电子制作验指导书2010.doc

《电子制作》 实验指导书 机电系 编写 江南大学机械工程学院 2010年4月 概述 随着计算机技术的飞速发展，以控制功能而著称的单片机已越来越广泛地应用到各行各业的智能控制中去。单片机体积小、成本低，硬件结构简单，对硬件知识的要求不大，尤其适合于非电专业的工程技术人员用来设计实用的工业控制器。电子制作就是一门融硬件设计、硬件装配、软件设计、软件调试为一体的课程。学生根据指导书提出的设计要求，设计出符合要求的电气原理图；并用电子CAD软件（Altium Designer DXP）设计出原理图及印制线路板，购买元器件，装配并进行调试，使硬件系统正常工作；最后根据设计要求编制单片机源程序，并能调试通过，使控制器达到设计要求。由于设计时间限制，硬件原理图及线路板已由教师设计完成，学生可按照设计要求进行装配及调试，然后再按照设计要求进行软件设计及软件调试，从而基本上达到设计一个完整控制系统的要求。 控制电路介绍 为满足不同功能的设计要求，一块电路板上设计出多个常用的功能电路，供使用者选用。印制线路板包含： 4×4共16个键的矩阵键盘； 四位LED数码管显示器； 8位串行A/D转换接口； 8位串行D/A转换接口； 四相步进电机驱动接口； EEPROM串行存储电路； RS-232电平转换电路； DC12V稳压电源输入接口； USB电源转换接口（DC5V）； ISP编程接口。 1．键盘 键盘采用4×4矩阵键盘，由P2.0~P2.3为行线、P1.4~P1.7为列线而组成4×4的方阵，用软件扫描的方法可以确定每个键的键值。在设计中，每个键可以用来数据及命令的输入。 2．显示器 显示器采用LED数码管动态显示方法，P0口输出字符的显示码，位码由P2.4~P2.7来控制。动态显示的成本极低，但占用CPU接口资源较多，本设计中共采用了12根口线。另外由于显示器的不断动态刷新，占用了CPU的部分工作时间，所以对一些时间要求较高的控制系统，则应考虑显示器显示占用的时间。 3．A/D转换器 本控制器的A/D转换器采用了8位串行A/D转换器，型号为TLC549，模拟信号由2脚输入，A/D转换后的8位二进制数由6脚串行输出，7脚为脉冲信号输入端，5脚为片选端。该A/D转换器体积小，速度高（较双积分式）输出接口少，性价比高，非常适合一些进度要求不高、廉价的工业控制器。 4．D/A转换器 本控制器的D/A转换器采用了8位串行D/A转换器，型号为TLC5620，是美国德州仪器 (TI)公司推出的带串行控制的四路8位数/模转换器,电压型输出建立时间10us该转换器中的每一路均有输入锁存器和DAC锁存器等两级缓冲器 ,同时具有一个输出量程开关、一个8位DAC电路以及一个电压输出电路。 6．EEPROM串行存储电路 本控制器中设计了一个2K位容量的串行EEPROM，型号为24LC02。 7．RS-232电平转换电路 本控制器中设计了一个RS-232电平转换电路，通过该电路单片机UART可以直接与PC机进行通讯。 8．电源 控制电源可以由单放机DC12V稳压电源提供，该电源可以用于步进电机的驱动，同时通过线性三端稳压器7805为其它电路提供电源；如果不需要使用步进电机，整个控制系统的DC5V电源可以从普通计算机的USB接口采集，使用时只要把USB接线一头接微机USB端口，另一头接控制器上的2芯电源接口即可。 9．编程接口 微处理器采用AT89S51，AT89S51具有ISP在线编程功能，P1.5~P1.7为编程接口，软件编译和调试包括两个过程： 1．打开Medwin仿真编译软件，选择模拟仿真即可进入编译环境，新建一个文件（后缀为asm），在文本输入框输入源程序，然后进行编译直至没有语法错误，使用编译命令（Ctrl＋F7）生成16进制文件（后缀hex）。 2．连接好电源线和编程线后，启动USBASP编程软件，在芯片选择中选择微处理器型号AT89S51，打开装入Flash，装入16进制文件，用擦除命令将芯片内的原程序擦除，用编程命令将新程序写入AT89S51，完毕后，重新复位使程序运行，观察结果。如有错误应重新打开Medwin修改源程序，重新生成16进制文件，重复以上操作，直至满足设计要求。 设计题目 数控进给控制器 工作原理：用键盘设置步进电机的进给脉冲，当按下运行键后，步进电机进给设定的脉冲后停0.5秒，然后再进给，再停0.5秒，一直如此下去，直到满设定的脉冲数。显示器上显示进给次数，每进给一次加1。 设计要求： 1．进给脉冲由键盘设定，最大设定值9999； 2．每进给一次，停顿0.5秒，蜂鸣器鸣叫一次； 3．记录进给次数，由数码管显示； 4．按下运行键，步进电机开始进给运行，数码管同步显示进给次数。 单片机与PC机通讯 工作原理：单片机UART通过RS232