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1、. . .单片机实验毕业论文目录0 引言10.1 课题背景10.2 高性能单片机的概述10.3 课题的研究意义20.4 实验箱设计目的21 系统设计31.1 系统方案论证与选择31.2 硬件设计32 模块电路设计62.1 无线传输模块62.1.1 设计思路- 62.1.2 nRF905部结构及其工作特性-62.1.3 数字无线发射部分- 92.1.4 无线收发模块电路- 112.2 语音模块122.2.1 设计思路- 122.2.2 ISD2560的结构与工作原理-122.2.3 硬件电路- 142.3 步进电机模块152.3.1 设计思路- 152.3.2 工作原理分析- 152.3.3 硬
2、件电路- 162.4 直流电机模块162.4.1 设计思路- 162.4.2 工作原理- 172.4.2 硬件连接电路图- 182.5 键盘扫描模块192.5.1 设计思路- 192.5.2 硬件功能实现- 193 系统总体调试203.1 无线传输模块203.2 语音模块203.3 步进电机模块213.4 直流电机模块223.5 键盘扫描模块23结论26致谢语27参考文献28附录一：各模块原理图29附录二：实验箱PCB图30附录三：英文资料31附录四：中文翻译43附录五：程序56.参考资料. . .0 引言近年来，随着单片机技术的日益发展使得单片机在各个领域得到了广泛的应用，单片机技术不仅在企
3、业单位得到大量应用，而且在高等学校也成为一门专业必修课，随着大学毕业生数量的增加带来的就业难的严峻形势，掌握一门真正的本领是必要的。那么掌握好一门单片机技术更成为学生走向公司企业的一个途径。0.1 课题背景单片机原理与应用类课程在国各高校已经是一门重要的专业基础课。目前来说用MCS-51单片机进行教学还是当今的主流，也有少部分学校选用其它的CPU为主要教学容。不过，无论采用哪种CPU来组织教学，基本都是在介绍计算机的基本工作原理、芯片的硬件特征、指令系统、程序设计和接口技术，目的是让学生能够全面系统地掌握单片机技术，使大学生能够符合社会的需要。然而，时代的发展，科技的进步，使传统的单片机教学已
4、远远不能满足人们追求高质量生活的需求。作为一切高端技术的基础课程，单片机教学尤其是实验环节的安排又涌现出了一系列新的问题。为了使同学们更轻巧的了解和掌握单片机的基本工作原理，我们开发和设计了针对单片机原理和应用的实训学习装置。0.2 高性能单片机的概述单片机在我国乃至世界围获得广泛应用，但随着高集成度、高性能单片机的不断推出，一些半导体公司对传统的8051核进行改造，主要是提高处理速度和性能。由美国 Cygnal公司生产设计的具有自主产权的CIP51核C8051F系列单片机，就是此类型单片机。该类型单片机功能齐全，性能优异，是真正的混合信号片上系统。 C8051FOXX系列单片机是Cygnal
5、公司新推出的一种混合信号系统级单片机。该系列单片机片含CIP一5l的CPU 核，它的指令系统与MCS一51完全兼容。其中C8051F020单片机含有64kB片Flash程序存储器，4352B的RAM、8个I/0端口、64根I/O线、一个8通道12位A/D转换器和一个8位A/D转换器以及一个两路12位D/A转换器、2个比较器、5个16位通用定时器、5个捕捉/比较模块的可编程计数/定时器阵列、看门狗定时器、VDD监视器和温度传感器等部分。C8051F单片机支持双时钟，其工作电压围为2.7V3.6V(端口I/O，RST和JTAG引脚的耐压为5V)。与以前的5l系列单片机相比，C8051F020增添了
6、许多功能，其可靠性和速度也有了很大提高。0.3 课题的研究意义现代科学技术的发展日新月异，边缘科学和交叉科学不断出现，单片机实验课的容与形式也从探索型向设计型、综合型发展。通过对单片机的系统的学习使学员能更好的理解和掌握单片机的控制与编程。该课程实践性和实用性都很强，其最终目标在于培养工科学生硬件应用的能力。因此，教学中实验系统的优劣将直接影响该课程的教学效果和学生的应用能力的培养。通过结合我院进行的理论、实验、实训、设计的“四位一体”教学模式改革的成功探索，使学生的专业技术能力得到迅速提升。学院对学生的培养进行系统化的分析，对学生大学职业技能进行职业化的培养，使学生在大学不仅拥有扎实的理论基
7、础，同时具有较高的专业实践能力，形成学生即引导理论学习，又能指导实践操作一体化人才，使学生在毕业时具有很强的适应工作岗位的能力。在学院进行的特色教育的同时，通过开放实验室，举办各类科技竞赛活动，结合毕业设计对单片机实验系统进行开发和设计，面向相关培训和考核训练的平台。这样就需要一个综合的单片机实验系统，本设计就是在这样的背景下产生的。0.4实验箱设计目的实验在教学中是很重要的环节，实验具有鲜明、直观、生动地体现了理论知识的特点，可以提高学生学习的兴趣和动手的能力，充分发挥了学生的主体能动作用；可以将所学的理论知识掌握的更透彻，尤其对以后从事技术方面工作的人是很有帮助的。C8051F系列单片机成
8、本低、低功耗、高可靠性、充实的开发环境、方便编程同时C8051F的MCU种类繁多，C8051F020 MCU不论在硬件还是在指令系统上都有很好的兼容性。基于它这些突出特点，所以我们选择C8051F020单片机作为我们开发的现代高端数字实验箱的主控芯片。本实验箱以C8051F单片机为核心，对各个模块分别进行控制，针对性较强，使学员能多方面的了解和掌握电子技术知识。使学生了解当今电子技术的前沿及其发展潮流，掌握当前的实用电子技术，实现从学校到社会的无缝连接。本系统可以直接在线编程，学生更接近于“实战”，更有利于把学生培养成为电子工程开发人员。在就业形势如此严峻的当前，更易于提高学生的综合能力，更有
9、利于学生的就业。1 系统设计1.1 系统方案论证与选择 单片机实验箱的设计是一个大工程，但是它的部构成仍离开不了小的应用模块，针对整体构成与局部设计，我们将实验箱的开发可能出现的设计情况分开进行了讨论：方案一：各模块采用单元电路的设计，用连接导线来组合各个模块的组成实训装置，这样的优点是功能模块单元化，学员能通过各个单元电路来加深对C8051FO20单片机实验箱的学习和理解，易于显示与分析结果，但在组合成相应的功能模块时，因连接导线较多，一方面给学员感觉较为杂乱，同时也存在一定的干扰，干扰使得实验结果不直观、明朗。方案二：采用单元电路集成相应的功能模块，每个模块在系统里相对独立，模块之间的连接
10、导线较少，对功能模块的单元电路不会有较大得影响，同时也使实验系统比较简洁；另一方面我们吸收了方案一的优点，利用按键开关来对功能模块中的单元电路进行分割，这样即可以对单元电路进行测试和设计，也可以用相对独立的功能模块组成特定的单片机实验系统。综上所述，本设计选择方案二，即采用单元电路集成相应功能模块的系统设计方式。1.2 硬件设计为满足初学者能够较快的掌握C8051F020单片机技术，本系统设计了19个实验模块，即触摸屏识别及输入、彩屏、点阵、高速AD、高速DA、USB、串口、温度模块18B20、无线传输模块NRF905、步进电机、直流电机、语音模块ISD2560、4*4键盘扫描输入等实验模块。
11、在本实验箱的开发与设计中，我主要负责的是无线传输模块NRF905、语音模块ISD2560、步进电机、直流电机、4*4键盘扫描输入这五个模块。为了显示及演示的直观，我们将各功能模块整合好后制成了印制电路板，本单片机实验箱部的各模块布局框图如图 1-1 所示：LED点 阵语音模块ISD2560LCD触 摸 屏C8051020单片机nRF905Flash存储器直流电机数码管串口nRF905C8051单片机模数转换彩 屏红外收发步进电机彩灯模数转换频率计温度模块串转并并转串8155高速AD转换高速DA转换继电器4*4键盘扫描输入DDS图1-1 系统模块布局框图每个模块的选择都是为了体现单片机技术与现代
12、生活设备应用的接轨。为了突出提高人机界面的友好性，并且方便用户操作的应用。实验箱特地设有触摸屏、语音模块，简单而又直观的向学员说明了他们工作的基本原理。而电机控制、无线传输模块的应用更是与当今快节奏的现代生活紧密相连。只要有电子的地方，都离不开这些小的模块的构成。无线收发模块根据传输距离有多种选择。在方案设计中，我们将射频收发芯片CC1100 与nRF905进行比较。实际应用中，CC1100比nRF905性能要好，他们都标称有10dBm的输出功率，用频谱分析仪测试CC1100可以达到11dBm,而nRF905才8dBm。但是 CC1100的编程要比nRF905的要复杂很多。由于实验箱是一个整合
13、性较强的装置，收发距离要求不高。综合考虑，我们采用编程简单的nRF905作无线数据收发芯片作为短距离无线数据传输设备。现有的语音芯片发展迅猛、种类繁多，高性能、高集成度的芯片更是层出不穷，由于单片机实验箱主要是对语音芯片的录/放功能作基本实验。处于经济上的考虑，我们采用的还是较为常用的ISD2500系列语音芯片。步进电机、直流电机按规格分有很多种，由于实验箱的规模有限。对电机的选取主要取决于电机本身的体积大小。本实验箱中均采用小型电机设备作为实验装置。键盘部分单独作为一个模块，又为常用器件，故在选取时以外观和耐用程度为主要依据。另外，本实验箱也可根据需要来扩展电路，满足其它实验和课程设计的要求。
