【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 21P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E /P30T X D11R X D10U180 C 52R X DT X DW1W212345678M A X 7M A X 8C6C A PC7C A PY1C R Y S T A LG N DR E SR E SC5E L E C T R O 2S1S W P BR5R E S 2V C CG N DV C CA1A2A3A4A5A6A7A8 圖 23 單片機(jī)小系統(tǒng) AT89S52 單片機(jī)的 P0 口是個(gè)雙向口，可以作輸出輸入口，在本系統(tǒng)中用作顯示部分，用來(lái)給數(shù)碼管傳送位碼， P1 口也是個(gè)雙向口，主要接 DAC083 P3口用來(lái)接收 PC來(lái)的串口數(shù)據(jù)。而 P3口主要用于中斷。 復(fù)位電路 復(fù)位是單片機(jī)初始化操作。復(fù)位將單片機(jī)復(fù)到初始化狀態(tài)，目的是使 CPU 及個(gè)專用寄存器處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)。如前面介紹，在單片機(jī)的復(fù)位信號(hào) RST 上保持 2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，單片機(jī)就會(huì)復(fù)位。本次設(shè)計(jì)采用的是手動(dòng)復(fù)位方式，利用按鍵閉合是單片 機(jī)復(fù)位端上保持接通高電平狀態(tài)兩個(gè)機(jī)器周期以上。 振蕩電路 該電路是由內(nèi)部反相放大器通過(guò)引腳 XTAL1 和引腳 XTAL2 與外接的晶體以及電容 C6 和 C7構(gòu)成，產(chǎn)生出晶體振蕩信號(hào)。此晶振信號(hào)接至內(nèi)部的時(shí)鐘電路。圖中的晶振頻率為 ，外接晶體時(shí)，電容 C6 和 C7 通常選 30pF。雖然對(duì)外接電容沒(méi)有嚴(yán)格要求，但電容的大小會(huì)影響振蕩頻率、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的速度。振蕩器的這些特性對(duì)彈片機(jī)的應(yīng)用影響很大，因此在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí)，應(yīng)使晶體和電容盡可能與單片機(jī)靠近，以保證穩(wěn)定可靠。 供電模塊 當(dāng)今社會(huì)人們極大的享受著電子設(shè)備帶來(lái)的便利，但是任何電子設(shè)備都有一個(gè)共同的電路 電源電路。大到超級(jí)計(jì)算機(jī)、小到袖珍計(jì)算器，所有的電子設(shè)備都必須在電源電路的支持下才能正常工作。當(dāng)然這些電源電路的樣式、復(fù)雜程度千差萬(wàn)別。超級(jí)計(jì)算機(jī)的電源電路本身就是一套復(fù)雜的 電源系統(tǒng) 。通過(guò)這套電源系統(tǒng)，超級(jí)計(jì)算機(jī)各部分都能夠得到持續(xù)穩(wěn)定、符合各種復(fù)雜規(guī)范的 電源 供應(yīng)。袖珍計(jì)算器則是簡(jiǎn)單多的電池電源電路。不過(guò)你可不要小看了這個(gè)電池電源電路，比較新型的電路完全具備電池能量提醒、掉電保護(hù)等高級(jí)功能?？梢哉f(shuō)電源電路是一切電子設(shè)備的基礎(chǔ)，沒(méi)有電源電路就不會(huì)有如此種類繁多的電子設(shè)備。 由于電子技術(shù)的特性，電子設(shè)備對(duì)電源電路的要求就是能夠提供持續(xù)穩(wěn)定、滿足負(fù)載要求的電能，而且通常情況下都要求提供穩(wěn)定的直流電能。提供這種穩(wěn)定的直流電能的電源就是直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源在 電源技術(shù) 中占有十分重要的地位。 方案一： 本系統(tǒng)供電采用傳統(tǒng)的變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四部分組成。 供電模塊如圖 24 所示 12J1C O N 2交流輸入 1234D1B R ID G E 1T1T R A N S 1C4E L E C T R O 1V in1GND2V o u t 3U2V O L T R E G V C C 交流 220V 從插頭 CON2 輸入，經(jīng)過(guò)變壓器 T1 變壓后大約將至十幾伏，此時(shí)仍為交流電，經(jīng)過(guò)橋式整流后變?yōu)橹绷?，?jīng)過(guò)電容 C4濾波后，進(jìn)入三端穩(wěn)壓器 7805進(jìn)行穩(wěn)壓后輸出 +5V。 方案二 維持穩(wěn)定輸 PWM ICMOSFET、 BJT供了廣泛的發(fā)展空間。 推動(dòng)了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型 化、輕便化。另外開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。 開(kāi)關(guān)電源的工作過(guò)程相當(dāng)容易理解，在線性電源中，讓功率晶體管工作在線性模式，與線性電源不同的是， PWM開(kāi)關(guān)電源是讓功率晶體管工作在導(dǎo)通和關(guān)斷的狀態(tài)，在這兩種狀態(tài)中，加在功率晶體管上的伏 安乘積是很小的，在導(dǎo)通時(shí)，電體器件上所產(chǎn)生的損耗。與線性電源相比， PWM 開(kāi)關(guān)電源更為有效的工作過(guò)程是通過(guò)“斬波”，即把輸入的直流電壓斬成幅值等于輸入電壓幅值的脈沖電壓來(lái) 實(shí)現(xiàn)的。脈沖的占空比由開(kāi)關(guān)電源的控制器來(lái)調(diào)節(jié)。一旦輸入電壓被斬成交流方波，其幅值就可以通過(guò)變壓器來(lái)升高或降低。通過(guò)增加變壓器的二次繞組數(shù)就可以增加輸出的電壓組數(shù)。最后這些交流波形經(jīng)過(guò)整流濾波后就得到直流輸出電壓?？刂破鞯闹饕康氖潜３州敵鲭妷悍€(wěn)定，其工作過(guò)程與線性形式的控制器很類似。也就是說(shuō)控制器的功能塊、電壓參考和誤差放大器，可以設(shè)計(jì)成與線性調(diào)節(jié)器相同。他們的不同之處在于，誤差放大器的輸出，誤差電壓，在驅(qū)動(dòng)功率管之前要經(jīng)過(guò)一個(gè)電壓 /脈沖寬度轉(zhuǎn)換單元。 開(kāi)關(guān)電源有兩種主要的工作方式，正激式變換和升壓式變換。特定的應(yīng)用場(chǎng)合下各有優(yōu)點(diǎn)。 綜合比較，方案一簡(jiǎn)單但是不穩(wěn)定，方案二穩(wěn)定但復(fù)雜，經(jīng)綜合考慮，我們選用方案二。 第三章 軟件設(shè)計(jì) 本軟件要實(shí)現(xiàn)的功能是：?jiǎn)纹瑱C(jī)實(shí)現(xiàn)玩具電子琴功能。 要讓蜂鳴器發(fā)出某音調(diào)的聲音，只要給蜂鳴器輸送該音調(diào)頻率的電平信號(hào)就可以了。由于單片機(jī) I/O 口的輸出只有高電平“ 1”和低電平“ 0”兩種狀態(tài)，因此向蜂鳴器輸送的電平信號(hào)實(shí)際上就是該音頻的方波。例如中音“ 1”的頻率為532Hz，它的周期為 1/532s，即 1..91ms。因此，只要向蜂鳴器輸送周期為 的脈沖方波電平信號(hào)就能發(fā)出 532Hz 的音調(diào)，該方波的半周期為。為此，需要利用定時(shí)器的中斷，讓輸送給蜂鳴器的電平信號(hào)每 取反一次即可。因?yàn)樗x的單片機(jī)的晶振為 ，它的一個(gè)機(jī)器周期為 12（ 1/）μ s= s，因此需要的機(jī)器周期總數(shù)為 955μs/ s=880 即定時(shí)器的定時(shí)常數(shù)就應(yīng)取為 880。根據(jù)上述分析，發(fā)出頻率為 f 的音頻時(shí)，定時(shí)常數(shù) C 計(jì)算公式為 (106/2f)μ s/ s=460 830/f=C T0工作于方式 0，最大計(jì)數(shù)為 8192，完全可以滿足各音頻定時(shí)常數(shù)設(shè)置的需要。可以證明，在已知定時(shí)常數(shù)為 C的條件下， 13位計(jì)數(shù)器的高 8 位和低 5 位的初值可由以下公式設(shè)定： 證明這是 13位計(jì)數(shù)器 TH0 高 8位的賦值方法 TL0=(8192C)%32。 節(jié)拍控制因?yàn)榧僭O(shè)節(jié)拍為每分鐘 72 拍，則每個(gè)節(jié)拍需時(shí)間： 100060ms/72=833ms 根據(jù)樂(lè)譜知識(shí)，選擇相應(yīng)的延時(shí)即可 程序采用 KEIL 軟件 C語(yǔ)言編寫(xiě) KEIL 軟件介紹 KEIL uⅥ sioIl2 軟件是 KEIL 公司的產(chǎn)品。 KEIL 公司是一家業(yè)界領(lǐng)先的微控制器 (MCU)軟件開(kāi)發(fā)工具的獨(dú)立供應(yīng)商。 KEIL C51 標(biāo)準(zhǔn) C編譯器為 8051 微控制器的軟件開(kāi)發(fā)提供了 C語(yǔ)言環(huán)境，同時(shí)保留了匯編代碼高效，快速的特點(diǎn)。 C5l編譯器的功能不斷增強(qiáng)，使用戶可以更加貼近 CPU本身，及其它的衍生產(chǎn)品。 C51已被完全集成到 uⅥ sion2 的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中，這個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境包含：編譯器，匯編器，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，項(xiàng)目管理器，調(diào)試器。 uVisioll2 DE 可為它們提供單一而靈活的開(kāi)發(fā)環(huán)境 。 系統(tǒng)流程 系統(tǒng)主流程 單片機(jī)上電后，首先做系統(tǒng)初始化，然后對(duì)定時(shí) /計(jì)數(shù)器進(jìn)行初始化，在初始化后，通過(guò)定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷輸出不同的頻率，然后調(diào)用不同的延時(shí)單位來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)拍。如圖 31所示 31 系統(tǒng)整體流程圖 中斷初始化流程 中斷初始化主要包括設(shè)置定時(shí)計(jì)數(shù)器工作方式、開(kāi)中斷、賦初值等一系列操作，中斷初始化主要流程圖如圖 32 所示 開(kāi) 始 中斷初始化 掃 描按鍵 是否按下 否 判斷 是 播放歌曲 播放音調(diào) 圖 32 串口初始化主要流程圖 開(kāi) 始 設(shè)置定時(shí)器工作方式 設(shè)置初值 開(kāi)中斷 第四章 仿真測(cè)試 PROTEUS 軟件介紹 PROTEUS 軟件如圖 41 所示 圖 41 PROTEUS 軟件 Proteus 軟件是英國(guó) Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具軟件。它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真 單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛(ài)好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。 其功能特點(diǎn)如下 : Proteus 軟件具有其它ＥＤＡ工具軟件（例： multisim）的功能。這些功能是：原理布圖， PCB 自動(dòng)或人工布線， SPICE 電路仿真。 革命性的特點(diǎn) : (1)互動(dòng)的電路仿真，用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如 LED/LCD、鍵盤(pán)、 RS232 終端等動(dòng)態(tài)外設(shè)模型來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行交互仿真。 (2)仿真處理器及其外圍電路，可以仿真 51 系列、 AVR、 PIC等常用主流單片機(jī)。還可以 直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等， Proteus 建立了完備的電子設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)境。 具有 3大功能模塊 : (1)— 個(gè)易用而又功能強(qiáng)大的 ISIS 原理布圖工具； (2)PROSPICE 混合模型 SPICE 仿真 。 (3) ARES PCB 設(shè)計(jì) . Protues 提供了豐富的資源 : (1)Proteus 可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，有 30多個(gè)元件庫(kù)。 (2)Proteus 可提供的仿真儀表資源 ：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、 SPI調(diào)試器、 I2C調(diào)試器、信號(hào)發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表。理論上同一種儀器可以在一個(gè)電路中隨意的調(diào)用。 (3)除了現(xiàn)實(shí)存在的儀器外， Proteus 還提供了一個(gè)圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號(hào)，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)，其作用與示波器相似，但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀器對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。 (4)Proteus 可提供的調(diào)試手段 Proteus 提供了比較豐富的測(cè)試信號(hào)用于電路的 測(cè)試。這些測(cè)試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。 軟件仿真 : 支持當(dāng)前的主流單片機(jī)，如 51系列、 AVR 系列、 PIC12 系列、 PIC16 系列、PIC18 系列、 Z80系列、 HC11 系列、 68000 系列等。 (1）提供軟件調(diào)試功能 (2）提供豐富的外圍接口器件及其仿真 RAM， ROM，鍵盤(pán)，馬達(dá)， LED， LCD， AD/Ｄ／Ａ，部分 SPI 器件，部分 IIC 器件。這樣很接近實(shí)際。在訓(xùn)練學(xué)生時(shí)，可以選擇不同的方案，這樣更利于培養(yǎng)學(xué)生。 (3） 提供豐富的虛擬儀器 利用虛擬儀器在仿真過(guò)程中可以測(cè)量外圍電路的特性，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際硬 件的調(diào)試能力。 (4） 具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能 電路功能仿真 : 在 PROTUES 繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件： *.HEX，可以在 PROTEUS 的原理圖中看到模擬的實(shí)物運(yùn)行狀態(tài)和過(guò)程。 PROTEUS 不僅可將許多單片機(jī)實(shí)例功能形象化，也可將許多單片機(jī)實(shí)例運(yùn)行過(guò)程形象化。前者可在相當(dāng)程度上得到實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)的效果，后者則是實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到的效果。