单片机开发板范文

时间:2023-03-11 15:26:54

单片机开发板

单片机开发板范文第1篇

关键词:单片机;开发板;ISP

中图分类号:TP368.1 文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2011) 08-0000-02

MCU Development Borad Design of Multi-function MCS-51

Zhang Daode

(Hubei University of Technology Mechanical Engineering,Wuhan430068,China)

Abstract:The develop boarddesigned here is of common functions,

such as water lamp,timer,interrupt,singing by buzzer,X5045 watch dog,Real time clock DS1302,digital temperature sensor DS18B20,parallel D/A converter DAC0832,serial A/D converter TLC0832,RS-232 interface,

dynamic display of digital tub,ISP download online,SRAM6264 etc.It is meaningful for single chip machine study and development.

Keywords:MCU;Development board;ISP

一、前言

MCS-51系列单片机是目前主流的8位单片机之一[1],但由于它的硬件能力有限,本文设计了一种单片机开发板,综合了当下流行的单片机接口电路,很好地扩充了MCS-51单片机的功能。

二、系统主要组成及开发平台

该系统的组成部分的核心是AT89S52单片机芯片,同时扩展了一块RAM6264,并口8155,同时扩充了DAC0832和TLC0832作为AD/DA转换电路,在此基础上还扩充有FM12864中文液晶图形模块接口电路、DS18B20温度传感检测电路,DS1302时钟显示芯片接口,X5045看门狗接口电路,另外将键盘和数码管显示作为独立的模块,方便了使用也使I/O资源空闲,RS-232串口通信电路可实现开发楹和电脑的双机通信。电源方面设置了USB供电和外接电源供电两种方式。

AT89S52单片机口具有8KB的FLASH[2],通过提供的ISP在线下载线可以现场仿真而无须专门的烧写器即可以将目标程序下载到CPU中,在51 MCU_SYSTEM中就可以观察到程序的运行情况。本文所使用的开发工具为µVision2集成开发平台[3],包含一个高效的编辑器、一个项目管理器和一个MAKE工具。并且支持所有Keil C51工具,包括C编译器、宏汇编器连接/定位器、目标代码到HEX转换器。

三、系统主要硬件设计

(一)单片机部分

CPU采用的是AT89S5X系列的单片机,同时兼容飞利浦P89系列的单片机,在本系统是单片机上的EA接的是高电平,表示对ROM的读写从内部程序存储器开始,并且可以延至外部存储器。在P0口接有470欧的排组上拉数据口,系统主频率12MHz。

图1.单片机部分电路设计

(二)8155部分

在本系统中采用8155实现I/O扩展。8155不仅具有两个8位的I/O端口A、B口和一个6位的I/O端口C口,而且还可以提供256个字节的静态RAM存储器和一个14位的定时/计数器。8155和单片机的接口非常简单,目前被广泛应用。系统用一片73LS138实现8155、6264等芯片的片选。

图2.8155接口电路设计

(三)DAC0832部分

DAC0832是8位D/A转换器,,转换结果为一对差动电流输出,转换时间大约为1us。使用单电源+5VD+15V供电[1]。参考电压为-10V-+10V。在此我们直接选择+5V作为参考电压。DAC0832有三种工作方式:直通方式,单缓冲方式,双缓冲方式;在此我们选择直通的工作方式,将XFER、WR2、CS管脚全部接数字地。管脚8接参考电压,在此我们接的参考电压是+5V,如图3所示,可以产生三角波,锯齿波,梯型波等波形。CE2接在74LS138上,通过分配地址完成片选。

图3.DAC0832接口电路

(四)TLC0832

TLC0832是八位串行逐次逼近模数转换器[4],它有两个可选择的输入通道。其接口电路如图所示。TLC0832的通道0外接了电位器,可以模拟不同的电压输入。对TLC0832的控制需要3根I/O口线,可以从单片机及8155接入。

图4.TLC0832接口电路

(五)X5045接口电路

复位电路采用了带I2C的监控芯片X5045,上电即可复位[5],电路如图5所示。另外8155设置了独立的复位方式以弥补和51单片机的复位不同步缺点。

图5.看门狗接口电路

(六)键盘接口电路

在单片机应用系统中通常应具有人机对话功能能随时发出各种控制指令和数据输入以及报告应用系统的运行状态与运行结果。本文所采用的是独立式键盘,其中key代表阻值为1kΩ的排阻。

(七)数码管显示接口电路

系统数码管显示及键盘显示均比较灵活,提供了专门的I/O接口,可以用8155来控制,也可以用单片机来控制。开发板支持4位七段示LED数码显示器。

四、结束语

限于篇幅,本文关于DS1302、LCD显示接口以及系统软件设计等方面未能介绍。本文设计的单片机开发板在实际中发挥了重要作用,适合于单片机学习者及简单的工程应用。

参考文献:

[1]杨光友.单片微型计算机原理及接口技术[M].水利水电出版社,2002

[2]AT89S51 Datasheet.Atmel Inc.2006

[3]赵亮.单片机C语言编程与实例[M].人民邮电出版社,2003

[4]张道德.单片机接口技术(C51版).中国水利水电出版社,2007

[5]X5045 Datasheet.Intersil inc.2006

[作者简介]张道德(1973-),男,博士,研究方向:从事嵌入式系统、智能控制等领域的研究。

单片机开发板范文第2篇

【关键词】AT89S52;单片机;开发板

0.引言

现状之下,单片机技术有着极其广泛的运用,例如:工业控制、军事设施以及航空航天技术等方面都能够运用到。然而单片机开发板的设计也具有一定的要求的,因此对单片机开发板进行设计,能够实现很多的功能,例如:跑马灯、数码管显示、液晶显示以及电路扩展等[1]。鉴于此,本课题对“基于AT89S52的单片机开发板”进行研究具有尤为深远的重要意义。

1.基于AT89S52的单片机开发板系统分析

1.1 单片机开发板的系统分析

以设计的基本要求为依据,结合各个方面的因素,将AT89S52单片机当作主控器,电路的重要组成模块有蜂鸣器、液晶显示以及矩阵键盘等。在考虑到程序效率的提升,对ISP进行了设计,使用时只需要直接烧录芯片[2]。另外,想要让扩展功能得到方便,便需要对所有的I/O口进行开放。

图1 单片机开发系统框图

1.2 开发环境与软件应用

在51单片机系列中,KeilC51是最受欢迎的开发软件。它能够支持多方面的功能,例如:汇编、C语言开发以及软件仿真等。并且,用户群也相当庞大,资料也相当丰富。本设计便运用该软件进行编程和编译,进而形成HEX文件,最后运用ISP进行电路下载,再将其烧录至单片机上进行运行,其烧录的方式是直接性的。

1.3 基于开发板典型模块电路的设计

基于开发板典型模块电路的设计包括了主机电路、四位数码管显示电路以及液晶显示电路。

(1)主机电路

MCS-51单片机具有十分广泛的运用,并且教材极其丰富,是单片机进行学习的最佳选择。AT89S52单片机则在软件与硬件方面对MCS-51单片机进行了兼容。因此,AT89S52单片机具有更加强大的功能,其擦写次数大约为一千次。因此,在本设计中,对于主机电路的控制,便使用了AT89S52单片机。主机电路在构成最小系统中的主要组成部分有振荡,还有复位电路等。

(2)四位数码管显示电路

数码管是一种显示器件,并且在单片机应用系统中能够将其广泛运用。基于内部电路的连接,一共分为两种,分别是共阴极、共阳极。它的内部的组成成分是发光二极管。共阴极数码管与共阳极数码管,普遍上可理解为:每一个数码管中的八个方管二极管的阴极均连接在一起的,为共阴极数码管;每一个数码管中的八个方管二极管的阳极均连接在一起的,为共阳极数码管。

(3)液晶显示电路

基于现如今工业设计的主要发展趋势,大致上是朝向低功耗与高性价比等方向发展的。并且,由于目前对环境提出了很高的要求,所以特别注重低碳生活。故此,在设计上,所运用到的显示电路也需要使用到低功耗的显示设备,而液晶显示电路则具备了低功耗的特点。现状之下,单片机常常运用到的液晶显示电路大致上有LCM1602、LCM12864以及LCM12232 等。在本次设计当中,所运用到的液晶显示模块为LCM1602电路。它和单片机接口具有非常简单的特点,只需要把LCM1602中的供电电路连接上,其他数据、控制口之间和单片机的并行I/O相连接,在此基础上,充分利用单片机编程对液晶显示的字符进行控制。

对于数码管,它和单片机的接口具有较为方便的特点,所以只需要把单片机的八位并行I/O口和数码管的段码引脚进行连接便可。基于八位并行I/O口输出的不同的断码,数码管就能够显示出不相同的数字[3]。但在连接数码管比较多的情况之下,便需要运用到动态扫描,进而将其连接至数码管内。本次设计所使用的到数码管有四个,为了能够节省对I/O口的使用,便需要对I/O口进行拓展,拓展所运用到的为HC573芯片。该芯片主要是基于程序,对不同的数码管进行控制,进而显示出不同的数字。另外,为了让数码管显示具有明亮醒目的优势,便可以采用共阳极数码管,也可以采用成本比较低的三极管用来当作驱动电路。

2.基于单片机开发板软件设计的建议

刚入门的学者而言,对开发的流程以及开发的环境进行充分了解是非常有必要的,对本课题在设计过程中所提供的硬件从模块至系统进行充分了解,进而对单片机进行认知与开发。基于硬件,想要让单片机开发板的器件能够进行工作,便需要软件编程的充分支持。在本课题的设计中,所运用到的编译软件为KeilC51,运用到的计算机语言为C语言。鉴于此,笔者建议,对于初学者,需要对上述知识进行充分掌握,进而方可进行单片机开发板开发试验。

3.结语

本课题所涉及到的设计中,单片机开发板还有非常多的电路,因为课题篇幅的局限性,所以无法将其整体性地进行介绍。但是,所有的电路模块大致上都是具备I/O资源、稳压电路以及抗干扰电路的特点的。在进行开发实验时,这种开发板可在工作中实现准确、稳定的优势。并且运用于实际,也非常具有价值。

参考文献

[1]周丽荣.基于AT89S52的单片机开发板设计[J].科学之友,2011,11(25):12-15.

[2]关洪亮.常晓天.基于AT89S52单片机的环境温度检测系统的研究[J].电子制作, 2013,04(15):76-79.

单片机开发板范文第3篇

项目引领也即是将单片机课程整合成若干可实际操作训练的典型项目,每个项目又可分解为若干个具体任务。所谓的单片机项目化教学也就是以教学项目为核心,用项目任务去引领驱动学生主动去学习该课程相关知识与技术,从而完成项目任务。让学生由以前的被动学习变为主动学习,并在主动学习并完成项目任务的过程中提高学生的学习能力,培养学生的学习兴趣,逐步培养学生的自主创新能力。我所设计的单片机教学项目如下表所示:以上九个项目呈阶梯状贯穿于整个单片机的课堂教学和课外学生自主学习之中。

2软件仿真,事半功倍

上述表格中绝大多数的单片机教学项目都可以用Proteus软件仿真实现。所谓软件仿真,即是利用一款优秀的EWB仿真软件—Proteus来辅助单片机教学。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件),从原理图布图、代码调试到单片机与电路协同仿真,一键切换到PCB设计,真正实现了从概念到产品的完整设计。Proteus是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台,其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等,2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器,并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面,它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。利用该软件,只要有一台电脑,我们就可以基本实现单片机程序的调试及仿真。

3模拟开发,强化训练

在平时的单片机项目化教学过程中,仅仅学习理论知识,进行软件仿真是远远不够的,还必须进行实际的单片机控制项目强化实操训练。而学生在平时的单片机控制项目强化实操训练中,往往遇到各种各样的制约,比如学校单片机实验实训设备的缺乏,实验实训设备老化后没有及时更新和维修,实践课程的缺少等都会影响到学生的学习效果。而学生想深入学好单片机应用技术这门课,只靠课内这点时间是远远不够的,功夫在课外,必须坚持课内课外两条主线。因此,我指导学生做自己的51单片机开发板,该开发板成本不高,但对于学生普通的单片机开发实习已经够用,相关功能也可以继续扩展。在这块开发板上可以完成表1中所有的单片机教学项目。总之,我的理念是:只要有一台电脑和一个单片机开发板,学生随时随地就可以进行单片机学习,使学生的学习空间不再局限于教室和实验实训室,真正的的贯彻课内和课外两条学习主线,从而提高学生的学习水平。

4结束语

经过一个学期的教学改革,通过实施上述单片机项目化教学方案,学生学习单片机课程的积极性有了明显提高,很多学生都能完成单片机的基本教学项目,一部分学生甚至还主动升级了他们的单片机开发板,加了温控,光控等一些扩展内容。相信学生们所做的这些努力对提高他们的职业能力和职业素养都是很有益的。当然,学海无涯,求知无界,在明确教学目标的情况下,如何更进一步提高自身的教学效率及学生的学习水平,如何制定更加科学的教学方案,应是我们教师永远的追求。

单片机开发板范文第4篇

关键词:单片机;工作过程;Proteus

中图分类号:G434 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2012) 14-0143-01

一、单片机课程改革思路

在传统的单片机课程模式中,教师以学科体系为框架,注重理论知识的讲解,在多媒体教室先讲解理论知识,再安排学生上机去调试程序。脱离硬件去讲解系统的组成原理、指令、编程、系统调试、故障处理等。在这种模式下,学生普遍反映课程抽象、枯燥、难懂,没有学习兴趣,导致学生虽然学过但是没有学通,从未真正自己分析设计过具体的项目,毕业后很难讲学到的理论知识应用到工程实践中去。

单片机是一门专业性实践性很强的课程,要与具体的工程实践项目相联系。基于工作过程的单片机教学模式主要是以学生为教学行为的核心,重在学生参与并实施学习的实践过程,以学生参与教学实践为主线,教师只是指导者与引导者[1]。在教学中确立以学生为中心的实践教学理念,突出“能力本位”的思想,打破“学科为本”的模式。

单片机课程改革总体理念是“以职业岗位需求为依据,以职业能力培养为目标,以DIY的单片机开发板为平台,以基于工作过程的实际项目为载体,以项目教学和任务驱动为方法,引入行业规范,遵循单片机设计师的成长规律,培养学生单片机技术综合应用能力。”理论知识以够用为度,根据项目需要将知识点分散到每个实训项目中进行讲解并组合;每个项目从单片机应用系统的开发流程入手,引导学生逐步进行项目分析、硬件设计、软件设计和调试,用获得的知识去解决实际问题,从而提高学生的动手能力。

二、单片机教学改革探索

(一)单片机课程项目开发

基于工作过程的单片机课程以单片机系统项目开发设计流程为依据,将内容重新构建,设计出六个项目:单片机最小系统的设计与制作、跑马灯的设计、四路抢答器的设计、电子钟的设计、信息广告牌的设计、电子温度计的设计。通过六个项目的训练,使学生由浅入深,由易到难,循序渐进地掌握单片机系统开发的整个流程,提高学生独立进行系统开发的能力。整个过程,教师作为主导,体现教学的主导性;学生作为主体,体现学习的主动性。大量的时间留给学生去自主探索,相互协作学习,教师的作用是告诉学生学什么,怎么学,并帮助解决学习中遇到的困难。学生既是项目的设计者,又是实施者,这样可以积累相关的项目经验,逐步具备单片机系统开发设计的能力。

(二)制作单片机开发板

单片机开发板是从事单片机开发工作的必备工具。如今电子产品发展迅速,成本不断下降,学院可以采用购买开发板元器件的方式,让学生自己动手制作开发板代替传统实验箱的使用。在理论学习之前,给同学们提供一些详细的电路图原理图和程序代码,让学生从器件的认识开始,逐步引入焊接、调试、维修、单元电路搭建、整体电路设计、程序设计、仿真调试等内容;使大家从一开始就掌握单片机的整个开发流程,并从中感受到电子产品制作的乐趣;然后再以此“实物”出发开始单片机的理论学习,这样不但使同学们在一开始就近距离认识了单片机,还能做到理论与实物相结合,激发了大家的学习兴趣。

(三)引入单片机系统仿真软件

PROTEUS是英国Lab CenterElectronics公司开发的一款新型的EDA软件,具有图形化界面,操作简单快捷的特点。不仅能够仿真单片机,而且能够仿真单片机电路,演示运行过程及结果。这对单片机教学方式的改进具有较大的帮助,既可以节省教学的硬件成本,还能够让学生实时观察到单片机的工作状态,提高学习效率。

在教学中根据项目内容,先设计系统原理图,然后用PROTEUS软件在电脑上进行硬件绘制,再结合KEIL软件编写程序,运行仿真结果。在硬件设计和软件调试过程中,学生根据运行结果。仿真做完后,学生就可以很快在自己的开发板上做出实物,这样可以大大提高学习的效率。

(四)完善课程考核方式

课程考核方式变化是教学改革中的重要环节,对学生的学习有着重要的促进和引导作用。改变传统教育理念,评价学生不再单一的看考试成绩,更重要的看学生运用知识解决问题的能力。单片机是一门实践性很强的课程,仅以传统的理论考试不能满足基于工作过程改革要求。因此考核要弱化理论知识,强化项目的实施过程,每一个项目结束,老师对学生容易犯错的地方进行重点讲解和操作演示。对项目任务完成比较好的学生,要给予表扬,并发挥其带头作用。在课程后期,以大作业的方式进行综合考核。将全班学生分成若干小组,从选题到硬件设计、软件调试、文档编辑、ppt汇报、作品成果,每个小组完成不同的项目,老师以答辩的方式进行考核。经过最后大作业的训练,使学生对单片机系统设计有了更深入的了解,不少同学都能用开发板制作出实用的电子产品,对单片机的进一步学习有很大的提高。

(五)加强学生技能竞赛

除了在日常的教学不断探索改革思路,还积极拓展学生的第二课堂学习。鼓励学生组织兴趣小组,开发电子产品,参加各项技能竞赛。不仅使学生在平时竞赛培训和实践中拓宽视野,提高学生学习兴趣、动手能力和就业能力,而且在潜移默化中不断培养和提高学生团队合作意识、综合素质、创新能力等。大学生单片机类竞赛,为我们提供了一个深化单片机课程教学改革,培养和提高学生综合素质与能力以适应社会需要的契机[2]。

三、结语

基于工作过程的教学法,克服了传统教学模式中重结果不重过程、重理论讲解不重操作等缺点,在教学中采用六个具有代表性的项目,以任务驱动的方式提高学生求知欲,在过程中加深学生的理解,在学习中自己发现问题、分析问题并解决问题。让学生成为整个教学过程的核心,变被动学习为主动学习。经过一年的教学改革,学生的单片机应用设计能力普遍得到提高,学习的积极性与学习的主动性较以往要强,取得了良好的教学效果。

参考文献:

[1]陈少航.基于工作过程教学法的单片机教学改革及研究[J].装备制造技术,2010,11.

单片机开发板范文第5篇

关键词:仿真技术;单片机;开发应用

现阶段,随着我国科学技术的发展,使得电能路径技术、仿真技术等在单片机的开发以及利用过程中发挥着重要的作用。事实上,单片机仿真技术在实际的运用过程中主要借助集合有解决机器以及多类I/O暂停系统的硅片而展开相关的工作。一般情况,需要相关的技术人员将仿真技术的数据存放在硅片之上,继而以此为基础推动系统化、全面化以及层次化的仿真技术系统的构建,并由此带动单片机的开发以及发展。

一、单片机仿真技术概述

近年来,随着我国科学技术的发展,尤其是计算机通讯技术的发展以及运用,使得单片机仿真技术逐渐产生,并在实际的应用过程中实现相关效益的取得。

事实上,在构建单片机智能化体系的过程中,微小解决机器作为该体系中的重要组成部分,其在实际的运用过程中不仅能够控制、检测复刻电能路径,还能够对电能路径的电阻力进行适时的调节,继而由此推动相关环节的有序进行。基于此,就使得相关部门以及人员在进行单片机仿真技术研究的过程中,控制好电阻力对于微小解决机器的影响,继而由此实现对于电能有效调节。

一般而言,计算机技术、数字技术的发展和运用促进了我国单片机发掘技术的发展,并促进了仿真技术模拟体系的构建。事实上,相关的专家以及技术人员在进行单片机发掘技术的研究过程中,逐渐加强了对于协调技术的使用,继而以此为基础,推动仿真技术在模拟平面的正常运用。

相关的实践显示,在单片机开发的过程中使用模拟仿真技术,其不仅能够实现单片机生产成本的降低,还能够促进单片机生产风险的降低。总的来说,随着相关技术人员以及专家在进行单片机开发的过程中加强了对于仿真技术的使用,从而促进了单片机的发展,继而由此推动相关效益的取得。

二、Proteus仿真软件的引入

事实上,随着计算机技术、通讯技术的不断发展以及应用,催生了大量的仿真技术以及模仿体系。事实上,这种情况的出现一方面实现了相关部门以及人员在进行单片机仿真软件研发的过程中,相关的人力、物力以及财力的节约,而另一方面则高效促进了单片机仿真技术的诞生。

作为单片机仿真模拟体系中最为常见的一环,Proteus仿真软件在实际的运行过程中,实现了虚拟电能路径以及数据电能路径的一体化。而这一状况的出现不但能够促进电能路径与模拟体系的有效结合,还能够在此基础之上,实现对于电能路径的结构、单片机数据编码等方面内容进行虚拟的制定和演练,并最终以此为依托,推动PCB检测体系的构建以及相关作用的发挥。

目前,Proteus单片机仿真软件在实际的运用过程中,逐渐与课堂教学试验融为一体。这种情况的出现就使得相关的教学质量得到了显著的提升,并促进了仿真技术与计算机合成技术的有效整合,推动软件开发费用的降低。现阶段,我国的相关部门以及技术人员在进行Proteus仿真软件开发的过程中,主要依托计算机开发、数字化等多种先进技术展开相关的工作。除此之外,在实际的软件开发作业过程中,需要相关的技术人员加强对于模拟研发环节期间的管控,从而以此为基础,促使商品的初始状态在模拟模仿氛围中得以真实展现。

三、单片机开发中仿真技术应用

现阶段,我国的相关部门在实际的生产管理过程中加强了仿真技术在单片机开发过程中的应用,继而以此为基础推动了相关作业效率以及质量的提高。关于仿真技术在单片机开发的应用过程中所需关注的相关的内容,笔者进行了相关总结,具体内容如下。

(一)性能要求

在推动仿真技术在单片机开发过程中的运用,需要相关技术人员在实际的操作过程中严格遵循单片机仿真技术的相关原理。不仅如此,在实际的运用过程中,还需要相关技术人员加强对于单片机仿真机器性能要求的了解以及把握,继而在此基础之上,实现多向研发应用器材的构建。事实上,这一措施的实施,不仅仅能够促进单片机器材使用效率的提高,还能够对单片机的器材在研发过程中反复投资现象的规避,继而以此为核心,为单片机的开发以及运用创造良好的条件。

(二)多路开发器整体结构

此外,在借助仿真技术进行单片机的开发过程中,需要加强相关研究人员对于多路开发器整体结构的构建。事实上,上述相关措施不仅可以为单片机完成仿真技术提供原理,还可以帮助多路开发器在模拟模仿计算机体系中达到仿真技术标准。

通过对仿真多路开发器的研究以及分析可以得知,技术人员在进行相关的开发过程中,加强了对于仿真多路开发器的开发,并在此基础上开设了多个开发用户,其目的就是在于能够以此为依托,推动仿真技术使用效益的不断提高。事实上,多路控制器的构造,能够在正常运行过程中对开发用户、多路请求电路等方面进行有效的控制。不仅如此,由于单片机开发板位于仿真多路开发器中的核心位置,所以能够推动单片机仿真技术在实际的作用过程中朝着标准化、合理化、科学化的方向发展。

(三)多路开发器电路设计

事实上,相关技术研究人员在对仿真多路开发器的原理进行研究分析的过程中发现:多路控制器在实际的运行过程中能够对多种客户主体机器进行科学、合理的控制。而客户主体机器能够在这种控制之下,依据单片机开发板的相关规定进行远程操控,一般情况下,其能够以“多对一”、“一对一”的形式推动模仿应用任务的完成。

所谓的“多对一”,指的就是多类客户主体机器对应一个单机片开发板,基于此就可以得知,所谓的“一对一”,指的就是一个客户主体机器对应一个单片机开发板。

一般情况下,多路开发器电路在实际的设计、构建过程中,主要依托电磁继电器以及74LS04反相器推动相关作业有效进行。不仅如此,多路开发器作为构建一类单片机远程控制电能的数字化通讯设备,在实际的使用过程中能够推动前文所述的“多对一”、“一对一”的模仿应用任务的完成。

结语:

随着科学技术的不断发展,尤其是计算机技术以及通信技术的进步,使得仿真技术应运而生,并在单片机的开发过程中发挥着重要的作用。本文基于此,主要分析了单片机开发的内涵,并就现在常用的protues仿真技术软件进行了具体的阐释,最后又针对仿真技术在单片机开发中的作用进行了分析。笔者认为,随着相关技术的使用,我国的仿真技术必将获得长足的发展,推动单片机的开发以及运用。

参考文献:

[1]薛晓鲲.仿真技术在单片机开发中的应用探讨[J].科技视界,2015,(6):124-125.

[2]程聪.关于仿真技术在单片机开发中的应用之探索[J].计算机光盘软件与应用,2015,(1):145-146

[3]李俊仕.试分析单片机开发中仿真技术的应用[J].电子技术与软件工程,2015,(24):258.

[4]李蒙.基于STC89单片机的实验教学系统[D].天津大学,2016.

[5]黄嵘.逻辑电路与单片机的虚拟实验系统设计与实现[D].北京邮电大学,2015.

单片机开发板范文第6篇

【关键词】耳声发射测量仪;PXI;Laview

前言

耳声发射测量仪是声学测量中的基本仪器,广泛应用于听力普查中。目前对耳声发射测量仪的检测需要频繁的更换检测仪器来检测其各个技术参数,费力费时,并且不能保证耳声发射测量仪整个系统的可靠性。针对上述问题,本文提出基于瞬态诱发耳声发射(TEOAE)的校准系统,搭建并设计软硬件平台,实现一套可靠性高,自动化度较高的系统。

1.硬件设计

根据耳声发射测量仪的原理,总体设计方案的基本思想是模拟人耳反应系统提取耳声发射信号特征。本文重点设计基于TEOAE的校准系统,其结构示意图如图1所示。

图1 基于TEOAE的校准系统结构示意图

1.1 NI-PXI 设备

PXI设备是整个校准系统的核心,主要分为PXI控制器和声学采集卡两部分。本系统采用了NI公司的PXI-8108控制器和PXI-4461数据采集卡。NI PXI-8108是一种可用于PXI和CompactPCI系统的高性能控制器。其控制器是双核的,频率为2.53 GHz,DDR2内存频率为800 MHz。NI PXI-4461是24位模拟输入/输出数据采集模块,同步生成和采集高精度的动态信号[1,2]。

图2 单片机波形触发器流程图

1.2 单片机开发板

TEOAE信号是由短刺激(click刺激声或短纯音刺激声)信号重复触发产生的[3,4],这要求生成设备具有可重复触发输出的功能,PXI-4461数据采集卡不能满足此项需求。本文提出在基于单片机开发板情况下,结合PXI-4461数据采集卡共同设计波形触发器,实现TEOAE信号的生成。设计的单片机波形触发器主要工作流程图如图2所示。

单片机波形触发器的模拟电压波形通过SD卡存储在设备上,或者通过USB连接到电脑上,通过上位机程序修改和下载波形。整个单片机波形触发器系统的控制核心是Atmel公司生产的一款低价高速的8位微控制器,内置8路AD转换和串口等常用外设的AVR系列芯片――MEGA32,用C语言对此芯片进行开发调试。其中单片机波形触发器和上位机PXI-8108控制器之间的通信协议全部为ASCII字符形式,以H开始,Z结束。本单片机波形触发器上带有液晶显示、按键输入、蜂鸣器和指示灯等,方便操作。

2.软件设计

软件部分主要由NI公司开发的Labview编程语言[5]进行实现,其整个软件设计如图3所示。

图3 校准系统软件结构图

本文重点研究信号采集驱动模块及信号生成驱动模块的软件设计。

2.1 信号采集驱动模块

信号采集驱动模块主要是利用硬件4461数据采集卡对刺激信号进行采集和数据的保存。虚拟仪器中Labview采集信号的主要流程如下:

a.创建单个或多个虚拟通道,并将其添加至任务。

b.设置采样时钟的源、频率、采样模式,以及采集或生成的采样数量,并创建所需的缓冲区。

c.使任务处于运行状态,开始测量,将采集到的数据输入到缓冲区。

d.读取用户指定任务或虚拟通道中的采样,并对采集到的信号进行图形显示和EXCEL保存。

e.停止清除任务,释放任务保留的资源。

2.2 基于单片机的信号生成模块

信号生成驱动模块主要是通过软件设置使相对应的硬件设备输出TEOAE信号。主要方法是由PXI设备生成特定的波形数据,保存到EXCEL文件中,然后经过电脑的串口通信协议把波形数据传送到单片机的储存卡中,当单片机接收到特定的命令后,根据需求输出相应的波形数据。对单片机开发板的控制采用上位机和下位机之间互相的通信机制,当单片机通过串口连接到电脑后,电脑和单片机之间通过指令的发送和反馈建立通信协议,对单片机开发板进行串口检测、状态查询和波形下载等一系列的控制。

3.实验分析

为了验证校准系统的有效性,本文对设计的校准系统进行测量对比实验,分别用校准系统和示波器,对短纯音刺激声信号的上升时间、下降时间和持续时间这三个指标参数进行实验对比,检查结果是否一致。其中用校准系统和用示波器所获取的短纯音的声信号如图4所示。实验结果表明,校准系统和示波器对三个波形参数的测量结果基本一致,且在允差范围之内,证明了该校准系统校准结果的有效性。

图4-1 示波器短纯音信号获取实验结果

图4-2 校准系统短纯音信号获取实验结果

4.结论

本研究基于PXI的数据采集平台及NI公司的Labview图形化软件,可以实时,准确的采集耳声发射测量仪校准系统的数据。该系统设计方法具有硬件接口简单,软件编程方便,实用的特点,在实际数据采集及仪器校准方面具有一定的参考价值。

参考文献

[1]郑对元.精通LabVIEW虚拟仪器程序设计[M].北京:清华大学出版社,2012.

[2]屈尔庆.基于.LabVIEW的信号发生器的设计[J].现代电子技术,2010,33(011):106-107.

[3]郑玲,叶大田,杨福生等.瞬态诱发耳声发射(TEOAE)的建模与仿真[J].中国生物医学工程学报,2002,21(1):45-52.

[4]宫琴,叶大田.瞬态诱发耳声发射信号的检测、分析与应用[J].航天医学与医学工程,2003,16(2):147-151.

单片机开发板范文第7篇

关键词: 机械类专业 单片机 C51语言

单片机自问世以来,已经广泛地应用于工业检测与控制、智能仪器仪表、汽车电子设备、机电一体化设备、家用电器等各个领域。单片机课程在高校电子类、机械类等工科专业中都有开设,其作为机械类专业的重要课程之一,是一门结合电子、计算机等技术的应用性很强的课程,也是后续“数控”类课程的重要基础。然而,从目前机械类专业单片机的教学情况来看,普遍存在一些问题。[1]-[3]如大多数的单片机教材都是针对电子类专业编写的,缺乏针对机械类专业的教材;教学上按照章节顺序进行,先讲概论、单片机的结构原理,然后讲指令等,最后举例;汇编语言抽象难懂,使得学生学习热情不高;实验设备陈旧且模块单元集成度高,实验时学生若没有搞清楚集成芯片就只能依照实验指导书照搬照套,这严重影响了教学效果。针对以上提到的单片机教学中存在的问题,在充分调研其他教学工作者在单片机教学中取得的成果[4]-[5],以及我校以培养应用型人才为宗旨的基础上,笔者认为应该从以下几个方面针对机械类专业单片机课程教学进行改革。

1.教学内容的优化

(1)制定适合机械类专业的单片机教学大纲。单片机课程应注重培养学生的工程思维能力和解决实际问题的能力。通过该课程的学习使得学生了解单片机硬件结构,了解汇编语言,掌握单片机的基本原理、接口和应用技术。学习单片机技术在工业控制中的应用,培养和锻炼学生的动手能力。

(2)采用C51编程[6]。由于基于C51编程的单片机教材较少,所以在教学中往往重点讲授汇编语言。虽然汇编语言编写程序具占用资源少、程序执行效率高等优点,但汇编语言较抽象、可读性较差学生难以理解,且不同类型的单片机汇编语言有差异,难以移植。目前,企业的单片机开发人员大多以C51语言为主进行编程,主要是因为采用C51语言进行编程具有可读性好、模块化开发与资源共享、可移植性好、生成的代码效率高等优点。此外,采用C51进行编程仅需要对单片机的硬件结构有初步了解,知道所使用单片机有哪些资源就可以了,至于寄存器分配、不同存储器的寻址等均交由编译器管理。这与笔者认为对于机械类专业单片机的教学应减少硬件结构的课时数是一致的。

(3)注重基本的应用,求精不求全,防止按照教材力求把所有的知识都教给学生。针对机械类专业学生电子知识相对薄弱,以及机械类专业单片机教学侧重应用等特点,在理论知识的讲解上着重基本的、核心的内容——I/O口的使用、中断、定时器/计数器、LED显示、键盘、液晶显示器等。其他内容如存储器的扩展、I/O口的扩展及借助其他芯片来实现功能的部分让学生自学,或者在需要的时候自学。将更多的课时安排在实验实训环节。

2.教学方法的改进

(1)实例教学法。在教学的过程中,由易到难,针对不同的知识点设计实例,如从点亮一个发光二极管开始,然后让发光二极管闪烁,达到八个乃至更多个发光二极管各种跑马灯效果。又如从简单的定时器定时10秒钟开始,然后引入按键控制定时时间并设置启动开关,加入时间设置时相应的数字闪烁等效果,再到12小时制/24小时制简易时钟的设计。教学中从实例出发进行分析讲解,逐步引出相应的知识点,根据实例讲解理论。这种教学方式有助于提高学生学习的兴趣,增强学生学习的热情。

(2)将Proteus结合单片机开发板应用于课堂教学[7]。Proteus提供了30多个元件库及丰富的虚拟测试仪器,为单片机应用系统的开发提供了方便。将Proteus引入课堂,为单片机的教学提供一个平台,使得实例教学法更轻松地实施。使用Proteus结合多媒体,教师可以直接进行生动形象的演示,这让学生对编程效果有直观的了解,同时它还降低了教学成本的投入。秉承应用型人才培养的主导思想,必要的硬件设备应用于课堂教学还是需要的。全部都是虚拟仿真不足以让学生信服,且不足以充分调动学生的学习积极性。将Proteus结合单片机开发板应用于课程教学,Proteus先实现仿真效果,而后将程序下载到对应的开发板上验证演示,这可以让学生对实际的单片机应用系统的开发有真切的认识。

(3)实验教学与理论教学同步进行。要做到实验教学与理论教学同步进行不是件简单的事情。还牵涉到实验排课等方方面面,需要实验课老师和理论课老师协调沟通好,或者实验和理论由一个老师担任。理论课教师在上课时须兼顾实验课,做到理论课相应的知识点结束,实验课就是开始相应的实验。同步的教学方式,让学生及时进行实践训练,可以让知识点掌握得更牢固。一定要避免理论课结束很久了,相应的实验还没做到;或者理论还没讲到,实验就已经开始了。

3.课程考核方式的改革

单片机课程是一门应用性很强的课程。单片机系统的开发过程是结合硬件电路编写程序、编译查错、调试、再编译直至功能实现的过程。因此单片机的学习效果不能仅仅靠试卷来评定。要给出一个相对客观合理的成绩,必须增加实验环节的分值,降低期末试卷分数的比重。100分中,期末考试占40%,实验环节占40%,作业占10%,平时成绩占10%。单片机课程的教学就是为了使学生能够综合运用单片机的软、硬件技术分析解决实际问题。笔者认为对于一些学生还可以采取做项目、撰写项目报告的形式来对其学习效果进行考核。

4.结语

笔者针对机械类专业单片机教学提出了一些看法。从我校2009级和2010级机械设计制造及其自动化专业学生单片机教学实践可以发现:以C51编程为主的教学降低了对机械类专业学生电子硬件结构的要求;将Proteus和单片机开发板引入课堂且以实例来教学的方式,使得学生更加形象真切地了解和学习单片机,大大地提高学生对单片机的学习兴趣;实验和理论的同步教学使得学生及时地巩固所学知识,改革方案具有一定的成效,教学效果有一定的增强。

参考文献:

[1]刘志先.单片机课程教学改革探讨[J].钦州学院学报,2012,27(3):22-24.

[2]王晓磊,李晓丹.单片机课程实践性教学改革的探索[J].辽宁工业大学学报,2012,14(1):131-132.

[3]范剑,李军,夏如艇.单片机课程现场实验教学改革与实践[J].实验教学,2012,6:131-132.

[4]郭冰菁,赵书尚,韩建海.机械类专业单片机课程教学改革与学生工程素质培养[J],2012,19:41-42.

[5]张毅刚,胡瑞强.基于Proteus的单片机课程的教学改革与实践能力培养[J].教改创新,2012:149-150.

[6]王晓荣,权义萍,张印强.基于C语言的“单片机”教学方法[J].中国电力教育,2009,138:96-97.

[7]曾树华,黄银秀.基于虚拟实验室的单片机教学改革[J].哈尔滨职业技术学院学报,2012,1:67-68.

单片机开发板范文第8篇

关键词:智能家居 智能百叶窗系统 光伏发电 高效能源

中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)07(c)-0004-02

随着科技的进步,经济的飞速发展,人类不断的追求更加智能化、一体化的服务,“智慧城市”、“物联网”技术也不断的被提上议程。同时一种更加环保、更加高效,并且取之不尽用之不竭的能源来源―― 太阳能,同样进入了人类科技发展的“高速列车”之列,伴随着光伏产业的飞速发展,中国的能源产业也面临着“大换血”,虽然距离完全摒弃旧的能源来源方式,迎接“智能家居”、“高效能源”还有很长的路要走,但是无疑方向是对的。

因此,我拟设计一种基于光伏发电的智能百叶窗系统,以初步解决清洁的家庭能源的来源问题,和设计可远程遥控的智能的百叶窗系统,并通过实验模拟验证系统设计的可行性。

1 系统总体设计方案

1.1 系统功能目标

(1)接收阳光的光伏板将太阳能转化为电能,并将其存储在蓄电池当中。

(2)蓄电池中的电能可以用于整个系统的运转的能源来源。

(3)百叶窗系统可以由红外遥控器控制打开和闭合而无需直接接触。

1.2 系统框架结构

光伏发电智能百叶窗系统应由三大子系统组成:光伏发电系统、能源分配系统,智能百叶窗系统。

(1)光伏发电系统负责将接收到的光能部分转化为电能,并通过直充式充电方法对蓄电池进行充电,将电能存储起来。

(2)能源分配系统将电能进行稳压后分别分配到不同的用电器中,包括:控制百叶窗运动的伺服电机、系统的控制中心―― 单片机等。

(3)智能百叶窗系统负责在屋主进行遥控时能相应的做出动作。

通过三大子系统的有机结合,如图1所示,构成一个完整的光伏发电智能百叶窗系统。

2 各子系统的设计

2.1 光伏发电子系统

光伏发电子系统主要由10 W功率的光伏板、带实时电压显示的自动升降压的稳压模块、12 V蓄电池等组成。当光伏板接受到足够的光照后,会产生一定的、波动的电压,需由稳压模块稳压至13.5 V后对蓄电池进行充电,即直充式充电法。

(1)10 W功率的光伏板。

光伏板选用18 V额定电压,10 W额定功率的多晶太阳能板。

(2)稳压模块。

稳压模块是一种带实时电压显示的自动升降压的可调稳压模块,光伏板的输出端接稳压模块的输入端,稳压模块的输出端串入六脚按键开关后接入蓄电池,当蓄电池充满后,可关闭稳压模块的输出端六脚按键开关,停止充电保护电池。

(3)12 V蓄电池。

12 V蓄电池是主要的储能元件,是整个系统的能源来源,采用的是两个6 V 5 Ah的蓄电池串联组成。

2.2 能源分配子系统

能源分配子系统是一块由5 V稳压模块以及一些电源指示灯等电路组成的集成板,蓄电池接入5 V稳压模块的输入端,输出端接六脚按键开关和电源指示灯后由两组排针焊成统一供电区域,需要取电的设备可由此模块接入取电。

2.3 智能百叶窗子系统

智能百叶窗子系统由伺服电机、STC89 C52单片机开发板、蜂鸣器电路、红外遥控电路等组成,当红外遥控器按键按下后,红外接收电路接收到红外信号,由单片机I/O口输入,再由单片机进行解码,当解码后的信号码为指定信号码,则触发伺服电机进行动作,从而可以做到百叶窗的遥控开和闭。

(1)伺服电机。

本系统采用的是MG995伺服电机,4.8~7.2V的工作电压,5us的工作死区,9.4kg/cm(4.8V),11kg/cm(6V)的拉力,采用PWM脉宽控制,20ms的信号周期,输出角度与输入信号PWM脉宽关系如图2[2]。从图中可知,本实验需要0°和45°两个角度,即1.5ms和2ms的脉宽。

(2)STC89C52单片机开发板。

单片机是智能百叶窗子系统的核心控制部件,STC89C52单片机开发板具有两个外部中断,两个定时器中断以及一个串口中断[3]。当红外接收头接收到红外信号后,信号端将信号由I/O口输入单片机并触发外部中断,单片机开始进行解码,红外遥控系统框图如图3。同时定时器进行0.5 ms的定时,用于产生PWM波作为伺服电机的控制的信号,单片机系统流程框图见附图1。

(3)蜂鸣器电路。

蜂鸣器电路由一个无极蜂鸣器、NPN三极管、2kΩ电阻和极性电容组成,当蜂鸣器的信号端接收到一定频率的信号后,即可产生声响,用于红外解码后,伺服电机作出相应的动作时的提示作用,告知操作者操作是有效的。

(4)红外遥控电路。

红外遥控电路由红外接收头、10 uF极性电容、200Ω电阻组成,当万能红外遥控器发射红外信号让接收头接收到时,红外接收头的信号端会向单片机输入一系列的二进制码,包括引导码、用户识别码,用户识别反码,操作码,操作码反码。只有操作码和操作码反码是每一个按键不一样的,需要进行解码判别。

3 模拟实验结果

模拟实验结果基本完成设计实验的要求,包括了光伏发电系统、能源分配系统和智能百叶窗系统,结果见图4和图5。

4 结论

模拟实验的成果还是比较令人满意的,尽管过程并不是一帆风顺,也遇到了许多困难,比如舵机的抖动调试问题,红外与舵机的联动,光伏板的稳压模块选型,蓄电池也烧坏了2对,但是经过多次尝试与反复调试之后,最终得以实现预期的功能。当然实验也有需要改进的一些地方,比如:光伏充电采用直充法,利用率并不高,并且对于电池的寿命来说并不是最好的方法;百叶窗的开关角度只是局限了两个角度,或许可以换步进电机作为驱动力,可以做到任意角度的控制等等。

参考文献

[1] 孙晓佳.我国光伏行业多晶硅产业发展及对策建议[J].科技与产业,2011,11(5):23-37.

[2] 颜嘉男.伺服电机应用技术[M].北京:科学出版社,2006.

单片机开发板范文第9篇

关键词:单片机;Proteus软件;实验教学

一、单片机课程实验教学的现状

随着科学技术的不断发展,单片机这门课程已经成为温州科技职业学院(以下简称“我校”)电子类专业的主干专业课,其中它的实验教学占有很重要的地位。在单片机的实验教学中,我校采用由单片机学习板、仿真器和PC机组成的实验平台,虽然单片机的开发板比传统的单片机实验箱小巧,而且也可以很直观地看到开发板上的硬件电路图,但是由于它的大部分硬件电路都是已经固定的,在单片机的实际实验教学中,学生所做的大部分的实验操作就是搭搭线,然后输入相关的程序,观看实验结果,学生可以扩展的空间不大,学生所需要做的改动也不多,限制了学生的发挥。单片机实验室除了平时上实验课时间开放外,其他的时间并不开放,而学生又没有单片机开发板等实验设备,这对学生课外学习单片机的积极性造成了一定的影响。

基于上述原因,在我校单片机的实验教学中引入了Proteus软件来辅助教学,激发了学生的学习兴趣,提高了教学质量。

二、Proteus软件介绍

Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其他EDA工具软件的仿真功能,还能仿真单片机及器件,是目前最好的仿真单片机及器件的工具。运行于Windows操作系统上,该软件的主要特点是:①可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM等常用主流单片机,还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程,再配合显示及输出,能看到运行后输入输出的效果。②Proteus可提供仿真仪表资源,同时还提供了一个图形显示功能,可以将线路上变化的信号,以图形的方式实时地显示出来,其作用与示波器相似,但功能更多。③提供软硬件相结合的调试功能,同时支持第三方的软件编译和调试环境。④具有强大的原理图绘制功能。

三、Proteus软件在单片机实验教学中的应用

1.辅助单片机液晶显示实验

一般的教学开发板,仅提供简单的1602液晶显示屏,无法为学生提供更多的液晶模块学习。而Proteus软件里的液晶显示模块则为学生提供串口的液晶模块、并口的液晶模块、点阵的液晶模块和不同控制器的液晶模块等的扩展学习和练习。

2.辅助AD和DA转化实验

在单片机教材里,DA转化模块普遍介绍DAC0832芯片,并且该芯片在硬件上有单缓冲和双缓冲两种连接方式,同时还有总线控制方式和非总线控制方式。一般的开发板上仅仅只有一种连接方式,在实验中让学生局限于一种编程方式,不易于思维的扩展。但是通过Proteus软件,可以丰富DAC0832的学习,同时提供多款DA转化芯片,丰富了学生的思维,保证课后练习的质量。

3.辅助DS18B20、I2C总线的器件的实验练习

在串行总线器件的授课中,一般仅仅只针对单个器件的讲授,并且开发板的设计也仅仅是针对单个器件来讲,而不能提供一个深入学习多个总线器件的通信系统,同时由于实验条件有限,不能提供所有的总线器件。而Proteus软件提供了各种总线器件。

四、Proteus软件是大学生电子设计竞赛的训练平台

Proteus软件是每年大学生电子竞赛必要的训练平台,学生在单片机上进行电子设计制作时,先在Proteus仿真软件中进行原理图的绘制,程序的调试等,待设计方案在Proteus软件仿真中通过后,再购买元器件,搭建硬件电路图,最后进行实物制作与调试,这样,不受时间、空间的限制,有效地避免了方案修改、调换元器件、源程序调试等一系列问题造成的麻烦,而且也不用担心烧坏设备和元器件,大大缩短了产品制作开发周期。

虽说应用Proteus软件不需要大量的硬件设备,也不需要更多地占用实验场地,但它毕竟是一种软件的开发环境,还不能完全代替实际硬件电路。在实际教学中,应该有效地结合软件仿真和实物教学,发挥各自的优点,充分调动学生的学习主动性,提高他们的创新能力。

参考文献:

[1]张雪娟,宣乐飞.Proteus软件在实践教学中的应用[J].计算机时代,2010(10).

单片机开发板范文第10篇

【关键词】ATXMEGA128A1的图形界面开发板;硬件电路和软件设计思路;AVR单片机图形界面设计和验证平台

1.引言

AVR8位单片机我想很多人都用过,它拥有片上资源丰富,驱动能力强,功耗低等优点,广泛应用于工业控制和家用电器等领域。但对于AVR单片机的产品应用有一定了解的人会发现,AVR片机产品上很少采用分辨率较大的彩色液晶屏,主要原因是其处理速度不够,并且不支持大容量的SRAM或SDRAM。比如说系列里配置较高的atmega128,其处理速度最高也就16MIPS,最大支持不到64K的外部ram。如果用户希望能够在实现工控任务的情况下额外再提高产品的图像显示能力,atmega显然是无法完全胜任的。随着人们对产品人机交互要求的不断提高,越来越多的AVR用户希望能找到一款相比以前的AVR单片机而言在人机界面处理上有更高表现的AVR单片机,这样既能够满足用户的需求,同时又不必转换平台从而最小化软硬件的开发周期。

2.ATXMEGA单片机的介绍

atxmega系列是ATMEL公司2008年推出的一款AVR单片机,它将AVR产品扩展到了新兴的市场范围,并改善了现有应用。拿atxmega128A1来说,与以前的atmega128系列相比,atxmega128A1主要有了如下几项改进:

(1)内部RAM提升为8K;

(2)处理速度可达32MMIPS;

(3)EBI总线支持16MB 8位SRAM或者128MB 4位SDRAM;

(4)USART,I2C,SPI的硬件资源数量比以前有了较大提高。

与atmega128相比,atxmega128A1处理速度翻了一倍,并且支持大容量的外扩SDRAM。即使配置8M的SDRAM,如果配置240x320 16位色宽的屏,可以放下54页的图像。虽然atxmega处理速度仍然比较慢,但其支持SDRAM的能力使其具备了处理较大尺寸图形界面的能力。还有一点需要说明,由于属于AVR系列,atxmega可以使用与atmega相同的编译器,如WINAVR。虽然与atmega系列相比,atxmega的底层寄存器定义有了部分变化,以前的产品代码会不兼容,但是ATMEL公司提供了大量的库函数给用户,用户还是可以只花少量时间就可以完成老代码的移植工作。因此,对于那些需要提升产品的显示能力而又不想更换开发平台的用户来说,用atxmega来代替atmega是一个不错的选择。

本文中,笔者将介绍一下自己设计的atxmega128A1开发板,借此来评估atxmega在开发人机界面方面的能力。

3.开发板功能和系统硬件介绍

开发板配置以下功能:

(1)mp3播放,歌曲快进快退等

(2)BMP图片浏览,缩放,更换桌布,屏幕截图

(3)SD和U盘双接口

(4)扬声器输出

(5)编码器旋钮控制

选用的硬件配置:

(1)ATXMEGA128A1作为MCU

(2)液晶屏选用东芝的2.2”TFT液晶屏,控制器为μPD161704A,分辨率达到QVGA240x320。

(3)选用镁光8MB的SDRAM MT48LC16M4A2作为外扩内存

(4)SD卡和U盘作为存储器

(5)VS1003B作为mp3解码芯片

(6)TEA2025B作为扬声器功放,配2个0.8W的小扬声器

(7)一个编码旋钮控制界面菜单

(8)SST25VF016 flash存放字库和界面图标

(9)串口转USB接口

从上面的配置可以看出,这块板子具有较多的硬件资源,可以满足一般大专院校和单片机爱好者学习的需要,如图1、2所示。

1)atxmega128A1;

2)液晶屏;

3)SDRAM;

4)SST25VF016;

5)VS1003B;

6)CH375B;

7)TEA2025B;

8)旋钮编码器;

9)SD(在液晶屏下部)SDRAM接口。

接口主要包括:地址线,数据线和控制线。控制线包括:行地址选择RAS#、列地址选择CAS#、写选择WE#、BANK块地址选择BA0—1、时钟线CLK、数据有效DQM。Atxmega128A1的外部数据总线EBI支持3端口的连接方法,EBI的时钟使用的是高速外部时钟,速度为CPU的2倍,可达64MHz,如图3所示。

液晶屏接口:接口主要包括数据线和控制线。控制线包括片选CS#、读有效RS#、写有效WR#、复位信号RST#。

旋转编码器接口:旋转编码器内部是一个按键和两个旋转开关,可以根据旋转方向产生不同相位信号。当顺时针旋转时,开关A的输出信号A signal相位超前;如果逆时针旋转时,则是开关B的输出信号B signal相位超前,把A/B端分别接到MCU的两个输入端口,并在MCU内设置一个计数器;就可以用软件来判别是顺时针旋转还是逆时针旋转,以此判断是增加还是减少计数器的值,如图4所示。

4.软件系统设计

软件设计上充分利用板载大容量SDRAM这一优势,开发板上电初始化时,会把存放在flash内的所有系统文件一次性加载到SDRAM内的指定地址上,而不必每次使用时都从flash去调数据。利用SDRAM的大容量还可以给图形界面处理,数据拷贝等凡是要用到大量数据存储的地方都开辟一定的空间。

整个软件架构分为3块,应用层部分,数据传输层部分,硬件层部分。

应用层负责软件上层的应用,如负责图像最终的显示,歌曲的播放等。

数据传输层是核心部分,负责将硬件层过来的数据进行各种处理后发给应用层,或者将应用层的数据传给硬件层。它主要负责以下任务:

(1)FAT文件系统的管理。

(2)状态机实时控制和判断,当插入或拔出SD或U盘,会自动更新相应桌面图标的状态(souce图标和文件图标)。

(3)图像数据的处理,如图块数据的搬运,叠加,覆盖,更新,混色,消隐等。

(4)与硬件层的数据接收和发送。

硬件层主要是硬件驱动部分,负责查看和设置硬件状态,将数据发送至传输层,或传输层的数据传回至相关硬件。它主要负责以下任务:

(1)Atxmega128A1的EBI接口与SDRAM的数据读写。

(2)CH375B,VS1003B,液晶屏的数据读写和控制。

(3)SST25VF016的数据烧写和读取。

(4)攻放的开关和旋钮的逻辑判断。

5.开发板的测试

通过实际测试,一帧240x320的16位色图像从SDRAM里写进屏里需要的时间大约是1.5秒,这个速度相比其他速度更快的单片机速度稍显不够。但如果是小图块图像,比如图标,则刷新速度很快,基本看不出有“拉窗帘”的迹象,并且在mp3页面下的实时混色的速度还是不错的。因此这里可以得出结论,在对整屏显示速度要求不是很高或者刷新面积不是很大的场合,atxmega还是基本胜任的,如图5所示。

6.开发板的优势

(1)本开发板在代码的可修改和可移植性方面做得比较好,代码尽量做到让各个功能块留有最少的接口,并且在很大程度上进行了打包处理,用户只需调用上层的应用函数就能做一些简单的修改。

(2)程序上在提高速度方面作了很大的优化,当前用到的数据都尽可能的堆放在SDRAM里,然后再进行处理,这样大大提高了效率。

(3)代码提供了所有硬件的驱动部分,用户也可以只使用驱动代码,数据处理和应用部分自己另行开发。同时用户也可以对该板进行软硬件裁减,截取需要的部分应用到自己的产品。

7.开发板的成本

在目前的AVR单片机开发板市场上,由于atxmega是最近几年才推出来的,atxmega开发板还非常稀少,即使有功能也相对简单,没有充分利用其外扩RAM的能力。当然这里面也有目前atxmega成本还比较高,供应量不足的因素,但相信在未来的几年,随着供货量的增加和成本的下降,atxmega一定会取代atmega成为AVR的主推产品。

8.结语

笔者设计了一块atxmega128A1开发板,利用其支持大容量SDRAM的能力验证其显示图形界面的速度性能,通过实际应用证明了atxmega系列单片机具备了一定的图形开发能力,基本能够满足对产品的图形显示有一定要求的AVR用户的需要。

参考文献

[1]温正,何嘉扬.AVR单片机开发从入门到精通[M].中国电力出版社.

[2]吴双力,崔剑.AVR—GCC与AVR单片机C语言开发[M].北京航空航天大学出版社.

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