Embed Size (px)
DESCRIPTION
微机系统设计与应用实验指导 （实验系统相关电路介绍）. 王晓萍. 2012.3.2. 实验系统整体结构. 实验一 十字路口交通灯模拟实验 实验二 LED双色点阵显示实验 实验三 7279阵列式键盘及显示实验 实验四 128×64点阵型液晶显示实验 实验五 DS18B20传感器温度控制实验 实验六 TLC549串行A/D转换实验 实验七 LTC1446串行D/A转换实验 - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
任课教师：
完成时间：
《微机系统设计与应用》课程
微机系统设计与应用实验指导
（实验系统相关电路介绍）
王晓萍
2012.3.2
《微机系统设计与应用》课程
实验系统整体结构
实验一 十字路口交通灯模拟实验 实验二 LED 双色点阵显示实验 实验三 7279 阵列式键盘及显示实验 实验四 128×64 点阵型液晶显示实验 实验五 DS18B20 传感器温度控制实验 实验六 TLC549串行 A/D 转换实验 实验七 LTC1446串行 D/A 转换实验 实验八 直流电机与控制实验 实验九 步进电动机控制实验
《微机系统设计与应用》课程
实验一 十字路口交通灯模拟实验
H1~H8 表示行码， 10000000~00000
001 表示显示第一行到第八行。G1~G8 表示绿灯的代码， R1~R8 为红灯的代码，低电平点亮；当红灯和绿灯一起点亮时，显示的颜色为黄色。
共阳 8×8 双色 LED 阵列
实验二 LED 双色点阵显示实验
2块 8×8LED 矩阵显示 2 1 图形第一片第二片
实验二 LED 双色点阵显示实验
行数 第一片矩阵 第二片矩阵1 0FFH 0FFH
2 0EFH 0E7H
3 0EFH 0DBH
4 0EFH 0DBH
5 0EFH 0F7H
6 0EFH 0EFH
7 0EFH 0DFH
8 0EFH 0C3H
行控制信号 H1~H8 ，输出10000000~00000001 。
H_ATB124
H_ATB223
H_ATB322
H_ATB421
H_ATB54
H_ATB63
H_ATB72
H_ATB81
G_LTR15
G_LTR26
G_LTR37
G_LTR48
G_LTR59
G_LTR610
G_LTR711
G_LTR812
R_LTR813
R_LTR714
R_LTR615
R_LTR516
R_LTR417
R_LTR318
R_LTR219
R_LTR120
DIS1I
SER14
SRCLK11
SRCLR10
RCLK12
E13
O0
15O
11
O2
2O
33
O4
4O
55
O6
6O
77
Q7
9V
CC16
GN
D8
74HC595
VCC VCC VCC VCC
R1_L1R1_L2R1_L3R1_L4R1_L5R1_L6R1_L7R1_L8
H_A1H_A2H_A3H_A4
H_ATB124
H_ATB223
H_ATB322
H_ATB421
H_ATB54
H_ATB63
H_ATB72
H_ATB81
G_LTR15
G_LTR26
G_LTR37
G_LTR48
G_LTR59
G_LTR610
G_LTR711
G_LTR812
R_LTR813
R_LTR714
R_LTR615
R_LTR516
R_LTR417
R_LTR318
R_LTR219
R_LTR120
DIS2I
VCC VCC VCC VCC VCCVCC
SER
SCLK
RCLK
1
2
3
Q1I9013
1
2
3
Q2I9013
1
2
3
Q3I9013
1
2
3
Q4I9013
12
3Q5I9013
1
2
3
Q6I9013
1
2
3
Q7I9013
1
2
3
Q8I9013
H_A
5
H_A
6
H_A
7
H_A
8
H_A
1
H_A
2
H_A
3
H_A
4
HA
1IH
A2I
HA
3IH
A4I
HA
5IH
A6I
HA
7IH
A8I
HA
1I
HA
2I
HA
3I
HA
4I
HA
5I
HA
6I
HA
7I
HA
8I
SER14
SRCLK11
SRCLR10
RCLK12
E13
O0
15O
11
O2
2O
33
O4
4O
55
O6
6O
77
Q7
9V
CC16
GN
D8
74HC595
SER14
SRCLK11
SRCLR10
RCLK12
E13
O0
15O
11
O2
2O
33
O4
4O
55
O6
6O
77
Q7
9V
CC16
GN
D8
U5I
74HC595
SER14
SRCLK11
SRCLR10
RCLK12
E13
O0
15O
11
O2
2O
33
O4
4O
55
O6
6O
77
Q7
9V
CC16
GN
D8
74HC595
SER14
SRCLK11
SRCLR10
RCLK12
E13
O0
15O
11
O2
2O
33
O4
4O
55
O6
6O
77
Q7
9V
CC16
GN
D8
74HC595
DINSCLKRCLK
VCC
G1_L1G1_L2G1_L3G1_L4G1_L5G1_L6G1_L7G1_L8
H_A5H_A6H_A7H_A8
G2_L1G2_L2G2_L3G2_L4G2_L5G2_L6G2_L7G2_L8
H_A5H_A6H_A7H_A8
R2_L1R2_L2R2_L3R2_L4R2_L5R2_L6R2_L7R2_L8
H_A1H_A2H_A3H_A4
R1_L1R1_L2R1_L3R1_L4R1_L5R1_L6R1_L7R1_L8
G1_L1
G1_L2
G1_L3
G1_L4
G1_L5
G1_L6
G1_L7
G1_L8
R2_L1R2_L2R2_L3R2_L4R2_L5R2_L6R2_L7R2_L8
G2_L1
G2_L2
G2_L3
G2_L4
G2_L5
G2_L6
G2_L7
G2_L8
实验二 LED 双色点阵显示实验
HD7279A 典型应用电路
实验三 7279 阵列式键盘及显示实验
实验三 7279 阵列式键盘及显示实验
《微机系统设计与应用》课程
实验原理图
用了 8行 2 列，用 I/O 口线模拟SPI 总线进行通信。 KEY 连接到P1.3
模块硬件结构框图
IC1、 IC2 为列驱动器， IC1 控制模块的右半屏， IC2 控制模块的左半屏， IC3 为行驱动器。
实验四 128×64 点阵型液晶显示实验
实验四 128×64 点阵型液晶显示实验
《微机系统设计与应用》课程
把单片机的 P1， P2口分别与 JD1A7， JD2A7相连。其中 P1作为数据输入 /读取端口， P2作为液晶芯片控制端口。调节变阻器RW1A7可以改变液晶屏的对比度。
实验原理图
实验五 DS18B20 传感器温度控制实验
《微机系统设计与应用》课程
实验原理图 1-wire总线数字式温度传感器
T-CON温度控制端，=1， Q1B6导通， Q2B6导通，大功率电阻 R6B6通电加热，并且加热 LED亮。
B6区电源指示灯
加热指示灯加热电阻
实验六 TLC549 串行 A/D 转换实验
《微机系统设计与应用》课程
实验原理图
TLC549 A/D 转换器：每 25uS 重复一次“输入—转换—输出”。器件与 MCU 的三个连接线： DATA、 CLK和 CS （片选）， SPI 总线
方式。
B4区电源指示灯
电源去耦电容
电源引入接插件
实验七 LTC1446 串行 D/A 转换实验
《微机系统设计与应用》课程
实验原理图 使用 LTC1446 实现单片机数模转换，输出方波
跟随器
器件与 MCU 的三个连接线： DIN、 CLK和
CS， SPI 总线方式。
电源去耦电容
实验八 直流电机与控制实验 H 桥驱动 电机的两端加上直流电源即可实现电机的驱动，如果所施加的直流电源反
相，电机可实现反向转动。
《微机系统设计与应用》课程
当 A 端和 D 端三极管导通而 B 端和 C 端三极管截止时，直流电机正转当 A 端和 D 端三极管截止而 B 端和 C 端三极管导通时，直流电机反转在 H 桥的控制过程当中，应该特别注意同侧桥臂的管子同时导通，会引起电源的短路
H 桥直流电机的控制驱动电路
《微机系统设计与应用》课程
H 桥驱动电路说明
由于采用的三极管均为 PNP型三极管，所以导通的条件为三极管基极为低电平。
控制电机正反转的逻辑应为：
正转： PWM1=PWM4=0, PWM2=PWM3=1
反转： PWM1=PWM4=1, PWM2=PWM3=0
（实验板上 PWM3与 PWM4位置相反，相应实验中上面两个式子中的 PWM3应与 PWM4交换）
由 PWM脉冲原理可知，在导通桥壁的一端加上所需的 PWM脉冲即可控制直流电机的转速。
图中的二极管为续流二极管 ：在电路中反向并联在继电器或电感线圈的两端，当电感线圈断电时其 两端的电动势并不是立即消失，此时残余电动势通过一个二极管释放，起这种作用的二极管叫续流 二极管。
二极管的作用 图中当电机正转时 A端三极管导通，上面电压为上正下负，电机中电流方向由左向右。在三极管关断时， 电机中电流突然中断，会产生感应电势，其方向是力图保持电流不变，即总想保持电机电流方向为由左向 右，三极管中电流仍是从上至下。这个感应电势与电源电压迭加后加在三极管两端，容易使三极管击穿 。 为此加上二极管，将电机产生的感应电势短路掉，起到保护三极管的作用。
直流电机测速原理
使用光电测速元件测速，当它与圆盘上的空位相靠近时，光电元件输出低电平， 反之，光电元件输出高电平。圆盘转动一周时则产生 12个脉冲，直流电机转动时，光电元件输出连续的脉冲 信号，单片机记录其脉冲信号，就可以测出直流电机的转速。另外增加显示电路，可把电机的转速显示出来。
《微机系统设计与应用》课程
实验九 步进电动机控制实验
《微机系统设计与应用》课程
步进电机的励磁方式
STEP A B C D
1 1 0 0 0
2 0 1 0 0
3 0 0 1 0
4 0 0 0 1
单 4 拍励磁法：在每一瞬间只有一个线圈导通。消耗电力小，精确度良好，但转矩小，振动较大，每送一励磁信号可走 1.8度。若欲以 1 相励磁法控制步进电动机正转，其励磁顺
序如图所示。若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。励磁顺序： A→B→C→D→A
双 4 拍励磁法：在每一瞬间会有二个线圈同时导通。因其转矩大，振动小，故为目前使用最多的励磁方式。若以 2 相励磁法控制步进电动机正转，其励磁顺序如图所示。若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。 励磁顺序： AB→ BC→ CD→ DA→ AB
STEP A B C D
1 1 1 0 0
2 0 1 1 0
3 0 0 1 1
4 1 0 0 1
单双 8 拍励磁法：为 1 相与 2 相轮流交替导通。因分辨率提高，且运转平滑，故亦广泛被采用。这种励磁方式产生的步进角是前面两种励磁方式的一半，换言之，步进角是 1.8°的步进电机会产生 0.9°的步进角度。若以 1-2相励磁法控制步进电动机正转，其励磁顺序如图所示。若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。 励磁顺序： A→AB→ B→BC→ C→CD→ D→DA→A
STEP A B C D
1 1 0 0 0
2 1 1 0 0
3 0 0 1 0
4 0 1 1 0
5 0 0 1 0
6 0 0 1 1
7 0 0 0 1
8 1 0 0 1
电动机的负载转矩与速度成反比，速度愈快负载转矩愈小，当速度快至其极限时，步进电动机即不再运转。所以在每走一步后，程序必须延时一段时间。
《微机系统设计与应用》课程
实验九 步进电动机控制实验
步进电机控制电路
由于单片机 IO口的驱动能力有限，在单片机 IO口与步进电机之间要加 74LS14 和ULN2003芯片来增大驱动能力。
《微机系统设计与应用》课程
ULN2003 内部结构图
ULN2003是高耐压、大电流达林顿陈列，由七个硅NPN达林顿管组成。ULN2003工作电压高、工作电流大，灌电流可达 500mA,并且能够在
关态时承受 50V的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。
《微机系统设计与应用》课程
实验十 综合实验与要求
《微机系统设计与应用》课程
简易信号发生器信号输出设定实验：设计流程并编程实现由用户按键设定输出信号的频率及幅值，在数码管显示设
定值，并将输出的波形图在液晶屏上显示。信号输出控制实验：利用 AD转换，设计流程并编程实现由 AD输入的模拟量设定输出信号的频率及
幅值，并将输出的波形图在液晶屏上显示。信号采集实验：设计流程并编程实现由 DA转换器实现一正弦信号的输出，由 AD将信号采集进来，
并在 LCD显示所采集信号的波形，与示波器观察到的 DA输出波形进行比较，说明实验现象。
温度测控系统温度测量：分配 IO实现与 DS18B20的接口，画出流程并设计程序实现 DS18B20测量环境温度，测量结果显示于 A4区动态数码管区。温度控制：分配 IO实现与温度控制的接口，画出流程并设计程序对于给定不同占空比及频率的PWM波控制加热电阻，实现温度的测量并显示结果。恒温控制：设定测量点的温度值，通过温度测量和温度控制的闭环网络实现测量点的恒温控制。
《微机系统设计与应用》课程
直流电机测控实验根据直流电机控制驱动的基本原理，分配 IO与 PWM管脚的接口，设计流程并编写程序实现直流电机正反转控制的软件设计。基于上个步骤，修改程序实现对直流电机的不同运转速度的控制。根据直流电机测速电路的基本原理，分配 IO与 PULSE管脚的接口，设计流程并编写程序实现直流电机速度检测的软件设计。结合实验二十四 7279应用实验，采用数码管及键盘实现速度设定及并实时显示当前的速度值。
步进电机测控实验根据预习内容所编写的单 4拍、双 4拍单、双 8拍步进电机控制驱动程序，实现步进电机的正反转控制，改变不同的信号输出频率，观察步进电机的运行速度。开环控制步进电机的运行，实现步进电机的启动加速、恒速运行、减速停止控制过程，并结合实验二十七点阵型液晶显示实验在液晶显示屏上显示该过程的曲线图。结合实验二十四 7279应用实验，采用数码管及键盘实现速度设定及并实时显示当前的速度值。
实验要求：基础实验 3 个， protus 仿真实验 1 ，综合实验 1 个。
基础实验和仿真实验：给出实验名称、实验结果、收获和体会。
综合实验给出详细的实验报告，参照网站上提供的模板。
春学期实验时间：第五周：周 1-3 ？？第六周：周 1-3 ？？
