第一篇：一種基于單片機(jī)的可控成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

摘 要:基于彩色面陣CCD傳感器設(shè)計(jì)的高速實(shí)時(shí)圖像采集系統(tǒng),以信號(hào)處理芯片CXD3172AR為核心,可實(shí)現(xiàn)輸出標(biāo)準(zhǔn)PAL/NTSC格式的視頻信號(hào),具有自動(dòng)白平衡、自動(dòng)曝光、缺陷補(bǔ)償?shù)裙δ?并構(gòu)建優(yōu)化的模擬前端電路(包括相關(guān)雙采樣和自動(dòng)增益控制)大幅度提高了采集數(shù)據(jù)的信噪比。根據(jù)DSP芯片具有參數(shù)化控制的特點(diǎn),通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)與DSP的特殊通訊傳輸協(xié)議來配置DSP參數(shù),并使用外部開關(guān)控制完成各種信號(hào)處理功能。通過仿真調(diào)試,該電路很好地實(shí)現(xiàn)了圖像采集和控制功能。

關(guān)鍵詞:單片機(jī);CCD;可控化;圖像采集

基金項(xiàng)目:教育部留學(xué)回國(guó)人員科碩啟動(dòng)基金(GGRYJJ07-2)0 引 言光學(xué)成像系統(tǒng)是將光學(xué)信息轉(zhuǎn)化為人們更易處理的電子信息的重要工具,特別對(duì)于智能監(jiān)控、醫(yī)學(xué)診斷及消費(fèi)電子領(lǐng)域,其重要性就更大。隨著成像系統(tǒng)功能的復(fù)雜化,攝像機(jī)的便攜易控性成了設(shè)計(jì)中需考慮的重要要素。自從1969年Willard S.Boyle和George E.Smith發(fā)明電荷耦合器(CCD)以來,它一直就是光學(xué)成像系統(tǒng)的首選傳感器。相對(duì)于目前發(fā)展快速CMOS圖像傳感器,它仍然具備噪聲低,動(dòng)態(tài)范圍高的優(yōu)點(diǎn)。而CCD的模擬前端決定了采集信號(hào)的質(zhì)量,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)信噪比有著決定性的影響,因此對(duì)它的噪聲抑制是設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)[1]。完成各種圖像處理功能的模塊是成像系統(tǒng)的核心,針對(duì)低照度視頻信號(hào)成像[2]的設(shè)計(jì)要求,采用專業(yè)信號(hào)處理芯片進(jìn)行各種處理,通過單片機(jī)(MCU)對(duì)信號(hào)處理芯片(DSP)進(jìn)行參數(shù)配置,以完成各種復(fù)雜運(yùn)算功能的控制,簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的邏輯設(shè)計(jì),使其具有良好的可控性。系統(tǒng)組成該系統(tǒng)由CCD、模擬前端AFE(包括相關(guān)雙采樣CDS和自動(dòng)增益控制AGC)、信號(hào)處理模塊、微處理器模塊以及模擬數(shù)字輸出模塊等組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 CCD成像系統(tǒng)框圖

圖中CCD傳感器是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ),外部光學(xué)信號(hào)通過光電轉(zhuǎn)換才能進(jìn)行各種處理。傳感器輸出模擬信號(hào)將經(jīng)前端放大,以差分輸入的方式進(jìn)入AFE,然后通過一系列模擬信號(hào)的降噪放大處理(CDS,AGC),進(jìn)入信號(hào)處理模塊進(jìn)行各種運(yùn)算處理。信號(hào)處理模塊是連接CCD輸出和后端通用設(shè)備的橋梁,專業(yè)信號(hào)處理芯片提供了大量視頻處理運(yùn)算功能和多種視頻輸出格式,為后續(xù)處理帶來了方便。通過DSP的各種處理,得到設(shè)計(jì)要求的色度、亮度和飽和度圖像,最后輸出與終端格式兼容的模擬或者數(shù)字信號(hào)。模擬輸出可以直接與監(jiān)視器相連,數(shù)字輸出可以通過FPGA,ASIC等器件與VGA,DVI接口顯示器相連。模擬前端模塊

CCD讀出電路的噪聲主要包括讀出電路中所用器件的固有噪聲,以及因電路結(jié)構(gòu)、電路工作方式引入的附加噪聲[3]。主要有1/f噪聲[4]、KTC噪聲[5]和固定平面噪聲[6],這些噪聲限制了圖像傳感器的動(dòng)態(tài)范圍,降低了信噪比。在讀出電路中,相關(guān)雙取樣技術(shù)(CDS)是目前應(yīng)用最廣泛的噪聲抑制技術(shù)。由于一個(gè)像元傳輸時(shí)間中的復(fù)位噪聲是相關(guān)的,相關(guān)雙取樣電路(CDS)可以利用信號(hào)相減的運(yùn)算關(guān)系來消除或消弱信號(hào)里的1/f噪聲、KTC噪聲和固定平面噪聲,從而可大大提高系統(tǒng)的信噪比。自動(dòng)增益控制電路(AGC)可以使放大電路的增益自動(dòng)地隨信號(hào)強(qiáng)度而調(diào)整,使圖像信號(hào)的亮度平穩(wěn),特別是低照度環(huán)境里微弱光信號(hào)的放大。但不足的是它也會(huì)放大低照度條件下的暗電流,降低圖像質(zhì)量。另外,模擬前端帶寬的合理選擇可以對(duì)系統(tǒng)噪聲和系統(tǒng)調(diào)制傳遞函數(shù)進(jìn)行折中,以滿足應(yīng)用的需求。目前有兩種AFE設(shè)計(jì)方法,一種是采用分立元器件實(shí)現(xiàn),另一種是采用集成AFE芯片實(shí)驗(yàn)。隨著AFE芯片的成熟,其內(nèi)部還集成了暗電流校正電路,各項(xiàng)指標(biāo)遠(yuǎn)高于一般分立元器件搭建的電路,并且調(diào)試簡(jiǎn)單。該系統(tǒng)選擇的集成AFE是CXA2096N,是專門為數(shù)字?jǐn)z像機(jī)而設(shè)計(jì)的,內(nèi)部包括相關(guān)雙取樣電路(CDS)、自動(dòng)增益控制電路(AGC),為A/D轉(zhuǎn)換器提供的參考電平以及采樣保持電路,其自動(dòng)增益變化范圍為-0.8~31.3 dB[7]。信號(hào)處理模塊

3.1 視頻處理芯片本文選擇的信號(hào)處理芯片是SONY公司的CXD3172AR。該芯片內(nèi)建10位高精度A/D轉(zhuǎn)換器,具有自動(dòng)白平衡、自動(dòng)曝光、自動(dòng)黑電平校正和缺陷補(bǔ)償?shù)裙δ?并能產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)CCD的時(shí)序脈沖,能夠輸出PAL/NTSC制式的模擬信號(hào)和ITU656格式的數(shù)字信號(hào)[8],其控制方式有2種:通過RS 232接口用PC機(jī)軟件控制;通過MCU通用管腳直接用硬件控制。因?yàn)镸CU的傳輸總線不屬于通用的I2C和SPI總線,所以參考芯片資料,設(shè)計(jì)了與MCU的通信接口。該芯片支持的最大傳輸速率為400 Kb/s;使用PC機(jī)軟件僅支持19.2 Kb/s,且不能完全利用該芯片的帶寬,軟件控制還必須依賴PC機(jī),不利于攜帶。在該系統(tǒng)中,采用純硬件控制方式實(shí)現(xiàn)的DSP功能,具有快速靈活的特性。

以CXD3172AR為核心組成信號(hào)處理模塊的外圍電路主要有電源、時(shí)鐘、視頻輸出接口和控制通信接口。

3.2 時(shí)鐘產(chǎn)生電路

CXD3172AR需要產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)CCD的時(shí)序脈沖,其主時(shí)鐘將影響整個(gè)系統(tǒng)的正常穩(wěn)定工作。該系統(tǒng)選擇的CCD兼容PAL制式色彩攝像機(jī),總共像素為795(H)×596(V),系統(tǒng)要求28.375 MHz的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和27 MHz的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)編解碼器。為了有穩(wěn)定的時(shí)鐘源,采用鎖相環(huán)路(PLL),用一個(gè)高穩(wěn)定性參考源的一個(gè)分頻和VCXO的一個(gè)分頻進(jìn)行相位比較,產(chǎn)生一個(gè)誤差變化電壓,給VCXO進(jìn)行環(huán)路負(fù)反饋,從而使輸出頻率更穩(wěn)定[9]。設(shè)計(jì)VCXO輸出28.375 MHz時(shí)鐘和石英晶振回路輸出27 MHz時(shí)鐘,系統(tǒng)產(chǎn)生的水平同步信號(hào)頻率為15.625 kHz,其與VCXO的分頻進(jìn)行相位比較,PCOMP引腳輸出相位比較結(jié)果,判斷是否相位鎖定。

3.3 電源電路

系統(tǒng)需要4組獨(dú)立電源,其電壓分別為:3.3 V,5 V,15 V,-7 V?；诒銛y性的考慮,采用9 V直流電壓作為電路板的輸入,通過線性穩(wěn)壓電源芯片LT1117-3.3和LT1117-5得到3.3 V和5 V電壓,選擇TPS65131得到15 V和-7 V電壓。TPS65131能夠輸出正負(fù)雙電壓,非常適用于便攜性設(shè)備。4組電源的輸出端分別通過LC低通濾波器,就能為系統(tǒng)提供高精穩(wěn)定的直流電源。

3.4 視頻輸出電路

CXD3172AR能輸出PAL制式的模擬信號(hào),其輸入端口采用電流輸出結(jié)構(gòu),通過電阻產(chǎn)生信號(hào)電壓,但是由于系統(tǒng)噪聲的存在,特別是模擬地和數(shù)字的干擾,信號(hào)走線長(zhǎng)度,元器件布局等因素,對(duì)輸出端可以增加一級(jí)濾波器,以提高信噪比。對(duì)于亮度信號(hào)而言,芯片內(nèi)部在輸出端已集成了LPF,故只需對(duì)色度信號(hào)進(jìn)行處理。設(shè)置DSP輸出Y/C分離信號(hào),視頻信號(hào)的帶寬一般為6 MHz,色度信號(hào)副載波頻率為(4.43±1.3 MHz),圖2是色度BPF的頻率特性圖。亮度信號(hào)和通過BPF的色度信號(hào)進(jìn)入視頻信號(hào)混合放大器NJM2274,其輸出阻抗為75Ω,放大后的信號(hào)可以直接輸入監(jiān)視器。

3.5 MCU-DSP通信

DSP處理功能可以通過MCU或軟件進(jìn)行控制。

將DSP各控制參數(shù)通過特定的通信協(xié)議傳輸?shù)紻SP189第2期顏 豪等:一種基于單片機(jī)的可控成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)部寄存器或者外部E2PROM保存,以使其實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)的各種處理功能。這里的MCU為STC的STC89C52RC芯片,并且外搭基本硬件電路,使其成為最小系統(tǒng)。DSP控制參數(shù)有635 B,在調(diào)試的時(shí)候,可以存入DSP的寄存器組以便修改,調(diào)試完成之后,優(yōu)化的參數(shù)可以存入E2PROM,使得下次掉電復(fù)位后可以繼續(xù)使用。

圖2 BPF頻率特性

在通信過程中,一個(gè)通信協(xié)議包傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)是可變的,最高可達(dá)32 B。DSP接收到一包數(shù)據(jù)后分析它,執(zhí)行控制命令,完成1次通信。一個(gè)通信包由起始字、命令字、地址字和數(shù)據(jù)字組成。因?yàn)镈SP內(nèi)部寄存器數(shù)量有限,在執(zhí)行完上次命令之前,不會(huì)再接收任何其他控制命令。該過程被稱為“通信禁止周期”,并且此時(shí),芯片返回一個(gè)確認(rèn)數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)可能是寫應(yīng)答信號(hào)、讀取數(shù)據(jù)或者通信錯(cuò)誤代碼。它的片選信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)和輸入/輸出信號(hào)格式如圖3所示。

圖3 通信協(xié)議格式

3.6 MCU與DSP的接口在不同硬件接口之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)必須保證其邏輯電平一致,不然通信過程中將出現(xiàn)各種不可預(yù)料的錯(cuò)誤。該設(shè)計(jì)中, CXD3172AR主供電電源VDD是3.3 V,其邏輯高電平大于等于0.7VDD,邏輯低電平小于等于0.2VDD,它們屬于LVTTL電平。通用MCU管腳一般是TTL電平,所以兩者之間的通信必須經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換,這里選擇SN74ALVC164245作為電平轉(zhuǎn)換器。SN74ALVC164245有2組獨(dú)立電源端口,分別將其與MCU和DSP各自的主供電電源相連。這樣,就能通過電平轉(zhuǎn)換器將3.3 V系統(tǒng)和5 V系統(tǒng)連接起來。仿真和調(diào)試

圖4是軟件仿真圖,輸入數(shù)據(jù)是低位先傳,每個(gè)字節(jié)有8位,字節(jié)之間延遲1個(gè)時(shí)鐘周期,DSP在時(shí)鐘上升沿采樣輸入數(shù)據(jù),在時(shí)鐘下降沿輸出數(shù)據(jù)。選通信號(hào)XCS為低電平有效,為了滿足系統(tǒng)的一定時(shí)序冗量,在DSP處理時(shí)間內(nèi)(即通信禁止周期)強(qiáng)制將XCS置高。

由于是軟件仿真的原因,DO沒有波形。但是為了能夠測(cè)試通信是否成功,在程序里添加回讀顯示功能,通過4個(gè)7端數(shù)碼顯示管顯示2個(gè)16進(jìn)制回讀數(shù)據(jù),判斷是否通信成功。

圖4 程序仿真圖

同時(shí),參考DSP的幾個(gè)基本功能,將其控制參數(shù)保存在程序代碼中,通過外部開關(guān)的選擇,MCU的P1端口讀出其電平,實(shí)現(xiàn)各種功能的控制,其功能見表1。

表1 功能列表

Interface FunctionP1.0~P1.2 AWB ModeP1.3 Color Rolling ControlP1.4 Black Light CompensationP1.5 AE SwitchingP1.6 Flickerless SwitchingP1.7 AGC Switching完成電路板中各部分的設(shè)計(jì)以及調(diào)試后進(jìn)行實(shí)驗(yàn),其結(jié)果表明,MCU-DSP通信正常,可滿足時(shí)序及功能要求。結(jié) 語

采用專業(yè)信號(hào)處理芯片及單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了可控成像系統(tǒng)設(shè)計(jì),完成了電路板的調(diào)試和功能實(shí)驗(yàn),為后續(xù)數(shù)字信號(hào)處理提供了源圖像信號(hào)。該系統(tǒng)具有電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單可靠,功能控制方便,能夠輸出多種視頻格式信號(hào),具有簡(jiǎn)易靈活性。目前,將該系統(tǒng)已使用于低照度環(huán)境下的幀間濾波技術(shù)采集系統(tǒng)中,效果很好。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]薛旭成,李云飛,郭永飛.CCD成像系統(tǒng)中模擬前端設(shè)計(jì)[J].光學(xué)精密工程,2007,15(8):1191-1195.[2] WHITE M, Lampe D.Characterization of surface channelCCD image arrays at low light levels [J].IEEE Solid-stateCircuits, 1974, 9(1): 1-13.[3]金湘亮.一種低功耗低噪聲相關(guān)雙取樣電路的研究[J].電路與系統(tǒng)學(xué)報(bào),2003,8(3):23-26.[4] JAKOBSON C, BLOOM I, NEMIROVSKY Y.I/f Noisein CMOS transistors for analog applications from subthre-shod to saturation[J].Solid-state Electronics, 1998, 42(10): 1807-1817.[5] TIAN Hui, FOWLER Boyd, GAMAL Abbas El.Analysisof temporal noise in CMOS photodiode active pixel sensor[J].IEEE Solid-state Circuit, 2001, 36(1): 92-101.[6] OHSAWA Shinji, SASAKI Michio, MIYAGAWA Ryohei,et al.Analysis of low fixed pattern noise cell structures forphotoconversion layer overlaid CCD or CMOS image sensors[J].IEEE Trans.on Electron.Devices, 1997, 44(10):667-671.[7] Sony.CXA2096N datasheet [M].Japan:Sony, 2004.[8] Sony.CXD3172AR datasheet [M].Japan:Sony,2004[9]趙聲衡.石英晶體振蕩器[M].長(zhǎng)沙:湖南大學(xué)出版社,1997.

第二篇：《單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程教學(xué)大綱

《單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程教學(xué)大綱

Single-Chip Microcomputer Application System Design 課程編號(hào)：公選課

適用專業(yè)：全校工科類專業(yè)

學(xué) 時(shí) 數(shù)：16

學(xué) 分 數(shù)：1 執(zhí) 筆 者：王福忠

編寫日期：2008年12月

一、課程的性質(zhì)和目的

單片機(jī)技術(shù)在通信、家電、自動(dòng)控制、儀器儀表中得到廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)是面向工科類專業(yè)的一門公共選修課，是一門邏輯性強(qiáng)、理論與實(shí)踐并重，軟硬件結(jié)合，內(nèi)容豐富，知識(shí)面寬廣的課程。

2.課程任務(wù)

通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)單片微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)有一個(gè)系統(tǒng)的了解。掌握單片微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初步方法，建立有關(guān)微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的初步概念，了解高科技的發(fā)展動(dòng)態(tài)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)后續(xù)課程如自動(dòng)控制原理，微型計(jì)算機(jī)原理、單片機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)等課程學(xué)習(xí)的興趣。為其他專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和走向工作崗位從事單片機(jī)應(yīng)用的相關(guān)工作打下良好的基礎(chǔ)。

二、教學(xué)要求的基本層次

本課程的教學(xué)要求可分為四個(gè)層次，即：掌握、理解、應(yīng)用和了解。1.掌握

對(duì)于本課程的重點(diǎn)內(nèi)容要求學(xué)員達(dá)到掌握的程度。即要求學(xué)員能夠全面、深入地掌握所學(xué)內(nèi)容，能夠舉一反三，熟練解決相關(guān)問題。要求學(xué)員掌握的內(nèi)容也就是考試的主要內(nèi)容。

2.理解

對(duì)于本課程的一般內(nèi)容要求學(xué)員能夠理解。即要求學(xué)員能夠理解所學(xué)內(nèi)容，對(duì)所涉及的內(nèi)容能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析和判斷。

3．應(yīng)用

使學(xué)生具有一定的單片機(jī)應(yīng)用技能和按要求組織單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的初步能力 4.了解

對(duì)于本課程的次要內(nèi)容要求學(xué)員能夠了解。所涉及的內(nèi)容都是一些基本概念和簡(jiǎn)單敘述，知道了就行，沒有進(jìn)一步深入和擴(kuò)展的要求。二．教學(xué)內(nèi)容和要求 1 單片機(jī)基礎(chǔ) 1.1 教學(xué)內(nèi)容

（1）單片機(jī)的基本概念；（2）單片機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展；（3）單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)；（4）單片機(jī)特點(diǎn)及應(yīng)用； 1.2 教學(xué)要求（2學(xué)時(shí)）本章的基本任務(wù)是學(xué)習(xí)單片微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本概念、發(fā)展概況及應(yīng)用。單片機(jī)與典型微型計(jì)算機(jī)在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別。為后續(xù)章節(jié)奠定基礎(chǔ)知識(shí)。

掌握：?jiǎn)纹⑿陀?jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本概念、單片機(jī)與典型微型計(jì)算機(jī)在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別，單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展和配置的概念；

了解：?jiǎn)纹瑱C(jī)的特點(diǎn)、發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域，典型單片機(jī)系列的基本情況。2 應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容 2.1 教學(xué)內(nèi)容

（1）單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一般硬件組成；（2）單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容 2.2 教學(xué)要求（2學(xué)時(shí)）

本章的基本任務(wù)是對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成與設(shè)計(jì)內(nèi)容有一個(gè)初步了解，為后續(xù)章節(jié)提供必要的概念基礎(chǔ)。

理解：典型單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、前向通道的組成及其特點(diǎn)和各環(huán)節(jié)的作用、常見的傳感器、后向通道的組成與特點(diǎn)道結(jié)構(gòu)、模擬輸出通道的作用、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、人機(jī)通道的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容。3 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程與內(nèi)容 3.1 教學(xué)內(nèi)容

（1）單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)主要步驟；（2）總體方案確定；（3）硬件設(shè)計(jì)；（4）軟件設(shè)計(jì)。

3.2 教學(xué)要求（2學(xué)時(shí)）

本章的基本任務(wù)是學(xué)習(xí)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程與內(nèi)容。

掌握：?jiǎn)纹瑱C(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)主要步驟及內(nèi)容，總體方案，硬件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)等內(nèi)容與注意的問題。4 人機(jī)接口的設(shè)計(jì) 4.1 教學(xué)內(nèi)容

（1）開關(guān)及接口；（2）按鍵、鍵盤及接口；（3）LED顯示器及接口；（4）液晶顯示器(LCD)及其接口 4.2 教學(xué)要求（2學(xué)時(shí)）

掌握：人機(jī)接口的基本原理與設(shè)計(jì)初步方法。5 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與輸入接口 5.1 教學(xué)內(nèi)容

（1）檢測(cè)信號(hào)與數(shù)據(jù)放大器；（2）采樣保持器及其與微機(jī)的連接；（3）A/D轉(zhuǎn)換器 5.2 教學(xué)要求（2學(xué)時(shí)）

掌握：模擬量輸入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則；模擬輸入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)配置；模擬量輸入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題；模擬低通濾波器(ALF)；模擬多路轉(zhuǎn)換器；A／D轉(zhuǎn)換器的選擇和使用注意事項(xiàng)。6 控制輸出（后向）通道與接口 6.1 教學(xué)內(nèi)容

（1）后向通道中的常用器件；（2）后向通道中的D／A轉(zhuǎn)換技術(shù)和接口芯片；（3）執(zhí)行器類型

6.2 教學(xué)要求（1學(xué)時(shí)）

掌握：后向通道應(yīng)解決的問題，大功率I／O口接口器件，光電隔離與接口驅(qū)動(dòng)器件，D／A轉(zhuǎn)換接口設(shè)計(jì)的一般問題，執(zhí)行器類型。7 數(shù)據(jù)處理技術(shù) 7.1 教學(xué)內(nèi)容（2學(xué)時(shí)）

（1）標(biāo)度變換及其程序設(shè)計(jì)；（2）數(shù)字濾波及其程序設(shè)計(jì)；（3）控制技術(shù)及其算法 7.2 教學(xué)要求

掌握：線性儀表的標(biāo)度變換、非線性測(cè)量的標(biāo)度變換、常用的靜態(tài)濾波算法原理、自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念、數(shù)字PID算法原理。8 單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾技術(shù) 8.1 教學(xué)內(nèi)容（2學(xué)時(shí)）

（1）干擾源及其分類；（2）干擾對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的影響；（3）硬件抗干擾技術(shù)；（4）軟件抗干擾技術(shù)。8．2 教學(xué)要求

掌握：干擾的含義、干擾源的分類、干擾入侵單片機(jī)系統(tǒng)的途徑、串模干擾的抑制方法、共模干擾的抑制方法、程序執(zhí)行過程中的軟件抗干擾。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)舉例 9.1 教學(xué)內(nèi)容

（1）單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)試工具；（3）單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)例子 9．2 教學(xué)要求（1學(xué)時(shí)）

掌握：?jiǎn)纹瑱C(jī)開發(fā)系統(tǒng)、萬用表、邏輯分析儀等開發(fā)工具。

第三篇：一種基于單片機(jī)的正弦波輸出逆變電源的設(shè)計(jì)

一種基于單片機(jī)的正弦波輸出逆變電源的設(shè)計(jì)

摘 要：介紹了一種正弦波輸出的逆變電源的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中采用了DC／DC和DC／AC兩級(jí)變換，高頻變壓器隔離，單片機(jī)控

制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明性能可靠。

關(guān)鍵詞：逆變電源；單片機(jī)；正弦脈寬調(diào)制

O 引言

低壓小功率逆變電源已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用領(lǐng)域。特別是新能源的開發(fā)利用，例如太陽(yáng)能電池的普遍使用，需要一個(gè)逆變系統(tǒng)將太陽(yáng)能電池輸出的直流電壓變換為220V、50Hz交流電壓，以便于使用。本文給出了一種用單片機(jī)控制的正弦波輸出逆變電源的設(shè)計(jì)，它以12V直流電源作為輸入，輸出220V、50Hz、0~150W的正弦波交流電，以滿足大部分常規(guī)小電器的供電需求。該電源采用推挽升壓和全橋逆變兩級(jí)變換，前后級(jí)之間完全隔離。在控制電路上，前級(jí)推挽升壓電路采用SG3525芯片控制，采樣變壓器繞組電壓做閉環(huán)反饋；逆變部分采用單片機(jī)數(shù)字化SPWM控制方式，采樣直流母線電壓做電壓前饋控制，同時(shí)采樣電流做反饋控制；在保護(hù)上，具有輸入過、欠壓保護(hù)，輸出過載、短路保護(hù)，過熱保護(hù)等多重保護(hù)功能電路，增強(qiáng)了該電源的可靠性和安全性。

該電源可以在輸人電壓從10．5V到15V變化范圍內(nèi)，輸出220V±10V的正弦波交流電壓，頻率50Hz±O．5Hz，直流分量

l 主電路

逆變電源主電路采用推挽升壓和全橋逆變兩級(jí)變換，如圖1所示。

輸入電壓一端接在變壓器原邊的中間抽頭，另一端接在開關(guān)管S1及S2的中點(diǎn)。控制S1及S2輪流導(dǎo)通，在變壓器原邊形成高頻的交流電壓，經(jīng)過變壓器升壓、整流和濾波在電容C1上得到約370 V直流電壓。對(duì)S3～S6組成的逆變橋采用正弦脈寬調(diào)制，逆變輸出電壓經(jīng)過電感L、電容C2濾波后，最終在負(fù)載上得到220 V、50 Hz的正弦波交流電。采用高頻變壓器實(shí)現(xiàn)前后級(jí)之間的隔離，有利于提高系統(tǒng)的安全性。

輸入電壓10．5～15 V，輸入最大電流15 A，考慮一倍的余量，推挽電路開關(guān)管S1及S2耐壓不小于30 V，正向電流不

小于30 A，選用IRFZ48N。

升壓高頻變壓器的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足在輸入電壓最低時(shí)，副邊電壓經(jīng)整流后不小于逆變部分所需要的最低電壓350 V，同時(shí)輸入電壓最高時(shí)，副邊電壓不能過高，以免損壞元器件。同時(shí)也必須考慮繞線上的電壓降和發(fā)熱問題。選EE型鐵氧體磁芯，原副邊繞組為7匝：300匝。關(guān)于高頻變壓器的設(shè)計(jì)可以參考文獻(xiàn)。

變壓器副邊輸出整流橋由4個(gè)HER307組成．濾波電容選用68μF、450 V電解電容。

根據(jù)輸出功率的要求，輸出電流有效值為0 6～O.7 A，考慮一定的電壓和電流余量，逆變橋中的S3～S6選用IRF840。逆變部分采用單極性SPWM控制方式，開關(guān)頻率fs=16 kHz。

假?zèng)]濾波器時(shí)間常數(shù)為開關(guān)周期的16倍，即諧振頻率取1 kHz，則有

濾波電感電容LC≈2．5×10-3，可選取L=5 mH，C=4．7μF。濾波電感L選用內(nèi)徑20 mm，外徑40 mm的環(huán)形鐵粉芯磁芯，繞線采用直徑O．4 mm的漆包線2股并繞，匝數(shù)180匝。數(shù)字化SPWM控制方法

該逆變電源的控制電路也分為兩部分。前級(jí)推挽升壓電路由PWM專用芯片SG3525控制，采樣變壓器繞組電壓實(shí)現(xiàn)電壓閉環(huán)反饋控制。后級(jí)逆變電路由單片機(jī)PICl6C73控制，采樣母線電壓實(shí)現(xiàn)電壓前饋控制。前級(jí)控制方法比較簡(jiǎn)單，在這里主

要介紹后級(jí)單片機(jī)的數(shù)字化SPWM控制方式。

2.l 正弦脈寬調(diào)制SPWM 正弦脈寬調(diào)制SPWM技術(shù)具有線性調(diào)壓、抑制諧波等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最為廣泛的脈寬調(diào)制技術(shù)．一般用三角波μc作為載波信號(hào)，正弦波ug=UgmSin2πfgt作為調(diào)制信號(hào)，根據(jù)μ和μg的交點(diǎn)得到一系列脈寬按正弦規(guī)律變化的脈沖信號(hào)。則可以定義調(diào)制比m=Ugm／Ucm，頻率比K=fc／fa=Tg／Tco。

正弦脈寬調(diào)制可以分為單極性SPWM和雙極性SPWM。雙極性SPWM的載波為正負(fù)半周都有的對(duì)稱三角波，輸出電壓為正負(fù)交替的方波序列而沒有零電平，因此可以應(yīng)用于半橋和全橋電路。實(shí)際中應(yīng)選擇頻率比K為奇數(shù)，使得輸出電壓μo具有奇函數(shù)對(duì)稱和半波對(duì)稱的性質(zhì)，μc無偶次諧波。但是輸出電壓μc中含有比較嚴(yán)重的n=K次中心諧波以及n=jk±6次邊頻諧波。

其控制信號(hào)為相位互補(bǔ)的兩列脈沖信號(hào)。

單極性SPWM的載波為單極性的不對(duì)稱三角波，輸出電壓也是單極性的方波。因?yàn)檩敵鲭妷褐邪汶娖?，因此，單極性SPWM只能應(yīng)用于全橋逆變電路。由于其載波本身就具有奇函數(shù)對(duì)稱和半波對(duì)稱特性，無論頻率比K取奇數(shù)還是偶數(shù)輸出電壓Uo都沒有偶次諧波。輸出電壓的單極性特性使得uo不含有n=k次中心諧波和邊頻諧波，但卻有少量的低頻諧波分量。單極性SPWM的控制信號(hào)為一組高頻(載波頻率fe)脈沖和一組低頻(調(diào)制頻率fk)脈沖，每組的兩列脈沖相位互補(bǔ)。由三角載波和正弦調(diào)制波的幾何關(guān)系可以得到，在k》l時(shí)，高頻脈沖的占空比D為

2．2 PIC單片機(jī)的軟件實(shí)現(xiàn)

PICl6C73是Microchip公司的一款中檔單片機(jī)，它功能強(qiáng)大而又價(jià)格低廉。PICl6C73內(nèi)部有兩個(gè)CCP(Capture、Compare、PWM)模塊，當(dāng)它工作在PwM模式下，CCP x引腳就可以輸出占空比10位分辨率可調(diào)的方波，圖2為其工作原理圖。

TMR2在計(jì)數(shù)過程中將同步進(jìn)行兩次比較：TMR2和CCPRxH比較一致將使CCPX引腳輸出低電平；TMR2和PR2比較一致將使CCPx引腳輸出高電平，同時(shí)將TMR2清O，并讀入下一個(gè)CCPRxH值，如圖3所示。因此，設(shè)定CCPRxH值就可以設(shè)定占空比，設(shè)定PR2值就可以設(shè)定脈沖周期。脈沖占空比D可以表示為

在本設(shè)計(jì)中，全橋逆變器采用單極性SPWM調(diào)制方式。CCP1模塊用來產(chǎn)生高頻脈沖，CCP2模塊用來產(chǎn)牛低頻脈沖。選擇16M晶振，根據(jù)脈沖周期Tc=[(PR2)+l]×4×4*Tosc和頻率比k=Tg／Tc,可以取PR2=249，k=320，則有Tg=20 ms，高頻脈沖序列每一一個(gè)周期中包含：320個(gè)脈沖。設(shè)調(diào)制比m=0．92，將，t=TgN／320代入式(2)，聯(lián)立式(3)可以得到產(chǎn)生高頻脈沖

所需要的CCP1H的取值，第0～79個(gè)脈沖為 CCP1H=230sin(πN/160)（4）

式中：N為O→79。

考慮到正弦波的對(duì)稱性，可以得到第80～159個(gè)脈沖為

CCP1H=230sin[π×(80—N)／160](5)根據(jù)脈沖的互補(bǔ)性，可以得到第160～239個(gè)脈沖為

CCP1H=250—230sin(πN／160)(6)

第240～319個(gè)脈沖為

CCP1H=250—230Sin[π×(80一N)／160](7)

因此，在程序中存儲(chǔ)表格230sin(πN／160)，N∈[0，79]就可以得到整個(gè)周期320個(gè)高頻脈沖的CCP．H值。第O～79點(diǎn)，CCP1H為正向查表取值；第80～159點(diǎn)，CCP1H為反向查表取值；第160～239點(diǎn)CCP1H為計(jì)數(shù)周期減去正向查表值；第240~319點(diǎn)CCP1H為計(jì)數(shù)周期減去反向查表值。

對(duì)于低頻脈沖，前半個(gè)周期可以看成由占空比始終為1的高頻脈沖組成，后半個(gè)周期看成由占空比始終為0的高頻脈沖組成，因此，第O～159個(gè)脈沖，CCP2H=250，第160～319個(gè)脈沖，CCP2H=O。

圖4為單片機(jī)_TMR2中斷程序的流程圖，在中斷程序中查表修改CCPxL的值．就可以改變下一個(gè)脈沖的CCPxH值，從而

修改下一個(gè)脈沖的占空比，實(shí)現(xiàn)SPWM控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)中，輸入電壓變化范圍為10．5~15 V，輸出濾波電感5．3mH，濾波電容8μF，從空載到150W負(fù)載狀態(tài)下都可以輸出(220±10V)、50Hz的正弦波交流電壓，如表1和表2所示。圖5和圖6分別為空載和150W純阻性負(fù)載條件下輸出電壓電流波形。可以看出輸出電壓和電流波形良好，經(jīng)測(cè)量電壓波形的THD為3．6％。結(jié)語

本文詳細(xì)分析了一種正弦波輸出的逆變電源的設(shè)計(jì)，以及基于單片機(jī)的數(shù)字化SPWM控制的實(shí)現(xiàn)方法。數(shù)字化SPWM控制靈活，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制的核心部分在軟件中，有利于保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

第四篇：?jiǎn)纹瑱C(jī)課程論文設(shè)計(jì)-電子鐘課程設(shè)計(jì)

單片機(jī)課程論文設(shè)計(jì) ——電子鐘

一 課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 1 設(shè)計(jì)思想 1.1硬件設(shè)計(jì)思想 1.1.1電路設(shè)計(jì)思想

電路原理圖見圖1，由動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示組成時(shí)、分、秒的顯示。把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P1.0－P1.7端口用8芯排線連接到“動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中的A－H端口上；把“單片機(jī)系統(tǒng)：區(qū)域中的P3.0－P3.7端口用8芯排線連接到“動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中S－S8端口上；“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P0.0/AD0、P0.1/AD1、P0.2/AD2端口分別用導(dǎo)線連接到“獨(dú)立式鍵盤”區(qū)域中的SP3、SP2、SP1端口上。

1.1.2鍵盤設(shè)計(jì)思想

鍵盤是微機(jī)的主要設(shè)備，按鍵的讀取容易引起錯(cuò)誤動(dòng)作?？刹捎密浖ザ秳?dòng)的方法處理，軟件的觸點(diǎn)在閉合和斷開的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，這時(shí)觸點(diǎn)的邏輯電平是不穩(wěn)定的，如不采取妥善處理的話，將引起按鍵命令錯(cuò)誤或重復(fù)執(zhí)行，在這里采用軟件延時(shí)的方法來避開抖動(dòng)，延時(shí)時(shí)間20ms.1.2軟件設(shè)計(jì)思想

本系統(tǒng)的主程序主要完成時(shí)間顯示和修改時(shí)間的功能。而時(shí)間單元進(jìn)位，時(shí)間設(shè)定時(shí)，調(diào)定時(shí)間設(shè)定時(shí)等功能全部在中斷服務(wù)程序中完成。

1.2.1數(shù)據(jù)與代碼轉(zhuǎn)換

由前述可知，從P2口輸出位選碼，從P0口輸出段選碼，LED就會(huì)顯示出數(shù)字來。但P0口的輸出的數(shù)據(jù)是要BCD碼，各存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)的是二進(jìn)制數(shù)，也就是和要顯示出的字符表達(dá)的含義是不一致的?？梢?，將要顯示的存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)直接送到P0口去驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管顯示是不能正確表達(dá)的，必須在系統(tǒng)內(nèi)部將要顯示的數(shù)據(jù)經(jīng)過BCD碼行轉(zhuǎn)換后，將各個(gè)單元數(shù)據(jù)的段選代碼送入P0口，給CD4511譯碼后去驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示。具體轉(zhuǎn)換過程如下：

我們先將要顯示的數(shù)據(jù)裝入累加器A中，再將A中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成高低兩位 的BCD碼，再放回A中，然后將A中的值輸出。如：有一個(gè)單元存儲(chǔ)了45這樣一位數(shù)，則需轉(zhuǎn)換成四位的BCD碼：（0100）（0101）然后放入A中。A中BCD碼，高位四位代表?4?低四位代表?5?同時(shí)送給兩個(gè)譯碼器中，譯碼后? 45? 字就在兩個(gè)LED中顯示出來。

1.2.2計(jì)時(shí)功能的實(shí)現(xiàn)與中斷服務(wù)程序

時(shí)間的運(yùn)行依靠定時(shí)中斷子程序?qū)r(shí)鐘單元數(shù)值進(jìn)位調(diào)整來實(shí)現(xiàn)的。計(jì)數(shù)器T0打開后，進(jìn)入計(jì)時(shí)，滿100毫秒后，重裝定時(shí)。中斷一次，滿一秒后秒進(jìn)位，滿60秒后即為1分鐘，分鐘單元進(jìn)位，60分到了后，時(shí)單元進(jìn)位。得到時(shí)、分、秒存儲(chǔ)單元的值，并經(jīng)譯碼后，通過掃描程序送LED中顯示出來，實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘計(jì)時(shí)功能。累加是用指令I(lǐng)NC來實(shí)現(xiàn)的。進(jìn)入中斷服務(wù)程序以后，執(zhí)行PUSH PSW和PUSH A將程序狀態(tài)寄存器PSW的內(nèi)容和累加器A中的數(shù)據(jù)保存起來，這便是所謂的? 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)?.以保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)存取關(guān)鍵數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)叫做堆棧。在軟件的控制之下，堆?？稍谄瑑?nèi)RAM中的任一區(qū)間設(shè)定，而堆棧的數(shù)據(jù)存取與一般的RAM存取又有區(qū)別，對(duì)它的操作，要遵循? 后進(jìn)先出? 的原則。

1.2.3時(shí)間控制功能與比較指令

系統(tǒng)的另一功能就是實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行設(shè)備的定時(shí)開關(guān)控制，其主要控制思想是這樣的：先將執(zhí)行設(shè)備開啟的時(shí)間和關(guān)閉時(shí)間置入RAM某一單元，在計(jì)時(shí)主程序當(dāng)中執(zhí)行幾條比較指令，如果當(dāng)前計(jì)時(shí)時(shí)間與執(zhí)行設(shè)備的設(shè)定開啟時(shí)間相等，就執(zhí)行一條CLR指令，將對(duì)應(yīng)的那路P3置為高電位，開啟；如果當(dāng)前計(jì)時(shí)時(shí)間與執(zhí)行設(shè)備設(shè)定的關(guān)閉時(shí)間相等，就執(zhí)行SETB對(duì)應(yīng)的P3置低電位，二極管截止。實(shí)現(xiàn)此控制功能用到的比較指令為CJNE A，#direct，rel，其轉(zhuǎn)移條件是累加器A中的值與立即數(shù)不等則轉(zhuǎn)移。

二 課程設(shè)計(jì)的目的

實(shí)現(xiàn)的功能：

①開機(jī)時(shí)，電子鐘從12：00：00開始自動(dòng)計(jì)時(shí)。②設(shè)置按鍵，能對(duì)時(shí)、分、秒進(jìn)行調(diào)整。

三設(shè)計(jì)方案的論證

3.1電路原理與電路圖 3.1.1電路原理

電路原理圖見圖1，由動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示管組成時(shí)、分、秒的顯示。P0口的8條數(shù)據(jù)線P0.0至P0.7分別與兩個(gè)CD4511譯碼的ABCD口相接，P2口的P2.0至P2.2分別通過電阻R10至R13與VT1至VT3的基極相連接。這樣通過P0口送出一個(gè)存儲(chǔ)單元的高位、低位BCD顯示代碼，通過P2口送出掃描選通代碼輪流點(diǎn)亮LED1至LED6，就會(huì)將要顯示的數(shù)據(jù)在數(shù)碼管中顯示出來。從P0口輸出的代碼是BCD碼，從P2口輸出的就是位選碼。這是掃描顯示原理。

電路原理圖

C130pFU1X119CRYSTAL18XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD*********617S-0S-1S-2S-3S-4S-5S-6S-7C230pFXTAL2R210kR310kR410kR110k9RSTC310uF293031PSENALEEARP1987654321RESPACK-***78P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7AT89C51時(shí)分秒S-7S-6S-5S-4S-3S-2S-1S-001234567

圖 1 電路原理圖

3.2 流程圖與算法描述 3.2.1流程圖

3.3軟件設(shè)計(jì)

SECOND

EQU 30H;MINITE EQU 31H;HOUR

EQU 32H;HOURK

BIT P0.2 MINITEK BIT P0.1 SECONDK BIT P0.0 DISPBUF EQU 40H DISPBIT EQU 48H 流程圖

秒寄存器

分寄存器

時(shí)寄存器 圖

T2SCNTA

EQU 49H

T2SCNTB EQU 4AH TEMP

ORG 00H;

程序執(zhí)行開始EQU 4BH 地址

LJMP

START;

執(zhí)行

ORG

0BH;T0

LJMP

INT_T0;

;主程序

START: MOV

SECOND，#00H;

得單元

MOV

MINITE，#00H

MOV

HOUR，#12

MOV

DISPBIT，#00H

MOV

T2SCNTA，#00H

MOV

T2SCNTB，#00H

MOV

TEMP，#0FEH

LCALL

DISP;

子程序

MOV

TMOD，#01H

MOV

TH0，#(65536-2000)/ 256;

MOV

TL0，#(65536-2000)/ 256

SETB

TR0;

SETB

ET0;

SETB

EA;

WT:

跳轉(zhuǎn)到標(biāo)號(hào)START

中斷程序入口

跳至IN-T0執(zhí)行

清0存放秒分時(shí)值

在2KB范圍內(nèi)長(zhǎng)調(diào)用 顯示2毫秒

允許TO中斷

開啟T0定時(shí)器

總中斷開放

按鍵掃描子程序及校時(shí)調(diào)整

JB

SECONDK, NK1;SECONDK為1（sp1建按下）時(shí)跳到

LCALL

DELY10MS

JB

SECONDK，NK1

INC

SECOND;

對(duì)計(jì)數(shù)器加1

MOV

A，SECOND

CJNE

A，#60, NS60;沒到60秒返回，到60秒清0;判斷計(jì)數(shù)器是否滿59

MOV

SECOND，#00H NS60:

LCALL

DISP

JNB

SECONDK,$;

NK1: JB

MINITEK，NK2;

LCALL

DELY10MS

JB

MINITEK，NK2;

INC

MINITE

MOV

A，MINITE

CJNE

A，#60, NM60

MOV

MINITE，#00H NM60:

LCALL DISP

JNB

MINITEK, $;

NK2:

JB

HOURK，NK3

LCALL

DELY10MS

JB

HOURK，NK3

INC

HOUR

MOV

A, HOUR

CJNE

A, #24，NH24

MOV

HOUR，#00H

不滿60秒就循環(huán)執(zhí)行 分控制鍵按下時(shí)跳轉(zhuǎn)

分控制鍵按下時(shí)跳轉(zhuǎn)

不滿60分就循環(huán)執(zhí)行

NH24:

LCALL

DIS

JNB

HOURK，$;

不滿24小時(shí)就循環(huán)執(zhí)行

NK3 LJMP

WT DELY10MS:;

延時(shí)1毫秒的子程序

MOV D1:

MOV

;顯示子程序

DISP:

;

地址

MOV

ADD

DEC

MOV

MOV

MOV

DIV

MOV

DEC

MOV

MOV

DEC

MOV

MOV

DEC

MOV R6, #10 R7, #248 DJNZ

R7, $ DJNZ

R6, D1 RET

A, #DISPBUF;

A, #8 A R1, A A, HOUR;

B, #10;

AB @R1, A;

R1 A, B @R1, A R1;A, #10 @R1, A R1 A, MINITE;

將得出的時(shí)間存入40H(DISPBUF)之后的將temp中的十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成10進(jìn)制 時(shí)送A

10進(jìn)制/10=10進(jìn)制 累加器送內(nèi)部RAM單元

分送A

MOV B, #10

DIV

AB;

十進(jìn)制調(diào)整

MOV @R1, A

DEC

R1

MOV

A, B

MOV

@R1, A

DEC

R1

MOV

A, #10

MOV

@R1，A

DEC

R1

MOV

A, SECOND;

MOV

B, #10

DIV

AB;

MOV @R1, A

DEC

R1

MOV A, B

MOV @R1, A

DEC

R1

RET INT_T0:;T0

MOV TH0,#(65536-2000)/ 256;

MOV TL0,#(65536-2000)/ 256

MOV A, #0FFH

MOV P3, A

MOV A, #DISPBUF

ADD

A, DISPBIT;

MOV R0, A

MOV A, @R0;

MOV DPTR, #TABLE;

MOVC A，@A+DPTR;

秒送A

十進(jìn)制調(diào)整 TIME子程序 2毫秒 地址加，并將時(shí)間的各位送到p1 取顯示數(shù)據(jù)到A 取段碼表地址

查顯示數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)段碼

中斷服務(wù)子程序，即計(jì)時(shí)

MOV

P1, A;

分十位送P1口顯示

MOV

A, DISPBIT

MOV

DPTR, #TAB;

表地址送數(shù)據(jù)指針

MOVC A，@A+DPTR

MOV

P3, A

INC

DISPBIT

MOV A, DISPBIT

CJNE A, #08H, KNA

MOV

DISPBIT, #00H KNA:

INC

T2SCNTA;

MOV A, T2SCNTA

CJNE

A, #100, DONE

MOV T2SCNTA, #00H

INC T2SCNTB

MOV A, T2SCNTB

CJNE A, #05H, DONE

MOV T2SCNTB，#00H

INC

SECOND;秒加一

MOV A, SECOND;

CJNE A, #60, NEXT;

MOV SECOND, #00H;

INC

MINITE;分加1

MOV A, MINITE;

CJNE A, #60, NEXT;

MOV

MINITE, #00H;

INC

HOUR;

時(shí)加1

MOV A, HOUR

CJNE A, #24, NEXT;

MOV

HOUR, #00H

時(shí)間的增加與進(jìn)位 到60秒了嗎？ 到60秒清0 到60分了嗎？ 到60分清0 到24小時(shí)了嗎？

NEXT:

LCALL

DISP DONE:

RETI TABLE: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,40H TAB:

DB 0FEH,0FDH,0FBH,0F7H,0EFH,0DFH,0BFH,07F

四 系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)由AT89C51、SEG數(shù)碼管、按鍵、電容、晶振、電阻等部分構(gòu)成，能實(shí)現(xiàn)時(shí)間的調(diào)整、時(shí)間校對(duì)、定時(shí)時(shí)間的設(shè)定，輸出等功能。系統(tǒng)的功能選擇由按鍵‘時(shí)’、‘分’、‘秒’、完成。開機(jī)時(shí)，顯示12：00：00的時(shí)間開始計(jì)時(shí)；按鍵P0.0/AD0控制“秒”的調(diào)整，每按一次加1秒；P0.1/AD1控制“分”的調(diào)整，每按一次加1分；P0.2/AD2控制“時(shí)”的調(diào)整，每按一次加1個(gè)小時(shí)；系統(tǒng)的主程序主要完成時(shí)間顯示和定時(shí)輸出判斷功能。而時(shí)間單元進(jìn)位，時(shí)間設(shè)定時(shí)，調(diào)定時(shí)間設(shè)定時(shí)等功能全部在中斷服務(wù)程序中完成。該電子鐘的精確度在仿真軟件中效果良好。

五 心得體會(huì)

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是一門很綜合的課程。任何一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都是一個(gè)復(fù)雜的整體，學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是要涉及到整體的每一部分。討論某一部分原理時(shí)又要涉及到其它部分的工作原理。這樣一來，不僅不能在短時(shí)間內(nèi)較深入理解計(jì)算機(jī)的工作原理，而且也很難孤立地理解某一部分的工作原理。所以，在循序漸進(jìn)的課堂教學(xué)過程中，我總是處于“學(xué)會(huì)了一些新知識(shí)，弄清了一些原來保留的問題，又出現(xiàn)了一些新問題”的循環(huán)中，直到課程結(jié)束時(shí)，才把保留的問題基本搞清楚。

學(xué)習(xí)該門課程知識(shí)時(shí)，其思維方法也和其它課程不同，該課程偏重于工程思維，靈活知識(shí)運(yùn)用，具體地說，在了解了計(jì)算機(jī)編程后，剩下的是如何將它們用于實(shí)際系統(tǒng)中，其創(chuàng)造性勞動(dòng)在于如何用計(jì)算機(jī)的有關(guān)技術(shù)和廠家提供的各種芯片，設(shè)計(jì)實(shí)用的電路和系統(tǒng)，再配上相應(yīng)的應(yīng)用程序，完成各種實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目。

這次課程設(shè)計(jì)較為綜合，主要的困難來自對(duì)程序的編寫和校對(duì)，功夫不負(fù)有心人，經(jīng)過我的虛心求學(xué)和查找資料，最終對(duì)實(shí)驗(yàn)的原理有了較清晰的認(rèn)識(shí)。但是仍然存在很多的不足，今后需要加強(qiáng)的地方還是很多，所以在今后的求學(xué)路上我會(huì)更加努力。望老師批評(píng)改正。

六 參考文獻(xiàn)：

[1]．潘新民，王燕芳編著．微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2003 [2]．何立民．單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編（1）[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1995，6 [3]．劉國(guó)榮，梁景凱．計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與應(yīng)用[M] ．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999，5 [4]．齊維毅，丁言鎂，齊振國(guó)．單片機(jī)原理及應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)[M] ．沈陽(yáng)：遼寧大學(xué)出版社，2006，5 [5]．李華．MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1993，8 [6]．潘新民，王燕芳編著．單片微型計(jì)算機(jī)實(shí)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]．北京：人民郵電出版社，1992

第五篇：?jiǎn)纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì)秒表系統(tǒng)設(shè)計(jì)

單片機(jī)課程設(shè)計(jì)

學(xué)院：信息工程專業(yè)：

——秒表系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一，設(shè)計(jì)目的：

1，熟悉51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，計(jì)數(shù)器，中斷控制器等的用法，來實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的控制應(yīng)用系統(tǒng)。

2，通過簡(jiǎn)單系統(tǒng)的設(shè)計(jì)了解單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)過程及其相應(yīng)的調(diào)試程序過程。

二，設(shè)計(jì)任務(wù)：

實(shí)驗(yàn)通過單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)和計(jì)數(shù)原理，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的計(jì)時(shí)器系統(tǒng)，擁有正確的計(jì)時(shí)、暫停、清零、快加功能，并同時(shí)可以用數(shù)碼管顯示，在現(xiàn)實(shí)生活中應(yīng)用廣泛，具有現(xiàn)實(shí)意義。

三，設(shè)計(jì)題目：

秒表系統(tǒng)設(shè)計(jì)——用AT89C51設(shè)計(jì)一個(gè)2位LED數(shù)碼顯示“秒表”，顯示時(shí)間為00~99秒，每秒自動(dòng)加一。另設(shè)計(jì)一個(gè)“開始”按鍵和一個(gè)“復(fù)位”按鍵。調(diào)用子程序:暫停鍵子程序,計(jì)時(shí)鍵子程序,清0鍵子程序,加一子程序，顯示子程序,定時(shí)子程序，所用特殊寄存器：寄存器A，寄存器C，所用中斷：外部中斷INT0、INT1，定時(shí)器T0、T1

四，設(shè)計(jì)的硬件接線圖：

五，設(shè)計(jì)思路及描述

要求進(jìn)行計(jì)時(shí)并在數(shù)碼管上顯示時(shí)間，則可利用DVCC系列單片機(jī)微機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的芯片8032（芯片的功能類似于芯片AT89C51，其管腳功能也和AT89C51的管腳功能類似）中的P3.2管腳做為外部中斷0的入口地址，并實(shí)現(xiàn)“開始”按鍵的功能；將P3.3做為外部中斷1的入口地址，并實(shí)現(xiàn)“清零”按鍵的功能；將P3.0做為數(shù)據(jù)信號(hào)DATA輸入的入口地址；將P3.1做為時(shí)鐘信號(hào)CLK輸入的入口地址。定時(shí)器T0作為每秒加一的定時(shí)器；定時(shí)器T1作為“快加”鍵的定時(shí)器。其中“開始”按鍵當(dāng)開關(guān)由1撥向0（由上向下?lián)埽r(shí)開始計(jì)時(shí)；“清零”按鍵當(dāng)開關(guān)由1撥向0（由上向下?lián)埽r(shí)數(shù)碼管清零，此時(shí)若再撥“開始”按鍵則又可重新開始計(jì)時(shí)。

六，流程圖

七，程序 源程序： ORG

0000H AJMP

MIAN;主程序入口地址 ORG

0003H

AJMP

ZHONGDUAN0;中斷0入口地址

ORG

000BH

AJMP YANSHI;定時(shí)器T0入口地址

ORG

0013H

AJMP

ZHONGDUAN1;中斷1入口地址

ORG

001BH

AJMP

DINGSHI1;定時(shí)器T1入口地址

ORG

0030H

;主程序

;***********************************************************

MAIN: MOV

TCON,#05H;主程序開始 外部中斷跳變模式

MOV

TMOD,#11H;定時(shí)器0,1模式1 MOV

IE,#8FH;開總中斷,中斷0,1,定時(shí)器0,1 MOV

DPTR,#TAB MOV

R1,#00H MOV

R2,#00h MOV

R3,#40;循環(huán)次數(shù)40 MOV

TL0#2CH;置初值,定時(shí)25MS

MOV

TH0,#0CFH

MOV

TL1#78H;置初值,定時(shí)10MS

MOV

TH1,#0ECH CLR TR0;關(guān)定時(shí)器

CLR

TR1;***********************************************************;暫停鍵K3，快加鍵K4程序

;*********************************************************** HERE:JB P1.0,HERE SHOW:

CLR

TR1 CLR

TR0 ACALL

XIANSHI KUAIJIA

:JB P1.2,KUAIJIA;等待P1.2為0 快加 CLR

TR0 SETB

TR1

HERE 3JNB

P1.2,HERE 3 AJMP

HERE;***********************************************************;外部中斷INT0子程序-----計(jì)時(shí)按鍵K1子程序

;***********************************************************

ZHONGDUAN 0:

SETB TR0;計(jì)時(shí)按鍵 RETI;***********************************************************;外部中斷INT1子程序----復(fù)位按鍵K2子程序

;***********************************************************

ZHONGDUAN 1: CLR TR0;復(fù)位按鍵

CLR

TR1

MOV

12H,#00H

MOV

11H,#00H ACALL

XIANSHI;調(diào)用顯示子程序

MOV

R1,#00H

MOV

R2,#00H RETI;***********************************************************;加一子程序

;***********************************************************

JIA1:

INC

R1;加1子程序

CJNE R1，#0AH ,LOOP;判斷是否到表尾

MOV

R1,#00H INC

R2

CJNE

R2,#0AH,LOOP

MOV

R2,#00H

LOOP: MOV

12H,R1;重新賦值

MOV

11H,R2

RET;***********************************************************;顯示子程序

;*********************************************************** XIANSHI: MOV R7,#02H;2個(gè)數(shù)碼管顯示子程序 MOV R0,#12H LOOP5: MOV R6,#08H;8位2進(jìn)制數(shù) MOV A,@R0 MOVC A,@A+DPTR LOOP6: RLC A;循環(huán)左移 CLR P3.1 MOV P3.0,c SETB P3.1 DJNZ R6,LOOP6 DEC R0 DJNZ R7,LOOP5 RET;***********************************************************;定時(shí)器T0子程序;*********************************************************** YANSHI: MOV Tl0,#2CH;定時(shí)子程序 MOV TH0,#0CFH DJNZ R3,LOOP7 ACALL JIA1;調(diào)用加1子程序 ACALL XIANSHI;調(diào)用顯示子程序 MOV R3,#40 LOOP7: RETI;***********************************************************;定時(shí)器T1子程序

;*********************************************************** DINGSHI1:MOV Tl1,#78H;置初值,定時(shí)10MS MOV TH1,#0ECH CLR TR0 SETB TR1 MOV 12H ,R1 MOV 11H,R2 JNB p1.0,SHOW ACALL JIA1 ACALL XIANSHI LOP7:TETI;*********************************************************** TAB:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH END

八，內(nèi)容提要

利用單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)和記數(shù)的原理，結(jié)合dvcc實(shí)驗(yàn)箱上的集成電路芯片8032、LED數(shù)碼管以及實(shí)驗(yàn)箱上的按鍵來設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)器。將軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來，使得系統(tǒng)能夠正確地進(jìn)行計(jì)時(shí)，數(shù)碼管能夠正確地顯示時(shí)間。其中本設(shè)計(jì)了四個(gè)開關(guān)按鍵：其中一個(gè)按鍵按下去時(shí)以1秒加一開始計(jì)時(shí)，即秒表開始鍵（本實(shí)驗(yàn)中當(dāng)開關(guān)從1變?yōu)?時(shí)開始計(jì)時(shí)），另一個(gè)按鍵按下去時(shí)暫停計(jì)時(shí)，使秒表停留在原先的計(jì)時(shí)（本實(shí)驗(yàn)中當(dāng)相應(yīng)開關(guān)從1變?yōu)?時(shí)即停止計(jì)時(shí)），第三個(gè)按鍵按下去時(shí)清0（本實(shí)驗(yàn)中當(dāng)相應(yīng)開關(guān)從1變?yōu)?時(shí)即停止計(jì)時(shí)），第四按鍵按下去則是以每10ms秒快速加一計(jì)時(shí)（本實(shí)驗(yàn)中當(dāng)開關(guān)從1變?yōu)?時(shí)開始計(jì)時(shí)）。本設(shè)計(jì)中開始時(shí)都要使各按鍵回到各初始位置，即都處于1狀態(tài)。

九，課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)

選擇適當(dāng)?shù)恼n題，不益太簡(jiǎn)單或者太難。做到既能把課題完成又能鍛煉自己的能力！根據(jù)課題要求，復(fù)習(xí)相關(guān)的知識(shí)，查詢相關(guān)的資料。根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件，找到適合的方案，找到需要的元器件及工具，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)。根據(jù)課程設(shè)計(jì)的要求和自己所要增加的功能寫好程序流程圖，在程序流程圖的基礎(chǔ)上，根據(jù)芯片的功能寫出相應(yīng)的程序。然后再進(jìn)行程序調(diào)試和相應(yīng)的修改，以達(dá)到能夠?qū)崿F(xiàn)所要求的功能的目的。還要根據(jù)實(shí)驗(yàn)的實(shí)際情況，添加些額外程序來使系統(tǒng)更加的穩(wěn)定，如開關(guān)的消震蕩（采用延遲）。程序要盡量做到由各個(gè)子程序組成，在有些程序后面最好加注釋，這樣在程序出錯(cuò)的檢查過程中可以更容易查找的到，也更簡(jiǎn)潔，更明白易懂。該設(shè)計(jì)的程序可以參考DVCC系列單片機(jī)微機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中的串并轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)，也可自己根據(jù)自己熟悉的方法來編程。在設(shè)計(jì)控制開關(guān)時(shí)，注意2個(gè)中斷的打開和關(guān)閉的先后順序，否則就會(huì)出錯(cuò)。這次的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)重點(diǎn)是理論與實(shí)際的相結(jié)合。不再只讀書了。該設(shè)計(jì)從頭到尾都要自己參與，熟悉了對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)的過程，更系統(tǒng)的鍛煉了自己。

十、參考文獻(xiàn)

蘇家健等編的《單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)》 高等教育出版社 2004年11月 余錫存等，《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》 西安電子科技大學(xué)出版社 2004

孫涵芳等 《單片機(jī)原理及應(yīng)用》 北京航空航天大學(xué)出版社 1990

吳金戌等 《8051電片機(jī)的實(shí)踐與應(yīng)用》 清華大學(xué)出版社