单片机1.docx
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单片机1
辽宁师范大学
《单片机》课程设计
(09级本科)
题目:
八路彩灯定时期
学院:
物理与电子技术
专业:
电子科学与技术
班级:
五班
班级学号:
0820
姓名:
许颖男许宁宁
指导教师:
姜春华
完成日期:
2012年01月02日
目录
1内容及摘要
2设计内容及要求
2.1理解各种常用电子元器件的功能
2.2理解定时电路的原理
2.3掌握基本电路的设计方法和应用
3系统方案及系统功能
4元器件类型
5原理图及PCB图
6元器件参数介绍及最小系统
7元器件的识别
7.1组装和焊接
7.1.1焊接方法
7.2电路设计的优点
7.3设计电路的缺点
7.4调试电路
7.4.1调试准备
7.4.2调试电路的方法和技巧
1:
内容及摘要
随着人们生活环境的不断改善和美化,在许多场合可以看到彩色霓虹灯。
LED彩灯由于其丰富的灯光色彩,低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用,用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。
但目前市场上各式样的LED彩灯控制器大多数用全硬件电路实现,电路结构复杂、功能单一,这样一旦制作成品只能按照固定的模式闪亮,不能根据不同场合、不同时间段的需要来调节亮灯时间、模式、闪烁频率等动态参数。
这种彩灯控制器结构往往有芯片过多、电路复杂、功率损耗大等缺点。
功能效果上看,亮灯模式少而且样式单调,缺乏用户可操作性,影响亮灯效果。
因此有必要对现有的彩灯控制器进行改进。
本文提出了一种基于AT89C51单片机的彩灯控制方案,实现对LED彩灯的控制。
本方案以AT89C51单片机作为主控核心,与键盘、显示、驱动等模块组成核心主控制模块。
在主控模块上设有按键和LED显示器,根据用户需要可以编写若干种亮灯模式,利用其内部定时器T0实现一个基本单位时间为2ms的定时中断,根据各种亮灯时间的不同需要,实现不同形式的闪烁方式。
关键字:
LED彩灯;AT89C51单片机;彩灯控制器;模块设计
2设计内容及要求
2.1理解AT89C51元器件的功能
2.2理解定时电路的原理
2.3掌握基本电路的设计方法和应用
3系统方案及功能
新型LED彩灯分为2部分,即彩灯控制器(主控模块)和管内LED板模块(受控模块)彩灯控制器可直接与5v电相连接,经过开关电源变换,输出直流工作电压,一方面为管内LED模块提供工作电源,另一方面为主控模块单片机系统(彩灯控制器)提供5V工作电源整个系统工作由软件程序控制运行,根据需要,用户可以在LED彩灯工作时通过主控模块上的按键来设定亮灯时间和灯光闪动频率
上电后系统经过初始化,查询是否有功能切换键按下:
有,则进入用户设定模式状态;无,则进入默认缺省工作状态在用户设定模式状态下,用户可以根据个人爱好及不同场合的需要来指定调用哪些模式,并且可以改变每种模式的时间Ti、频率Fi参数,如果用户想进入缺省状态模式,只需按一下功能切换键即可跳入缺省模式,程序会自动顺序调用亮灯模式;
因此在LED彩灯上电工作后,用户可以方便地通过主控模块上的显示器知道LED彩灯当 前工作模式Model_i,工作时间Ti,频率Fi等实时参数若实际应用需要根据不同场合和时间来改变彩灯闪亮效果,用户可以通过主控模块上的按键来设定LED不同的闪烁频率Fi和亮灯时间Ti,以便符合实际需要此外如果用户对某一种模式感兴趣需要仔细观看该种亮灯模式,可以通过键盘选定任意第Model_i模式使系统循环重复工作在该花样模式下、参数计算和器件选择
4元器件种类
AT89C51一个LED八个电阻1K八个电阻200两个开关一个晶振一个电容三个
5原理图及PCB图
6元器件介绍及最小系统
1.AT89C51
(1)主电源引脚Vss和Vcc
Vss接地
Vcc正常操作时为+5伏电源
(2)外接晶振引脚XTAL1和XTAL2
XTAL1内部振荡电路反相放大器的输入端,是外接晶体的一个引脚。
当采用振荡器时,此引脚接地。
XTAL2内部振荡电路反相放大器的输出端。
是外接晶体的另一端。
当采用外部振荡器时,此引脚接外部振荡源。
(3)控制或与其它电源复用引脚RST/VPD,ALE/PROG,EA和/Vpp
①RST/VPD当振荡器运行时,在此引脚上出现两个机器周期的高电平(由低到跳变),将使单片机复位
Vcc掉电期间,此引脚可接上备用电源,由VPD向内部提供备用电源,以保持内部RAM中的数据。
②ALE/PROG正常操作时为ALE功能(允许地址锁存)提供把地址的低字节锁存到外部锁存器,ALE引脚以不变的频率(振荡器频率的1/6)周期性地发出正脉冲信号。
因此,它可用作对外输出的时钟,或用于定时目的。
但要注意,每当访问外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲,ALE端可以驱动(吸收或输出电流)八个LSTTL电路。
对于EPROM型单片机,在EPROM编程期间,此引脚接收编程脉P冲(PROG功能)
③PSEN外部程序存储器读选通信号输出端,在从外部程序存储取指令(或数据)期间,在每个机器周期内两次有效。
同样可以驱动八LSTTL输入。
④EA/Vpp、EA/Vpp为内部程序存储器和外部程序存储器选择端。
当EA/Vpp为高电平时,访问内部程序存储器,当/Vpp为低电平时,则访问外部程序存储器。
2.晶振
晶振(12MHz)定时1秒,对于12MHz的晶振而言,其时钟周期T=1/f=1/12us,而89C51的一个机器周期包括12个时钟周期,所以一个机器周期为1us,对于T0而言,使之工作于16-bit,最大计时为65536*1=65536us,需要多次定时才能实现一秒定时。
单片机系统里都有晶振,在单片机系统里晶振作用非常大,全程叫晶体振荡器,他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率,单片机晶振提供的时钟频率越高,那么单片机运行速度就越快,单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。
在通常工作条件下,普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。
高级的精度更高。
晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率,称为压控振荡器(VCO)。
晶振能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作,以提供稳定,精确的单频振荡。
单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。
通常一个系统共用一个晶振,便于各部分保持同步。
有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振,而通过电子调整频率的方法保持同步。
3电容
电容上面有标志的黑块为负极。
在PCB上电容位置上有两个半圆,涂颜色的半圆对应的引脚为负极。
也有用引脚长短来区别正负极长脚为正,短脚为负。
当我们不知道电容的正负极时,可以用万用表来测量。
电容两极之间的介质并不是绝对的绝缘体,它的电阻也不是无限大,而是一个有限的数值,一般在1000兆欧以上。
电容两极之间的电阻叫做绝缘电阻或漏电电阻。
只有电解电容的正极接电源正(电阻挡时的黑表笔),负端接电源负(电阻挡时的红表笔)时,电解电容的漏电阻大。
反之,则电解电容的漏电流增加。
这样,我们先假定某极为“+”极,万用表选用R*100或R*1K挡,然后将假定的“+”与万用表的黑表笔相接,另一电极与万用表的红表笔相接,记下表针停止的刻度(表针靠左阻值大),对于数字万用表来说可以直接读出读数。
然后将电容放电(两根引线碰一下),然后两只表笔对调,重新进行测量。
两次测量中,表针最后停留的位置靠左(或阻值大)的那次,黑表笔接的就是电解电容的正极。
4最小系统
1、基本复位电路
复位电路的基本功能是:
系统上电时提供复位信号,直至系统电源稳定后,撤销复位信号。
为可靠起见,电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号,以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。
图1所示的RC复位电路可以实现上述基本功能,图3为其输入-输出特性。
但解决不了电源毛刺(A点)和电源缓慢下降(电池电压不足)等问题而且调整RC常数改变延时会令驱动能力变差。
左边的电路为高电平边为低电平Sm为手动复位开关Ch可避免高频谐波对电路的干扰
复位有效右1、复位电路的原理是单片机RST引脚接收到2US以上的电平信号,只要保证电容的充放电时间大于2US,即可实现复位,所以电路中的电容值是可以改变的。
2、按键按下系统复位,是电容处于一个短路电路中,释放了所有的电能,电阻两端的电压增加引起的。
51单片机最小系统电路介绍1.51单片机最小系统复位电路的极性电容C1的大小直接影响单片机的复位时间,一般采用10~30uF,51单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。
2.51单片机最小系统晶振Y1也可以采用6MHz或者11.0592MHz,在正常工作的情况下可以采用更高频率的晶振,51单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度,频率越大处理速度越快。
3.51单片机最小系统起振电容C2、C3一般采用15~33pF,并且电容离晶振越近越好,晶振离单片机越近越好4.P0口为开漏输出,作为输出口时需加上拉电阻,阻值一般为10k。
设置为定时器模式时,加1计数器是对内部机器周期计数(1个机器周期等于12个振荡周期,即计数频率为晶振频率的1/12)。
计数值N乘以机器周期Tcy就是定时时间t。
设置为计数器模式时,外部事件计数脉冲由T0或T1引脚输入到计数器。
在每个机器周期的S5P2期间采样T0、T1引脚电平。
当某周期采样到一高电平输入,而下一周期又采样到一低电平时,则计数器加1,更新的计数值在下一个机器周期的S3P1期间装入计数器。
由于检测一个从1到0的下降沿需要2个机器周期,因此要求被采样的电平至少要维持一个机器周期。
当晶振频率为12MHz时,最高计数频率不超过1/2MHz,即计数脉冲的周期要大于2ms。
7元器件的识别
7.1.1焊接方法
在焊接之前先在焊盘上涂上助焊剂,用烙铁处理一遍,以免焊盘镀锡不良或被氧化,造成不好焊,芯片则一般不需处理。
用镊子小心地将PQFP芯片放到PCB板上,注意不要损坏引脚。
使其与焊盘对齐,要保证芯片的放置方向正确。
把烙铁的温度调到300多摄氏度,将烙铁头尖沾上少量的焊锡,用工具向下按住已对准位置的芯片,在两个对角位置的引脚上加少量的焊剂,仍然向下按住芯片,焊接两个对角位置上的引脚,使芯片固定而不能移动。
在焊完对角后重新检查芯片的位置是否对准。
如有必要可进行调整或拆除并重新在PCB板上对准位置。
开始焊接所有的引脚时,应在烙铁尖上加上焊锡,将所有的引脚涂上焊剂使引脚保持湿润。
用烙铁尖接触芯片每个引脚的末端,直到看见焊锡流入引脚。
在焊接时要保持烙铁尖与被焊引脚并行,防止因焊锡过量发生搭接。
焊完所有的引脚后,用焊剂浸湿所有引脚以便清洗焊锡。
在需要的地方吸掉多余的焊锡,以消除任何短路和搭接。
最后用镊子检查是否有虚焊,检查完成后,从电路板上清除焊剂,将硬毛刷浸上酒精沿引脚方向仔细擦拭,直到焊剂消失为止。
贴片阻容元件则相对容易焊一些,可以先在一个焊点上点上锡,然后放上元件的一头,用镊子夹住元件,焊上一头之后,再看看是否放正了;如果已放正,就再焊上另外一头。
要真正掌握焊接技巧需要大量的实践.
7.2电路设计的优点
与市面上大多数的LED彩灯相比,该种彩灯具有更好的灯光装饰效果,性价比更高,与普通的全硬件LED彩灯相比具有更好的经济效益应用主控模块输出的控制信号去控制灯管内的LED板模块工作,使得产品性能稳定,便以安装容易操作由于控制程序存储在89C51单片机的电可擦除Flash闪存EPROM中,如果用户需要更改系统的亮灯模式Model_i,无须改变系统硬件电路,只需修改其中程序即可,是一种很有发展前途的彩灯控制器
7.3设计电路的缺点
1)元器件缺失;2)元器件故障;3)元器件存在安装误差,未对准;
4)元器件失效;5)沾锡不良;6)桥接;7)焊锡不足;
8)焊料过多形成锡球;9)形成焊接针孔(气泡);10)有污染物;
11)不适当的焊盘;12)极性错误;13)引脚浮起;14)引脚伸出过长;
15)出现冷焊接点;16)焊锡过多;17)焊锡空洞;
18)有吹气孔;19)印制线的内圆填角结构差。
7.4调试电路的方法和技巧:
7.4.1调试准备
在通电调试之前,必须认真检查电路连线是否正确,对照电路图按照一定顺序逐级检测,特别要注意电源是否接错,电源与地是否有短接,二极管是否接反,轻轻拨一拨元器件,观察焊点是否牢固。
安装保险管后才能给电路通电。
电源接通后首先保证安全,观察电路中是否有冒烟、起火等现象。
如果有,应立即断电,故障排除后继续通电,并注意观察各器件引脚电压是否正常。
打开电源,给系统加上激励信号源(如系统的啪手声、打击声),用眼睛直接观察灯泡是否亮和按时熄灭。
7.4.2调试电路的方法和技巧
焊接电路完成后需要进行电路的调试,而调试电路中经常会遇到许多意料之外的情况,根据下面所述两种情况,试分析可能原因、解决方法。
a.接上电源后某双列直插集成电路芯片迅速发热变烫。
b.通电测试时发现某引脚电位被莫名拉高或拉低。
c.通电测试后板子不能正常工作,测试各元件均正确
a的原因:
芯片坏,或安装位置反了(供电不对)
b的原因:
与之相连接的某器件出现问题了,采用排查法
c的原因:
有没有干扰?
芯片的使能脚是否正确连接?
线路板是否设计的合理?
焊接。
10.收获、体会。
通过这次课程设计,加强了我们动手、思考和解决问题的能力。
在整个设计过程中,我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和PCB连接图,和芯片上的选择。
在设计过程中,经常会遇到这样那样的情况,就是心里想着这样的接法可以行得通,但实际接上电路,总是实现不了,因此耗费在这上面的时间用去很多。
我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强,由于课本上的知识太多,平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能,而且考试内容有限,所以在这次课程设计过程中,我们了解了很多元件的功能,并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。
平时看课本时,有时问题老是弄不懂,做完课程设计,那些问题就迎刃而解了。
而且还可以记住很多东西。
比如一些芯片的功能,平时看课本,这次看了,下次就忘了,通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。
认识来源于实践,实践是认识的动力和最终目的,实践是检验真理的唯一标准。
在制作PCB时,发现细心耐心,恒心一定要有才能做好事情,首先是线的布局上既要美观又要实用和走线简单,兼顾到方方面面去考虑是很需要的,否则只是一纸空话。
在画好原理图后的做PCB版时,由于对单面板的不熟悉,导致布线后元件出现在另一边,增加了布线难度,也产生很多不曾注意的问题,今后要牢记这个教训,使以后布线更加顺利。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题,可以说得是困难重重,这毕竟第一次做的,难免会遇到过各种各样的问题,同时在设计的过程中发现了自己的不足之处,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固。
此次课程设计,学到了很多课内学不到的东西,比如独立思考解决问题,出现差错的随机应变,和与人合作共同提高,都受益非浅,今后的制作应该更轻松,自己也都能扛的起并高质量的完成项目。
在此,感谢于老师的细心指导,也同样谢谢其他各组同学的无私帮助!
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