智能化電子系統(tǒng)方案設(shè)計書報告正文

1、目錄1刖言2總體方案設(shè)計 -2-2.1方案內(nèi)容-.2 -2.2方案比較-.2 -2.3方案選擇-.3 -3單元模塊設(shè)計-4-3.1主體模塊-.4 -3.2按鍵控制模塊 -.4 -3.3復(fù)位模塊-.5 -3.4晶振模塊-.5 -3.5LED顯示模塊 -.6 -4軟件設(shè)計-7-4.1設(shè)計工具-.7 -4.2PCB圖見附錄 -.7-4.3軟件設(shè)計流程圖 -.7 -4.4程序清單-.8 -5系統(tǒng)調(diào)試-11-5.1軟件調(diào)試及仿真 -.1 1 -5.2硬件調(diào)試6結(jié)論-15-7總結(jié)與體會-16-8參考文獻(xiàn)-17-附錄:-18 -丄 、八1刖言當(dāng)今社會，隨著人們物質(zhì)生活的不斷提高，電子產(chǎn)品已經(jīng)走進(jìn)了家家戶戶，

2、無論是生 活或?qū)W習(xí)，還是娛樂和消遣幾乎樣樣都離不開電子產(chǎn)品，大型復(fù)雜的計算能力是人腦所不 能勝任的，而且比較容易出錯。計算器作為一種快速通用的計算工具方便了用戶的使用， 算器可謂是我們最親密的電子伙伴之一。單片機(jī)由于其微小的體積和極低的成本，廣泛的 應(yīng)用于家用電器、工業(yè)控制等領(lǐng)域中。在工業(yè)生產(chǎn)中。單片微型計算機(jī)是微型計算機(jī)稱單 片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。單片機(jī)控制系統(tǒng)能夠取代以前利用復(fù)雜 電子線路或者數(shù)字電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，可以軟件控制來實現(xiàn)，并能夠?qū)崿F(xiàn)智能化?，F(xiàn)在 的單片機(jī)的控制范疇無所不在，例如通信產(chǎn)品、家用電器、智能儀器儀表、過程控制和專 用控制裝置等等，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)

3、域越來越廣泛。這種由單片機(jī)芯片控制各種硬件工作的技術(shù)也日益成熟，并普及在交通、化工、機(jī)械 等各個領(lǐng)域。而流水燈這項技術(shù)在生活中的應(yīng)用更是廣泛，較為貼近生活。而流水燈控制 的設(shè)計所需要的知識也正好吻合了我們對于單片機(jī)這門課程的學(xué)習(xí)，所以設(shè)計流水燈控制的這個課題讓我們對知識的學(xué)習(xí)和鞏固都有了進(jìn)一步的加深。本可控流水燈要求利用LED燈設(shè)計四種流水燈的顯示方式。具體是：按壓開關(guān) K1鍵 一次，LED燈全亮；按壓開關(guān)K2鍵一次，LED燈全滅；按壓開關(guān)K3鍵一次，LED燈從右至 左循環(huán)移動一位；按壓開關(guān) K4鍵一次，LED燈從左至右循環(huán)移動一位。2總體方案設(shè)計2.1方案內(nèi)容按壓開關(guān)K1鍵一次，LED燈全亮

4、；按壓開關(guān)K2鍵一次，LED燈全滅；按壓開關(guān)K3鍵 一次，LED燈從右至左循環(huán)移動一位；按壓開關(guān)K4鍵一次，LED燈從左至右循環(huán)移動一位。2.2方案比較方案一：基于單片機(jī)完成的設(shè)計，其主要采用 STC89C52單片機(jī)作為流水燈主要的控 制元件，運(yùn)用單片機(jī)之間的接口來完成對流水燈方向的控制，主要由 STC89C52單片機(jī), LED顯示燈，USB程序下載接口和其他外設(shè)控制電路構(gòu)成。圖基于單片機(jī)實現(xiàn)可控流水燈框圖方案二：由數(shù)字的邏輯器件來實現(xiàn)流水燈控制電路的設(shè)計，由555多諧震蕩器提供穩(wěn)定脈沖，74190芯片控制-導(dǎo)步并行置入控制端分別構(gòu)成二進(jìn)制加減計數(shù)器器，74191這里用3個555多諧震蕩芯片控

5、制一J導(dǎo)步并行置入控制端改裝成十一進(jìn)制加減計數(shù)器器提供3種頻率達(dá)到分頻效果，74190用來計數(shù)和輸出信號通過譯碼管直接輸出控制控制 LED 74191用來達(dá)到間歇時間。555多諧振蕩_BS器計數(shù) 器 -移位寄存LED間歇控制電 路圖數(shù)電實現(xiàn)流水燈控制框圖2.3方案選擇方案一采用單片機(jī)實現(xiàn)可控流水燈的功能，對我們所學(xué)習(xí)的知識能較好的運(yùn)用，電路 圖簡單，程序容易，成本低。方案二是利用數(shù)字電路的編碼、譯碼、觸發(fā)實現(xiàn)。數(shù)字電路 搭建起來比較復(fù)雜，在設(shè)計中用到的芯片比較多，控制復(fù)雜，功耗大，時序難以控制。所 以我們選擇方案一。3單元模塊設(shè)計3.1主體模塊芯片89C52是核心，P1、P2、P3 P0均可以

6、作為I/O使用，LED經(jīng)過上拉電阻接在89C52 的P1 口，P2 口接4個按鍵用來控制流水燈的顯示方式。圖3.1 89C52單片機(jī)引腳圖- o 1- : J 6 - 聲vqJL一 2 2 門4|-業(yè)冷-2工 p PPPPPPPP3.2按鍵控制模塊采用獨立按鍵接口設(shè)計，每個按鍵占用一個I/O 口。獨立式按鍵個按鍵相互獨立，電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單。如圖 3.2所示KEY44-KEY斗VIi膽i圖3.2按鍵圖3.3復(fù)位模塊位是單片機(jī)的初始化操作。單片機(jī)系統(tǒng)在上電啟動運(yùn)行時，都需要系統(tǒng)在上電啟動時 運(yùn)行，都需要先復(fù)位。起作用是使 CPU和系統(tǒng)中其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并 從這個狀態(tài)開始

7、工作。而復(fù)位是一個很重要的操作方式，但單片機(jī)本身是不能自動復(fù)位的, 必須配合相應(yīng)的外部復(fù)位電路才能實現(xiàn)。本設(shè)計采用上電復(fù)位加按鍵手動復(fù)位。其電路如 圖3.3所示3.4晶振模塊單片機(jī)是在統(tǒng)一的時鐘脈沖控制下一拍一拍地進(jìn)行的，這個脈沖是單片機(jī)控制器中的 時序電路發(fā)出的。單片機(jī)的時序就是 CPU在執(zhí)行指令時所需控制信號的時間順序。為了保 證各部件的同步工作，內(nèi)部電路應(yīng)在唯一的時鐘信號下嚴(yán)格按照時序進(jìn)行工作。單片機(jī)內(nèi) 部有一個增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器，但要形成時鐘脈沖，外部還需附加電路。時 鐘產(chǎn)生方法兩種，“內(nèi)部時鐘方式和” “外部時鐘方式”。本設(shè)計中采用了內(nèi)部時鐘方式。 其電路圖3.4所示如圖

8、所示，利用芯片內(nèi)部的振蕩器，然后在X1和X2兩端跨接晶體振蕩器（簡稱晶振）， 就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時鐘電路。 外接晶體振蕩器時，C18 和C19的值通常選擇為30PF左右。C18與C19對頻率有微調(diào)作用，晶振或陶瓷諧振器的頻 率范圍可在1.2到12MHZ之間選擇。為了減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定可靠地工 作，振蕩器和電路應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)引腳 X1和X2靠近。3.5 LED顯示模塊發(fā)光二極管（英語：Light-EmittingDiode，簡稱LED是一種能發(fā)光的半導(dǎo)體電子元件。這種電子元件早在1962年出現(xiàn)，早期只能發(fā)出低光度的紅光，之后發(fā)展出其他單色光的

9、版本，時至今日能發(fā)出的光已遍及可見光、紅外線及紫外線，光度 也提高到相當(dāng)?shù)墓舛?。而用途也由初時作為指示燈、顯示板等；隨著白光發(fā)光二極 管的出現(xiàn)而續(xù)漸發(fā)展至被用作照明發(fā)光二極管LED具有功耗低、體積小、可靠性高、壽命長等優(yōu)點。顯示電路如圖3.5|. ILED-RED.11K R & T二1K訂胡心-3.5顯示電路Protel是Altium公司在80年代末推出的EDA軟件，在電子行業(yè)的CAD軟件中，它當(dāng) 之無愧地排在眾多EDA軟件的前面，是電子設(shè)計者的首選軟件，它較早就在國內(nèi)開始使用， 在國內(nèi)的普及率也最高，有些高校的電子專業(yè)還專門開設(shè)了課程來學(xué)習(xí)它，幾乎所有的電 子公司都要用到它，許多大公司在招

10、聘電子設(shè)計人才時在其條件欄上常會寫著要求會使用Protel。4軟件設(shè)計4.1設(shè)計工具Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)， 與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易 用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等 在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境(uVision )將這些部分組合在一起。運(yùn)行 Keil 軟件需要 WIN98 NT WIN2OO0 WINXP等操作系統(tǒng)。proteus是Labcenter公司出品的電路分析、實物仿真系統(tǒng)，而KEIL是目前世界上

11、最 好的51單片機(jī)匯編和C語言的集成開發(fā)環(huán)境。他支持匯編和 C的混合編程，同時具備強(qiáng) 大的軟件仿真和硬件仿真功能。Proteus能夠很方便的和KEIL、Matlab IDE等編譯模擬軟 件結(jié)合。Proteus提供了大量的元件庫有 RAM ROM鍵盤，馬達(dá)，LED，LCD AD/DA部 分SPI器件，部分IIC器件，它可以仿真單片機(jī)和周邊設(shè)備，可以仿真 51系列、AVR PIC 等常用的MCU與keil和MPLABF同的是它還提供了周邊設(shè)備的仿真，只要給出電路圖就可以仿真。4.2 PCB圖見附錄4.3軟件設(shè)計流程圖軟件運(yùn)行開始，首先鍵盤掃描檢查KEY(14)4個按鍵是否被按下，如果被按下其中一

12、個鍵，執(zhí)行該按鍵下的子程序，最后顯示在 LED上;如果未檢測到按鍵被按下，則返回到 開始。程序流程圖如下圖4.1軟件設(shè)計流程4.4程序清單ed i#in elude typedef un sig n nt uint;un sig ned char b,c;un sig ned int n=1;uint delayT = 10000;void delay()int i;for(i=0;idelayT;i+)Jint main()while(1)int i;int a=P1;char temp;switch(a)case Oxfe:P 仁 0x87;break;case 0xfd:P 1=0 xf

13、f;break;case 0xfb: temp=0x08; for(i=0;i4;i+)P1=temp;delay()temp=1;5break;case 0xf7: temp=0xbf;P仁temp; delay();for(i=0;i1);delay();break;Ji5系統(tǒng)調(diào)試5.1軟件調(diào)試及仿真C語言是一種通用的程序設(shè)計語言，其代碼率高，數(shù)據(jù)類型及運(yùn)算符豐富，位操作能 力強(qiáng)，適用于各種應(yīng)用的程序設(shè)計。使用C語言進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)，具有編程靈活。 調(diào)試方便。目標(biāo)代碼編譯效率高的特點。C語言也是目前使用最廣的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)編程語言。由C語言編程的單片機(jī)應(yīng)用程序，成為單片機(jī)C語言程序。

14、Proteus仿真時，單片機(jī)需要加載程序，加載程序為.HEX文件。本設(shè)計利用Keil 卩Vision3，在新建Keil項目時選擇STC89C52單片機(jī)作為CPU將C語言源程序?qū)耄?在 “Options For Target ”對話窗口中，選中“ Output ”選項中的“ Create HEX File ”， 編譯鏈接后就可以生成.HEX文件。在Proteus ISIS中，選中STC89C5并單擊鼠標(biāo)左鍵， 對STC89C52進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置單片機(jī)時鐘頻率為 12MHz按照正確的文件路徑加載.HEX文 件，對單片機(jī)設(shè)計完畢后就可以開始仿真了。在 protues 上的仿真：T-AIrlXTAUZ

15、POtfADD PH. KADI FdADZ PDJ.M.D3 PD.!AD4 FQAb PD#Abfi ZJfJWSTTPZA-AS FZ.VA& PZA.1DI F2SA1H FZ.M1Z PZAA13I FZJAU n.Tttlfjiutz i.*rra：1 u1S*1于P 皿AXDFs.irrxp FJSiBTOFjaiiTi *3.*TTDF3ST11 F3JMWR F3.TflB25可旦nIa”Hll!LS a圖 D9D1K圖左移R10圖5.1.6 右移5.2硬件調(diào)試單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是分不開的。許多硬件故障只有通過軟、硬件 聯(lián)調(diào)才能發(fā)現(xiàn)，但一般是先排除系統(tǒng)中比較明

16、顯的硬件故障后才和軟件一起聯(lián)調(diào)。 常見的硬件故障：(1) 邏輯錯誤硬件的邏輯錯誤是由于設(shè)計錯誤和焊接過程中的工藝錯誤而造成的，包括錯線、開路、短路等,其中最常見的是短路故障。(2) 元器件錯誤元器件錯誤的原因有器件損壞或性能不符合要求，電解電容、二極管的極性接反或集 成塊裝反等。(3) 可靠性差應(yīng)用系統(tǒng)可靠性差的原因很多，如內(nèi)部和外部的干擾、電壓紋波系數(shù)過大、器件負(fù)載 過重等均會造成系統(tǒng)的可靠性差。另外，走線和布置的不合理也會造成系統(tǒng)可靠性差。電源故障電源故障包括：電壓值不符合設(shè)計要求、電源功率不足、負(fù)載能力差、紋波太重等。 硬件調(diào)試辦法脫機(jī)調(diào)試是在加電前，先用萬用表等工具，按圖紙仔細(xì)核對線路

17、是否正確，并對元器件 的安裝、型號、規(guī)格等進(jìn)行仔細(xì)檢查，特別焊接時有無走線之間相互短路等。當(dāng)硬件制板焊接以后，就可以對系統(tǒng)進(jìn)行硬件調(diào)試了。對硬件調(diào)試時，應(yīng)該把系統(tǒng)合 理劃分成一個個功能模塊，將這些功能模塊分別進(jìn)行調(diào)試，這樣有利于系統(tǒng)整體的調(diào)試工 作。焊接也很主要，焊接的順序應(yīng)該是先焊最小系統(tǒng)，然后逐漸增加元件，表貼片元件要 先焊，這樣有利于焊接工作的順利進(jìn)行。焊接的時候應(yīng)該避免虛焊的現(xiàn)象出現(xiàn)，焊點盡量 光滑。硬件調(diào)試遇到了一些問題，如元件錯誤、不上電等。元件錯誤主要指器件錯焊、錯插 和元件已被損壞等，在調(diào)試這一塊的時候，我們要時刻注意元器件的情況，要避免損壞。 通過這樣一步步的檢查，最后進(jìn)行實

18、物調(diào)試，發(fā)現(xiàn)一切就0K 了。不上電，首先檢查電源指示燈是否亮了，如果指示燈不亮，則說明系統(tǒng)有冋題。通過視覺、聽覺、嗅覺、觸覺來查找故障部位，是一種簡單有效的方法。聽通電后是 否打火聲等異常聲響；聞有無焦糊等異味出現(xiàn)；摸晶體管管殼是否冰涼或燙手，集成電路 是否升溫過高。當(dāng)聽、摸、聞到異常時應(yīng)立斷斷電檢查。調(diào)試完畢后，板子運(yùn)行符合設(shè)計要求，并無異常狀況出現(xiàn)，說明設(shè)計十分成功。運(yùn)行狀況如圖5.2所示圖5.2實物運(yùn)行6結(jié)論通過這次的課程設(shè)計，讓我學(xué)習(xí)到了很多知識以及認(rèn)識到了很多問題。同時我意識到 了一個很重要的問題，那就是課程設(shè)計之前的準(zhǔn)備工作也是很重要的，包括提前預(yù)習(xí)設(shè)計 的題目，上網(wǎng)和去圖書館查閱

19、資料。我清楚的知道了，資料也是那么重要，否則在一個新 穎的題目面前，你將無從下手。通過準(zhǔn)備工作，這樣可以保正在設(shè)計的時候，有了充足的 準(zhǔn)備，使得自己不會在真正要開始課程設(shè)計的時候， 對著題目發(fā)呆，沒有什么進(jìn)展。因此, 我覺得這個也是對待學(xué)習(xí)的一種好的態(tài)度，以后在學(xué)習(xí)中，也要一直以這種好的態(tài)度對 待。除此之外，讓我發(fā)現(xiàn)這次的可控流水燈設(shè)計，對于我以前的學(xué)習(xí)如LED燈等的知識，不僅是一次很好的運(yùn)用，而且讓我再次花心思去復(fù)習(xí)了以前學(xué)習(xí)的知識點，運(yùn)用之初相互 結(jié)合知識點，使得知識點可以聯(lián)系起來，對我的學(xué)習(xí)有了很大的好處。在程序設(shè)計的過程中，也遇到了好多的問題，剛開始在代碼調(diào)試的時候，一直會存在 錯誤，

20、也有過很失望的時候，在通過同學(xué)的幫助后，經(jīng)過很多次的修改以后，終于把程序 代碼改好。在大家的幫助下，才得以完成了可控流水燈基本功能。總的來說，這次設(shè)計獲益勝多。因為本次課程設(shè)計是一個團(tuán)隊的合作，所以，不僅使 得我們團(tuán)結(jié)合作，學(xué)習(xí)到了知識，還讓我們更加的學(xué)會溝通。不僅培養(yǎng)了實踐能力，還培 養(yǎng)了設(shè)計思維，同時也鍛煉了動手實際操作能力，在摸索該如何設(shè)計電路使之實現(xiàn)所需功 能的過程中，鍛煉了運(yùn)用所學(xué)知識的靈活性，加深了對知識的理解及提高了解決問題的能 力。在體會到設(shè)計電路的艱辛的同時，更能體會到成功喜悅和快樂。7總結(jié)與體會由于本次課程設(shè)計含括了軟件和硬件知識， 所以在完成課程設(shè)計的同時也讓我們了解 到

21、了我們在軟硬件設(shè)計和制作方面的不足。第一周PC環(huán)口元件清單的制作讓我們壓力很大， PCB只有一個同學(xué)會，而且還是初學(xué)，過程十分艱難，在多次請教其他同學(xué)的情況寫完成 了，成功讓我們感到高興和對接下來更有信心。第二周，軟件的編寫，由于我們選取的題目較簡單，設(shè)計的要求也不怎么復(fù)雜，我們 采用的是Keil c軟件編寫的c語言程序。編寫的過程比上一周好多了，我們后去選題還 選到了相對簡單的題目，十分不錯，這讓我們的工作量大大地減少，雖然不知道實物做好 了程序是否合格，但找不出錯誤讓我們放心不少。第三周了，設(shè)計進(jìn)入實物階段開始焊接和調(diào)試。對電路板各元器件的連接和焊接工作， 雖然看似簡單，但做起來卻是一個細(xì)致的工作，尤其是對于三極管和一下小元件的焊接工 作，更是要細(xì)中再細(xì)，因為這些元器件的引腳距離都是比較近的，一旦將不該連接的引腳