单片机原理及应用课程设计指导书.doc

单片机原理及应用 课课程程设设计计 指指导导书书 山山东东工商学院工商学院 信息与信息与电电子工程学院子工程学院 2009 年年 1 月月 前前 言言 单片机原理及应用课程设计指导书 是针对自动化 电气工程及其自动化等专业的学生学 习单片机原理及应用课程 配套开设课程设计而编写的 作为嵌入式系统低端的单片机已成为电子系统中最普遍的应用手段 已经深入到国民经济 与人民生活的各个领域 近年来 在高校中大力推行的各种电子设计竞赛中 采用单片机系统 解决各类电子技术问题已成为主要方法之一 单片机原理及应用 课程已经被几乎所有工科 院校中自动化 电气 仪器仪表 测控技术 光机电一体化 电子 通信 计算机等类专业列 为本科主干专业课程 是培养现代电子技术应用类专业人才的重要技术课程之一 单片机课程设计是学习单片机理论的重要实践环节 在单片机实验课程基础上 通过本课 程设计的学习 使学生增进对单片机的感性认识 加深对单片机理论方面的理解 使学生掌握 单片机的内部功能模块的应用 掌握单片机接口功能和扩展应用 掌握一些特殊器件及常用器 件的使用方法 学习编制大型综合程序 使学生了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计方法 及调试过程 充分发挥学生的主观能动性 激发学生的学习兴趣 培养学生主动利用单片机解 决工程实际问题的意识 培养学生的工程实践能力 实际动手能力和自我学习能力 接受不断 涌现的新技术和新方法的能力 使学生完成从实际项目立题 调研 方案论证 方案实施 系 统调试 编写使用说明书等科研全过程的基本训练 为今后在相关领域中从事与单片机有关的 设计 开发 应用等工作打下良好的基础 本课程设计指导书是根据单片机原理及应用课程教学大纲的要求 以及我校单片机实验环 境的实际情况由张岩和张鑫老师编写 2009 年 1 月 山东工商学院 信息与电子工程学院 目目 录录 第一章第一章 单片机课程设计概述单片机课程设计概述 1 第二章第二章 课程设计题目课程设计题目 4 第三章第三章 单片机实验开发系统部分单片机实验开发系统部分 5 实验一 键盘与显示实验 5 实验二 音频驱动实验 8 实验三 电子钟实验 10 实验四 电子琴实验 11 实验五 交通灯控制实验 12 实验六 语音芯片控制实验 14 实验七 日历时钟芯片控制实验 21 实验八 直流电机测速与控制实验 33 实验九 步进电机控制实验 39 实验十 压力测量显示实验 42 实验十一 温度传感器与温度控制实验 47 实验十二 红外数据发送与接收实验 51 实验十三 USB 总线通信实验 56 第四章第四章 单片机电路板开发部分单片机电路板开发部分 61 1 第一章第一章 单片机课程设计概述单片机课程设计概述 一 课程设计目的一 课程设计目的 单片机课程设计作为独立的教学环节 是自动化及相关专业集中实践性环节系列之一 是 学习完 单片机原理及应用 课程后 并在进行相关课程设计基础上进行的一次综合练习 单片机课程设计过程中 学生通过查阅资料 接口设计 程序设计 安装调试等环节 完 成一个涉及 MCS 51 单片机多种资源应用并具有综合功能的小系统目标板的设计与编程应用 使学生不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来 而且能够对电子电路 电子元 器件 印制电路板等方面的知识进一步加深认识 同时在软件编程 排错调试 焊接技术 相 关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高 使学生增进对单片机的感性认识 加 深对单片机理论方面的理解 使学生掌握单片机的内部功能模块的应用 如定时器 计数器 中断 片内外存贮器 I O 口 串行口通信等 使学生了解和掌握单片机应用系统的软硬件设 计过程 方法及实现 强化单片机应用电路的设计与分析能力 提高学生在单片机应用方面的 实践技能和科学作风 培育学生综合运用理论知识解决问题的能力 实现理论结合实际 学以 至用的原则 二 课程设计要求二 课程设计要求 课程设计应充分体现 教师指导下的以学生为中心 的教学模式 以学生为认知主体 充 分调动学生的积极性和能动性 重视学生自学能力的培养 根据课程设计具体课题安排时间 确定课题的设计 编程和调试内容 分小组进行 根据合理的进度安排开展课程设计活动 按 时完成每部分工作 课程设计集中在实验室进行 每天由班长负责考勤 指导教师抽查 在课 程设计过程中 坚持独立完成 实现课题规定的各项指标 并写出设计报告 要求学生自己调研 设计系统功能 划分软硬件功能 选择器件 用 Protel 软件在计算机 上设计硬件原理图 印制板图 设计软件框图 流程图等 然后在通用电路板上焊接器件 调 试电路 编写软件程序 调试程序等 用仿真器对所做的系统进行仿真 修改调试程序 烧录 程序 对整个系统做试运行 有问题再进一步修改调试 直至达到设计的要求和取得满意的效 果 最后编写系统说明书 其内容主要包括系统的功能介绍 使用范围 主要性能指标 使用 方法 注意事项等 三 课程设计时间及进度安排三 课程设计时间及进度安排 课程设计集中在一周进行 以小组为单位分别进行具体要求安排如下 顺顺 序序内内 容容 1布置课题 落实任务 确定课题及组织形式 查阅技术资料 2方案论证 分析 讨论 3电路设计 各模块程序框图 4软件设计 5调试 6写课程设计报告 2 四 课程设计的步骤四 课程设计的步骤 1 确定任务确定任务 单片机系统的开发过程是以确定系统的功能的技术指标开始的 首先要细致分析 研究实 际问题 明确各项任务与要求 综合考虑系统的各种性能 拟定出合理可行的技术性能指标 2 总体设计总体设计 在对应用系统进行总体设计时 应根据应用系统提出的各项技术性能指标 拟定出一套合 理的方案 首先 根据任务的繁杂程度和技术指标要求选择单片机芯片 其次 选择系统中要用到的 其它外围元器件 如显示器 执行机构等 3 硬件设计硬件设计 硬件设计是指应用系统的电路设计 包括单片机芯片 控制电路 存储器 I O 接口等等 硬件设计时 应考虑留有充分余量 电路设计力求正确无误 因为在系统调试中不易修改硬件 结构 在单片机应用设计系统中硬件电路设计时应注意的几个问题 1 程序存储器 在外扩程序存储器时 一般选用容量较大的 EPROM 芯片 如 2764 8KB 27128 16KB 或 27256 32KB 等 尽量避免用小容量芯片组合扩充大容量的存储器 程序 存储器容量大些 则可用编程空间充裕 2 数据存储器 根据系统功能的要求 如果需要扩展外部 RAM 那么 RAM 芯片可选用 6264 8KB 等 扩展外部 RAM 的原则和扩展外部 ROM 相同 尽量减少芯片数量 使电路结构简单 3 I O 接口芯片 I O 接口芯片的扩展也需要根据应用系统功能的要求来确定 常用的 I O 接口芯片一般选 用 8255 芯片 这类芯片可利用功能多 具有口线多 硬件逻辑简单等特点 4 总线驱动能力 MCS 51 系列单片机的外部扩展功能很强 但 4 个 8 位并行口的带负载能力是有限的 P0 口能驱动 8 个 TTL 电路 P1 P3 口只能驱动 3 个 TTL 电路 在实际应用中 这些端口的负载 不应超过总负载能力的 70 以保证留有一定的余量 以增强系统的抗干扰能力 在外接负 载较多的情况下 应采用总线驱动电路 以提高端口的驱动能力和系统的抗干扰能力 总线驱动有相应的驱动器 如双向 8 路三态缓冲器 74LS245 可作为数据总线使用 地址 和控制总线可采用单向 8 路三态缓冲区 74LS244 作为单向总线驱动器 4 软件设计软件设计 通过对单片机的学习 你已经了解到单片机应用系统的软件设计是研制过程中任务最关键 的一项工作 没有软件 就无法实现单片机的控制 不同软件可以实现功能不同的控制 所以 要编写软件一定要把要实现的控制对象及其功能全面掌握 要做到心中有数 单片机应用系统的软件设计千差万别 不存在统一模式 开发一个软件的基本方法是尽可 能采用模块化结构 根据系统软件的总体构思 按照先粗后细的方法 把整个系统软件分成多 个功能独立模块 应明确规定各模块的功能 各模块间的接口信息 尽可能使各模块的联系减 3 少到最低限度 这样 各个模块可以分别独立设计 编制和调试 最后再将各个程序模块连接 成一个完整的程序进行总调试 较为复杂软件的设计 是建立在各个基本模块的基础上的 如果对基本模块熟悉了 编写 一个较为复杂的软件相对就容易 各个基本模块就是大家前面学习的各个章节的内容 所以大 家在学习单片机时不要开始就想做什么轰轰烈烈的大事情 要从基本知识学起 切记 5 系统调试系统调试 系统调试包括硬件调试和软件调试 硬件调试的任务是排除系统的硬件电路故障 包括设 计错误和工艺故障 软件调试是利用开发工具进行在线仿真调试 除发现和解决程序错误外 也可以发现硬件故障 程序调试一般是一个模块一个模块的进行 一个子程序一个子程序的调试 最后连接起来 统一调试 利用开发工具的单步和断点运行方式 通过检查应用系统的 CPU 现场 RAM 和 SFR 的内容以及 I O 口的状态 来检查程序的执行结果和系统 I O 设备的状态变化是否正常 从中发现程序的逻辑错误 转移地址错误以及随机的录入错误等 也可以发现硬件设计与工艺 错误和软件算法错误 在调试过程中 要不断调整 修改系统的硬件和软件 直到其符合预期 结果为止 联机调试运行正常后 将软件固化到 EPROM 中 脱机运行 并到生产现场投入实 用 检验其可靠性 直到完全满足要求 系统才算研制成功 五 设计报告要求五 设计报告要求 1 封面 2 目录 3 正文 1 内容提要 概述所做的工作及系统的主要功能 2 设计的基本步骤及方案 2 硬件电路设计及描述 绘制硬件设计原理图及电路图 3 软件设计思想及流程 设计出完整的程序框图和程序清单 4 说明硬软件的调试过程和调试方法 5 部分重要源程序代码 要有注释 4 课程设计体会 5 参考文献 六 考核办法六 考核办法 成绩的评定主要参照以下几个方面 1 考勤 纪律占 10 2 学生独立设计硬件电路的能力占 20 3 软件编程及调试完成情况 具体视完成质量 先后 是否独立完成等情况 占 30 4 指导教师考核与验收占 20 5 设计报告占 20 6 有下列情况之一者 要酌情减分 1 总结报告有抄袭行为或有意给别人抄袭 2 损坏或丢失实验室的物品 包括元器件 仪器设备和工具 3 迟交总结报告 4 第二章第二章 课程设计题目课程设计题目 1 1 必做题目必做题目 1 晶振 上电 按键复位 EA VCC GND 引脚接好 在 XTAL1 或 XTAL2 上输出 正弦波 注意电容的正负极 2 通过 P1 口扩展 LED 灯 可实现每隔一定时间亮灭 延时或通过 T0 定时实现 可 实现通过按键控制某一灯亮 也可做交通灯控制 3 实现 T1 外部脉冲计数功能 并将脉冲数显示出来 4 扩展键盘 并编号 将键盘的号码在显示器上显示 5 扩展 6264 实现片外程序存储器 数据的传送 6 扩展 D A 输出方波 计算频率并验证 2 2 选作题目选作题目 1 扩展键盘 实现键盘 1 1 数据 并显示 2 扩展 A D 通过实验箱上的电位器输出电压 或通过 D A 输出某一电压值 采样 3 扩展显示器 将采到的数据显示出来 4 扩展外部串行存储器 5 扩展 2764 实现片外程序存储器 数据的传送 6 交通灯控制 3 3 自选题目自选题目 1 音乐播放系统设计 2 交通灯系统设计 3 万年历的设计 4 出租车计价器系统设计 5 频率计系统设计 6 温度测量系统设计 7 医院住院病人呼叫器的设计 8 智力竞赛抢答器的设计 9 自动电梯控制电路的设计 10 智能化公共汽车报站器的设计 11 自动往返电动车的设计 12 简易 IC 卡收费器的设计 13 消毒柜控制电路的设计 注意 注意 每个芯片的电源和地必须连接正确 否则会将芯片烧掉 先布好局 连线时尽量不要突起 紧贴面包班 连接一条线 用万用表查一条线 避免接触不良 先在实验箱上调好程序 然后写芯片 5 第三章第三章 单片机单片机实验开发系统部分实验开发系统部分 实验一实验一 键盘与显示实验键盘与显示实验 一 实验目的一 实验目的 1 掌握在 51 系统上扩展 8279 键盘显示接口的方法 2 掌握 8279 的工作原理和编程方法 二 实验内容二 实验内容 根据系统提供的电路 掌握 8279 的工作原理 编程实现 8279 键盘显示 读入键值 并在 数码管上显示出来 三 实验要求三 实验要求 根据实验内容编写一个程序 并在实验仪上调试和验证 四 实验说明和电路原理图四 实验说明和电路原理图 键盘和八段显示器可以直接使用单片机 89C51 的并行口 或者用 74LS273 和 74LS244 并行接口芯片 8255 或多功能接口芯片 8155 与微型计算机接口 用上述接口方法 对键盘和显 示器的扫描是由软件实现的 不但程序比较复杂 更不利的是占用 CPU 很多时间 若采用专 用的可编程键盘 显示控制器 8279 与微型计算机接口 则由 8279 对键盘和显示器进行自动扫 描 充分地提高 CPU 的工作效率 Inetel8279 芯片是一种通用的可编程键盘显示器接口器件 单个芯片就能完成键盘输入和 八段显示器显示控制两种功能 本实验需要用到 CPU 模块 F3 区 8279 键盘与显示模块 E7 区 8279 键盘与显示 电路原理图参见图 1 1A 图 1 1B 及实验指导书的图 10 1A 和图 10 1B 图 1 1A 8279 键盘显示电路 1 GND 20 VCC 40 OUTA0 27 OUTB0 31 OUTA1 26 OUTB1 30 OUTA2 25 OUTB2 29 OUTA3 24 OUTB3 28 DB0 12 BD 23 DB1 13 DB2 14 SL0 32 DB3 15 SL1 33 DB4 16 SL2 34 DB5 17 SL3 35 DB6 18 DB7 19 RL0 38 RL1 39 IRQ 4 RL2 1 RL3 2 CS 22 RL4 5 RD 10 RL5 6 WR 11 RL6 7 A0 21 RL7 8 CLK 3 SHIFT 36 RESET 9 CNTL S 37 U5E 8279 OUTB0 OUTB1 OUTB2 OUTB3 OUTA0 OUTA1 OUTA2 OUTA3 RL0 RL1 RL2 RL3 RL4 RL5 RL6 RL7 SL0 SL1 SL2 VCC ICAD4 ICAD5 ICAD6 ICAD7 ICAD0 ICAD1 ICAD2 ICAD3 A0 RESET IC IOCK1 CS8279 VCC P29E CS8279 R12E 4 7K C2E 0 1uF VCC RD IC WR IC 6 图 1 1B 8279 键盘显示电路 2 五 实验预习要求五 实验预习要求 学习教材的相关内容 根据实验要求画出程序流程图 写出实验程序 六 实验步骤六 实验步骤 1 系统各跳线器处在初始设置状态 S11E 和 S12E 红开关全部打到上方 ON 2 启动 PC 机 打开 THGMW 51 软件 输入源程序 并编译源程序 无误后 下载运行 3 在键盘上按任一单键 观察数码管的显示 数码管低位显示按键值 七 实验参考程序七 实验参考程序 Z8279 EQU 08701H 8279 状态 命令口地址 D8279 EQU 08700H 8279 数据口地址 LEDMOD EQU 10H 右端输入 八位字符显示 LEDFEQ EQU 38H 扫描速率 外部译码键扫描方式 双键互锁 LEDCLS EQU 0D1H 清除 LEDWR0 EQU 80H 设定的将要写入的显示RAM地址 ORG 0000H AJMP START ORG 0040H START MOV SP 60H LCALL INIT8279 初始化8279 WAIT MOV DPTR Z8279 MOVX A DPTR ANL A 0FH JZ WAIT MOV A 40H MOVX DPTR A MOV DPTR D8279 MOVX A DPTR ANL A 3FH MOV R4 00H MOV R5 A LCALL DISLED SJMP WAIT INIT8279 PUSH DPH 保存现场 8279初始化子程序 PUSH DPL PUSH ACC LCALL DELAY 延时 MOV DPTR Z8279 MOV A LEDMOD 置8279工作方式 MOVX DPTR A RL1 RL2 RL3 RL4 RL5 RL6 RL7 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 OUTB0 OUTB1 OUTB2 OUTB3 OUTA0 OUTA1 OUTA2 OUTA3 SL0 SL1 SL2 LED A LED B LED C LED D LED E LED F LED G LED H LED SA LED SB LED SC SEL LEDGND 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 S11E 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 S12E CL0 CL1 RL0X0 Y0 Y1 1 2 3 4 5 6 7 8 JD3E 1 2 3 4 5 6 7 8 JD2E 1 2 3 4 5 6 7 8 JD4E Y0 Y1 LED SA LED SB LED SC SEL LED 7 MOV A LEDFEQ 置键盘扫描速率 MOVX DPTR A MOV A LEDCLS 清除 LED 显示 MOVX DPTR A LCALL DELAY 延时 MOV DPTR Z8279 MOV A 90H MOVX DPTR A MOV DPTR D8279 MOV A 40H MOVX DPTR A MOV A 40H MOVX DPTR A MOV A 0H MOVX DPTR A MOV A 0H MOVX DPTR A MOV A 0EFH MOVX DPTR A MOV A 27H MOVX DPTR A MOV A 5BH MOVX DPTR A MOV A 7FH MOVX DPTR A POP ACC 恢复现场 POP DPL POP DPH RET 显示字符子程序 输入 R4 位置 R5 值 DISLED PUSH DPH 保存现场 PUSH DPL PUSH ACC MOV A LEDWR0 置显示起始地址 ADD A R4 加位置偏移量 MOV DPTR Z8279 MOVX DPTR A 设定显示位置 MOV DPTR LEDSEG 置显示常数表起始位置 MOV A R5 MOVC A A DPTR 查表 MOV DPTR D8279 MOVX DPTR A 显示数据 POP ACC 恢复现场 POP DPL POP DPH RET DELAY PUSH 0 保存现场 延时子程序 PUSH 1 MOV 0 0H DELAY1 MOV 1 0H DJNZ 1 DJNZ 0 DELAY1 POP 1 恢复现场 POP 0 RET LEDSEG DB 3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH 7DH 07H 0 1 2 3 4 5 6 7 DB 7FH 6FH 77H 7CH 39H 5EH 79H 71H 8 9 A B C D E F DB 6DH 02H 08H 00H 59H 0FH 76H U I O P END 8 实验二实验二 音频驱动实验音频驱动实验 一 实验目的一 实验目的 掌握单片机音频发声原理 掌握扬声器的驱动电路 二 实验内容二 实验内容 使用单片机使扬声器发声 编程产生一段 生日快乐歌 的音乐 三 实验要求三 实验要求 根据实验内容编写一个程序 并在实验仪上调试和验证 四 实验说明和电路原理图四 实验说明和电路原理图 使用I O口输出音频脉冲 脉冲经放大滤波后 驱动扬声器发声 要产生音频脉冲 只要算出某一音频的周期 1 频率 然后将此周期除以2 即为半周期 的时间 利用定时器定时这个半周期时间 每当定时到后就将输出脉冲的I O口反相 然后重 复定时此半周期时间再对I O反相 就可在I O脚上得到此频率的脉冲 利用内部定时器使其工作在计数器模式 改变计数值TH0及TL0以产生不同的频率 例如频率为523Hz 其周期T 1 523 1912 s 因此只要令计数器计956 s 1 s 956 在每 计数956次时将I O反相 就可得到中音 哆 523Hz 计数脉冲值与频率的关系公式如下 N Fi 2 Fr N 计数值 Fi 内部计时一次为1 s 故其频率为1MHz Fr 要产生的频率 其计数值的求法 T 65536 N 65536 Fi 2 Fr 每个音符使用1个字节 字节的高4位代表音符的高低 低4位代表音符的节拍 表2 1为节 拍与节拍码的对照 如果1拍为0 4秒 1 4拍是0 1秒 只要设定延迟时间就可以求得节拍的时 间 假设1 4拍为1DELAY 则1拍应为4DELAY 以此类推 所以只要求得1 4拍的DELAY时 间 其余的节拍就是它的倍数 如表2 2为1 4和1 8节拍的时间设定 表2 1 节拍与节拍码对照 节拍码节拍码节拍数节拍数节拍码节拍码节拍数节拍数 11 4 拍11 8 拍 22 4 拍21 4 拍 33 4 拍33 8 拍 41 拍41 2 拍 51 又 1 4 拍55 8 拍 61 又 1 2 拍63 4 拍 82 拍81 拍 A2 又 1 2 拍A1 又 1 4 拍 C3 拍C1 又 1 2 拍 F3 又 3 4 拍 表 2 2 各调 1 4 节拍的时间设定 各调 1 8 节拍的时间设定 曲调值曲调值DELAY曲调值曲调值DELAY 调 4 4125 毫秒调 4 462 毫秒 9 调 3 4187 毫秒调 3 494 毫秒 调 2 4250 毫秒调 2 4125 毫秒 建立音乐的步骤 a 先将乐谱的音符找出 然后由表 2 2 建立 T 值表的顺序 b 将T值表建立在TABLE1 构成发音符的计数值放在 TABLE 简谱码 音符 为高位 节拍为 节拍数 为低4位 音符节拍码放在程序的 TABLE 处 表2 3 简谱对应的简谱码 T值 节拍数 简简 谱谱发发 音音简谱码简谱码T 值值节拍码节拍码节拍数节拍数 5低音 SO16426011 4 拍 6低音 LA26446022 4 拍 7低音 TI36452433 4 拍 1中音 DO46458041 拍 2中音 RE56468451 又 1 4 拍 3中音 MI66477761 又 1 2 拍 4中间 FA76482082 拍 5中音 SO864898A2 又 1 2 拍 6中音 LA964968C3 拍 7中音 TIA65030F3 又 3 4 拍 1高音 DOB65058 2高音 REC65110 3高音 MID65157 4高音 FAE65178 5高音 SOF65217 不发音0 本实验需要用 CPU 模块 F3 区 和语音接口模块 C3 区 音频驱动电路原理图见图 2 1 图 2 1 音频驱动电路 五 实验预习要求五 实验预习要求 学习教材的相关内容 根据实验要求画出程序流程图 写出实验程序 六 实验步骤六 实验步骤 1 系统跳线器处在初始状态 C3 模块 JT3C 短路帽接至右端 JT2C 短路帽接至 1 2 端 用导线连接 8255 模块的 CS 8255 到 CPU 模块的 8000H 用导线连接语音接口模块的 VOICE 到 8255 模块的 PC0 使用端口转换板 2 启动 PC 机 打开 THGMW 51 软件 输入源程序 并编译源程序 编译无误后 下载 1 2 SPEAK VCC 6 IN 2 IN 3 GND 4 VOUT 5 BYPASS 7 GAIN 8 GAIN 1 U8C LM386 VCC R9C 12 3 RW1C 10K SP SP R10C 10 C5C 10pF E5C 10uF E6C 10uF E7C 220uF P36C VOICE 10 程序运行 七 编写程序七 编写程序 11 实验三实验三 电子钟实验电子钟实验 一 实验目的一 实验目的 1 进一步掌握定时器的使用和编程方法 2 进一步掌握中断处理程序的编程方法 二 实验内容二 实验内容 根据系统提供的显示电路 利用 MCU 的定时器设计一个电子时钟 格式如下 XX XX XX 由左向右分别为 时 分 秒 三 实验要求三 实验要求 根据实验内容编写一个程序 并在实验仪上调试和验证 四 实验说明和电路原理图四 实验说明和电路原理图 使用单片机内部计数器的定时器功能 编程设置主要针对定时器 计数器工作方式寄存器 TMOD 具体为 工作方式选择位 设置为方式 2 计数 定时方式选择位 设置为定时器工作方式 电子时钟每一秒钟更新一次 因此 MCU 须产生一秒钟定时 工程上常采用如下方法 1 定时器使用方式一 设系统使用 12MHz 晶振 可使 T0 或 T1 产生 50 毫秒钟定时中断 再在中断服务程序中 对中断次数进行计数 计数到 20 次即可产生一秒钟定时 2 定时器使用方式二 定时器每 100uS 中断一次 在中断服务程序中 对中断次数进行计 数 100uS 计数 10000 次就是 1 秒 本实验采用第一种方法定时 本实验需要用到 CPU 模块 F3 区 8279 键盘与显示模块 E7 区 电路原理图参见 实验一 五 实验预习要求五 实验预习要求 学习教材的相关内容 根据实验要求画出程序流程图 写出实验程序 六 实验步骤六 实验步骤 1 系统各跳线器处在初始设置状态 2 启动 PC 机 打开 THGMW 51 软件 输入源程序 并编译源程序 编译无误后 下载 程序运行 3 E7 模块数码管显示 XX XX XX 由左向右分别为 时 分 秒 且每秒更新一次 七 编写程序七 编写程序 12 实验四实验四 电子琴实验电子琴实验 一 实验目的一 实验目的 1 掌握单片机音频发声原理 掌握扬声器的驱动电路 2 掌握查询式键盘编程方法 二 实验内容二 实验内容 利用系统提供的键盘 使用数字键 1 2 3 4 5 6 7 8 作为电子琴按键 按下即发 出相应的音调 三 实验要求三 实验要求 根据实验内容编写一个程序 并在实验仪上调试和验证 四 实验说明和电路原理图四 实验说明和电路原理图 1 利用定时器 可以发出不同频率的脉冲 不同频率的脉冲经喇叭驱动电路放大滤波后 就会 发出不同的音调 2 定时器按设置的定时参数产生中断 这一次中断发出脉冲低电平 下一次反转发出脉冲高 电平 由于定时参数不同 就发出了不同频率的脉冲 本实验中当有键按下 会发出连续脉冲 直到按键松开 才停止发音 发完后继续检测键盘 如果键还按下 继续发音 各音阶标称频率值 音 阶12345678 频率 HZ 261 1293 7329 6349 2392 0440 0493 9608 6 本实验需要用到 CPU 模块 F3 区 8279 键盘与显示模块 E7 区 语音接口模块 C3 区 及八位逻辑电平输出模块 E4 区 电路原理图参见实验一和实验二 五 实验预习要求五 实验预习要求 学习教材的相关内容 根据实验要求画出程序流程图 写出实验程序 六 实验步骤六 实验步骤 1 系统各跳线器处在初始设置状态 8279 键盘与显示模块的 S11E S12E 开关的 22 路 开关全部置位下方 C3 模块的 JT3C 短路帽接至右端 JT2C 短路帽接至 1 2 端 用 8 位数据线对应连接 CPU 模块的 JD8 P1 口 到 8279 模块的 JD3E JD4E 接到八位逻辑 电平输出模块的 JD1E 八位逻辑电平输出模块的 K2 位置位上方 其它位均置位下方 CPU 模块的 P32 口接语音接口模块的 VOICE 口 2 启动 PC 机 打开 THGMW 51 软件 输入源程序 并编译源程序 编译无误后 下载 程序运行 3 按键盘的 0 7 键 或 8 F 键 扬声器发出高低不同的声音 七 编写程序七 编写程序 13 实验五实验五 交通灯控制实验交通灯控制实验 一 实验目的一 实验目的 掌握十字路口交通灯控制方法 二 实验内容二 实验内容 利用系统提供的双色 LED 显示电路 和四位静态数码管显示电路模拟十字路口交通信号 灯 4 位 LED 数码管显示时间 LED 显示红绿灯状态 三 实验要求三 实验要求 根据实验内容编写一个程序 并在实验仪上调试和验证 四 实验说明和电路原理图四 实验说明和电路原理图 交通信号灯控制逻辑如下 假设一个十字路口为东西南北走向 开始为四个路口的红灯全 部亮之后 东西路口的绿灯亮 南北路口的红灯亮 东西路口方向通车 延时一段时间后 20 秒 东西路口的绿灯 闪烁若干次后 3 秒 东西路口的绿灯熄灭 同时东西路口的黄灯亮 延时一 段时间后 2 秒 东西路口的红灯亮 南北路口的绿灯亮 南北路口方向通车 延时一段时间后 20 秒 南北路口的绿灯闪烁若干次后 3 秒 南北路口的绿灯熄灭 同时南北路口的黄灯 亮 延时一段时间后 2 秒 再切换到东西路口的绿灯亮 南北路口的红灯亮 之后重复以上过 程 双色 LED 是由一个红色 LED 管芯和一个绿色 LED 管芯封装在一起 共用负极 当红色 正端加高电平 绿色正端加低电平时 红灯亮 红色正端加低电平 绿色正端加高电平时 绿 灯亮 两端都加高电平时 黄灯亮 本实验需要用到 CPU 模块 F3 区 静态数码管 双色 LED 显示模块 B4 区 双色 LED 显示电路原理参见图 5 1 图 5 1 双色 LED 显示电路 五 实验程序参考框图五 实验程序参考框图 实验示例程序参考框图如图 5 2 P21B R1 P22B G1 P23B R2 P24B G2 P25B R3 P26B G3 P27B R4 P28B G4 1 2 3 4 5 6 7 8 JD1B VCC OE 19 T R 1 A1 3 B1 17 A2 4 B2 16 A3 5 B3 15 A4 6 B4 14 A5 7 B5 13 A6 8 B6 12 A7 9 B7 11 A0 2 B0 18 VCC 20 GND 10 U10B 74HC245 245A0 245A1 245A2 245A3 245A4 245A5 245A6 245A7 245A0 245A1 245A2 245A3 245A4 245A5 245A6 245A7 2 1 3 LED1B 2 1 3 LED2B 2 1 3 LED3B 2 1 3 LED4B 14 图 5 2 程序流程图 六 实验预习要求六 实验预习要求 学习教材的相关内容 根据实验要求画出程序流程图 写出实验程序 七 实验步骤七 实验步骤 1 系统各跳线器处在初始设置状态 P10 同时接 G1 G3 P11 同时接 R1 R3 P1 2 同时接 G2 G4 P1 3 同时接 R2 R4 P1 6 P1 7 分别接静态数码显示的 DIN CLK 2 启动 PC 机 打开 THGMW 51 软件 输入源程序 并编译源程序 编译无误后 下载 程序运行 3 观察十字路口交通灯效果 八 编写程序八 编写程序 15 实验六实验六 语音芯片控制实验语音芯片控制实验 一 实验目的一 实验目的 1 掌握采用单片机控制语音芯片 ISD1420 的硬件接口技术 2 掌握语音芯片 ISD1420 驱动程序的设计和调试方法 二 实验内容二 实验内容 使用系统提供的语音录放电路 实现单片机控制语音的录制和播放 三 实验要求三 实验要求 根据实验内容编写一个程序 并在实验仪上调试和验证 四 实验说明和电路原理图四 实验说明和电路原理图 近几年语音电路发展极为迅速 在单片机系统中的应用越来越广 语音接口作为输出口时 主要用于报告运行状态 运行结果 提示系统操作过程及故障报警等 作为输入时 则主要是 语音的记录 语言库的建立和语音的识别 在单片机的应用系统中 语音接口有如下特点 输出的基本词汇都是确定的 且数量有限 如故障提示 操作提示 运行报告结果 等 分发挥单片机灵活的控制功能 根据系统的实时状态结果 选择合适的语音词汇或 语言段随时组合输出 写入后不易遗失 修改方便 现在语音处理合成芯片很多 大多是先将语音经 A D 转换后存入内存中 放音时取出再 经 D A 转换输出 美国信息内存件公司推出的 ISD 系列语音电路采用直接模拟存储技术 不 需要专用开发工具 编程器 它操作简单 接口灵活 因此深受广大单片机应用人员的欢迎 国内许多厂家的生产语音板 大多以该公司的 ISD 系列芯片为核心构成 现在以系列中的 ISD1420 芯片为例 介绍语音电路与单片机的应用接口 其它系列型号芯片与此基本相同 1 ISD1420 芯片的特点 外围组件简单 仅需少量阻容组件 麦克风即可组成一完整录放系统 模拟信息存储重放音质极好 并有一定混响效果 待机时低功耗 0 5uA 典型放音电流 15mA 放音时间 20s 可扩充级联 可持续放音 也可分段放音 最小分段 20s 160 段 0 125s 段 可分段数 160 段 录放次数达 10 万次 断电信息存储 无需备用电池 信息可保 100 年 操作简单 无需专用编程器及语音开发器 高优先级录音 低电平或负边沿触发放音 单电源供电 典型电压 5v 2 ISD1420 的内部逻辑结构 ISD1420 系列语音集成电路的内部结构由内部时钟电路 自动增益控制电路 前置控制电 路 滤波器 差动功率放大电路 电源电路 内存 EEPROM 地址译码电路 存储控制电路 16 等组成 3 ISD1420 的封装引脚及含义 ISD1420 系列语音芯片最后 2 位数字表示语音录放时间的长度 录放时间最长为 20s ISD1420 系列语音芯片的封装引脚如图 6 1 所示 它是有 28 条引脚的双列直插式芯片 各条引脚的功能含义说明如下 A0 A7 引脚 1 6 9 10 地址输入端或控制命令输入端 A7 A6 同时为高电平时 A4 A0 为控制命令 否则 A7 A0 为地址 SP SP 扬声器连接端 输出音频信号 DGND 引脚 12 数字信号地线 AGND 引脚 13 模拟信号地线 V 模拟信号电源 5V MIC 引脚 17 话筒输入端 MIC REF 引脚 18 话筒参考输入端 AGC 引脚 9 自动增益控制端 ANA IN 引脚 20 模拟信号输入端 ANA OUT 引脚 21 模拟信号输出端 图 6 1 PLAYL 引脚 23 放音控制电平触发端 当该端为低电平时 芯片进入放音周期 当该端为高电平时 停止放音 PLAYE 引脚 24 放音控制脉冲触发端 该端输入由高电平向低电平跳变的下降沿 时 芯片进入放音周期 RECLED 引脚 25 录音显示端 该端接发光二极管 在录音时作录音指示灯 XCLK 引脚 26 时钟控制端 REC 引脚 27 录音控制端 该端为低电平时 芯片进入录音状态 录音期间该端 必须保持低电平 REC 信号的优先级高与 PLAYL 和 PLAYE 两种放音信号 4 ZY1420 语音录放模块介绍 为减少外围元件 本装置使用了 ZY1420 语音录放模块 ZY1420 是国内著名电子生产商出品的优质微型语音录放模块 ZY1420 内部使用 ISD1420 作为主控芯片 且具备 ISD1420 的全部优良性能 如大容量的 EEROM 存储器 消噪的话筒 放大器 自动增益调节 AGC 电路 专用语音滤波电路 高稳定性的时钟震荡电路和语音处理 电路 除此以外 ZY1420 还对 ISD1420 的标准外围电路作了优化并全部集成于模块内部 同 标准 DIP40 封装的 ISD1420 相比较 ZY1420 可以提供更加稳定可靠的性能 5 ZY1420 的应用方法 ZY1420 具备 ISD1420 的多种工作模式 一 简单录音放音操作 对于通常的使用 用户一般是采用一段录音放音的方法 这样 ZY1420A 能为用户提供最 长 20 秒的录音和放音时间 图 6 2 给出的是采用最简单的按键操作的使用方法 当开始录音时 RECLED 脚变为低电平 可以下拉电流驱动一个 LED 显示 ZY1420 内 17 部已经设计了一个 LED 位置 用户也可以在外部设计一个 LED 显示 接通电源后 电路自 动进入节电准备状态 录音 按住录音按键 REC 保持低电平 电路进入录音状态 录音指示 LED 亮 当 REC 变高或录音内存录满时 电路退出录音状态进入准备状态 注意 REC 的优先级大于 PALYE 和PLAYL 图 6 2 简单操作方式电路 放音 放音有两种方式触发放音和电平放音 1 触发放音 按一次 PLAYE 按键 这样给 PLAYE 脚一个低电平脉冲 电路进入 放音状态 直到放音结束 2 电平放音 按下 PLAYL 按键 PLAYL 脚保持为低电平 电路进入放音状态 直到 PLAYL 变高或放音结束 电路重新进入准备状态 二 复杂操作方法 根据 A6 A7 的电平不同 电路可以进入两种不同的工作模式 地址模式和操作模式 如 果 A7 A6 至少有一位为低电平 则电路认为 A0 A7 全部为地址位 A0 A7 的数值将作为本 次录音或放音操作的起始地址 A0 A7 全部为纯输入引脚 不会象操作模式中 A0 A7 还可能 输出内部地址信息 输入的 A0 A7 的信息在 PALYE PLAYL 或 REC 的下降沿被电路锁存 到内部使用 1 地址模式 当 A7 A6 至少有一位为 0 时 器件进入地址模式 在地址模式中 A0 A7 由低位向高位 排列 每位地址代表 125 毫秒的寻址 160 个地址覆盖 20 秒的语音范围 160 0 125s 20s 录音及放音功能均从设定的起始地址开始 录音结束由停止键操作决定 芯片内部自动在该段 的结束位置插入结束标志 EOM 而放音时芯片遇到 EOM 标志即自动停止放音 2 操作模式 当 A7 A6 全部为 1 时 器件进入操作模式 ISD1420 内部具备有多种操作模式 并能 以最少的组件实现较多的功能 下面将详细描述 操作模式的选择使用地址管脚来实现 但实 际的地址在 ISD1420 的有效地址外部 当地址的最高两位 A7 A6 为高电平时 其余的地址位 将被成为状态标志位而不再是地址位 因此 操作模式和寻址模式不能兼容 也就是说不能同 时使用 18 在使用操作模式时必须注意两点 第一 所有的操作开始于地址 0 也就是 ISD1420 的 起始地址 以后的操作根据操作模式的不同可以从其它地址开始 另外 在操作模式中当 A4 1 从录音变换到放音而不是从放音到录音 器件地址指针复位到 0 第二 操作模式的 执行必须是 A7 A6 为高电平 在 PALYL PLAYE 或 REC 变为低电平时开始执行 当前的 操作模式将一直有效 直到下一次的控制信号变低 并取样地址线上的信息开始新的操作 3 操作模式描述 可以使用微处理器来控制操作模式 也可以直接使用直接联机来实现需要的功能 A0 信息检索 信息检索允许用户在内容跳转浏览 而不必关系每个信息的实际物理位 置 每个控制信号的低电平脉冲将内部地址指针转移到下一个信息位置 这种模式只能在放音 中使用 通常与 A4 操作同时应用 A1 删除 EOM 结尾标志 A1 操作模式允许多次记录的信息组合成一个信息 结束标 志只出现在最后录制信息的结尾 当配置成这种模式后 多次录制的信息在放音时会形成连续 的信息 A2 没有使用 A3 循环播放 A3 操作模式能够实现自动连续的信息播放 播放的信息处于的地址空 间的开始 如果一个信息充满了 ISD1420 则用循环模式可以从头到尾连续的播放 PALYE 脉冲可以启动播放 PLAYL 脉冲可以结束播放 A4 连续寻址 在通常的操作中 当放音操作遇到结尾标志 EOM 时 地址指针将复 原到 0 A4 操作模式将禁止地址指针的复位 允许信息能连续录制和播放 当电路处于静止 状态 不是处于录音或放音状态 即可设置该脚为低电平 将地址指针复位 A5 没有使用 表 6 1 和表 6 2 为 ZY1420 地址功能范例表和操作模式表 表 6 1 ZY1420 地址功能范例表 表 6 2 ZY1420 操作模式表 地址控制 高有效 功能典型应用 可以同时使用 的模式 19 A0信息检索正向信息快进 A4 A1 删除结尾标 志 将结尾标志置为最后 A3 A4 A2没使用 A3循环从地址 0 连续放音 A1 A4连续寻址录音 放音连续执行A0 A1 A5没使用 6 编程指南 在录音时 为防止开关抖动引起重复触发 应在信号启动后有一定的延时 本实验需要用到 CPU 模块 F3 区 和语音接口模块 C3 区 语音接口电路原理图参见 图 6 3 图 6 3 ZY1420 语音接口电路 五 实验预习要求五 实验预习要求 学习教材的相关内容 根据实验要求画出程序流程图 写出实验程序 六 实验步骤六 实验步骤 1 系统各跳线器处在初始设置状态 C3 模块的 JT3C 短路帽接至右端 JT2C 短路帽接至 2 3 端 简单录音放音操作应用 A0 A7 全部接地 分别按 REC PLAYE PLAYL 进行录 音 电平放音 脉冲放音操作 2 用导线对应连接语音接口模块的 REC PLAYE PLAYL 到 CPU 模块的 P32 P33 P34 用导线对应连接语音接口模块的 A0 A7 到 CPU 模块的 P10 P17 3 启动 PC 机 打开 THGMW 51 软件 输入源程序 并编译源程序 编译无误后 下载 程序 4 根据录放音子程序进行录音和放音操作 七 实验参考程序七 实验参考程序 REC BIT P3 2 PLE BIT P3 3 KEY2CPLAYE 1 2 MIC KEY1CREC REC 1 PLAYE 2 PLAYL 3 VSS 4 SP 5 SP 6 VCC 7 MIC 8 MIC 9 AGAIN 10 RECLED 11 NC 12 NC 13 NC 14 NC 15 NC 16 NC 17 NC 18 NC 19 NC 20 A0 21 A1 22 A2 23 A3 24 A4 25 A5 26 A6 27 A7 28 U7C ZY1420A P25C REC P26C PLAYE P27C PLATL P28C A0 P29C A1 P30C A2 P31C A3 P32C A4 P33C A5 P34C A6 P35C A7 VCC R6C 1K R5C 10K R8C 1K R7C 10K SP SP KEY3CPLAYL C4C 0 1uF VCC 20 PLL BIT P3 4 ORG 0000H LJMP START ORG 0100H START MOV R7 00H 录放音地址 自行选择 CALL RECORD 录音 CALL PLAYL 电平放音 CALL PLAYE 脉冲放音 实验时取一个子程序有效 逐个试验 SJMP 名称 RECOR