現(xiàn)代電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告熊萬安

1、電子科技大學(xué) 通信與信息工程 學(xué)院實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告實(shí)驗(yàn)名稱 現(xiàn)代電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)姓名：學(xué)號(hào)：評(píng)分：教師簽字電子科技大學(xué)教務(wù)處制電 子 科 技 大 學(xué)實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)教師：熊萬安實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)： 科A333 實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2016.3.7-2016.3.17 一、 實(shí)驗(yàn)室名稱： 電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)室二、 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn) 三、 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)： 32四、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c任務(wù)：1、 熟悉系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)原理2、 掌握KEIL C51的基本使用方法3、 熟悉SMART SOPC實(shí)驗(yàn)箱的應(yīng)用4、 連接電路，編程調(diào)試，實(shí)現(xiàn)各部分的功能5、 完成系統(tǒng)軟件的編寫與調(diào)試五、 實(shí)驗(yàn)器材1、 PC機(jī)一臺(tái)

2、2、 SMART SOPC實(shí)驗(yàn)箱一套六、 實(shí)驗(yàn)原理、步驟及內(nèi)容試驗(yàn)要求：1. 數(shù)碼管第1、2位顯示“1-”，第3、4位顯示秒表程序：從8.0秒到1.0秒不斷循環(huán)倒計(jì)時(shí)變化；同時(shí)，每秒鐘，蜂鳴器對應(yīng)發(fā)出0.3秒的聲音加0.7秒的暫停，對應(yīng)第8秒到第1秒，聲音分別為“多（高音1）西（7）拉（6）索（5）發(fā)（4）米（3）萊（2）朵（中音1）”；數(shù)碼管第5位顯示“-”號(hào)，數(shù)碼管第6、7、8位顯示溫度值，其中第6、7位顯示溫度的兩位整數(shù)，第8位顯示1位小數(shù)。按按鍵轉(zhuǎn)到任務(wù)2。2. 停止聲音和溫度。數(shù)碼管第1、2位顯示“2-”，第3、4位顯示學(xué)號(hào)的最后2位，第5位顯示“-”號(hào)，第6到第8位顯示ADC電壓三

3、位數(shù)值，按按鍵Key后轉(zhuǎn)到任務(wù)3，同時(shí)蜂鳴器發(fā)出中音2的聲音0.3秒；3. 數(shù)碼管第1、2位顯示“3-”，第3、4位顯示秒表程序：從8.0秒到1.0秒不斷循環(huán)倒計(jì)時(shí)變化；調(diào)節(jié)電壓值，當(dāng)其從0變?yōu)樽畲蟮倪^程中，8個(gè)發(fā)光二極管也從最暗（或熄滅）變?yōu)樽盍?，?dāng)電壓值為最大時(shí)，秒表暫停；當(dāng)電壓值為最小時(shí)，秒表回到初始值8.0；當(dāng)電壓值是其他值時(shí)，數(shù)碼管又回到第3、4位顯示從8.0秒到1.0秒的循環(huán)倒計(jì)時(shí)秒表狀態(tài)。按按鍵Key回到任務(wù)1，同時(shí)蜂鳴器發(fā)出中音5的聲音0.3秒。1、 硬件設(shè)計(jì)核心板硬件資源如下：（1）50MHz 晶振；（2）5V、3.3V、2.5V 和 1.2V 電源；（3）一個(gè) Xilinx

4、 公司 Spartan3E 系列的 FPGA 器件，型號(hào)為 XC3S250E-144；（4）一片 32KB 的 SRAM 存儲(chǔ) IS61LV256AL；（5）基于 JTAG 的 FPGA 配置器件 XCF02S/04S；（6）基于 SPI（Serial Peripheral Interface）的 FPGA 配置器件 M25P16，含 2MB 空間；（7）JTAG 接口，可下載配置數(shù)據(jù)到 FPGA 和調(diào)試程序；（8）Flash 編程接口，對 SPI Flash 器件編程；（9）8 個(gè)用戶 LED 燈和 8 位數(shù)碼管；（10）8 位撥碼開關(guān)和 4 個(gè)用戶按鍵；（11）配置成功指示 LED；（12

5、）重新配置按鍵，按下此按鍵后，F(xiàn)PGA 將重新配置；（13）一個(gè)全局時(shí)鐘輸入和輸入輸出接口；（14）通過 2 個(gè) 60 針接口將用戶 I/O 口、8 位數(shù)據(jù)總線、15 位地址總線和讀寫信號(hào)引出，用于 實(shí)驗(yàn)底板的各外設(shè)功能擴(kuò)展。 硬件結(jié)構(gòu)圖如下圖1：圖1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)核心板硬件結(jié)構(gòu)Quick51電路原理圖為下圖2：圖2 Quick51電路原理圖 MC51單片機(jī)定制在FPGA芯片內(nèi)實(shí)現(xiàn)，如下圖3所示，在MC8051外添加了地址地址鎖存模塊，形成對單片機(jī)數(shù)據(jù)總線的拓展。添加了一個(gè)地址譯碼模塊，形成了數(shù)據(jù)總線的復(fù)用，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的多種應(yīng)用模塊，可敬數(shù)據(jù)總線，通過外部尋址的方式進(jìn)行訪問。圖3 片內(nèi)MC8051單

6、片機(jī)原理圖其中FPGA與51單片機(jī)的引腳對應(yīng)為下表一：2、 各部分硬件原理（1） 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描原理：圖4 數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)掃描動(dòng)態(tài)顯示的特點(diǎn)是將所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效。選亮數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)掃描顯示。所謂動(dòng)態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應(yīng)的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時(shí)都在顯示。先把第一個(gè)數(shù)碼管的顯示數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)線，同時(shí)打開第一個(gè)三極管，而其他數(shù)碼管的對應(yīng)的三極管關(guān)閉；延遲一段時(shí)間（通常不超過10ms），再把第二個(gè)數(shù)碼管的顯示數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)線，同時(shí)打開第二個(gè)三極管，而其他數(shù)碼管的對應(yīng)的三極管關(guān)閉；延時(shí)一段時(shí)間，

7、在顯示下一個(gè)。注意：整個(gè)數(shù)碼管的掃描頻率應(yīng)當(dāng)大于50Hz,防止出現(xiàn)明顯的閃爍。（2） I2C工作原理：圖5 I2C電路圖為了使這些相似之處對系統(tǒng)設(shè)計(jì)者和器件廠商都得益而且使硬件效益最大電路最簡單Philips開發(fā)了一個(gè)簡單的雙向兩線總線實(shí)現(xiàn)有效的IC之間控制這個(gè)總線就稱為Inter IC或I2C總線現(xiàn)在Philips包括超過150種CMOS和雙極性兼容I2C總線的IC 可以執(zhí)行前面提到的三種類型的功能所有符合I2C總線的器件組合了一個(gè)片上接口使器件之間直接通過I2C總線通訊這個(gè)設(shè)計(jì)概念解決了很多在設(shè)計(jì)數(shù)字控制電路時(shí)遇到的接口問題。（3） LM75特征及應(yīng)用：圖4 LM75應(yīng)用電路LM75A是一

8、個(gè)使用了內(nèi)置帶隙溫度傳感器和-模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)的溫度-數(shù)字轉(zhuǎn)換器。它也是一個(gè)溫度檢測器，可提供一個(gè)過熱檢測輸出。LM75A包含許多數(shù)據(jù)寄存器：配置寄存器（Conf），用來存儲(chǔ)器件的某些配置，如器件的工作模式、OS工作模式、OS極性和OS故障隊(duì)列等（在功能描述一節(jié)中有詳細(xì)描述）；溫度寄存器（Temp），用來存儲(chǔ)讀取的數(shù)字溫度；設(shè)定點(diǎn)寄存器（Tos & Thyst），用來存儲(chǔ)可編程的過熱關(guān)斷和滯后限制，器件通過2線的串行I2C總線接口與控制器通信。LM75A還包含一個(gè)開漏輸出（OS），當(dāng)溫度超過編程限制的值時(shí)該輸出有效。LM75A有3個(gè)可選的邏輯地址管腳，使得同一總線上可同時(shí)連接8個(gè)器件而不發(fā)

9、生地址沖突。LM75A可配置成不同的工作條件。它可設(shè)置成在正常工作模式下周期性地對環(huán)境溫度進(jìn)行監(jiān)控或進(jìn)入關(guān)斷模式來將器件功耗降至最低。OS輸出有2種可選的工作模式：OS比較器模式和OS中斷模式。OS輸出可選擇高電平或低電平有效。故障隊(duì)列和設(shè)定點(diǎn)限制可編程，為了激活OS輸出，故障隊(duì)列定義了許多連續(xù)的故障。溫度寄存器通常存放著一個(gè)11位的二進(jìn)制數(shù)的補(bǔ)碼，用來實(shí)現(xiàn)0.125的精度。這個(gè)高精度在需要精確地測量溫度偏移或超出限制范圍的應(yīng)用中非常有用。（4） 按鍵原理：圖7 按鍵原理圖由原理圖可知，按鍵的另一端接地，當(dāng)按鍵按下時(shí)，按鍵對應(yīng)的接口對應(yīng)低電平，為邏輯0，當(dāng)按鍵抬起時(shí)，由于上拉電阻的存在，接口為

10、高電平，為邏輯1，因此可以通過查詢對應(yīng)的接口狀態(tài)來判斷是否按鍵是否按下。（5） 蜂鳴器工作原理：圖8 蜂鳴器電路原理圖三極管有兩個(gè)作用：一是根據(jù)開通或者關(guān)閉控制蜂鳴器發(fā)生與否；二是驅(qū)動(dòng)蜂鳴器工作，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的IO口驅(qū)動(dòng)能力不夠讓蜂鳴器發(fā)出聲音，所以通過三極管放大驅(qū)動(dòng)電流，從而可以讓蜂鳴器發(fā)出聲音。輸出高電平，三極管導(dǎo)通，集電極電流蜂鳴器讓蜂鳴器發(fā)出聲音；當(dāng)輸出低電平時(shí)，三極管截止，沒有電流流過蜂鳴器，不會(huì)發(fā)出聲音。（6） LED顯示原理：圖9 LED顯示原理由原理圖可知，當(dāng)輸出低電壓時(shí)，LED亮；輸出高電平時(shí)，LED滅。在一個(gè)很短的時(shí)間間隙循環(huán)時(shí)，亮的時(shí)間占比越多，呈現(xiàn)的亮度越亮，從而可以通過

11、亮的時(shí)間的占比達(dá)到控制亮度的目的。（7） AD實(shí)現(xiàn)原理：圖TLC549串行ADC當(dāng)/CS變?yōu)榈碗娖胶螅?TLC549芯片被選中， 同時(shí)前次轉(zhuǎn)換結(jié)果的最高有效位MSB （A7）自 DATA OUT 端輸出，接著要求自 I/O CLOCK端輸入8個(gè)外部時(shí)鐘信號(hào)，前7個(gè) I/O CLOCK信號(hào)的作用，是配合 TLC549 輸出前次轉(zhuǎn)換結(jié)果的 A6-A0 位，并為本次轉(zhuǎn)換做準(zhǔn)備：在第4個(gè) I/O CLOCK 信號(hào)由高至低的跳變之后，片內(nèi)采樣/保持電路對輸入模擬量采樣開始，第8個(gè) I/O CLOCK 信號(hào)的下降沿使片內(nèi)采樣/保持電路進(jìn)入保持狀態(tài)并啟動(dòng) A/D開始轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換時(shí)間為 36 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，最

12、大為 17us。直到 A/D轉(zhuǎn)換完成前的這段時(shí)間內(nèi)，TLC549 的控制邏輯要求：或者/CS保持高電平，或者 I/O CLOCK 時(shí)鐘端保持36個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期的低電平。由此可見，在自 TLC549的 I/O CLOCK 端輸入8個(gè)外部時(shí)鐘信號(hào)期間需要完成以下工作：讀入前次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果；對本次轉(zhuǎn)換的輸入模擬信號(hào)采樣并保持；啟動(dòng)本次 A/D轉(zhuǎn)換開始。3、 軟件設(shè)計(jì)思考題： 按鍵改用外部中斷模式，電路如何修改（畫示意圖）？程序如何修改，寫出中斷服務(wù)程序。答：若按鍵改用外部中斷模式，可以使用INT0、INT1，需要將按鍵（如按鍵KEY1、KEY2）分別用杜邦線連到INT0、INT1外部中斷口，如下圖

13、：圖11外部中斷程序則做如下修改：各個(gè)函數(shù)無需調(diào)用按鍵掃描函數(shù)，但在主函數(shù)或者系統(tǒng)初始化函數(shù)，添加幾段語句進(jìn)行外部中斷的初始化:EX0 = 1; /使能/INT0中斷;EX1 = 1; /使能/INT1中斷;EA = 1 /使能總中斷; 中斷服務(wù)程序?yàn)椋簐oid INT0SVC() interrupt 0 task+; for(;Key1=0;) Delay(81);七、 總結(jié)及心得體會(huì)八、 對本實(shí)驗(yàn)過程及方法、手段的改進(jìn)建議九、 附錄1、 程序程序包括main.c文件和修改過的Disp.c和Disp.h文件，其中Disp.c添加了利用定時(shí)器的軟件延時(shí)函數(shù)void Delay(unsigned

14、 int t)，而Disp.h添加了該函數(shù)的聲明。main.c文件：/*main.c現(xiàn)代電子綜合實(shí)驗(yàn)*/#include "VolTab.h"#include "Disp.h"#include "I2C.h"#include <reg51.h>#include <string.h>#define M20xFCEF/587.33#define M30xFD45/659.26#define M40xFD6C/698.46#define M50xFDB4/783.99#define M60xFDF4/880.00#d

15、efine M70xFE2D/987.77#define H10xFE48/1046.5sbit BUZZER = P10;/交流蜂鳴器由P1.0管腳控制sbit KEY1 = P20;/按鍵1/定義TLC549操作接口sbit CS = P15;sbit DAT = P17;sbit CLK = P16;/定義PWM最大級(jí)數(shù)#define PWM_MAX26/定義PWM級(jí)數(shù)，分為0PWM_MAX-1級(jí)unsigned char PwmValue;unsigned int MusicTab = H1,M7,M6,M5,M4,M3,M2 ;/定義定時(shí)器T1重裝值volatile char Rel

16、oadH;volatile char ReloadL;/定義任務(wù)、中斷標(biāo)志位unsigned int task,flg;/*函數(shù)：T0INTSVC()功能：定時(shí)器T0中斷服務(wù)函數(shù)*/void T0INTSVC() interrupt 1 static unsigned char temp = 0;if(flg=3)TR0 = 0;TH0 = 0xFF;TL0 = 0x00;TR0= 1;temp+;if ( temp >= PWM_MAX ) temp = 0;if ( temp < PwmValue )P0 =0x00;elseP0= 0xff;elseTR0 = 0;TH0 =

17、 ReloadH;TL0 = ReloadL;TR0 = 1;BUZZER = !BUZZER;/*函數(shù)：Sound()功能：演奏一個(gè)音符參數(shù)：*note：音符指針，指向要演奏的音符*/void Sound(unsigned int note)/利用定時(shí)器T1發(fā)出音符的頻率if ( note != 0 )ReloadH = (unsigned char)(note >> 8);ReloadL = (unsigned char)(note);TR0 = 0;TH0 = 0xFF;TL0 = 0xF0;TR0 = 1;flg=1;EA=1;ET0=1;/*函數(shù)：Delay()功能：延時(shí)

18、1ms65.536s本函數(shù)只是簡單延時(shí)函數(shù)，非秒表使用*/void Delays(unsigned int t) unsigned int t1;do for(t1=1200;t1>0;t1-); while ( -t != 0 );/按鍵掃描函數(shù)void KeyScan()if ( KEY1 = 0 ) task+;for(;KEY1 = 0;) Delay(81);/*函數(shù)：SysInit()功能：系統(tǒng)初始化*/void SysInit()TMOD &= 0xF0;TMOD |= 0x01;/設(shè)置T0為16位定時(shí)器DispInit();/數(shù)碼管掃描顯示初始化I2C_Init(

19、);/初始化I2C總線/*函數(shù)：LM75A_GetTemp功能：讀出LM75A的溫度值返回：LM75A溫度寄存器的數(shù)值（乘以0.125可得到攝氏度值）*/int LM75A_GetTemp()unsigned char buf2;int t;I2C_Gets(0x90,0x00,2,buf);t = buf0;t <<= 8;t += buf1;t >>= 5;/去掉無關(guān)位return t;/*函數(shù)：ByteToStr()功能：字節(jié)型變量c轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制字符串*/void ByteToStr(unsigned char idata *s, unsigned char c)

20、code unsigned char Tab = 10,1;unsigned char i;unsigned char t;for ( i=0; i<2; i+ )t = c / Tabi;*s+ = '0' + t;c -= t*Tabi;*s = '0'/*函數(shù)：DispTemp()功能：在數(shù)碼管上顯示出溫度值參數(shù)：t：補(bǔ)碼，除以8以后才是真正溫度值*/void DispTemp(int t)code unsigned char Tab8 ='0','1','3','4','5&#

21、39;,'6','8','9'unsigned char buf3;unsigned char i;/整數(shù)部分unsigned char d;/小數(shù)部分/分離出整數(shù)和小數(shù)部分i = t / 8;d = t % 8;/整數(shù)部分轉(zhuǎn)換成字符串ByteToStr(buf,i);/顯示整數(shù)部分DispStr(5,buf);/顯示小數(shù)點(diǎn)DispDotOn(6);/顯示小數(shù)部分DispChar(7,Tabd);/*函數(shù)：ReadAdc()功能：讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果返回：8位ADC代碼*/unsigned char ReadAdc()unsigned char d

22、;unsigned char n;CS = 0;n = 5;while ( -n != 0 );n = 8;dod <<= 1;if ( DAT ) d+;CLK = 1;CLK = 0;while ( -n != 0 );CS = 1;return d;/*函數(shù)：AdcInit()功能：初始化ADC接口*/void AdcInit()CS = 1;CLK = 0;DAT = 1;ReadAdc();/*函數(shù)：DispVol()功能：將ADC值轉(zhuǎn)換成電壓值，并顯示參數(shù)：v：8位ADC結(jié)果*/void DispVol(unsigned char v)DispStr(5,VolTabv

23、);DispDotOn(5);/任務(wù)一void firstf() unsigned char T1="87654321"unsigned char T2="0987654321"unsigned int t,t1=0,t2=0,msh=0;P0=0xff; /關(guān)閉LEDDispChar(0,'1');DispChar(1,'-');DispChar(4,'-');for(;) /顯示秒表 DispChar(2,T1t1); DispChar(3,T2t2); DispDotOn(2); /溫度讀取和顯示 t

24、 = LM75A_GetTemp(); DispTemp(t); /發(fā)音 if(T1t1!='1'&&T2t2='0') Sound(MusicTabmsh);msh+;if(msh=7)msh=0; if(T2t2='7') TR0=0;BUZZER =1; /秒表實(shí)現(xiàn) Delay(81); if(!(T1t1='1'&&T2t2='0') t2+; if(t2=10) t2=0; if(t2=1) t1+;if(t1=8) t1=0; if(t1=0&&t2=1)

25、 t1+; else t1=0;t2=0; /按鍵掃描 Delay(81); KeyScan(); if(task%3!=0) break;/任務(wù)2void twof() unsigned char v;/電壓值 DispInit();AdcInit(); TR0 = 0;BUZZER = 1; /短暫停頓Delay(10);P0=0xff;DispChar(0,'2');DispChar(1,'-');DispChar(4,'-');DispChar(2,'1');DispChar(3,'4');for(;) v

26、 = ReadAdc();/讀取ADC值DispVol(v);/顯示成電壓值Delay(80);/延時(shí)50ms KeyScan(); if(task%3!=1) break; /任務(wù)3void threef() unsigned char T1="87654321" unsigned char T2="0987654321"unsigned char v;/電壓值unsigned int t1=0,t2=0; AdcInit();flg=3;Delay(10);TR0=1;ET0=1;BUZZER =1;DispChar(0,'3');

27、DispChar(1,'-'); for(;) /顯示秒表 DispChar(2,T1t1); DispChar(3,T2t2); DispDotOn(2); /讀取顯示溫度 v = ReadAdc();/讀取ADC值 DispVol(v);/顯示成電壓值 /控制LED PwmValue=v/10; /秒表實(shí)現(xiàn) Delay(81); if(v=0) t1=0;t2=0; else if(v>235) Delay(81); else if(!(T1t1='1'&&T2t2='0') t2+; if(t2=10) t2=0; i

28、f(t2=1) t1+;if(t1=8) t1=0; if(t1=0&&t2=1) t1+; else t1=0;t2=0; /按鍵掃描 Delay(81); KeyScan(); if(task%3!=2) break; void main()for (;) SysInit(); switch(task%3) case 0: firstf(); break; case 1: twof(); if(task%3=2) Sound(MusicTab6); Delay(486); break; case 2: threef(); if(task%3=0) Sound(MusicTa

29、b3); Delay(486); break; Disp.h：添加了軟件延時(shí)函數(shù)的定義void Delay(unsigned int t);/*Disp.h數(shù)碼管掃描顯示驅(qū)動(dòng)程序頭文件*/#ifndef Disp_h_#define Disp_h_/清除數(shù)碼管的所有顯示void DispClear();/在數(shù)碼管位置x（07）處顯示字符c（僅限十進(jìn)制數(shù)字和減號(hào)）void DispChar(unsigned char x, unsigned char c);/在數(shù)碼管位置x（07）處顯示字符串*svoid DispStr(unsigned char x, unsigned char *s);/顯

30、示指定位置x（07）處的小數(shù)點(diǎn)void DispDotOn(unsigned char x);/數(shù)碼管掃描顯示初始化void DispInit();void Delay(unsigned int t);#endif/Disp_h_Disp.c：添加了軟件延時(shí)函數(shù)：/*Disp.c數(shù)碼管掃描顯示驅(qū)動(dòng)程序*/#include <reg51.h>#include <absacc.h>/定義顯示緩沖區(qū)（由定時(shí)中斷程序自動(dòng)掃描）unsigned char DispBuf8;bit SWTF;/軟件定時(shí)器溢出標(biāo)志unsigned int SWTV;/軟件定時(shí)器定時(shí)值bit SWTR

31、;/軟件定時(shí)器運(yùn)行標(biāo)志/*函數(shù)：T1INTSVC()功能：定時(shí)器T1的中斷服務(wù)函數(shù)*/void T1INTSVC() interrupt 3code unsigned char com = 0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80;static unsigned char n = 0;TR1 = 0;TH1 = 0xFC;TL1 = 0x66;TR1 = 1;XBYTE0x7800 = 0xFF;/暫停顯示XBYTE0x7801 = DispBufn;/更新掃描數(shù)據(jù)XBYTE0x7800 = comn;/重新顯示n+;n &= 0x07;/模擬一個(gè)軟件定時(shí)器if ( SWTR )if ( -SWTV = 0 ) SWTF = 1;/*函數(shù)：Delay()