24C04 的数据 BYTE BUF 16 数据缓存区 BYTE code TESTDATA 0 x00 0 x11 0 x22 0 x33 0 x44 0 x55 0 x66 0 x77 0 x88 0 x99 0 xAA 0 xBB 0 xCC 0 xDD 0 xEE 0 xFF void Delay5us void Delay5ms void AT24C04 Start void AT24C04 Stop void AT24C04 SendACK bit ack bit AT24C04 RecvACK void AT24C04 SendByte BYTE dat BYTE AT24C04 RecvByte void AT24C04 ReadPage void AT24C04 WritePage void main AT24C04 WritePage Delay5ms AT24C04 ReadPage while 1 向 AT24C04 写 1 页 16 字节 数据 将 TESTDATA 开始的 16 个测试数据写如设备的 00 0F 地址中 void AT24C04 WritePage BYTE i AT24C04 Start 起始信号 AT24C04 SendByte 0 xa0 发送设备地址 写信号 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu28 AT24C04 SendByte 0 x00 发送存储单元地址 for i 0 i 16 i AT24C04 SendByte TESTDATA i AT24C04 Stop 停止信号 从 AT24C04 读取 1 页 16 字节 数据 将设备的 00 0F 地址中的数据读出存放在 DATA 区的 BUF 中 void AT24C04 ReadPage BYTE i AT24C04 Start 起始信号 AT24C04 SendByte 0 xa0 发送设备地址 写信号 AT24C04 SendByte 0 x00 发送存储单元地址 AT24C04 Start 起始信号 AT24C04 SendByte 0 xa1 发送设备地址 读信号 for i 0 i 16 i BUF i AT24C04 RecvByte if i 15 AT24C04 SendACK 1 最后一个数据需要会 NAK else AT24C04 SendACK 0 回应 ACK AT24C04 Stop 停止信号 延时 5 微秒 STC12C5A60S2 12M 不同的工作环境 需要调整此函数 此延时函数是使用 1T 的指令周期进行计算 与传统的 12T 的 MCU 不同 void Delay5us BYTE n 4 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu29 while n nop nop 延时 5 毫秒 STC12C5A60S2 12M 不同的工作环境 需要调整此函数 此延时函数是使用 1T 的指令周期进行计算 与传统的 12T 的 MCU 不同 void Delay5ms WORD n 2500 while n nop nop nop nop nop 起始信号 void AT24C04 Start SDA 1 拉高数据线 SCL 1 拉高时钟线 Delay5us 延时 SDA 0 产生下降沿 Delay5us 延时 SCL 0 拉低时钟线 停止信号 void AT24C04 Stop 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu30 SDA 0 拉低数据线 SCL 1 拉高时钟线 Delay5us 延时 SDA 1 产生上升沿 Delay5us 延时 发送应答信号 入口参数 ack 0 ACK 1 NAK void AT24C04 SendACK bit ack SDA ack 写应答信号 SCL 1 拉高时钟线 Delay5us 延时 SCL 0 拉低时钟线 Delay5us 延时 接收应答信号 bit AT24C04 RecvACK SCL 1 拉高时钟线 Delay5us 延时 CY SDA 读应答信号 SCL 0 拉低时钟线 Delay5us 延时 return CY 向 IIC 总线发送一个字节数据 void AT24C04 SendByte BYTE dat BYTE i for i 0 i 8 i 8 位计数器 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu31 dat 1 移出数据的最高位 SDA CY 送数据口 SCL 1 拉高时钟线 Delay5us 延时 SCL 0 拉低时钟线 Delay5us 延时 AT24C04 RecvACK 从 IIC 总线接收一个字节数据 BYTE AT24C04 RecvByte BYTE i BYTE dat 0 SDA 1 使能内部上拉 准备读取数据 for i 0 i 8 i 8 位计数器 dat 1 SCL 1 拉高时钟线 Delay5us 延时 dat SDA 读数据 SCL 0 拉低时钟线 Delay5us 延时 return dat 实验七实验七 时钟芯片 时钟芯片 DS1302 实验 实验 一 实验原理一 实验原理 DS1302 是DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片内含有一个实时时钟 日历和31 字节静 态RAM 通过简单的串行接口与单片机进行通信实时时钟 日历电路提供秒分时日日期月年的 信息每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟操作可通过AM PM 指示决定采用24 或12 小 时格式DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信仅需用到三个口线1 RES 复位2 I O 数据线3 SCLK串行时钟时钟 RAM 的读 写数据以一个字节或多达31 个字节 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu32 的字符组方式通信DS1302 工作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于1mWDS1302 是由 DS1202 改进而来增加了以下的特性双电源管脚用于主电源和备份电源供应Vcc1 为可编程 涓流充电电源附加七个字节存储器它广泛应用于电话传真便携式仪器以及电池供电的仪器 仪表等 产品领域下面将主要的性能指标作一综合 实时时钟具有能计算2100 年之前的秒分时日日期星期月年的能力还有闰年调整的能力 31 8 位暂存数据存储RAM 串行I O 口方式使得管脚数量最少 宽范围工作电压2 0 5 5V 工作电流2 0V 时 小于300nA 读 写时钟或RAM 数据时有两种传送方式单字节传送和多字节传送字符组方式 8 脚DIP 封装或可选的8 脚SOIC 封装根据表面装配 简单3 线接口 与TTL 兼容Vcc 5V 可选工业级温度范围 40 85 与DS1202 兼容 在DS1202 基础上增加的特性 对Vcc1 有可选的涓流充电能力 双电源管用于主电源和备份电源供应 备份电源管脚可由电池或大容量电容输入 附加的7 字节暂存存储器 1 DS13021 DS1302 的基本组成和工作原理的基本组成和工作原理 DS1302 的管脚排列及描述如下图及表所示 2 2 管脚描述管脚描述 2 2 DS1302DS1302 内部寄存器内部寄存器 CH 时钟停止位寄存器2 的第7 位12 24 小时标志 CH 0 振荡器工作允许bit7 1 12 小时模式 CH 1 振荡器停止bit7 0 24 小时模式 WP 写保护位寄存器2 的第5 位 AM PM 定义 WP 0 寄存器数据能够写入 AP 1 下午模式 WP 1 寄存器数据不能写入 AP 0 上午模式 TCS 涓流充电选择 DS 二极管选择位 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu33 TCS 1010 使能涓流充电 DS 01 选择一个二极管 TCS 其它 禁止涓流充电 DS 10 选择两个二极管 DS 00 或11 即使TCS 1010 充电功能也被禁止 时钟 时钟 RAMRAM 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu34 二 实验电路二 实验电路 三 实验任务三 实验任务 1 设计程序从 1302 读取时钟并在数码管中显示 2 把编译好的程序下载到芯片中 3 观察实验结果 对本程序加以改进 实现更多地功能 四 实验程序 见源程序 四 实验程序 见源程序 DS1302 测试程序 主芯片 STC12C5A60S2 1T 工作频率 12 000MHz include REG51 H include INTRINS H typedef unsigned char BYTE sbit SCLK P1 0 DS1302 时钟口 P1 0 sbit IO P1 1 DS1302 数据口 P1 1 sbit RST P1 2 DS1302 片选口P1 2 秒 分 时 日 月 星期 年 BYTE code init 0 x00 0 x00 0 x20 0 x01 0 x01 0 x05 0 x10 BYTE data now 7 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu35 void DS1302 Initial void DS1302 SetTime BYTE p void DS1302 GetTime BYTE p void main DS1302 Initial 初始化 DS1302 DS1302 SetTime init 设置初始时间 DS1302 GetTime now 读取当前时间 while 1 延时 X 微秒 STC12C5A60S2 12M 不同的工作环境 需要调整此函数 此延时函数是使用 1T 的指令周期进行计算 与传统的 12T 的 MCU 不同 void Delay nop nop 从 DS1302 读 1 字节数据 BYTE DS1302 ReadByte BYTE i 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu36 BYTE dat 0 for i 0 i 1 数据右移一位 if IO dat 0 x80 读取数据 SCLK 1 时钟线拉高 Delay 延时等待 return dat 向 DS1302 写 1 字节数据 void DS1302 WriteByte BYTE dat char i for i 0 i 1 移出数据 IO CY 送出到端口 SCLK 1 时钟线拉高 Delay 延时等待 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu37 读 DS1302 某地址的的数据 BYTE DS1302 ReadData BYTE addr BYTE dat RST 0 Delay SCLK 0 Delay RST 1 Delay DS1302 WriteByte addr 写地址 dat DS1302 ReadByte 读数据 SCLK 1 RST 0 return dat 往 DS1302 的某个地址写入数据 void DS1302 WriteData BYTE addr BYTE dat RST 0 Delay SCLK 0 Delay RST 1 Delay 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu38 DS1302 WriteByte addr 写地址 DS1302 WriteByte dat 写数据 SCLK 1 RST 0 写入初始时间 void DS1302 SetTime BYTE p BYTE addr 0 x80 BYTE n 7 DS1302 WriteData 0 x8e 0 x00 允许写操作 while n DS1302 WriteData addr p addr 2 DS1302 WriteData 0 x8e 0 x80 写保护 读取当前时间 void DS1302 GetTime BYTE p BYTE addr 0 x81 BYTE n 7 while n p DS1302 ReadData addr 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu39 addr 2 初始化 DS1302 void DS1302 Initial RST 0 SCLK 0 DS1302 WriteData 0 x8e 0 x00 允许写操作 DS1302 WriteData 0 x80 0 x00 时钟启动 DS1302 WriteData 0 x90 0 xa6 一个二极管 4K 电阻充电 DS1302 WriteData 0 x8e 0 x80 写保护 实验八实验八 温度传感器芯片 温度传感器芯片 DS18B20 实验 实验 一 实验原理一 实验原理 温度传感器的种类众多 在应用与高精度 高可靠性的场合时DALLAS 达拉斯 公司 生产的DS18B20温度传感器当仁不让 超小的体积 超低的硬件开消 抗干扰能力强 精度 高 附加功能强 使得DS18B20更受欢迎 对于我们普通的电子爱好者来说 DS18B20的优 势更是我们学习单片机技术和开发温度相关的小产品的不二选择 了解其工作原理和应用 可以拓宽您对单片机开发的思路 DS18B20的主要特征 全数字温度转换及输出 先进的单总线数据通信 最高12位分辨率 精度可达土0 5摄氏度 12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒 可选择寄生工作方式 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu40 检测温度范围为 55 C 125 C 67 F 257 F 内置EEPROM 限温报警功能 64位光刻ROM 内置产品序列号 方便多机挂接 多样封装形式 适应不同硬件系统 DS18B20 芯片封装结构 DS18B20引脚功能 GND 电压地 DQ 单数据总线 VDD 电源电压 NC 空引脚 DS18B20工作原理及应用 DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上 从而抗干扰力更强 其一 个工作周期可分为两个部分 即温度检测和数据处理 在讲解其工作流程之前我们有必要 了解18B20的内部存储器资源 18B20共有三种形态的存储器资源 它们分别是 ROM 只读存储器 用于存放DS18B20ID编码 其前8位是单线系列编码 DS18B20的编码 是 19H 后面48位是芯片唯一的序列号 最后8位是以上56的位的CRC码 冗余校验 数据在出产时设置不由用户更改 DS18B20共64位ROM RAM 数据暂存器 用于内部计算和数据存取 数据在掉电后丢失 DS18B20共9个字节 RAM 每个字节为8位 第1 2个字节是温度转换后的数据值信息 第3 4个字节是用户 EEPROM 常用于温度报警值储存 的镜像 在上电复位时其值将被刷新 第5个字节则是用 户第3个EEPROM的镜像 第6 7 8个字节为计数寄存器 是为了让用户得到更高的温度分 辨率而设计的 同样也是内部温度转换 计算的暂存单元 第9个字节为前8个字节的CRC码 EEPROM 非易失性记忆体 用于存放长期需要保存的数据 上下限温度报警值和校验数据 DS18B20共3位EEPROM 并在RAM都存在镜像 以方便用户操作 RAM及EEPROM结构图 图2 若要读出当前的温度数据我们需要执行两次工作周期 第一个周期为复位 跳过 ROM 指令 执行温度转换存储器操作指令 等待 500uS 温度转换时间 紧接着执行第二个周期 为复位 跳过 ROM 指令 执行读 RAM 的存储器操作指令 读数据 最多为 9 个字节 中途 电子系统综合设计 实验册 Prepared by OrieXu41 可停止 只读简单温度值则读前 2 个字节即可 二 实验电路二 实验电路 三 实验任务三 实验任务 1 设计程序从 DS18B20 读取温度并在数码管中显示 2 把编译好的程序下载到芯片中 3 观察实验结果 对本程序加以改进 实现更多地功能 四 实验程序四 实验程序 STC12C5A60S2 关于 DS18B20 程序参考程序 温度传感器 DS18B20 测试程序 主芯片 STC12C5A60S2 1T 工作频率 12 000MHz include REG51 H include INTRINS H typedef unsigne