單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

學(xué)    院： 電子信息工程學(xué)院

專    業(yè)：     通信工程   

學(xué)生姓名：     

學(xué)    號：     16271070   

• 設(shè)計(jì)任務(wù)要求
  

我所設(shè)計(jì)的題目為“基于魔術(shù)棒的多功能單片機(jī)系統(tǒng)”，主要是在魔術(shù)棒的基礎(chǔ)上添加了單片機(jī)的其他功能，例如紅外遙控，蜂鳴器，溫度傳感器，LED燈等裝置。具體要求有以下幾點(diǎn)：

•     利用數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)主要功能“魔術(shù)棒”。
•     利用紅外裝置控制溫度傳感器，并顯示溫度。
•     利用蜂鳴器使其能發(fā)出樂音。
•     利用LED燈實(shí)現(xiàn)跑馬燈功能。
•     利用按鍵控制以上幾種功能。
  

二、設(shè)計(jì)方案及論證

1、任務(wù)分析

我所做的主要部分為“魔術(shù)棒”，“魔術(shù)棒”的原理是利用人眼的視覺暫留原理，即物體在快速運(yùn)動時(shí), 當(dāng)人眼所看到的影像消失后，人眼仍能繼續(xù)保留其影像0.1-0.4秒左右的圖像，因此，我們可以利用數(shù)碼管或LCD顯示屏，逐個(gè)控制每一位的點(diǎn)亮，并送入數(shù)據(jù)，再控制好相鄰位之間亮起的頻率，就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)動態(tài)顯示功能，但實(shí)際上在當(dāng)前時(shí)刻只有1位點(diǎn)亮并送入數(shù)據(jù)，控制一定頻率使得人眼看起來每個(gè)位置都在同時(shí)點(diǎn)亮。

紅外傳感模塊和溫度傳感器單片機(jī)上已經(jīng)存在，需要編寫程序控制溫度傳感器工作，并實(shí)時(shí)顯示溫度，并且編寫控制紅外遙控裝置的程序，令紅外裝置能接收信號和發(fā)出紅外線，通過紅外遙控器控制溫度傳感器的開啟。

蜂鳴器是將音符表和節(jié)拍表送入寄存器中，通過改變蜂鳴器的音調(diào)和延遲時(shí)間實(shí)現(xiàn)演奏歌曲。

LED燈發(fā)光可以通過改變P1端口8位來選擇不同的LED發(fā)光。

按鍵開關(guān)是單片機(jī)的一個(gè)基礎(chǔ)元件，可以通過開關(guān)控制許多功能的開啟和關(guān)閉，我用不同的按鍵開關(guān)控制以上功能的實(shí)現(xiàn)。

•          方案設(shè)計(jì)
  

經(jīng)過我們多次的設(shè)計(jì)方案討論，我們大致確定了2種設(shè)計(jì)方向。

①“魔術(shù)棒”用數(shù)碼管來實(shí)現(xiàn)，這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是我們可以在一個(gè)時(shí)間點(diǎn)控制一個(gè)數(shù)碼管的點(diǎn)亮，控制好點(diǎn)亮頻率我們可清楚地觀察到“魔術(shù)棒”現(xiàn)象的生成。但缺點(diǎn)是數(shù)碼管只有4位，無法顯示多個(gè)字符，而且顯示內(nèi)容較少，只有數(shù)字和部分英文字母。

②“魔術(shù)棒”用LCD顯示屏來實(shí)現(xiàn)，這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是顯示的內(nèi)容比數(shù)碼管多，且能顯示所有的英文字母和數(shù)字，但缺點(diǎn)是無法很好的觀察到現(xiàn)象，且可能會出現(xiàn)未知的顯示錯誤。

最后，我們確定了主體方案為方案1，因?yàn)閿?shù)碼管可以更好地觀察到現(xiàn)象，可以將大于4的字符循環(huán)顯示，也可以觀察到魔術(shù)棒效果。

3、系統(tǒng)關(guān)鍵模塊設(shè)計(jì)

上圖為C51單片機(jī)數(shù)碼管原理圖，P2口為位選端口，P0口為段選端口，8個(gè)LED發(fā)光二極管為共陽極接法，不點(diǎn)亮?xí)r為高電平，點(diǎn)亮為低電平，即相應(yīng)管腳送0為低電平，送1為高電平，低電平有效，因此控制P2端口地址0的位置可使相應(yīng)數(shù)碼管點(diǎn)亮。

4、軟件算法流程（將完整代碼放在附錄1中）

下圖為控制數(shù)碼管依次顯示字符的算法流程圖，首先設(shè)次數(shù)為1，設(shè)置P2的值使第一個(gè)數(shù)碼管點(diǎn)亮，設(shè)置P0的值將數(shù)據(jù)送入第一個(gè)數(shù)碼管，再進(jìn)行延遲，判斷次數(shù)是否大于3，是則關(guān)閉所有數(shù)碼管， 否則次數(shù)加1，并回到設(shè)置P2值的步驟。

三、開發(fā)及調(diào)試過程

1、開發(fā)過程

根據(jù)我們確定的主體方案以及我自己的設(shè)計(jì)方案，我開始了程序的開發(fā)過程，我利用了Keil軟件進(jìn)行程序的開發(fā)和調(diào)試，我的程序運(yùn)用到的編程語言為C51語言和匯編語言，我將程序的開發(fā)分為以下3個(gè)模塊：溫度傳感器工作及顯示函數(shù)，數(shù)碼管顯示函數(shù)，紅外傳感器控制及工作函數(shù)。其中紅外傳感器模塊是用匯編語言編寫的，其他模塊是用C51語言編寫的。

對于匯編語言我還不是特別精通，所以我把紅外傳感器模塊安排到了最后進(jìn)行。首先進(jìn)行數(shù)碼管的開發(fā)過程，數(shù)碼管的段選是由P0端口擴(kuò)展的74HC573芯片控制的，74HC573芯片是擁有八路輸出的透明鎖存器，輸出為三態(tài)門的控制芯片，通過控制P0.0---P0.7管腳使a~g不同位置數(shù)碼管亮起，數(shù)碼管為共陽極接法，因此低電平有效，當(dāng)一個(gè)管腳置0時(shí)，其代表的數(shù)碼管對應(yīng)位置就會亮起，實(shí)現(xiàn)送數(shù)功能。數(shù)碼管的位選是由P2口控制的四個(gè)三極管-電阻電路，通過控制P2.0~P2.3端口控制哪一位數(shù)碼管開啟，低電平有效。根據(jù)數(shù)碼管原理特性，首先定義兩個(gè)數(shù)組，一個(gè)向P0口送數(shù)，一個(gè)向P2口送數(shù)，再編寫延遲函數(shù)，最后用循環(huán)執(zhí)行代碼，首先P2=0xFE，即打開數(shù)碼管1，之后P0=0xF9，送入數(shù)據(jù)1，調(diào)用延遲函數(shù)將這一狀態(tài)延時(shí)。延時(shí)過后判斷是否滿足循環(huán)條件，若不滿足則繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)，直到滿足循環(huán)條件為止，滿足則跳出循環(huán)，進(jìn)行下一項(xiàng)內(nèi)容。調(diào)試時(shí)可以通過改變延遲時(shí)間觀察現(xiàn)象，直到利用視覺暫留原理達(dá)到人眼捕捉動畫的效果。基于上述原理，我又加了另外4個(gè)數(shù)字，使得數(shù)碼管能循環(huán)顯示8位數(shù)字，實(shí)現(xiàn)送入長度大于4的字符串功能。

C51單片機(jī)溫度傳感器型號為DS18B20，DS18B20內(nèi)部由4個(gè)部分構(gòu)成，分別是64位光刻ROM 、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。它們可以實(shí)現(xiàn)溫度的測量，溫度值的存入和提取，溫度的轉(zhuǎn)換等功能。并可以將提取的溫度值通過數(shù)碼管顯示出來。溫度傳感器函數(shù)設(shè)計(jì)分為以下幾點(diǎn)：定義延時(shí)函數(shù)，初始化18B20，讀取18B20一個(gè)字節(jié)，向18B20寫入一個(gè)字節(jié)，讀溫度值，溫度處理，顯示溫度。將18B20初始化是給其一個(gè)工作條件。讀取18B20一個(gè)字節(jié)是要將數(shù)據(jù)從ROM中提取出來，向18B20寫入一個(gè)字節(jié)是要將測出來的數(shù)據(jù)寫入到ROM中，讀溫度值通過溫度傳感器特性得知環(huán)境實(shí)時(shí)溫度，溫度處理將溫度值變?yōu)?位有效數(shù)字的溫度值，溫度顯示是通過數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)。遍譯好程序后經(jīng)過不同溫度的測試，發(fā)現(xiàn)在誤差范圍內(nèi)溫度測量精準(zhǔn)，且溫度也在隨環(huán)境溫度實(shí)時(shí)變化。

以上兩個(gè)功能都可以通過按鍵控制的方式開啟，即設(shè)計(jì)一個(gè)按鍵去抖函數(shù)，當(dāng)按鍵按下，按鍵就處于低電平有效狀態(tài)，相應(yīng)的功能開始工作，當(dāng)別的按鍵按下后上一個(gè)功能停止工作執(zhí)行當(dāng)前按下按鍵的功能。通過按鍵可實(shí)現(xiàn)功能切換的功能。

紅外傳感器模塊用匯編語言編寫，紅外傳感器和遙控器搭配使用，當(dāng)在正常無遙控信號時(shí)，一體化紅外接收頭輸出是高電平，不執(zhí)行相應(yīng)功能。當(dāng)接入信號后，首先要進(jìn)行解碼，傳輸?shù)募t外信號是以高低電平的形式送入的，于是設(shè)定外部中斷IR，觸發(fā)方式為下降沿觸發(fā)，將高低電平信號存入寄存器中，獲得16位地址碼和8位數(shù)據(jù)碼，從而實(shí)現(xiàn)解碼。之后進(jìn)行遙控執(zhí)行部分，設(shè)定遙控器按鍵1為LED燈閃爍程序。LED燈位選通過P1口控制，為低電平有效，當(dāng)按下按鍵1后，執(zhí)行LED燈循環(huán)亮起程序。首先將第一個(gè)LED燈亮起地址送入累加器A中，經(jīng)過延遲后再將第二個(gè)LED燈亮起地址送入累加器A中，之后以此類推，實(shí)現(xiàn)LED跑馬燈功能。設(shè)定遙控器按鍵8為蜂鳴器播放樂音程序，蜂鳴器產(chǎn)生樂音原理是將預(yù)先設(shè)計(jì)好的節(jié)拍表和音符表送入蜂鳴器中，并進(jìn)行定時(shí)，使蜂鳴器能完整播放一首樂音。當(dāng)播放完后清除遙控值使連按失效。紅外遙控程序結(jié)束。通過測試，遙控器在對準(zhǔn)紅外傳感器且距離在10cm以內(nèi)可順利遙控，LED跑馬燈以及蜂鳴器均可正常工作，且交換順序也并不影響，說明程序符合預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。

• 遇到的問題及解決方法
  

     ①若想將循環(huán)結(jié)束后的數(shù)碼管每一位清零，只將數(shù)碼管位選信號全部置1是不行的，需設(shè)置P0的值使發(fā)光二極管全部置1，令發(fā)光二極管熄滅，原因是Keil中執(zhí)行一條命令總在下一條命令開始執(zhí)行時(shí)執(zhí)行上一條命令，因此需加一條命令關(guān)閉發(fā)光二極管。

②溫度傳感器在環(huán)境溫度突變時(shí)顯示數(shù)據(jù)會有錯誤，這是其器件特性所致，只能通過改進(jìn)溫度讀取函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。

• 總結(jié)
  

   本次課設(shè)中用到的關(guān)鍵知識點(diǎn)為C51語言及匯編語言的應(yīng)用，輸入輸出端口的應(yīng)用，各種芯片元器件的應(yīng)用，定時(shí)器，中斷以及許多數(shù)字電子技術(shù)和模擬電子技術(shù)上的知識。這些知識的綜合運(yùn)用使我順利完成了本次課程設(shè)計(jì)。

   為期4周的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，我經(jīng)歷了查閱資料，小組討論，設(shè)計(jì)方案選取，編寫調(diào)試代碼，單片機(jī)調(diào)試，代碼修改，小組及個(gè)人答辯等一系列流程，我學(xué)到的不僅是這門課傳授我的只是，更學(xué)到了團(tuán)隊(duì)合作，多途徑查閱資料，分析問題能力和溝通能力，這些都是我成功做完這次課設(shè)的保證，我也要感謝我的隊(duì)友，是我們一起經(jīng)過討論確定了選題和主體方案設(shè)計(jì)，當(dāng)程序有問題或需要改進(jìn)時(shí)我們也深入廣泛地交換了彼此的意見，每個(gè)人在這次課設(shè)中都收獲到了許多。我還要感謝多次熱心幫助我們的老師和助教，是他們多次幫助我們發(fā)現(xiàn)問題，提出建議，幫助我們在原有功能上增添了更多功能，并且還提供了許多參考資料給我們，令我們有豐富的知識儲備。但我們這次的課設(shè)還是有很多方面的不足，對于我仍然有很大的提升空間，礙于現(xiàn)在自身知識儲備和時(shí)間問題，我在一些方面上沒能做得更加細(xì)致，我會總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，努力完成以后的課程。

     單片機(jī)課程設(shè)計(jì)是一門對于電子專業(yè)學(xué)生很重要的一門課，它培養(yǎng)了我們的獨(dú)立工作能力和小組協(xié)作能力，但可能一個(gè)小組中并沒有很好的創(chuàng)意，我覺得可以在確定選題前先開一個(gè)選題交流會，大家踴躍發(fā)言，集思廣益，可以增加我們題目創(chuàng)新性，也可以與別的組成員進(jìn)行有效溝通，增加我們的完成機(jī)率。

單片機(jī)源程序如下:

魔術(shù)棒.zip (270.6 KB, 下載次數(shù): 22)