科研实践报告

科研实践报告③CPU电路设计单片机最小系统电路：能让单片机工作的有最基本元器件构成的系统称为单片机最小系统。单片机最小系统通常包括：1.电源（）2.复位电路：启动后让单片机从初始状态执行程序。是在复位引脚接入复位按钮，按下该按钮，将复位引脚加到低电平上，实现复位功能3.振荡电路：单片机是一种时序电路，必须施加脉冲信号才能Mega16内部有RC震荡电路但相比外部的晶体震荡电路还是不够准确，另外它也可以使用外部晶振工作，两者之间的切换通过熔丝位来选择在其内部有一个时钟产生电路只要接上两个电容和一个晶振即可正常工作。4.2模块分析4.2.1时钟晶振电路时钟电路是整个系统的心脏，控制着步进电机工作节奏。单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种微操作的时间基准，时钟信号通常用两种电路形式得到:内部振荡和外部振荡。图中的外接晶体以及电容C2和C1构成并联谐振电路，它们起稳定振荡频率、快速起振的作用，其值均为22PF左右，晶振频率选4MHz。4.2.2步进电机驱动电路本设计采用ULN2003A芯片。ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。4.2.3显示电路由于系统显示的内容比较简单，所以显示选用发光二级管既方便又经济。当步进电机正转的时候，第一个发光二极管发光；当步进电机反转时，第二个发光二极管发光；当步进电机停止工作时，第三个发光二极管发光。4.2.4系统总电路综合以上各模块，可得到总电路图：五电路的调试5.1protuse仿真Proteus仿真时，单片机需要加载程序，加载程序为.HEX文件。本设计利用AVRStuio4，在新建AVR项目时选择ATMEGA16单片机作为CPU，将源程序导入，编译链接后就可以生成.HEX文件。在ProteusISIS中，对ATMEGA16进行设置，设置单片机时钟频率为4MHz，按照正确的文件路径加载.HEX文件。对单片机设置完毕后就可以开始仿真了。仿真过程中如有硬件问题可在ProteusISIS中直接修改，如有软件问题可在AVRStuio4中直接修改，通过AVR与Proteus的联合调试就可以得到满意的结果5.2软件调试对源文件进行编译，点击图标（“Build”）或（“ReBuild”），则编译器开始对源程序进行编译。如果没有错误，生成代码文件（Hex文件）。若有错误、警告信息，用鼠标左键双击错误、警告信息，系统自动打开对应的出错文件，并定位于出错行上。对有关错误进行修改，重新编译（若还有错误继续修改、编译），直到编译通过。在调试过程中，曾出现错误DZ.C(34):errorC231:'i':redefinition意为“i”被重复定义了，经过检查“j”写出了“i”;错误DZ.C(5):errorC129:missing';'before'tab1'，但实际上并不是少了“；”，而是在后面程序输入的时候出现错误。5.3仿真绘制完电路图后，将编好的程序输入软件内检查所编程序是否正确，检查程序无误后装入单片机内，进行仿真。系统进入仿真模式后，闭合K1键，步进电机正转工作，可以看到如下图所示：系统进入仿真模式后，闭合K2键，步进电机反转工作，可以看到如下图所示：系统进入仿真模式后，闭合K3键，步进电机停止工作，可以看到如下图所示：5.4实物调试六设计总结设计过程中遇到的问题及解决方法在设计此步进电机正反转的课程设计过程中遇到了不少问题，其中最主要的是如下问题，最后都一一解决。由于本人能力的有限，真的不知道如何编写程序。到图书馆查阅有关这个设计个向相关设计，到书中查找并研究程序，但是当把程序编译进已经做好的Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真设计后，程序仍然不能运行。最后在网上找到了一个有关单片机控制步进电机的Ｃ语言程序输入才得以运行程序最终实现了步进电机的正反转。不知道如何把程序烧进单片机ATMEGA16里面使其运行。找别的同学问，请教，最后解决问题。设计体会在这两周步进电机正反转的课程设计当中，从图书馆，网上查阅了不少关于单片机的应用系统设计的知识，在这一期间，极大地锻炼了主动学习的思维和动手实践的能力。我们能上网查阅关于单片机接口和并行I/O口的扩展。通过这次课程设计我学到了不少东西。首先，通过这次学习。我能更好的理解单片机的工作原理，让我对单片机有了更深一步的理解，而不仅仅是书面上的东西，当让书上的东西也是同样重要，我更深入的了解了单片机在现实生活中的应用。其次，在这次课程设计的过程中，我可以很明显的感觉我我学得懂得东西实在是太少了，还有很多东西都不知道，开拓了我的视野，是我清楚的认识到了自己的不足，在以后的学习中一定要多用心学习。再次，这次课程设计实际上就是一次模拟的毕业设计，是对我们学习的课程的一次检验，也是锻炼了实际动手操作能力。在这次课程设计中充分的证明了团队合作的必要性，我与我的搭档一个负责软件部分一个负责硬件部分，共同努力才完成了，我非常感谢我的搭档在这次课程设计中对我的帮助。最后，其实这也是一次学习的过程，只要功夫在，一切困难都是可以克服的。对设计的建议可以在设计步进电机的转数显示实现不用停止步进电机就可以实现其转向的变换参考文献1.彭伟编著，单片机C语言程序设计实训100例——基于AVR+Proteus仿真，北京航空航天大学出版社2.刘建清孙保书李凤伟陈素侠编著，AVR单片机C语言，北京航空航天大学出版社附录1元器件清单序号名称型号、参数备注数量1CPUATMEGA16A12管座DIP4013晶体管阵列ULN2003A14管座DIP1615晶振4MHz16元片电容24pF27LED灯红18LED灯绿29步进电机STEPPER_MOTOR110电阻10K111电阻220欧312按钮313导线若干附录2源程序#defineF_CPU4000000UL#include<avr/io.h>#include<util/delay.h>#defineINT8Uunsignedchar#defineINT16UunsignedintconstINT8UFFW[]={0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0C,0x08,0x09};constINT8UREV[]={0X01,0X09,0X08,0X0C,0x04,0x06,0x02,0x03};#defineK1_DOWN()((PIND&_BV(PD0))==0x00)#defineK2_DOWN()((PIND&_BV(PD1))==0x00)#defineKX_DOWN()(PIND!=0xFF)voidSTEP_MOTOR_RUN(INT8UDirection,INT8Un){INT8Ui,j;for(i=0;i<n;i++){for(j=0;j<8;j++){if(KX_DOWN())return;if(Direction==0)PORTB=FFW[j];elsePORTB=REV[j];_delay_ms(200);}}PORTB=0x01;}intmain(){INT8Ur=3;DDRB=0xFF;PORTB=FFW[0];DDRC=0xFF;PORTC=0xFF;DDRD=0x00;PORTD=0xFF;while(1){if(K1_DOWN()){while(K1_DOWN());PORTC=0xFE;STEP_MOTOR_RUN(0,r);}if(K2_DOWN()){while(K2_DOWN());PORTC=0xFD;STEP_MOTOR_RUN(1,r);}PORTC=0xFB;}}附录3原理图使用说明书产品名称：正反转可控的步进电机使用方法：接通电源后，停止指示灯红灯亮，按下按钮K1，步进电机正转，正转指示灯绿灯亮，红灯熄灭；按下按钮K3电机停止转动；按下按钮K2，步进电机反转，反转指示灯绿灯亮，按下K3电机停止转动。CHANGZHOU