《pic单片机课程设计》教学指导书

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1、 PIC 单片机课程设计单片机课程设计 指导书指导书 编写：江 和、鲍光海 2011 年 2 月 - 1 - 一、课程设计的性质与目的课程设计的性质与目的 PIC 单片机课程设计是电气工程及其自动化专业及相近专业的一门重要的专业实践课，本课程 在PIC 单片机课程的基础上，通过硬件设计与软件编程与调试的实践，进一步掌握 PIC 单片机的 应用方法，熟练 PIC 单片机的 C 程序的编写与调试，是毕业设计前的一次重要的实践，为今后走上工 作岗位打下坚实的单片机应用基础。 二、设计内容与要求二、设计内容与要求 根据所给的硬件线路原理图（附图 1附图 5）与 PCB 焊接图（附图 6） ，焊接印刷线

2、路板并经过初步检查无误。根据附图 1附图 5，设计一个具有完整功能、有一定工作量与一定难度的单片机应用线路，并绘制能用于仿真的 Proteus 线路图，编制相应的单片机 C 语言，分别在 Proteus 仿真界面和实物板上调试运行正确。最后用实物进行运行演示，并写出符合规范的课程设计报告。 本设计内容分为焊接、线路设计、绘制 Proteus 线路图、编程调试几个部分。 1、焊接部分、焊接部分(本次课程设计略，但应知道其过程与要求) 根据附图 1附图 6，焊接所给的 PCB 板，要求如下： 1）元件排列整齐、高度方向要一致。 2）具有极性的元件如二极管、三端稳压器件、发光二极管、集成电路等在焊接

3、前应确定正确的方向才能焊接。 3）外形相同，参数不同的要确定好参数后再焊接，如电阻，应根据色环或用数字万用表测量后再焊接。 4）单片机（U20）不要直接焊接在 PCB 板上，用一圆针插座焊接于 PCB 板上。 5）变压器要注意原边与副边引脚的区别，如接错将造成电源短路，烧毁变压器。接 220V 的线圈引线通常为红色， 用数字式万用表的电阻档测量其电阻为几百欧至几千欧。 低压侧线圈的三个引线的中间抽头（黑色）接板上变压器副边的中间点，副边线圈间测量的电阻接近于 0 欧； 6）焊点要均匀、饱满，所焊接的焊点从另一面看应有少许“渗透” ； 7）焊接顺序要求，从最矮的元件先焊，最后焊接最高的元件； 8

4、）焊接完毕先检查外观，是否有漏焊元件或焊点等，无误后在不接单片机芯片的条件下通电，检查+5V、- 5V 是否正确，电压在（4.80V）（5.20V）内为正确，则焊接任务完成。否则应立即向指导教师提出，找出问题并解决。 2、线路设计、线路设计 为了让同学们可以自由组合线路，本设计采用短路插和杜邦线连接的方式。图 1（a）为一个具有 6 个短路插的端子，本指导书中将短路插中较小引脚编号（一般在左侧）作为短路插的编号，图 1（b） 表示短路插 2 和短路插 4 短接。杜邦线即二头为孔的导线，将其直接与要相连的二端连接即可。 图1 短路插说明图 未用部分短路插应拔起，避免与其他硬件部分冲突并节省电源，

5、并避免与电源相关的芯片发热。 所设计的线路图应为一个完整完整的应用线路。如： l 数字钟：包括按键、LCD、蜂鸣器、时钟芯片DS1307在内。 l 电机速度控制： 包括电机电压PWM控制、 电机速度检测 （使用光电遮断器） 、 电机转速显示 （LCD 或数码管） 、按键（速度整定等） 。 - 2 - l 信号发生器：包括DA转换器4821及其信号调理电路、按键与显示（LCD或数码管） ，用于波形 参数设定。 l 交流电压频率与电压值检测：包括频率、电压有效值检测与计算、显示（LCD或数码管） 。 l 所设计的电子线路图需经过指导教师同意后方可进行后续设计。 3、Proteus 线路图绘制线路图

6、绘制 根据所设计的线路图，绘制与之一致的，能用于仿真的 Proteus 线路图。要求所绘的线路图美观、 紧凑，参数要与课设板一致。 4、软件编制与调试、软件编制与调试 根据所设计的线路图编制相应的单片机 C 程序，要求所编制的程序符合 C 语言格式并加上注解。 每编一段即进行编译，有错及时修改，并先在 Proteus 上仿真，基本正确后再用 ICD2 仿真，最后应 脱机运行。 三、单片机三、单片机 PIC16F887 介绍介绍 本课设板所用的单片机为 PIC16F887，是 877A 的升级，其主要参数与 877A 类似，但使用更为灵 活、有的参数更为细化（如异步通信的波特率为双字节） ，而价

7、格比 877A 更低。887 引脚与 877A 兼容， 但增加了一些功能。887 的程序存储器、通用 RAM、EEPROM 与 877A 完全相同。但个别参数不同。 887 增加了一些功能，因此有的引脚上的功能也与 877A 不同，参见1。 887 与 877A 的主要区别如下： 1）可使用内部 RC 振荡作为单片机的时钟 2）端口的主要差异： 3）AD 转换的不同 4）B 端口的弱上拉可独立设置 5）WDT溢出时间更为精细 6）具有门控功能的定时器 TMR1 7）比较器 8）双字节的波特率寄存器 四、相关元件或模块使用说明四、相关元件或模块使用说明 1、点阵型、点阵型 LCD YB1602A

8、 使用说明详见使用说明详见1 图2 LCD相关接线图 - 3 - 本课设板所用的 LCD 型号为 YB1602A，接线如图 2 所示。图中采用 4 位数据线接线方式，是为了 节省单片机的 IO 口。从图中可以知道，要使用该 LCD 时，短路插 P38、P22 的短路插（除 RD7 外） 均要插上。如要使用背光控制，可将 P22 的短路插 8 插短接，如不用背光，该短路插不接。表 1 为 LCD YB1602A 的引脚功能说明。 表 1 LCD YB1602A 引脚功能表 引脚名 功能 RS 命令/数据选择：1：数据，0：命令 R/W 读/写选择：1：读，0：写 E 数据使能：下降沿送入有效 D

9、B7DB0 数据线，如用 4 位数据， 使用高 4 位 上电后要延时 15ms 后，才能进行初始化，LCD 初始化过程详见1。 2、74HC164 驱动的数码管显示驱动的数码管显示 本课设板的数码管采用 74HC1645串转并的芯片进行 IO 中扩展，其原理如图 3 所示。应用编程见1。 图3 74HC164控制6位数码管接线图 3、按键模块、按键模块 图 4 为按键输入模块的原理图，该图有两种方式可供选择。 1）普通按键：）普通按键：此时用到 4 个按键 S1、S5、S9、S13，P45 须短接到地，P20 的 14 短路插短接， 用到 RB0RB3 4 个引脚。可以用 RB0/INT 中断

10、与 RB 电平变化中断方便按键处理。 2） 44 按键：按键：此时 P45 要断开，此时使用 RB 的 8 个引脚作为按键模块的控制端。要求 4 行接 RB0-RB3，4 列接 RB4-RB7，其中 RB6，RB7 可用 RA6，RA7 代替。 l 4 行（RB0RB3）作为输入状态，低 4 位要有弱上拉使能并允许电平变化中断。 l 4 列（RB4RB7）作为输出状态，平时输出低电平。 l 无按键时，4 行均为高电平（本身弱上拉） 。一旦有按键按下，4 行之一为低电平，产生电平变 化中断，判断哪一行输入为低电平可确定是哪一行有按键按下。 l 再将 4 行设置为输出，按下的行输出低电平，其余 3

11、 行输出高电平，将 4 个列设置为输入, 也 必须使能弱上拉，因此，无按键的列为高电平，有按键的列读出低电平。 - 4 - l 在按键放开时，由于也产生电平变化中断，故此时按键无效，即电平变化中断时，如果 4 行 （RB0RB3）均为高电平则无效。 l 如果使用 ICD2 作为调试器，RB6、RB7 暂时不能使用，则可用 RA6、RA7 替代，此时单片机须 使用内部 RC 振荡器。在这种情况下，P41 要短接，P20 的 7、8 短路插断开。 注意：各种按键软件中，要有防抖动措施，即在按键处理软件时，先延时 30ms 左右的时间，再清 除中断标志位，再执行按键处理程序。 图 4 按键输入模块

12、4、交流电压采样线路、交流电压采样线路 线路图如图 5 所示，本线路是模拟一个交流电压采样电路。 要使用本模块时，短路插 P40 要短接，即接上变压器低压侧线圈，通过电位器把此电压降为合适的 电压， 经绝对值线路后通过选择 P13 接到 RA0RA3 之一的引脚作 AD 转换， 而通过脉冲形成线路输出与 电源频率相同的脉冲，通过选择 P7 接到 RB0（INT 中断） 、RC2（CCP1） 、RC1（CCP2） 、RA1（C12IN-）时 做相关处理，计算频率等。 图 5 中的 U2A 型号为 LM393，是一个比较器，在 Proteus 仿真中，该器件没有仿真模型，不能仿真， 可用 TLC3

13、93，其性能、参数与 LM393 相同。 图 6 是图 5 线路图的仿真结果，以下为计算交流电压有效值的计算思路。 对于周期为 T 的函数，在一周期内做 N 等分，如 N=32，则其有效值按如下式子计算： =NiiuNU121，这里，ui 为第 i 次的 AD 采样值。当然，还要根据线路参数（如变压器变比、相关电阻、电位器的位置等）进行比例调整，使得计算结果与实际电压相符。 首先对脉冲信号的周期 T 进行采集计算，得到 DT=T/N 做为 AD 采样的间隔，则每间隔 DT 进行一次 AD 采样，并做平方计算及累加，最后平均，再开方。 要注意的是，在计算时，所用的变量要考虑是否够用！如 32 个

14、 AD 值的平方和用 int 类型通常是不 够，用 long 类型是否够用，要事先估计。 - 5 - 图 5 交流电压采样电路 图 6 交流电压采样电路的输入输出波形图 5、SPI 接口线路接口线路 本课设板中有 3 个 SPI 接口，由于 SPI 不支持多机通信，所以不能同时使用这些芯片。 SPI 接口的 74HC164 串转并控制 6 个共阳数码管静态显示，前已介绍。 1）MCP482161，SPI 接口、具有内部参考电压的接口、具有内部参考电压的 12 位位 DAC MCP4821 与 MCP4921 为同系列的产品，编程应用可参见1。其引脚图及其功能如图 7 所示。 MCP4821 只

15、有一个双字节的写命令寄存器，如图 8 所示。DA 输出电压按如下公式计算： 4096048. 22048. 212DGDGVOUT= 这里，G 为增益，1 或 2，D 为写寄存器的低 12 位，确定输出电压的数值。 - 6 - 图 7 MCP4821 引脚功能与封装图 图 8 MCP4821 写命令寄存器 对 MCP4821 的操作就是单片机通过 SPI 接口输给 MCP4821 两个字节的写命令，图 9 给出 MCP4821 写命令时序图。由于该芯片只能输出正电压，为了能得到负的电压，课设线路中用“减”的方法让电压 下移，如图 10 所示，其中 U6A 为电压跟随运放，U6B 为减法电路运放

16、。 图 9 MCP4821 写命令时序图 - 7 - 图 10 MCP4821 应用电路图 2）25LC010A7，SPI 接口的接口的 EEPROM 25LC010A 是 128 字节，可进行 SPI 的双向通信(MCP4821、74HC164 均只单向通信)。图 11 为其引脚 功能与封装图。表 2 为 25LC010A 的命令。 图 11 25LC010A 引脚功能与封装图 表 2 25LC010A 命令表 通过单片机读通过单片机读 25LC010A 数据的过程是这样的：数据的过程是这样的： a) 单片机先发送该器件的读命令 READ：0b00000011； b) 单片机发要读的地址，由于该器件只有 128 字节，故地址的最高位以 0 补上； c) 单片机发送“0” ，即哑数据，该器件会通过 SO 引脚（接单片机的 SDI）输出 8 位数据，单片机 从 SS