1、小学期单片机设计实验报告2012年小学期单片机设计实验报告题目：基于PIC32的电子宠物班 级： 班内序号： 学 号: 学生姓名： 指导教师： 葛顺民老师 基于PIC32的电子宠物娱乐系统-*实验摘要： 我们制作的电子宠物娱乐系统是一个基于Microchip公司生产的PIC32MX795F512L单片机的小型娱乐系统。该系统可以实现选择领养的宠物，给宠物喂食、洗澡、睡觉、抚摸以及看医生等一系列人性化操作，用单片机内置的计时器以及中断来控制宠物各项生命指标的变化，通过显示宠物的各项生命值、自定义字符以及LED灯的亮暗程度来提醒玩家选择操作。整个娱乐系统非常贴近小时候我们玩过的学习机上的电子宠物，
2、操作人性化，并且较全面地运用了单片机的核心知识。 在该电子宠物娱乐系统的实现中，我们使用了计时器、中断优先级、自定义字符、PWM脉冲宽度调制等单片机技术，通过mplab编程软件实现电子宠物的功能，先在面包板上调试，再用焊接固定所用的单片机以及外部设备。Abstract The electronic pet entertainment system we made is based on PIC32MX795F512L made by the Microchip company. The entertainment system can realize such functions as cho
3、osing a pet, feeding the pet, helping the pet to bath and sleep, patting the pet and sending it to a doctor. We use the timer and interrupt sectors built in the chip to change the life index of your pet. The game play can decide what to do by showing the pets various life index value, the custom cha
4、racter and the light intensity of the LED lamp. The entertainment system is very close to the electronic pet we played in our childhood and the operation is humanity. It also excises us to use the SCM more skilled. In the realization of this electronic pet, we use the timer, interrupt priority, cust
5、om characters, PWM pulse width modulation. We realize the electronic pet functions by using the mplab programming software. Firstly, we debugged on the bread plate. Then we welded all the equipment. 关键字单片机microcontroller 脉宽调制pulse width modulation计时器 timer 中断优先级interrupt priority一.实验论证与比较：1.显示屏设置： 将
6、控制显示屏显示的C语言工程捎进PIC主机，通过PIC芯片与显示屏的连接控制显示屏的输出。我们实验采用的LCD1602型号的显示屏，使用了LCD的116号引脚，其中引脚1,、3、16接地，引脚2,15接5V正电源，RS，R/W,E用来控制输入指令和数据，写入或读取信息，产生下降沿脉冲使能信号。714引脚用来做输入输出端口，15和16引脚用来调节背光度。在每次显示时，都会采用delay函数进行延迟处理，以便玩家有足够时间看清楚显示屏上的显示。图一 LCD显示屏/*液晶初始化函数定义*/void Initscreen() /初始化函数 write_com(0x38); /初始化液晶 delay1(2
7、0); write_com(0x0c); /不显示光标也不闪烁 delay1(20); write_com(0x06); /光标向右移 delay1(20); write_com(0x01); /屏幕清零 delay1(20); write_com(0x80); /第一行光标定位/*显示各项指标*/void show(uchar h,uchar b,uchar s,uchar p) if(hunger98) hunger=0; write_com(0x01); Write_ListChar(0,0, food enough!); delay1(100000); if(sleep10)&(sle
8、ep10)&(pat10)&(bath12) bath=10; write_com(0x01); Write_ListChar(0,0, bath enough!); delay1(100000); write_com(0x01); Write_ListChar(0,0, hunger:); change(hunger); Write_ListChar(0,8,y); delay1(60000); uchar he=health(b,s); Write_ListChar(1,0, health:); change(he); Write_ListChar(1,8,y); delay1(60000
9、); write_com(0x01); uchar mo=mood(h,b,s,p); Write_ListChar(0,0, mood:); change(mo); Write_ListChar(0,7,y); delay1(60000); Write_ListChar(1,0,What to do?); delay1(60000); write_com(0x01); Write_ListChar(0,0,1feed2bath3sleep); Write_ListChar(1,0,4pat5doctor ); /delay1(30000); uint i=0; for(i=0;i3;i+)
10、write_pic(i,pici); write_com(0xc0+0x0c); for(i=0;i0x03;i+) write_data(i); delay1(30000);2.键盘设置： 键盘共有四行四列，8个引脚，通过行列扫描的方式确定按下的是哪一个按键，先确定列，再确定行，返回PIC主机进行处理。为了防止键盘误读，在每次扫描键盘值之间加入了一次防抖动检测，以提高键盘按键性能的稳定性。图二 矩阵键盘按键功能1键喂食2键洗澡3键睡觉4 键抚摸5键看医生表一 键盘功能/*键盘函数*/uchar kbscan() unsigned int row,col; uint flag=0,a=1,b=
11、1,c=1,d=1; uchar key; PORTClearBits(IOPORT_B, BIT_9 | BIT_12 | BIT_13 |BIT_14 ); PORTSetBits(IOPORT_B, BIT_12 | BIT_13 |BIT_14); a=y1;b=y2;c=y3;d=y4; if(a&b&c&d)!=1) delay1(1000); if(a&b&c&d)!=1) flag=1; row=1; if(a=0)col=1; if(b=0)col=2; if(c=0)col=3; if(d=0)col=4; if(flag!=1) PORTClearBits(IOPORT_
12、B, BIT_9 | BIT_12 | BIT_13 |BIT_14 ); PORTSetBits(IOPORT_B, BIT_9 | BIT_13 |BIT_14); a=y1;b=y2;c=y3;d=y4; if(a&b&c&d)!=1) delay1(1000); if(a&b&c&d)!=1) flag=1; row=2; if(a=0)col=1; if(b=0)col=2; if(c=0)col=3; if(d=0)col=4; if(flag!=1) PORTClearBits(IOPORT_B, BIT_9 | BIT_12 | BIT_13 |BIT_14 ); PORTSe
13、tBits(IOPORT_B, BIT_9 | BIT_12 |BIT_14); a=y1;b=y2;c=y3;d=y4; if(a&b&c&d)!=1) delay1(1000); if(a&b&c&d)!=1) flag=1; row=3; if(a=0)col=1; if(b=0)col=2; if(c=0)col=3; if(d=0)col=4; if(flag!=1) PORTClearBits(IOPORT_B, BIT_9 | BIT_12 | BIT_13 |BIT_14 ); PORTSetBits(IOPORT_B, BIT_9 | BIT_12 | BIT_13 ); a
14、=y1;b=y2;c=y3;d=y4; if(a&b&c&d)!=1) delay1(1000); if(a&b&c&d)!=1) flag=1; row=4; if(a=0)col=1; if(b=0)col=2; if(c=0)col=3; if(d=0)col=4; if(flag!=0) if(row=1&col=1)key=1; if(row=1&col=2)key=2; if(row=1&col=3)key=3; if(row=1&col=4)key=4; if(row=2&col=1)key=5; if(row=2&col=2)key=6; if(row=2&col=3)key=
15、7; if(row=2&col=4)key=8; if(row=3&col=1)key=9; if(row=3&col=2)key=0; if(row=3&col=3)key=A; if(row=3&col=4)key=B; if(row=4&col=1)key=C; if(row=4&col=2)key=D; if(row=4&col=3)key=E; if(row=4&col=4)key=F; else key=P; return key;3.宠物生命状态模块： 宠物的生命状态由4个参数和两个指数控制。四个参数为：hunger饥饿程度，bath洗澡值，sleep睡觉值，pat抚摸值。两个指
16、数为：健康指数health,心情指数mood。四个参数由时间控制，而两个指数，即健康指数和心情指数由上述4个参数所计算得来。每过一段时间，hunger值加一,bath,sleep,pat分别减一，表示宠物变饿了，而更需要洗澡，睡觉和主人的安抚。health=5*sleep+5*bath, mood=(10-hunger)*2+bath*2+sleep*2+pat*2,分别反映宠物的健康和心情如何。当宠物的饥饿程度hunger=10时宠物饿死，健康指数health5时宠物生病死了，心情指数mood100) h=100; return h;/*心情指数的计算*/uchar mood(uchar h
17、,uchar b,uchar s,uchar p) uchar m=(10-h)*2+b*2+s*2+p*4; if(m100) m=100; return m;4.计时器中断模块： 我们设置了两个计时器中断，一个用来计算宠物生命状态，一个用来使用PWM脉冲宽度调制控制小灯亮度。为了计算宠物各项生命值（饥饿程度hunger，洗澡值bath，睡觉值sleep，抚摸值pat，健康指数health，心情指数mood），我们设置的计时器中断优先级为3，每隔固定时间改变一次宠物各项生命数值（当到了该固定时间时，若有按键操作则先处理中断里的改变参数操作）hunger+,bath-,sleep-,pat-，
18、health=bath*5+sleep*5,mood=(10-hunger)*2+bath*2 + sleep*2+pat*4,从而确定此时宠物的生命状态。为了通过宠物的饥饿程度控制小灯的亮度当hunger饥饿程度越高时小灯越亮，hunger饥饿程度越低时小灯越暗，采用了优先级为2的计时器中断。每隔固定时间检测hunger值的变化，通过调制电压方波的占空比来改变小灯的亮度。脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。高电平时间越长，灯就越亮，即占空比越大灯越亮。从而可以采用PWM技术实现控制小灯
19、的亮暗变化，从而给游戏玩家提供信息决定是否喂食。void _ISR( _TIMER_3_VECTOR, ipl1) T3InterruptHandler( void) asm(ei); if(mT3GetIntFlag() num+; if(num100) hunger+; pat-; bath-; sleep-; num=0; mT3ClearIntFlag(); void _ISR( _TIMER_2_VECTOR, ipl3) T2InterruptHandler( void) asm(ei); uint i,t; if(mT2GetIntFlag() for(i=1;i=10-hung
20、er;i+); LED=1; for(i=1;i=hunger;i+); LED=0; mT2ClearIntFlag(); 三.系统总体设计：图三 整体流程图1.宠物生命状态控制模块： 宠物的生命状态由4个参数，2个指数控制，hunger饥饿程度，bath洗澡值，sleep睡觉值，pat抚摸值，健康指数health,心情指数mood。而两个指数，即健康指数和心情指数由上述4个参数所计算得来。每隔固定时间，进入一次中断，在中断里改变标志位，在主程序中通过判断标志位来改变4个参数的值，从而改变两个指数的值。hunger取值0-10，值越大表示宠物越饥饿；bath、sleep、pat取值0-10，
21、随时间下降；health和mood取值0-100，值越大表示越健康，心情越好。当宠物饥饿值hunger达到10，宠物饥饿而死；当宠物健康指数health达到0，宠物生病而死；当宠物心情指数mood达到30，宠物抑郁而逃。至此本轮游戏结束。通过按键操作，改变宠物的4个参数值，每按一次1-4键，相应的参数+1，按5键，bath和sleep设为10.图四 宠物生命状态流程图2.警告灯模块： 为了提醒玩家及时给宠物喂食，设计了警告灯模块用来反映hunger的值变化，hunger取值为0-10，值越大表示宠物越饥饿，此时灯就越亮。灯亮度控制模块采用PWM脉冲调制技术，流程图如下： 图五 宠物饥饿警告灯流
22、程图三 硬件连接：图六 PIC32MX795F512L引脚图1.PIC32和显示屏连接： 鉴于硬件连接方便，我组采用了PIC的2650和76100号管脚。先在面包板上组装电路，以便于调试，调试成功后使用焊接的方法将整个电路和外设焊接在电路板上。PIC主板和显示屏管脚以及警示灯的具体连接如下：图七 单片机和显示屏管脚连接示意图2.PIC32和矩阵键盘连接：图八 单片机和键盘管脚连接示意图四.软硬件调试： 第一次接触单片机，在老师的入门指导下，上网查了一些资料并且看了一些单片机教程，决定了选择电子宠物这一课题，然后就边学边做地开始编程，连硬件了。学习周期不长，所以做的过程中出现了各种各样的软硬件问
23、题，一方面是我们组的三个同学一起商量，另一方面就是向老师求助，最后终于历经千辛万苦做完了这次小学期。回想这四周来遇到的各种问题，很有必要做一下总结，也是为以后的学习积累经验，提供教训。1.中断优先级问题： 由于我们做的电子宠物需要用时间来改变各项生命状态值，并且要避免与按键操作产生冲突，所以需要使用PIC的计时器和中断优先级。我们参考了一本PIC32的教程上的中断计时器代码加到我们的代码里，可是一直出现问题，一开始根本无法进入计时器程序里，后来修改了一些代码之后，宠物死亡速度太快，并且经常出现奇怪的错误。我们三个就查询其他的资料，结果不同资料上的代码也不同，也都没有详细的解释，经过思考和请教老
24、师，发现我们的中断优先级代码有以下几个问题：（1）少了计时器的初始值设定；（2）重复开启优先级；（3）重新领养宠物时没有关闭上一次的计时器导致计时混乱。（4）进入中断的时间太快导致无法进入主程序。（5）中断函数里代码过长，并且含有延迟函数。在老师的指导下，我们修改了中断优先级的开启代码，加入了关闭代码，并且在中断函数里加入了一个循环嵌套，加长了进入一次中断处理的时间。在中断函数里用一个标记量，通过在中断里改变表计量的值，在主函数里判断是否需要修改宠物的生命状态值。我们的程序里用到了两个不同级别的中断，一个是优先级为2的PWM控制灯亮度，一个是优先级为3的宠物生命状态值控制。这样解决了上述的5个
25、问题，实现了宠物的生命状态值功能，让宠物“活”了起来。 从处理中断优先级问题的过程中，我不仅学会了中断优先级的调用方法，还深刻地明白了一个道理，学习知识一定要透彻，不能一知半解，尤其是借用前人已有的知识时更要把知识的来龙去脉弄透彻了。2.显示屏调试问题： 为了测试显示屏和硬件连接的好坏，我们写了一段很短的测试显示屏代码。第一次测试显示屏时，显示屏显示出了正确的字符，可是过了一会显示屏什么都没有了，我们判定是硬件连接不紧的问题。就把线又插进了一遍，插上电还没有反应。之后我们用万能表测试每条线的通断，发现了有2根导线内部断了，还有的导线太松，我们换了新的导线，可是还没有结果。我们又测了每一个管脚的
26、高低电平，发现了PIC的底座有很多个口是完全松的，所以又换了一个底座，显示屏就完全正常了。键盘没有任何接触不良的问题，所以没有什么调试。 我们总结了硬件调试的经验，连接导线之前一定要合理安排管脚的使用，尽量使连接导线时不要相互交叉太多，以免导线相互交叉影响接触。连接导线时可以先把导线头弯一下，这样可以插得很紧。还有插底座时注意底座是不是紧的，看一下里面是不是有的口已经很松了。出现意想不到的错误时一定要冷静，一步步调试，充分利用万能表测试硬件各部分是否连通。五 实验心得体会 第一次接触单片机，第一次自己动手做软硬件结合的综合实验，在这四周里遇到的困难很多，但是收获的东西让这四周的付出变得很值得。
27、 开始的第一周是第一阶段，主要任务是熟悉单片机的基础知识和选题。在这一阶段的学习，确实在这个小学期里起到了奠基的作用。首先看各种PIC的教程以及视频，然后是广泛查找选题资料。开始我们想做一个语言识别的东西，通过和老师的交流发现语言识别的难度太大，并且专业知识远远不足。兴趣是最好的老师，我们三个人都很怀念小时候玩的电子宠物游戏机，所以我们选择了这个我们感兴趣的项目电子宠物。决定题目之后，我们将大致的实验方案制作出来，写了一份开题报告。 第二阶段是确定管脚的使用，编写程序。MPLAB我们是边学边用的，由于是基于C语言，所以难度相对较小一些。编程的思想不仅要考虑到程序的是实现过程，也要顾忌到硬件的合理性。为了使编程思想更明确，我们先写了一段伪代码，按照伪代码的流程分工编程。软件的通过编译没遇到什么困难。 第三阶段是硬件的连接和软硬件结合的调试。由于显示屏的接触不良浪费了很多时间。我们充分使用了万用表、MPLAB的断点调试、管脚电平检测等调试方法，一一解决了各种硬件问题。 在不断的学习中，我学会了MPLAB的使用，学会了单片机的编程和硬件实现，学会了显示屏和键盘等外设的调试，最重要的是学会了软硬件结合的思想。大学已经两年结束了，前两年一直在注重理
