單片機課程設(shè)計教學大綱(終稿).doc

單片機原理及應(yīng)用課程設(shè)計教學大綱適用專業(yè)： 學 時：一周 學 分：課程編號： 課程類別：專業(yè)課開課單位：編 寫 人：一、課程設(shè)計目的和要求1、設(shè)計目的通過課程設(shè)計，可將所學過的電子技術(shù)、模/數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、傳感器技術(shù)、單片機技術(shù)及智能儀器等知識綜合串聯(lián)起來，通過理論聯(lián)系實際，從題目分析、電路設(shè)計調(diào)試、程序編制調(diào)試到傳感器的標定等這一完整的實驗過程，培養(yǎng)學生正確的設(shè)計思想，使學生充分發(fā)揮主觀能動性，去獨立解決實際問題，以達到提升學生的綜合能力、動手能力、文獻資料查閱能力的作用，從而培養(yǎng)和提高學生的獨立工作能力及解決實際問題的能力，為畢業(yè)設(shè)計和以后的工作打下一個良好的基礎(chǔ)。2、設(shè)計要求a了解并掌握單片機的原理、結(jié)構(gòu)、指令、運行模式、功能模塊及應(yīng)用開發(fā)方法。b提高綜合運用所學的理論知識獨立分析和解決問題的能力。c掌握匯編語言的設(shè)計和調(diào)試。二、課程設(shè)計方式集體輔導(dǎo)與個別輔導(dǎo)相結(jié)合三、課程設(shè)計內(nèi)容1課程設(shè)計課題及要求A類題目：（此類題目主要在“THGMZ-3型單片機微機CPLDFPGA網(wǎng)絡(luò)接口開發(fā)綜合實驗裝置”上完成）題目1：V/F轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計設(shè)計任務(wù)：調(diào)試F/V變換電路設(shè)計要求：1）測量Vin和Fout，畫出V/F線。 2）Fout接入8051的INT0或INT1，編程由單片機完成測量及顯示項目參考資料：見附件1。題目2：F/V轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計設(shè)計任務(wù)：調(diào)試F/V變換電路設(shè)計要求：1）測量Fin和Vout，畫出F/V線。2）Fin接單片機I/O口，編程由單片機產(chǎn)生頻率信號。參考資料：見附件1。題目3：直流電機轉(zhuǎn)速控制設(shè)計任務(wù)：使用單片機驅(qū)動直流電機，控制直流電機穩(wěn)定運行在一個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。設(shè)計要求：直流電機順時針旋轉(zhuǎn)，若干秒后，直流電機轉(zhuǎn)速達到運行速度1，穩(wěn)定運行一段時間后，直流電機轉(zhuǎn)速調(diào)整達到運行速度2，穩(wěn)定運行一段時間后，直流電機停轉(zhuǎn)。參考資料：見附件2。題目4：直流電機測速與顯示設(shè)計任務(wù)：測量直流電機的轉(zhuǎn)速并在數(shù)碼顯示電機轉(zhuǎn)速。設(shè)計要求：直流可調(diào)電源模塊的輸出端，作為直流電機的控制電壓，直流電機順時針旋轉(zhuǎn),用數(shù)碼管顯示電機轉(zhuǎn)速（單位為轉(zhuǎn)/秒）。參考資料：見附件2。題目5：步進電機轉(zhuǎn)速控制設(shè)計任務(wù)：使用單片機驅(qū)動步進電機，控制步進電機單拍、雙拍、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等操作。設(shè)計要求：由開關(guān)按鍵控制步進電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、快轉(zhuǎn)、慢轉(zhuǎn)。參考資料：見附件3。題目6：步進電機轉(zhuǎn)速計算與顯示設(shè)計任務(wù)：使用單片機驅(qū)動步進電機，計算步進電機的轉(zhuǎn)速并在數(shù)碼顯示電機轉(zhuǎn)速。設(shè)計要求：用數(shù)碼管實時顯示當前電機正反轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速（單位為轉(zhuǎn)/秒）。參考資料：見附件3。題目7：溫度的測量與顯示設(shè)計任務(wù)：使用單片機測量溫度，并顯示測得溫度。設(shè)計要求：根據(jù)系統(tǒng)提供的溫度傳感器電路、加熱電路、散熱電路，首先使用單片機控制加熱電路將溫度升至某一溫度值A(chǔ)，并在數(shù)碼管實時顯示測得逐漸升高的溫度；然后停止加熱，在數(shù)碼管實時顯示測得的逐漸降低的溫度值。參考資料：見附件4。題目8：紅外數(shù)據(jù)發(fā)送與接收模塊設(shè)計設(shè)計任務(wù)：調(diào)試紅外數(shù)據(jù)收發(fā)的電路，單片機一方面從發(fā)送端發(fā)出數(shù)據(jù)，一方面從接收端接收數(shù)據(jù)。設(shè)計要求：單片機的串行口作為紅外數(shù)據(jù)發(fā)送端的輸入，先發(fā)送兩個字符，然后接收端接收數(shù)據(jù)，在數(shù)碼管上顯示接收的二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)，并比較收到的數(shù)據(jù)與發(fā)送的是否一致。參考資料：見附件5。題目9: 485通信模塊設(shè)計設(shè)計任務(wù)：調(diào)試485通信模塊電路，單片機利用此電路完成雙機通信。設(shè)計要求：單片機利用系統(tǒng)提供的485接口電路，實現(xiàn)兩臺實驗機數(shù)據(jù)通信。從甲機的八位邏輯電平輸出模塊（E4區(qū)）輸入一個八位二進制數(shù)，此二進制數(shù)對應(yīng)的十六進制數(shù)顯示到乙機的數(shù)碼管上，如10100101B輸入，則顯示A5。參考資料：見附件6。題目10：I2C串行EEPROM讀寫模塊設(shè)計設(shè)計任務(wù)：單片機利用I2C總線方式讀寫串行EEPROM 24C0X。設(shè)計要求：當開關(guān)1閉合時，單片機利用I2C總線方式將某一字符寫入EEPROM，當開關(guān)2閉合時，單片機利用I2C總線方式將EEPROM的剛剛寫入的數(shù)據(jù)在數(shù)碼管上顯示出來。參考資料：見附件7。B類題目：（此類題目要求自制電路，并且設(shè)計前提交自制電路的元器件清單，選擇器件參考附件8，設(shè)計答辯時提交硬件電路作品。）題目11：秒鐘計時器設(shè)計設(shè)計任務(wù)：使用單片機進行定時，每1秒鐘發(fā)光二極管閃動1次，同時在數(shù)碼管上顯示當前秒數(shù)，每60秒數(shù)碼管清零1次，同時蜂鳴器響鈴提示。題目12：自動計數(shù)器設(shè)計設(shè)計任務(wù)：使用單片機進行計數(shù)，觸動開關(guān)每按下1次，發(fā)光二極管閃動1次作為提示，并且在數(shù)碼管上顯示當前按下次數(shù)，另一個觸動開關(guān)用來對自動計數(shù)器清零，同時蜂鳴器響鈴提示。題目13：霓虹燈設(shè)計設(shè)計任務(wù)：使用24個發(fā)光二極管組成3*8點陣，單片機擴展8255并行接口來控制這個點陣發(fā)光，呈現(xiàn)霓虹燈效果。題目14：多機通信設(shè)計設(shè)計任務(wù)：4個單片機，一個主單片機和三個從單片機，它們之間通過各自的uart串行口組成多機通信的總線型拓撲。在主機一側(cè)通過觸動開關(guān)選擇從機地址號如：1,2,3等，被選中的從機一側(cè)，發(fā)光二極管，點亮提示，表示通信成功。題目15：液晶顯示界面設(shè)計設(shè)計任務(wù)：使用單片機控制液晶屏LCD 128*64 顯示字符，內(nèi)容如下：課程設(shè)計制作人：XXXX2011.5.30題目16：與PC機串行通信設(shè)計任務(wù)：使用51最小系統(tǒng)板套件，完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，即在pc機上通過串行助手將數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機，然后單片機將收到的數(shù)據(jù)返回給PC機，在串行助手軟件上顯示出來。參考資料：/item.htm?id=60280922462人員組織： 請?zhí)顚憽案郊藛T組織”！3具體實施實習進程星期一準備工作:l 確定人員安排；l 了解具體功能，編寫計劃；l 查閱資料。星期二編制程序：l 確定算法；l 確定知識點星期三編制、測試、調(diào)試程序。星期四編制、測試、調(diào)試程序。星期五上交課程設(shè)計報告及硬件、軟件成果。四、課程設(shè)計時間、地點與學分1、時間與學分：第一學期，共1 周； 學分2、地 點：E樓單片機及組成原理實驗室、電子電工實訓實驗室五、課程設(shè)計考核辦法與成績評定課程設(shè)計結(jié)束時，要求學生寫出課程設(shè)計報告，硬件電路按設(shè)計要求調(diào)試；軟件調(diào)試通過，完成相應(yīng)功能，根據(jù)設(shè)計性能考慮的完善程度進行成績評定。課程設(shè)計成績分兩部分，設(shè)計報告占20%，設(shè)計作品占80%。六、教材及教學參考書單片機原理及應(yīng)用， 張毅剛，高等教育出版社。單片機教程，蔡惟錚編，東北大學出版社。七、本大綱在執(zhí)行中注意的事項課程設(shè)計不僅僅要求學生完成所規(guī)定的題目要求，同時還要培養(yǎng)學生養(yǎng)成良好的科學態(tài)度和嚴謹?shù)脑O(shè)計習慣。建議學生在課程設(shè)計時完成如下文檔資料：（1）設(shè)計思想和設(shè)計說明 （2）硬件原理框圖（3）硬件原理圖與其軟件配合介紹（4）程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的單元分配（5）程序流程圖（6）源程序清單（7）芯片資料附件人員組織：小組編號組長組員題目編號題目名稱第1組第2組第3組第4組第5組第6組第7組第8組第9組第10組第11組第12組第13組附件1在一些工業(yè)控制場合，信號獲取的地方距離控制器比較遠，或者被控制對象離處理器比較遠，這樣就需要進行信號傳輸，電壓信號在傳輸?shù)倪^程中非常容易受到干擾。一般要轉(zhuǎn)換成電流或頻率信號來傳輸，提高系統(tǒng)抗干擾能力。F/V和V/F變換電路由LM331組成。LM331芯片可以提供V/F、F/V功能。LM331與LM231具有一樣的功能，該類器件非常適合于低成本的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換。在經(jīng)過F/V變換后，可以用另一片LM331進行F/V轉(zhuǎn)換，在A/D就可以得到數(shù)字量，而對于80C51,則可以直接利用T1,T0端口，進行頻率或周期的測量而的得到數(shù)字量。另外經(jīng)過V/F變換后，也便于使用光電耦離器件進行隔離。因為直接的電壓量一般不能進行光電隔離的。芯片特點： 1、保證最大0.01的線性度 2、雙電源或單電源供電 3、脈沖輸出兼容所有邏輯。 4、溫度穩(wěn)定性最大 500ppm/oc 5、低功耗。典型為5V，15mW 6、很寬的動態(tài)特性10KHz，最小100dB 7、很寬的頻率范圍1Hz到100KHz管腳定義如下表：管腳號管腳名功能8Vs電源，一般為12V4GND電源地1CURRENT OUTPUT電流輸出2REFERENCE CURRENT參考電流3FREQUENCY OUTPUT頻率輸出7COMPARTOR INPUT比較器輸入6TYHRESHOLD保持門限5R/CR/C常數(shù)典型應(yīng)用如圖所示1簡單V/F變換計算公式：2簡單F/V變換。計算公式：圖28-1 F/V轉(zhuǎn)換電路本實驗使用直流可調(diào)電源模塊（E2區(qū)）、F/V轉(zhuǎn)換模塊（D3區(qū)）、V/F轉(zhuǎn)換模塊（D4區(qū)）。F/V轉(zhuǎn)換電路原理參見圖28-1，V/F轉(zhuǎn)換電路原理參見圖28-2。圖28-2 V/F轉(zhuǎn)換電路原理附件2：使用柵格圓盤和光電門組成測速系統(tǒng)。當直流電機通過傳動部分帶動柵格圓盤旋轉(zhuǎn)時，測速光電門獲得一系列脈沖信號。這些脈沖信號通過單片機兩個定時/計數(shù)器配合使用同，一個計數(shù)，一個定時。計算出單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)m，經(jīng)過單位換算，就可以算得直流電機旋轉(zhuǎn)的速度。直流電機轉(zhuǎn)速計算公式：n=60m/(N1TN)(rpm)其中：n為直流電機轉(zhuǎn)速，N為柵格數(shù)，N1為T0中斷次數(shù)，m為計數(shù)器T1在規(guī)定時間內(nèi)測得的脈沖數(shù)，T為定時器T0定時器溢出時間。使用系統(tǒng)提供的顯示電路，可把電機的轉(zhuǎn)速顯示出來。直流電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)：某些場合往往要求直流電機的轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)，例如，電車、機床等，調(diào)節(jié)范圍根據(jù)負載的要求而定。調(diào)速可以有三種方法：（1）改變電機兩端電壓；（2）改變磁通；（3）在電樞回路中，串聯(lián)調(diào)節(jié)電阻。本實驗采用第一種方法：通過改變施加于電機兩端的電壓大小達到調(diào)節(jié)直流電機轉(zhuǎn)速的目的。本實驗用DAC0832D/A轉(zhuǎn)換輸出控制直流電機兩端電壓。程序中直流電機初始速度較大（大約40轉(zhuǎn)/秒），設(shè)運行速度設(shè)置為2000轉(zhuǎn)/分，經(jīng)過若干秒后，直流電機轉(zhuǎn)速慢慢下降到運行速度，以設(shè)定的速度運行。本實驗需要用到CPU模塊（F3區(qū)）、直流電機模塊（A6區(qū)）、并行數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊（D8區(qū)）、8279顯示模塊（F4區(qū)）。直流電機電路原理參見圖31-1A、圖31-1B。圖31-1A 直流電機電路圖31-1B 光電測速電路附件3：1步進電動機有三線式、五線式、六線式三種，但其控制方式均相同，必須以脈沖電流來驅(qū)動。若每旋轉(zhuǎn)一圈以20個勵磁信號來計算，則每個勵磁信號前進18度，其旋轉(zhuǎn)角度與脈沖數(shù)成正比，正、反轉(zhuǎn)可由脈沖順序來控制。 2步進電動機的勵磁方式可分為全部勵磁及半步勵磁，其中全步勵磁又有1相勵磁及2相勵磁之分，而半步勵磁又稱1-2相勵磁。圖為步進電動機的控制等效電路，適應(yīng)控制A、B、/A、/B的勵磁信號，即可控制步進電動機的轉(zhuǎn)動。每輸出一個脈沖信號，步進電動機只走一步。因此，依序不斷送出脈沖信號，即可步進電動機連續(xù)轉(zhuǎn)動。a1相勵磁法：在每一瞬間只有一個線圈導(dǎo)通。消耗電力小，精確度良好，但轉(zhuǎn)矩小，振動較大，每送一勵磁信號可走18度。若欲以1相勵磁法控制步進電動機正轉(zhuǎn)，其勵磁順序如圖所示。若勵磁信號反向傳送，則步進電動機反轉(zhuǎn)。 勵磁順序： ABCDA STEP AB CD11 0 0 0 201 0 0 300 1 0 40 0 0 1 b2相勵磁法：在每一瞬間會有二個線圈同時導(dǎo)通。因其轉(zhuǎn)矩大，振動小，故為目前使用最多的勵磁方式，每送一勵磁信號可走18度。若以2相勵磁法控制步進電動機正轉(zhuǎn)，其勵磁順序如圖所示。若勵磁信號反向傳送，則步進電動機反轉(zhuǎn)。 勵磁順序： ABBCCDDAAB STEP AB CD11 1 0 0 201 1 0 300 1 1 41 0 0 1 c1-2相勵磁法：為1相與2相輪流交替導(dǎo)通。因分辨率提高，且運轉(zhuǎn)平滑，每送一勵磁信號可走9度，故亦廣泛被采用。若以1相勵磁法控制步進電動機正轉(zhuǎn)，其勵磁順序如圖所示。若勵磁信號反向傳送，則步進電動機反轉(zhuǎn)。 勵磁順序： AABBBCCCDDDAA STEP ABCD11000211003001040110500106001170001810013電動機的負載轉(zhuǎn)矩與速度成反比，速度愈快負載轉(zhuǎn)矩愈小，當速度快至其極限時，步進電動機即不再運轉(zhuǎn)。所以在每走一步后，程序必須延時一段時間。4本實驗需要用到CPU模塊（F3區(qū)）和步進電機模塊（A7區(qū)）。步進電機電路原理參見圖32-1。圖32-1 步進電機電路附件4：系統(tǒng)使用集成電路溫度傳感器AD590作為測溫器，AD590是AD公司生產(chǎn)的一種精度和線性度較好的雙端集成溫度傳感器，其輸出電流與絕對溫度有關(guān)，對于電源電壓從5-10V變化只引起1A最大電流的變化或1攝氏度等效誤差。圖33-1 溫度傳感部分圖33-1給出了用于獲得正比于絕對溫度的輸出電流的基本溫度敏感電路，當溫度有了10的變化時輸出電壓變化為20mV，即該電路運放6腳電壓隨溫度變化為2Mv/。AD590將溫度變化量轉(zhuǎn)換成電壓值變化量，經(jīng)過OP07一級跟隨后輸入到電壓放大電路，放大后的信號輸入到A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，利用CPU采集并存儲采集到的數(shù)據(jù)。將溫度傳感器輸出的小信號跟隨放大45倍左右后，送至8位A/D轉(zhuǎn)換器換成數(shù)字量。設(shè)定溫度為0攝氏度時變換放大電路送出的模擬量為0V，此時A/D輸出的數(shù)字量為00H；溫度為67攝氏度時變換放大電路送出4.98V電壓，此時A/D輸出的數(shù)字量為FFH，即每0.3攝氏度對應(yīng)1LSB變化量。當溫度超過報警溫度報警67攝氏度，此時，輸出電壓約為5.0V左右。通過電壓比較器接通硬件報警電路報警。輸入A/D的模擬信號有過壓保護，不會損壞A/D轉(zhuǎn)換器。在實驗平臺硬件中，已有安全設(shè)計，即加熱溫度不會超過80。系統(tǒng)出廠時已依據(jù)標準調(diào)整好了放大器的增益和零位。應(yīng)注意：由于熱慣性的影響及溫度計顯示的滯后因素，若要精確觀察某溫度點的測量值，在加熱到觀察溫度點后，應(yīng)停止加熱，等待溫度計示值穩(wěn)定后，再觀察記錄結(jié)果。若選區(qū)觀察點溫度較高，還應(yīng)相應(yīng)延長等待時間。需要說明的是，由于溫度計和溫度采樣芯片AD590的采樣點不同，理論計算值同顯示略有偏差。本實驗需要用到CPU模塊（F3區(qū)）和溫度測量與控制模塊（A5區(qū)）、并行模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊（D7區(qū)）、8279顯示模塊（F4區(qū)）。溫度測量與控制電路原理參見圖33-2。圖33-2 溫度測量與控制電路附件5：在很多單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，常常利用非電信號（如光信號、超聲波信號等）傳送控制信息和數(shù)據(jù)信息，以實現(xiàn)遙控或遙測的功能。紅外通信具有控制簡單、實施方便、傳輸可靠性高的特點，是一種較為常用的通信方式。實現(xiàn)單片機系統(tǒng)紅外通信的關(guān)鍵在于紅外接口電路的設(shè)計以及接口驅(qū)動程序的設(shè)計。1紅外通信的基本原理紅外通信是利用950nm近紅外波段的紅外線作為傳遞信息的媒體，即通信信道。發(fā)送端采用脈時調(diào)制（PPM）方式，將二進制數(shù)字信號調(diào)制成某一頻率的脈沖序列，并驅(qū)動紅外發(fā)射管以光脈沖的形式發(fā)送出去；接收端將接收到的光脈轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)過放大、濾波等處理后送給解調(diào)電路進行解調(diào)，還原為二進制數(shù)字信號后輸出。2紅外發(fā)送器紅外發(fā)送器電路包括脈沖振蕩器、驅(qū)動管Q1和Q2、紅外發(fā)射管Q3等部分。其中脈沖振蕩器由2206組成，用以產(chǎn)生38kHz的脈沖序列作為載波信號；紅外發(fā)射管Q3用來向外發(fā)射950nm的紅外光束。紅外發(fā)送器的工作原理為：串行數(shù)據(jù)由單片機的串行輸出端DATA送出并驅(qū)動Q1管，數(shù)位“0”使Q1管導(dǎo)通，通過Q2管調(diào)制成38kHz的載波信號，并利用紅外發(fā)射管Q3以光脈沖的形式向外發(fā)送。數(shù)位“1”使Q1管截止，紅外發(fā)射管Q3不發(fā)射紅外光。若傳送的波特率設(shè)為1200bps，則每個數(shù)位“0”對應(yīng)32個載波脈沖調(diào)制信號的時序，如圖34-1所示。圖34-1 調(diào)制信號時序圖3紅外接收器紅外接收電路選用專用紅外接收模塊。該接收模塊是一個三端元件，使用單電源+5V電源，具有功耗低、抗干擾能力強、輸入靈敏度高、對其它波長（950nm以外）的紅外光不敏感的特點，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖34-2所示。如圖34-2 紅外接收模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖接收模塊的工作原理為：首先，通過紅外光敏元件將接收到的載波頻率為38kHz的脈沖調(diào)制紅外光信號轉(zhuǎn)化為電信號，再由前置放大器和自動增益控制電路進行放大處理。然后，通過帶通濾波器和進行濾波，濾波后的信號由解調(diào)電路進行解調(diào)。最后，由輸出級電路進行反向放大輸出。為保證紅外接收模塊接收的準確性，要求發(fā)送端載波信號的頻率應(yīng)盡可能接近38kHz，因此在設(shè)計脈沖振蕩器時，要選用精密元件并保證電源電壓穩(wěn)定。再有，發(fā)送的數(shù)位“0”至少要對應(yīng)14個載波脈沖，這就要求傳送的波特率不能超過2400bps。4本實驗需要用到CPU模塊（F3區(qū)）和紅外收發(fā)模塊（A3區(qū)）、函數(shù)信號發(fā)生器模塊（A2區(qū)）、計數(shù)器/頻率計模塊（A4區(qū)），紅外收發(fā)電路原理參見圖34-3。圖34-3 紅外收發(fā)電路附件6：RS-485接口具有較強的抗干擾性，數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x較遠，在一些應(yīng)用中常常需要把RS-232標準的信號轉(zhuǎn)換為RS-485的標準信號進傳輸。圖中所示電路允許數(shù)據(jù)在RS-232/RS-485這兩個不兼容的串行數(shù)據(jù)接口間傳遞。傳輸速度為480波特時，傳輸距離可達1750米。圖中雙RS-232收發(fā)器IC1將主機(PC)輸出的RS-232電平轉(zhuǎn)換為TTL電平，驅(qū)動高速RS-485收發(fā)器IC2 的輸入，倒相器使IC2、IC3在受到起始位時被激活。開始工作時，主機發(fā)送數(shù)據(jù)給相應(yīng)的遠端單元（從機），數(shù)據(jù)格式以零電平為起始位，起始位后跟隨一個字節(jié)的地址和一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，激活相應(yīng)的從機。被激活的從機應(yīng)答兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)，然后置于接收模式，等待下一序列。因為只有主機對發(fā)送器作初始化，從機只在被激活后應(yīng)答，所以傳輸線上不可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)沖突。當從機處于接收模式（RE=DE=0），Va-Vb200mV時,輸出Ro=1。 發(fā)送器通常為關(guān)閉狀態(tài)，只有當接收到一個零起始位后處于發(fā)送模式。主機必須與從機采用同一地為參考點，為保證靜態(tài)條件下Va-Vb 200mV ，避免在RS-485芯片上附加額外的上拉電阻和下拉電阻，MAX485 提供了一個失效保護功能，可保證在-50mV至+200mV較窄的門限范圍內(nèi)輸出Ro=1。本實驗需要用到CPU模塊（F3區(qū)）和232/485接口模塊（B1區(qū)），485接口電路原理參見圖35-1。圖35-1 485接口電路附件7：1串行EEPROM（24C02）接口方法 在新一代單片機中，無論總線型還是非總線型單片機，為了簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的可靠性，都推出了芯片間的串行數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，設(shè)置了芯片間的串行傳輸接口或串行總線。串行總線擴展接線靈活，極易形成用戶的模塊化結(jié)構(gòu)，同時將大大簡化其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。串行器件不僅占用很少的資源和I/O線，而且體積大大縮小，同時還具有工作電壓寬，抗干擾能力強，功耗低，資料不宜丟失和支持在線編程等特點。目前，各式各樣的串行接口器件層出不窮，如：串行EEPROM，串行ADC/DAC，串行時鐘芯片，串行數(shù)字電位器，串行微處理器監(jiān)控芯片，串行溫度傳感器等等。 串行EEPROM是在各種串行器件應(yīng)用中使用較頻繁的器件，和并行EEPROM相比，串行EEPROM的資料傳送的速度較低，但是其體積較小，容量小，所含的引腳也較少。所以，它特別適合于需要存放非揮發(fā)資料，要求速度不高，引腳少的單片機的應(yīng)用。2串行EEPROM及其工作原理 串行EEPROM中，較為典型的有ATMEL公司的AT24CXX系列以及該公司生產(chǎn)的AT93CXX系列，較為著名的半導(dǎo)體廠家，包括Microchip，國家半導(dǎo)體廠家等，都有AT93CXX系列EEPROM產(chǎn)品。 AT24CXX系列的串行電可改寫及可編程只讀存儲器EEPROM有10種型號，其中典型的型號有AT24C01A/02/04/08/16等5種，它們的存儲容量分別是1024/2048/4096/8192/16384位，也就是128/256/512/1 024/2048字節(jié)。這個系列一般用于低電壓，低功耗的工業(yè)和商業(yè)用途，并且可以組成優(yōu)化的系統(tǒng)。信息存取采用2線串行接口。這里我們就24C02的結(jié)構(gòu)特點，其它系列比較類似。 3結(jié)構(gòu)原理及引腳 AT24C02有地址線A0A2，串行資料引腳SDA，串行時鐘輸入引腳SCL，寫保護引腳WP等引腳。很明顯，其引腳較少，對組成的應(yīng)用系統(tǒng)可以減少布線，提高可靠性。 各引腳的功能和意義如下： VCC引腳，電源+5V。 GND引腳，地線。 SCL引腳，串行時鐘輸入端。在時鐘的正跳沿即上升沿時把資料寫入EEPROM；在時鐘的負跳沿即下降沿時把資料從EEPROM中讀出來。 SDA引腳，串行資料I/O端，用于輸入和輸出串行資料。這個引腳是漏極開路的埠，故可以組成“線或”結(jié)構(gòu)。 A0,A1,A2引腳，是芯片地址引腳。在型號不同時意義有些不同，但都要接固定電平。 WP引腳，寫保護端。這個端提供了硬件數(shù)據(jù)保護。當把WP接地時，允許芯片執(zhí)行一般讀寫操作；當把WP接VCC時，則對芯片實施寫保護。4內(nèi)存的組織及運行 內(nèi)存的組織：對于不同的型號，內(nèi)存的組織不一樣，其關(guān)鍵原因在于內(nèi)存容量存在差異。對于AT24CXX系列的EEPROM，其典型型號的內(nèi)存組織如下。 AT24C01A:內(nèi)部含有128個字節(jié)，故需要7位地址對其內(nèi)部字節(jié)進行尋址 AT24C02:內(nèi)部含有256個字節(jié)， 故需要8位地址對其內(nèi)部字節(jié)進行讀寫。5運行方式起始狀態(tài)：當SCL為高電平時，SDA由高電平變到低電平則處于起始狀態(tài)。起始狀態(tài)應(yīng)處于任何其它命令之前。 停止狀態(tài)：當SCL處于高電平時，SDA從低電平變到高電平則處于停止狀態(tài)。在執(zhí)行完讀序列信號之后，停止命令將把EEPROM置于低功耗的備用方式(Standby Mode). 應(yīng)答信號：應(yīng)答信號是由接受資料的器件發(fā)出的。當EEPROM接受完一個寫入資料之后，會在SDA上發(fā)一個”0”應(yīng)答信號。反之，當單片機接受完來自EEPROM的資料后，單片機也應(yīng)向SDA發(fā)ACK信號。ACK信號在第9個時鐘周期時出現(xiàn)。 備用方式(Standby Mode)：AT24C01A/02/04/08/16都具有備用方式，以保證在沒有讀寫操作時芯片處于低功耗狀態(tài)。在下面兩種情況中，EEPROM都會進入備用方式：第一，芯片通電的時候；第二，在接到停止位和完成了任何內(nèi)部操作之后。 AT24C01等5種典型的EEPROM在進入起始狀態(tài)之后，需要一個8位的“器件地址字”去啟動內(nèi)存進行讀或?qū)懖僮?。在寫操作中，它們有“字?jié)寫”，“頁面寫”兩種不同的寫入方法。在讀操作中，有“現(xiàn)行地址讀”，隨機讀和“順序讀”種各具特點的讀出方法。下面分別介紹器件尋址，寫操作和讀操作。 器件尋址：所謂器件尋址(Device Addressing)就是用一個8位的器件地址字(Device Address Word)去選擇內(nèi)存芯片。在邏輯電路中的AT24CXX系列的5種芯片種，即AT24C01A/02/04/08/16中，如果和器件地址字相比較結(jié)果一致，則讀芯片被選中。下面對器件尋址的過程和意義加以說明。 芯片的操作地址 D7D6D5D4D3D2D1D01010A2A1A0R/W 用于內(nèi)存EEPROM芯片尋址的器件地址字如圖所示。它有4種方式，分別對應(yīng)于1K/2K,4K,8K和16K位的EEPROM芯片。 從圖中看出：器件地址字含有3個部分。第一部分是高4位，它們稱為EEPROM AT24C01A/02/04/08/16的標識第二部分稱為硬布線地址，它們是標識后的3位。第三部分是最低位，它是讀/寫操作選擇位。 第一部分：器件標識，器件地址字的最高4位。這4位的內(nèi)容恒為”1010”，用于標識EEPROM器件AT24C01A/02/04/08/16。 第二部分：硬布線地址，是與器件地址字的最高4位相接的低3位。硬布線地址的3位有2種符號：Ai(i=02),Pj(j=02)其中Ai表示外部硬布線地址位。 對于AT24C10A/02這兩種1K/2K位的EEPROM芯片，硬布線地址為“A2,A1,A0”。在應(yīng)用時，“A2,A1,A0”的內(nèi)容必須和EEPROM芯片的A2,A1,A0的硬布線情況，即邏輯連接情況相比較，如果一樣，則芯片被選中；否則，不選中。AT24C01/02:真正地址=字地址。 第三部分：讀/寫選擇位，器件地址字的最低位，并用R/W表示。當R/W=1時，執(zhí)行讀操作；當R/W=0時，執(zhí)行寫操作。 當EEPROM芯片被選中時，則輸出“0”；如果EEPROM芯片沒有被選中，則它回到備用方式。被選中的芯片。其以后的輸入，輸出情況視寫入和讀出的內(nèi)容而定。 寫操作：AT24C01A/02/04/08/16這5種EEPROM芯片的寫操作有2種：一種是字節(jié)寫，另一種是頁面寫。 字節(jié)寫： 這種寫方式只執(zhí)行1個字節(jié)的寫入。字節(jié)寫的過程如圖所示，其寫入過程分外部寫和內(nèi)部寫兩部分，分別說明如下。 在起始狀態(tài)中，首先寫入8位的器件地址。則EEPROM芯片會產(chǎn)生一個“0”信號ACK輸出作為應(yīng)答；接著，寫入8位的字地址，在接受了字地址之后，EEPROM芯片又產(chǎn)生一個“0”應(yīng)答信號ACK；隨后，寫入8位資料，在接受了資料之后，芯片又產(chǎn)生一個“0”信號ACK作為應(yīng)答。到此為止，完成了一個字節(jié)寫過程，故應(yīng)在SDA端產(chǎn)生一個停止狀態(tài)，這是外部寫過程。 在這個過程中，控制EEPROM的單片機應(yīng)在EEPROM的SCL，SDA端送入恰當?shù)男盘枴．斎辉谝粋€字節(jié)寫過程結(jié)束時，單片機應(yīng)以停止狀態(tài)結(jié)束寫過程。在這時，EEPROM進入內(nèi)部定時的寫周期，以便把接受的數(shù)據(jù)寫入到存儲單元中。在EEPROM的內(nèi)部寫周期中，其所有輸入被屏蔽，同時不響應(yīng)外部信號直到寫周期完成。這是內(nèi)部寫過程。內(nèi)部寫過程大約需要10ms時間。內(nèi)部寫過程處于停止狀態(tài)與下一次起始狀態(tài)之間。頁面寫： 這種寫入方式執(zhí)行含若干字節(jié)的1個頁面的寫入。對于AT24C01A/02，它們的1個頁面含8個字節(jié)；頁面寫的開頭部分和字節(jié)寫一樣。在起始狀態(tài)，首先寫入8位器件地址；待EEPROM答當了“0”信號ACK之后，寫入8位字地址；又待芯片應(yīng)答了“0”信號ACK之后，寫入8位資料。 隨后頁面寫的過程則和字節(jié)寫有區(qū)別。 當芯片接受了第一個8位資料并產(chǎn)生應(yīng)答信號ACK之后，單片機可以連續(xù)向EEPROM芯片發(fā)送共為1頁面的資料。對于AT24C01A/02，可發(fā)送共1個頁面的8個字節(jié)（連第一個8位資料在內(nèi)）。對于AT24C04/08/16，則共可發(fā)送1個頁面共16個字節(jié)（連第一個8位資料在內(nèi)）。當然，每發(fā)一個字節(jié)都要等待芯片的應(yīng)答信號ACK。 之所以可以連續(xù)向芯片發(fā)送1個頁面資料，是因為字地址的低34位在EEPROM芯片內(nèi)部可實現(xiàn)加1，字地址的高位不變，用于保持頁面的行地址。頁面寫和字節(jié)寫兩者一樣可，都分為外部寫和內(nèi)部寫過程。 應(yīng)答查詢：應(yīng)答查詢是單片機對EEPROM各種狀態(tài)的一種檢測。單片機查詢到EEPROM有應(yīng)答“0”信號ACK輸出，則說明其內(nèi)部定時寫的周期結(jié)束，可以寫入新的內(nèi)容。單片機是通過發(fā)送起始狀態(tài)及器件地址進行應(yīng)答查詢的。由于器件地址可以選擇芯片，則檢測芯片送出到SDA的狀態(tài)就可以知道其是否有應(yīng)答了。 讀操作：讀操作的啟動是和寫操作類同的。它一樣需要圖所示的器件地址字。和寫操縱不同的就是信號為時執(zhí)行讀操作。 讀操縱有3種方式，即現(xiàn)行地址讀，隨機讀和順序讀。下面分別說明它們的工作過程。 現(xiàn)行地址讀： 在上次讀或?qū)懖倏v完成之后。芯片內(nèi)部字地址計數(shù)器會加1，產(chǎn)生現(xiàn)行地址。只要沒有再執(zhí)行讀或?qū)懖僮?，這個現(xiàn)行地址就會在EEPROM芯片保持接電的期間一直保存。一旦器件地址選中EEPROM芯片，并且有R/W=1，則在芯片的應(yīng)答信號ACK之后把讀出的現(xiàn)行地址的資料送出?，F(xiàn)行地址的資料輸出時，就由單片機一位一位接受，接收后單片機不用向EEPROM發(fā)應(yīng)答信號ACK“0”電平，但應(yīng)保證發(fā)出停止狀態(tài)的信號以結(jié)束現(xiàn)行地址讀操作?，F(xiàn)行地址讀會產(chǎn)生地址循環(huán)覆蓋現(xiàn)象，但和寫操縱的循環(huán)覆蓋不同。在寫操縱中，地址的循環(huán)覆蓋是現(xiàn)行頁面的最后一個字節(jié)寫入之后，再行寫入則覆蓋同一頁面的第一個字節(jié)。而在現(xiàn)行地址讀操縱中，地址的循環(huán)覆蓋是在最后頁面的最后一個字節(jié)讀出之后，再行讀出才覆蓋第一個頁面的第一個字節(jié)。 隨機讀： 隨機讀和現(xiàn)行地址讀的最大區(qū)別在于隨機讀會執(zhí)行一個偽寫入過程以把字地址裝入EEPROM芯片中，然后執(zhí)行讀出，顯然，隨機讀有2個步驟。 第一，執(zhí)行偽寫入把字地址送入EEPROM，以選擇需讀的字節(jié)。 第二，執(zhí)行讀出根據(jù)字地址讀出對應(yīng)內(nèi)容。 當EEPROM芯片接收了器件地址及字地址時，在芯片產(chǎn)生應(yīng)答信號ACK之后，單片機必須再產(chǎn)生一個起始狀態(tài)，執(zhí)行現(xiàn)行地址讀，這時單片機再發(fā)出器件地址并且令R/W=1，則EEPROM應(yīng)答器件地址并行輸出被讀數(shù)據(jù)。在資料讀出時由單片機執(zhí)行一位一位接收，接收完畢后，單片機不用發(fā)“0”應(yīng)答信號ACK，但必須產(chǎn)生停止狀態(tài)以結(jié)束隨機讀過程。 應(yīng)該注意：在隨機讀的第二個步驟是執(zhí)行現(xiàn)行地址讀的，由于第一個步驟時芯片接收了字地址，故現(xiàn)行地址就是所送入的字地址。 順序讀： 順序讀可以用現(xiàn)行地址讀或隨機讀進行啟動。它和現(xiàn)行地址讀。隨機讀的最大區(qū)別在于：順序讀在讀出一批資料之后才由單片機產(chǎn)生停止狀態(tài)結(jié)束讀操作；而現(xiàn)行地址讀和隨機讀在讀出一個資料之后就由單片機產(chǎn)生停止狀態(tài)結(jié)束讀操作。 執(zhí)行順序讀時，首先執(zhí)行現(xiàn)行讀或隨機讀的有關(guān)過程，在讀出第一個資料之后，單片機輸出“0”應(yīng)答信號ACK。在芯片接收應(yīng)答信號ACK后，就會對字地址進行計數(shù)加1，隨后串行輸出對應(yīng)的字節(jié)。當字地址計數(shù)達到內(nèi)存地址的極限時，則字地址會產(chǎn)生覆蓋，順序讀將繼續(xù)進行。只有在單片機不再產(chǎn)生“0”應(yīng)答信號ACK，而在接收資料之后馬上產(chǎn)生停止狀態(tài)，才會結(jié)束順序讀操作。 在對AT24CXX系列執(zhí)行讀寫的2線串行總線工作中，其有關(guān)信號是由單片機的程序和EEPROM產(chǎn)生的。有兩點特別要記?。捍袝r鐘必須由單片機程序產(chǎn)生，而應(yīng)答信號ACK則是由接收