【正文】 開 始FLASH讀 寫 模 式 初始 化發(fā) 送 PAGE地 址發(fā) 送 81H命 令 擦 除PAGE頁發(fā) 送 8位 保 留 位發(fā) 送 8為 保 留 位發(fā) 送 內(nèi) 容 給 BUFF1發(fā) 84H命 令 寫 BUFF1發(fā) 送 88H命 令 不使 用 內(nèi) 建 擦 除將 BUFF1內(nèi) 容 給主 存 儲 器發(fā) 送 PAGE地 址發(fā) 送 PAGE地 址延 時 16ms發(fā) 送 ADDR地 址發(fā) 送 53H命 令 讀 主存 儲 器 至 BUFF1返 回 圖 FLASH 寫入流程圖 讀寫是基于 SPI 讀寫時序的，上升沿發(fā)送，下降沿接收。采用 Inactive Clock Polarity Low 模式讀寫。 AT45DB021B 是一款基于 SPI 傳輸總線的存儲芯片，在這里首 先介紹 SPI 的接口協(xié)議。 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 35 同步外設(shè)接口 (SPI)是由摩托羅拉公司開發(fā)的全雙工同步串行總線，該總線大量用在與 EEPROM、 ADC、 FRAM 和顯示驅(qū)動器之類的慢速外設(shè)器件通信。 SPI（ Serial Peripheral Interface）是一種串行同步通訊協(xié)議，由一個主設(shè)備和一個或多個從設(shè)備組成，主設(shè)備啟動一個與從設(shè)備的同步通訊，從而完成數(shù)據(jù)的交換。 SPI 接口由 SDI（串行數(shù)據(jù)輸入）， SDO（串行數(shù)據(jù)輸出）， SCK（串行移位時鐘）， CS（從使能信號）四種信號構(gòu)成， CS 決定了唯一的與主設(shè)備通信的從設(shè)備，如 沒有 CS 信號，則只能存在一個從設(shè)備，主設(shè)備通過產(chǎn)生移位時鐘來發(fā)起通訊。通訊時，數(shù)據(jù)由 SDO 輸出， SDI 輸入，數(shù)據(jù)在時鐘的上升或下降沿由 SDO 輸出，在緊接著的下降或上升沿由 SDI 讀入，這樣經(jīng)過 8/16 次時鐘的改變，完成 8/16 位數(shù)據(jù)的傳輸。 在 SPI 傳輸中，數(shù)據(jù)是同步進行發(fā)送和接收的。數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r鐘基于來自主處理器的時鐘脈沖，摩托羅拉沒有定義任何通用 SPI 的時鐘規(guī)范。然而，最常用的時鐘設(shè)置基于時鐘極性 (CPOL)和時鐘相位 (CPHA)兩個參數(shù)， CPOL 定義 SPI串行時鐘的活動狀態(tài)，而 CPHA 定 義相對于 SO數(shù)據(jù)位的時鐘相位。 CPOL 和CPHA 的設(shè)置決定了數(shù)據(jù)取樣的時鐘沿。 假設(shè)下面的 8 位寄存器裝的是待發(fā)送的數(shù)據(jù) 10101010，上升沿發(fā)送、下降沿接收、高位先發(fā)送。 那么第一個上升沿來的時候數(shù)據(jù)將會是 sdo=1；寄存器 =0101010x。下降沿到來的時候， sdi 上的電平將所存到寄存器中去，那么這時寄存器 =0101010sdi，這樣在 8 個時鐘脈沖以后，兩個寄存器的內(nèi)容互相交換一次。這樣就完成里一個spi 時序。 AT45DB021B 芯片有四種讀寫模式，包括 Inactive Clock Polarity Low 、 SPI Mode 0 、 Inactive Clock Polarity High 、 SPI Mode 3。確定其讀寫模式主要靠 SCK的初試狀態(tài)決定。其讀寫時序圖如圖 所示，上圖是 Inactive Clock Polarity Low 或者 SPI Mode 0 讀寫，下圖是 Inactive Clock Polarity High 或者 SPI Mode 3 讀寫方式。 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 36 圖 AT45DB021B 的讀寫時序圖 在本次設(shè)計中采用的是 Inactive Clock Polarity Low 讀寫模式，在軟件初始化時會將 SCK 置低。 在具體執(zhí)行寫命令時，采用先往 BUFFER 里面寫入數(shù)據(jù)后再寫入主存儲器。其時序圖如圖 和 所示。 圖 BUFFER 寫入時序 圖 主存儲器寫入時序 在具體執(zhí)行度命令時，采取 68H 持續(xù)數(shù)組連續(xù)讀取模式，并且是在南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 37 Inactive Clock Polarity Low 模式下讀取主存儲器。其讀寫時序圖如圖 所示。 圖 主存儲器讀取時序 FLASH 存儲電路的整體讀取過程為：軟件上首先判斷目標花色應(yīng)該存入那個 存儲芯片，再確定存儲位置和地址。之后調(diào)用寫命令函數(shù)，通過 BUFFER 先把需要寫入的 PAGE 頁內(nèi)容讀入，擦除所要寫入的 PAGE 頁。把需要寫入的數(shù)據(jù)寫入 BUFFER，最后通過 BUFFER 寫入主存儲器。讀取查詢直接使用 68H 的連續(xù)數(shù)組讀取模式，將一批數(shù)值讀出。 上升沿發(fā)送、下降沿接收、高位先發(fā)送 。 報警模塊程序設(shè)計 報警模塊軟件設(shè)計流程圖如圖 所示。 采集到報警信號時，啟動報警程序，點亮發(fā)光二極管 。 再檢測是否有解除信號產(chǎn)生，如果有，則退出報警系統(tǒng)；如果沒有，則繼續(xù)報警。 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 38 開 始使 單 片 機 高 ， 點 亮 發(fā) 光 二 極管是 否 有 按 鍵 報警 信 號 輸 入是 否 有 解 除 報警 按 鍵 信 號 輸入使 單 片 機 低 ， 熄 滅 發(fā) 光 二 極管返 回YYNN 圖 報警模塊軟件流程圖 步進電機控制程序設(shè)計 步進電機控制模塊分為兩部分，一部分為電機控制部分，其流程圖如圖 ；另一部分為 PC 機通信部分，采用 UART 異步串口通信，如圖 。 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 39 開 始A相 通 電延 時BC相 通 電CD相 通 電C相 通 電D相 通 電DA相 通 電B相 通 電AB相 通 電延 時延 時延 時延 時延 時延 時延 時是 否 已 轉(zhuǎn) 到 角度結(jié) 束YN 圖 步進電機驅(qū)動程序 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 40 中 斷 入 口接 收 轉(zhuǎn) 速 數(shù) 據(jù)接 收 轉(zhuǎn) 角 數(shù) 據(jù)返 回 數(shù) 據(jù) 給 PC中 斷 返 回 圖 步進電機模塊中斷服務(wù)程序 在步進電機驅(qū)動程序中，設(shè)置了一個 8 個長度的數(shù)組變量用于產(chǎn)生步進電機驅(qū)動所需的步進 脈沖，采用四相八拍制。 PC 機通過中斷服務(wù)程序通過 RS232 串口將轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)傳送給從單片機控制系統(tǒng)。通過修改延時時間來控制步進電機的轉(zhuǎn)速，通過修改發(fā)送的脈沖序列個數(shù)來改變轉(zhuǎn)角。 串口通信軟件模塊設(shè)計 串口通信軟件模塊其實已經(jīng)包含在了兩個單片機的中斷服務(wù)程序當中，都采取 UART 異步串口通信。只要有數(shù)據(jù)到來，就產(chǎn)生一個中斷，用 SBUF 把傳輸?shù)臄?shù)據(jù)接收下來再調(diào)用相應(yīng)的處理子函數(shù)進行處理。流程圖即為上文兩個中斷服務(wù)程序流程圖，這里不再重復(fù)介紹。 上位機軟件設(shè)計 上位機軟件主要完成一個用戶在 PC 機上對花型輸入系統(tǒng)的操作過程。其主要分為兩個部分：接收模塊和發(fā)送模塊，其流程圖如圖 和圖 所示。 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 41 開 始是 否 接 受 都 下 位 機數(shù) 據(jù)將 接 受 數(shù) 據(jù) 顯示 在 對 話 框 中YN 圖 接收數(shù)據(jù)流程圖 開 始輸 入 花 型 數(shù) 據(jù)及 存 儲 位 置輸 入 參 數(shù) 是否 合 理發(fā) 送 按 鈕 是否 按 下將 固 定 格 式 的數(shù) 據(jù) 發(fā) 給 下 位機YYNN 圖 發(fā)送數(shù)據(jù)流程圖 程序運行結(jié)果界面如圖 所示。從圖中可以看到，上位機軟件具備向下位機傳輸行列地址、花型數(shù)據(jù)以及 COM 口選擇。下方還有一個接收數(shù)據(jù)區(qū)，用于接收下位機向上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并以此來判斷傳輸是否成功。 軟件用戶交互界面友好，簡單 易操作，可以完成一個 PC 機與用戶以及下位機的交互功能。 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 42 圖 上位機花型傳輸軟件 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 43 5 調(diào)試及結(jié)果分析 硬件調(diào)試及結(jié)果分析 在本次設(shè)計中，本人負責硬件電路的設(shè)計與調(diào)試。調(diào)試硬件電路是否能正常工作，以及軟硬件聯(lián)調(diào)。調(diào)試過程主要分為以下幾個步驟： 第一步，首先在硬件電路沒有上電的情況下，檢查 PCB板線路是否無誤。對照硬件電路原理圖， PCB 板圖，用萬用表的蜂鳴檔檢查 每塊 PCB板 每條線路是否都導(dǎo)通。檢查 +5V、 5V 的電源線是否全部連接好，電源和地是否有短路，每個芯片插座的電源 端是否都連接在一起，每個芯片插座的地端是否都連接在一起。通過細致的檢查，發(fā)現(xiàn)有些過孔和元件引腳有虛焊的現(xiàn)象，用烙鐵重新焊接，再用萬用表的蜂鳴檔從連通的起始端每個觸點逐個檢查，確保線路連通，發(fā)現(xiàn)問題則相應(yīng)地進行解決。要注意的是，電源和地一定不能短路。若短路，應(yīng)仔細檢查線路，并作相應(yīng)改動。 第二步， 調(diào)試單片機最小系統(tǒng)版。將單片機最小系統(tǒng)版上電后，首先嘗試使用程序下載軟件向單片機傳輸程序 ，并且同時觀察 ALE 的信號變換情況 。成功后使用一個簡單的串口調(diào)試程序測試單片機串口是否能夠正常返回數(shù)據(jù) 。 其能夠正常返回，這說明最 小系統(tǒng)正常。 第三步，調(diào)試顯示鍵盤模塊。同樣 首先下載一個簡單的顯示程序，確定 13245 和數(shù)碼管能夠正常工作。再下載了一個簡單的掃鍵程序，確定矩陣鍵盤每個按下都有信號返回。 第四步，調(diào)試 FLASH 存儲電路。 首先調(diào)試 FLASH 的讀功能。將 FLASH 上電后，連接至單片機，使用示波器同時觀察 SO和 SCK 管腳的信號脈沖情況。從示波器上可以看到，在執(zhí)行了讀命令后，每個 SCK 達到下降沿時， SO 信號有 變化，表示芯片正在正常讀取。同時用數(shù)碼管顯示讀取到的數(shù)據(jù)為 F，是芯片資料中的初始值，表示讀取正常。其次，在每次讀寫時，讀 取狀態(tài)寄存器的值，看其是否正常。再次， 嘗試將數(shù)據(jù)寫入 BUFFER1 中，使用示波器觀察可以發(fā)現(xiàn)，在 SCK 信號達到上升沿時 ,SI 信號有變化，表示其寫入 BUFFER1 區(qū)域正常。最后，嘗試將一字節(jié)的數(shù)據(jù)寫入主存儲器某頁，在將其讀出至數(shù)碼管上顯示，可以發(fā)現(xiàn)其能夠正常顯示所期望的數(shù)值，表示 FLASH 驅(qū)動調(diào)試成功。 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 44 第五步，調(diào)試報警電路。當給三極管的基集高電平時，三極管導(dǎo)通，小燈亮。低電平時不導(dǎo)通，小燈滅。說明報警模塊正常。 第六步，調(diào)試步進電機控制模塊。先用示波器觀察步進電機四條信號線，看其信號是否與所給的理論信號相同 。再接入步進電機，其能夠正常轉(zhuǎn)動，說明步進電機控制電路正常工作。 系統(tǒng)軟硬件聯(lián)調(diào) 軟硬件聯(lián)調(diào)時，使用 PC 上的上位機傳輸軟件向下位機傳輸數(shù)據(jù)?？梢栽?PC界面上觀察到返回的行列值以及花型數(shù)據(jù)。同時測試下位機的查詢和修改功能，發(fā)現(xiàn)其可以正常工作，顯示出正常的花型數(shù)據(jù)和對應(yīng)的行列數(shù)。按下斷油、斷針、斷線模擬報警按鈕時，報警小燈亮起，系統(tǒng)停止工作直到有消除報警信號輸入，系統(tǒng)才能夠繼續(xù)正常工作。 以上說明提花毛皮機的花型準備系統(tǒng)能夠正常工作。同時在從單片機的上位機管理軟件中，可以向下位機傳輸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù) ，并且從單片機也可以正常識別 并 調(diào)整步進電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角。 這說明提花毛皮機的步進電機控制系統(tǒng)可以正常工作。 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 45 6 總結(jié)與體會 這次畢業(yè)設(shè)計從原理圖設(shè)計， PCB 板圖的設(shè)計，總體電路的完成，到最后的軟件硬件的聯(lián)調(diào)。雖然出現(xiàn)了一些問題，但經(jīng)過老師的悉心指導(dǎo)和同學(xué)們的幫助，并結(jié)合學(xué)過的理論知識，將出現(xiàn)的問題一一解決。畢業(yè)設(shè)計的實踐性很強，通過畢業(yè)設(shè)計，使得我們對專業(yè)課程的理論認識上升到實踐階段，提高了我們的動手能力與綜合所學(xué)知識并應(yīng)用到實踐的能力。同時，畢業(yè)設(shè)計的分工也培養(yǎng)了同學(xué)之間的 團隊合作能力與統(tǒng)籌規(guī)劃能力。 一個學(xué)期的畢設(shè)，有成功，有失敗。成功激勵著我們不斷前進，而失敗使我們獲得寶貴的經(jīng)驗，這些經(jīng)驗不經(jīng)過實踐是無法得到的。這次畢業(yè)設(shè)計最大的收獲就是能夠?qū)W以致用，理論與實踐相結(jié)合，并能根據(jù)實踐加深對理論的理解，提高了自己發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，獲益匪淺。 這次設(shè)計采用了 FLASH 存儲芯片進行數(shù)據(jù)存取，由于以前沒有使用 FLASH存儲芯片的經(jīng)驗，此次設(shè)計讓我們學(xué)到了不少關(guān)于 FLASH 存儲芯片使用的新知識。此次設(shè)計采用 C 語言進行編程，而以往都是采用匯編語言進行編程，而 C語言的結(jié) 構(gòu)化的特點，使程序的編寫和調(diào)試更容易，在以后的學(xué)習(xí)過程中，會多采用 C語言模塊化的編程思想。 經(jīng)過近四個月的努力，從方案的設(shè)計之初查閱各種文獻資料，繪制原理圖，繪制 PCB 板圖，焊接電路板，對電路板進行檢查，硬件電路的調(diào)試，到最后的整體軟硬件調(diào)試的成功，失敗教訓(xùn)與成功的喜悅，一個問題幾天的冥思苦想與解決問題后的釋懷，這些經(jīng)歷在很大程度上提高了我們綜合分析問題、解決問題的能力。在這次課題的完成過程中，不僅加深了對已學(xué)專業(yè)理論知識的理解，而且還學(xué)到了許多新知識，拓展了知識面，大大地提高了動手、分析問題能力和解決問題 的能力。這使我們具備了一定的將理論轉(zhuǎn)化為實際的能力，對以后走向社會工作崗位是大有裨益的。 本設(shè)計也存在一些不足 ,如：顯示模塊能夠顯示的數(shù)據(jù)相當有限，如果采用液晶顯示屏效果會更好。電機驅(qū)動模塊設(shè)計也比較簡單，穩(wěn)定性較差，如果采用專用驅(qū)動芯片效果會更加穩(wěn)定。