單片機(jī)實(shí)習(xí)報(bào)告(2)

1、17單片機(jī)實(shí)習(xí)報(bào)告 這次實(shí)習(xí)我們使用控制電路的單片機(jī)是AT89S51型號(hào) 的。通過(guò)它實(shí)現(xiàn)對(duì)八盞雙色燈發(fā)光二極管的控制P0和單 片機(jī)實(shí)習(xí)報(bào)告總結(jié)正文開(kāi)始這次實(shí)習(xí)我們使用控制電 路的單片機(jī)是 AT89S51型號(hào)的。通過(guò)它實(shí)現(xiàn)對(duì)八盞雙色燈發(fā) 光二極管的控制 P0和P2 口控制四盞燈。在 AT89S51的9引 腳接復(fù)位電路，對(duì)電路實(shí)現(xiàn)復(fù)位控制。 在電路中接入74S164 譯碼器和共陰極數(shù)碼管，通過(guò)AT89S51的P3 口數(shù)據(jù)的輸入 對(duì)共陰極數(shù)碼管的控制。同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)雙色發(fā)光的二極管與 共陰極數(shù)碼管的共同作用。在 AT89S51的口接上中斷控制電 路，口接入蜂鳴器，使電路實(shí)現(xiàn)中斷作用，也使電路便于檢 測(cè)

2、。盡量朝“單片”方向設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)。系統(tǒng)器件越多，器 件之間相互干擾也越強(qiáng)，功耗也增大，也不可避免地降低了 系統(tǒng)的穩(wěn)定性。系統(tǒng)中的相關(guān)器件要盡可能做到性能匹配。 如選用CMOS芯片單片機(jī)構(gòu)成低功耗系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)中所有芯 片都應(yīng)盡可能選擇低功耗產(chǎn)品。 硬件電路設(shè)計(jì)： 1 ）確保硬件結(jié)構(gòu)和應(yīng)用軟件方案相結(jié)合。硬件結(jié)構(gòu)與 軟件方案會(huì)相互影響，軟件能實(shí)現(xiàn)的功能盡可能由軟件實(shí) 現(xiàn)，以簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)。必須注意，由軟件實(shí)現(xiàn)的硬件功能， 一般響應(yīng)時(shí)間比硬件實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)，且占用CPU時(shí)間； 2）可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)是硬件設(shè)計(jì)必不可少的一部分， 它包括芯片、器件選擇、去耦濾波、印刷電路板的合理布線、 各元器相互隔離等； 3）盡

3、量朝“ MCS-51單片”方向設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)。系統(tǒng)器 件越多，器件之間相互干擾也越強(qiáng)，所消耗功耗也增大，也 不可避免地降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性； 4）系統(tǒng)中的相關(guān)器件要盡可能做到性能匹配。如選用 CMO芯片單片機(jī)構(gòu)成低功耗系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)中所有芯片都應(yīng)盡 可能選擇低功耗產(chǎn)品。 單片機(jī)型號(hào)及特性 單片機(jī)型號(hào)是 AT89S51。特性是：8031 CPL與 MCS-51 兼容4K字節(jié)可編程 FLASH存儲(chǔ)器全靜態(tài)工作： 0Hz-24KHz三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密鎖定128*8位內(nèi)部RAM 32條可編程I/O線兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 6個(gè)中 斷源可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式（11）片內(nèi) 振蕩器和時(shí)鐘電路 晶振

4、電路 單片機(jī)晶振的兩個(gè)電容的作用這兩個(gè)電容叫晶振的負(fù) 載電容，分別接在晶振的兩個(gè)腳上和對(duì)地的電容，一般在幾 十皮發(fā)。它會(huì)影響到晶振的諧振頻率和輸出幅度，晶振的負(fù) 載電容=+cic+ C式中Cd,Cg為分別接在晶振的兩個(gè)腳上和 對(duì)地的電容，Cic+ C經(jīng)驗(yàn)值為3至5pf。各種邏輯芯片的 晶振引腳可以等效為電容三點(diǎn)式振蕩器。晶振引腳的內(nèi)部通 常是一個(gè)反相器，或者是奇數(shù)個(gè)反相器串聯(lián)。在晶振輸出 引腳XO和晶振輸入引腳 XI之間用一個(gè)電阻連接，對(duì)于 CMOS芯片通常是數(shù) M到數(shù)十M歐之間。 很多芯片的引腳 內(nèi)部已經(jīng)包含了這個(gè)電阻，引腳外部就不用接了。這個(gè)電 阻是為了使反相器在振蕩初始時(shí)處與線性狀態(tài)，反

5、相器就 如同一個(gè)有很大增益的放大器，以便于起振。 石英晶體也 連接在晶振引腳的輸入和輸出之間，等效為一個(gè)并聯(lián)諧振 回路，振蕩頻率應(yīng)該是石英晶體的并聯(lián)諧振頻率。晶體旁 邊的兩個(gè)電容接地，實(shí)際上就是電容三點(diǎn)式電路的分壓電 容，接地點(diǎn)就是分壓點(diǎn)。以接地點(diǎn)即分壓點(diǎn)為參考點(diǎn)，振 蕩引腳的輸入和輸出是反相的，但從并聯(lián)諧振回路即石英 晶體兩端來(lái)看，形成一個(gè)正反饋以保證電路持續(xù)振蕩。在 芯片設(shè)計(jì)時(shí)，這兩個(gè)電容就已經(jīng)形成了，一般是兩個(gè)的容 量相等，容量大小依工藝和版圖而不同，但終歸是比較小， 不一定適合很寬的頻率范圍。外接時(shí)大約是數(shù) PF到數(shù)十 PF,依頻率和石英晶體的特性而定。需要注意的是：這兩 個(gè)電容串聯(lián)的

6、值是并聯(lián)在諧振回路上的，會(huì)影響振蕩頻率。 當(dāng)兩個(gè)電容量相等時(shí)，反饋系數(shù)是，一般是可以滿足振蕩 條件的，但如果不易起振或振蕩不穩(wěn)定可以減小輸入端對(duì) 地電容量， 而增加輸出端的值以提高反饋量。 電路如圖所示 復(fù)位電路 單片機(jī)在開(kāi)機(jī)時(shí)或在工作中因干擾而使程序失控，或工 作中程序處于某種死循環(huán)狀態(tài)等情況下都需要復(fù)位。復(fù)位作 用是使CPU以及其他功能部件，如串行口，中斷都恢復(fù)到一一 個(gè)確定初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。 復(fù)位電路有兩種：上電、按鈕復(fù)位，考慮到各部件影響， 采用按鈕復(fù)位，當(dāng)電阻給電容充電，電容的電壓為高電平， 當(dāng)按下按鈕時(shí)芯片復(fù)位腳近似低電平，于是芯片復(fù)位。 一、生產(chǎn)實(shí)習(xí)的目的和意義：

7、生產(chǎn)實(shí)習(xí)是培養(yǎng)本科學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，提高實(shí)際動(dòng)手 操作能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。本專業(yè)的生產(chǎn)實(shí)習(xí)旨在使學(xué)生廣 泛了解實(shí)際電子產(chǎn)品生產(chǎn)的全過(guò)程，熟悉電子產(chǎn)品的主要技 術(shù)管理模式，并在實(shí)習(xí)的操作過(guò)程中學(xué)習(xí)、掌握電子產(chǎn)品的 焊接、安裝、調(diào)試的實(shí)際操作技能。鞏固和加深理解所學(xué)的 理論，開(kāi)闊眼界，提高能力，為培養(yǎng)高素質(zhì)大學(xué)本科人才打 下必要的基礎(chǔ)。通過(guò)學(xué)習(xí)，是理論與實(shí)際相結(jié)合，可以使學(xué) 生加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，并為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)提供必要 的感性知識(shí)，同時(shí)使學(xué)生直接了解本業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程和生產(chǎn)內(nèi) 容，為將來(lái)走上工作崗位提供必要的實(shí)際生產(chǎn)知識(shí)。 二、實(shí)習(xí)的基本內(nèi)容： 集中授課，進(jìn)行相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)。 學(xué)習(xí)、掌握電子產(chǎn)

8、品的獨(dú)立性設(shè)計(jì)與安裝、調(diào)試的能力; 進(jìn)一步掌握電子測(cè)量?jī)x器的正確使用方法，電元器件的測(cè)量 與篩選技術(shù)。 初步了解電子整機(jī)產(chǎn)品的工藝過(guò)程。 為能使學(xué)生得到充分的鍛煉，較大的提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng) 手能力，本次生產(chǎn)實(shí)習(xí)安排每一位學(xué)生獨(dú)立完成全部系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)與安裝工作。 本實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)，學(xué)生要獨(dú)立使用電焊鐵及各種電子測(cè)試設(shè) 備電路安裝與調(diào)試，要學(xué)生嚴(yán)格遵守電器設(shè)備的使用安全， 遵守實(shí)驗(yàn)室的各項(xiàng)規(guī)章制度。 三、基本要求： 在教師的指導(dǎo)下練習(xí)在測(cè)試電路德核心板上焊接元件， 掌握焊接要領(lǐng)。 熟悉元器件的性能及管腳分配。 在給定的PCB板上焊接跳線，IC插座，電阻，電容，LED 器件等。 檢查焊接是否正確。 插上元器

9、件，運(yùn)行系統(tǒng)，并觀測(cè)系統(tǒng)工作是否正常。 四、總體設(shè)計(jì)電路思想和原理： 本次生產(chǎn)實(shí)習(xí)用到的開(kāi)發(fā)板和模塊共 7塊，分別為：?jiǎn)?片機(jī)核心板，電子鐘模塊， MP3模塊，RFID模塊，無(wú)線傳輸 模塊，脈搏傳感模塊，GPS模塊。 各模塊相互組合，其所能實(shí)現(xiàn)的基本功能如下： 單片機(jī)核心板+電子鐘模塊：實(shí)現(xiàn)時(shí)間的顯示，溫度的 測(cè)量，且可通過(guò)遙控器調(diào)時(shí)、定鬧等。 單片機(jī)核心板+無(wú)線傳輸模塊：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的近距離無(wú)線 傳輸。 單片機(jī)核心板+MP3模塊：實(shí)現(xiàn)MP3播放功能。 單片機(jī)核心板+RFID模塊：實(shí)現(xiàn)地鐵檢票系統(tǒng)的模擬。 單片機(jī)核心板+脈搏傳感模塊：實(shí)現(xiàn)人體脈搏傳感的測(cè) 量。 單片機(jī)核心板+GPS模塊：實(shí)現(xiàn)GPS

10、衛(wèi)星定位功能。 核心板電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)核心板電路主要包括STC12C5A60S2單片機(jī)，電 子鐘模塊接口電路，MP3接 口電路，無(wú)線傳輸模塊接口電路， 脈搏傳感模塊接口電路，GPS模塊接口電路，串口擴(kuò)展電路， 電源供電電路。該系統(tǒng)的單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘機(jī) 器周期的單片機(jī)，是高速、低功耗、超強(qiáng)干擾的新一代8051 單片機(jī)。通過(guò)使用 STC-ISP軟件，該單片機(jī)可實(shí)現(xiàn)串口在線 編程，無(wú)需編程器，無(wú)需仿真器。 核心板電路的設(shè)計(jì)思想主要是圍繞單片機(jī)芯片的工作 原理和特點(diǎn)，為其實(shí)現(xiàn)合理的設(shè)計(jì)出外圍電路：包括電源電 路，顯示電路部分，復(fù)位電路部分，串行口通信電路，按鍵 電路等。 電子鐘模塊電路設(shè)計(jì)

11、 該模塊主要用到的芯片有：時(shí)鐘保持芯片DS1302,單總 線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20紅外遙控解碼器 TL1838A。 該模塊電路設(shè)計(jì)的思想是了解這三種芯片的工作電壓， DS1302的工作時(shí)鐘頻率以及三種芯片與單片機(jī)之間的硬件 連接。 MP3模塊電路設(shè)計(jì) 該模塊用到的主要芯片有 MP3音頻解碼芯片VS1003,電 壓轉(zhuǎn)換芯片，電壓轉(zhuǎn)換芯片。 該電路的設(shè)計(jì)思想主要是了解芯片的作用和特點(diǎn)，尋找 各芯片之間的聯(lián)系，VS1003芯片是該模塊的主要部分。單片 機(jī)設(shè)有單獨(dú)解碼 MP3文件的功能，而單片機(jī)可與通過(guò) VS1003 的接口電路的連接，進(jìn)行 MP3的解碼，實(shí)現(xiàn)音頻的輸出。通 過(guò)芯片各引腳的功能

12、和特點(diǎn)，合理的設(shè)計(jì)出相應(yīng)的外圍電 路。 RFID模塊電路的設(shè)計(jì) 該模塊的電路所用到的主要芯片為的非接觸式通信讀 卡芯片F(xiàn)M1702該芯片是基于ISO/4443標(biāo)準(zhǔn)的非接觸卡讀 卡機(jī)專用芯片，采用微米 CMOS EEPROM藝，支持頻率下 的type A非接觸式通信協(xié)議。 支持多種加窗算法，兼容 philips 的MFRC53C讀卡機(jī)芯 片。 該模塊的電路設(shè)計(jì)思想是基于FM1702各引腳的功能和 特點(diǎn)，合理的設(shè)計(jì)芯片的外圍電路，其中的電容和電感所構(gòu) 成的天線是芯片與S50卡通信的工具。 五、單元電路設(shè)計(jì)： 單片機(jī)核心板電路分析 單片機(jī)核心板是本次實(shí)習(xí)中最重要的部分，它是實(shí)現(xiàn)各 種模塊功能的基礎(chǔ)部

13、分。單片機(jī)核心板的核心是 STC12C5A60S單片機(jī)芯片，圍繞該芯片設(shè)計(jì)出相應(yīng)電源供電 電路，蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路，按鍵電路，串行口通信電路，復(fù)位 電路，液晶屏驅(qū)動(dòng)電路以及各模塊的接口電路，由以上的電 路部分就構(gòu)成一個(gè)核心板電路系統(tǒng)。 電子鐘模塊電路分析 電子鐘模塊配合單片機(jī)核心板，可在LCD1602液晶屏上 顯示當(dāng)前的日期時(shí)間，環(huán)境溫度值，和紅外遙控解碼值。用 戶可通過(guò)遙控器或單片機(jī)核心板上的按鍵來(lái)進(jìn)行日期和時(shí) 間的設(shè)置。 通過(guò)遙控上的“ EQ鍵，可控制LED顯示界面在時(shí)間、 溫度、紅外解碼之間的切換。如果想調(diào)整時(shí)間，需要首先使 用遙控器的“ EQ鍵將LCD顯示調(diào)制時(shí)間界面；之后通過(guò)按 “播放停

14、止鍵”將時(shí)間停止；然后再按“左快捷鍵”向右切 換；最后按“加減鍵”可以進(jìn)行數(shù)值的加減操作，調(diào)整完成 后，再次按“播放停止鍵”，時(shí)間開(kāi)始運(yùn)行。另外通過(guò)單片 機(jī)核心板上的 K1-K4鍵也可以完成時(shí)間的調(diào)整：其中 K1鍵 對(duì)應(yīng)遙控器的“右快捷鍵”，即實(shí)現(xiàn)向右切換年月日時(shí)分； K3鍵對(duì)應(yīng)遙控器的“加鍵”，即實(shí)現(xiàn)年月日時(shí)分的加1； K4 鍵對(duì)應(yīng)遙控器的“減鍵”，即實(shí)現(xiàn)年月日時(shí)分的減1。 MP3電路模塊分析 是一單芯片 MP3/WMA/MID音頻解碼和 ADPCM編碼芯片， 其擁有一個(gè)高性能低功耗的 DSP處理器核VS-DSP 5K的指 令RAM的數(shù)據(jù)RAM串行的控制和數(shù)據(jù)輸入接口， 4個(gè)通用 IO 口，

15、1個(gè)UART口 ；同時(shí)片內(nèi)帶有一個(gè)可變采樣率的 DAC 一個(gè)立體聲DAC以及音頻耳機(jī)放大器；VS1003通過(guò)一個(gè)串行 接口來(lái)接收輸入的比特流，它可以作為一個(gè)系統(tǒng)的從機(jī)。 與單片機(jī)連接的引腳主要有 7個(gè)，分別為：SOSI、SCLK XDCS XRESET DREQ MOS|只有保證它們與單片機(jī)正確可 靠的連接，才能對(duì) VS1003進(jìn)行有效的操作與控制。另外， VS1003各部分的供電電壓與輸出電壓值是不同的。 芯片各部分供電電壓如下表： 供電部分最小電壓推薦電壓最大電壓 模擬） 數(shù)字） 卡是一種大容量，性價(jià)比高，體積小，訪問(wèn)接口簡(jiǎn)單的 存儲(chǔ)卡。SDIMM（卡大量 應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、MP3手機(jī)、大容

16、 量存儲(chǔ)設(shè)備。作為這些便攜式設(shè)備的存儲(chǔ)載體，它具有低功 耗，非易失性，保存數(shù)據(jù)無(wú)需消耗能量的特點(diǎn)。 卡只使用了 1-7觸點(diǎn)。對(duì)于1號(hào)引腳擴(kuò)展的DAT線在上 電后處于輸入狀態(tài)，它們?cè)趫?zhí)行SET-BUS-WIDTH命令后作為 DAT線操作，當(dāng)不用DAT1-DAT3線時(shí)，主機(jī)應(yīng)使自己的 DAT1-DAT3線處于輸入模式，這樣定義是為與MMC卡保持兼 容。上電后，CD/DAT3作為帶50K上拉電阻的輸入線。用戶 可以在正常的數(shù)據(jù)傳輸中用SET-CLR-CARD-DETEC命令斷開(kāi) 上拉電阻的連接。MM（卡的該引腳在SD模式下為保留引腳， 在SD模式下無(wú)任何作用。對(duì)于2號(hào)引腳CMD MMC卡在SD 模式

17、下為IO/PP/OO，MM（卡在SPI模式下為I/PP。 關(guān)于電壓匹配問(wèn)題，SD卡的邏輯電平相當(dāng)于 TTL電平 標(biāo)準(zhǔn)，而單片機(jī)的邏輯電平為5V。因此，它們之間不能直接 相連，否則會(huì)有燒毀 SD卡的可能。解決邏輯器件接口的電 平兼容問(wèn)題，原則主要有兩條：一為輸出電平器件輸出高電 平的最小電壓值，應(yīng)大于接受電壓器件識(shí)別為高電平的最低 電壓值；二為輸出電平器件輸出低電平的最大電壓值，應(yīng)小 于接受器件識(shí)別為低電平的最高電壓值?？紤]到SD卡在SPI 協(xié)議的工作模式下，通訊都是單向的，于是在單片機(jī)向SD 卡傳輸數(shù)據(jù)時(shí)采用晶體管加上拉電阻法的方案。在SD卡向 單片機(jī)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，可以直接連接。因?yàn)樗鼈冎g的電

18、平剛 好滿足上述的電平兼容原則，既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用。該方案可以雙 電源供電，電源可用 ASL1117穩(wěn)壓管從5V電源穩(wěn)壓獲取。 RFID模塊電路分析 基于FM1702SL的非接觸式IC卡讀寫器，只要稍加改動(dòng) 就能開(kāi)發(fā)成不同的射頻識(shí)別應(yīng)用系統(tǒng)，如考勤系統(tǒng)，門禁系 統(tǒng)，公交車收費(fèi)系統(tǒng)等。S50非接觸式卡符合 MIFARE的國(guó)際 標(biāo)準(zhǔn)，容量8K位，數(shù)據(jù)保存期10年，又可改寫10萬(wàn)次， 讀無(wú)限次。S50卡不帶電源，自帶天線，內(nèi)含加密控制邏輯 電路和通用邏輯電路，卡與讀卡器之間的通訊采用國(guó)際通用 DES和RES保密交叉算法，具有較高的保密性能。 單片機(jī)與FMITDISL通用SPI總線通信，采用中斷工作 模式，

19、在FMITDISL復(fù)位后，必須進(jìn)行一次初始化程序以便 初始化SPI接口模式，而且可以同步實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和FMITDISL 的啟動(dòng)工作。信息存儲(chǔ)在 MIFARSE卡里，讀寫器與卡通過(guò)各 自的天線建立起二者之間非接觸信息傳輸通道。當(dāng)卡進(jìn)入系 統(tǒng)的工作區(qū)時(shí)，讀寫器向卡發(fā)射一組固定頻率的電磁波，卡 內(nèi)有一個(gè)LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相 同，在電磁波的激勵(lì)下，LC諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容 內(nèi)有了電荷，在這個(gè)電容的另一端接有一個(gè)單向?qū)ǖ碾娮?粟，將帶內(nèi)容內(nèi)的電荷送到另一個(gè)電容內(nèi)存儲(chǔ)，當(dāng)所有積累 的電荷達(dá)到2V時(shí)，此電容可做到電源為其它電路提供工作 電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或讀取讀寫器的數(shù)

20、據(jù)。 根據(jù)互感原理可知，讀寫器天線半徑越大，匝數(shù)越多， 讀寫器上的天線和卡上的天線的互感系數(shù)就越大。根據(jù)國(guó)際 標(biāo)準(zhǔn)的要求，卡和讀寫器的通信距離為 10cm,通過(guò)調(diào)整天線 驅(qū)動(dòng)電壓可以改變通信的最長(zhǎng)距離。天線的傳輸帶寬和品質(zhì) 因數(shù)成反比關(guān)系。過(guò)高的品質(zhì)因數(shù)會(huì)導(dǎo)致帶寬減小，從而減 弱讀寫器的調(diào)制邊帶，會(huì)導(dǎo)致讀寫器無(wú)法與卡通信。 無(wú)線傳輸模塊分析 是一無(wú)線通信芯片，采用FSK調(diào)制，可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或 是1對(duì)6的無(wú)線通信。無(wú)線通信速度最高可達(dá)2Mbps,只需 為單片機(jī)系統(tǒng)預(yù)留5個(gè)GPIO, 1個(gè)中斷輸入引腳，就可很容 易地實(shí)現(xiàn)天線通信的功能，非常適合用MCI系統(tǒng)構(gòu)建無(wú)線通 信功能。 具有收發(fā)模式，待機(jī)模式和掉電模式，四種工作模式， 并由CE寄存器內(nèi)部 PWRVP和PRIMRX共同控制。nRF24L01 所有的配置都由配置寄存器來(lái)定義，這些配置寄存器可通過(guò) SPI 口訪問(wèn)。SPI接口由SCK MOSl MISO及CSN組成，在 配置模式下單