微机原理与单片机技术实践报告

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1、20132014学年度第 二 学期微机原理与单片机技术实践报告课题：基于 PIC16F877A 的红外 测距学院 自动化 专业 电子信息科学与技术 班级 学号 姓名 指导教师 目录目录1 设计任务目的及要求31.1 设计任务目的31.2 设计任务要求32 原理与模块介绍32.1 硬件部分3系统设计总框图：32.1.1 最小系统42.1.2 设计的应用系统72.1.3 电路设计的原理介绍73 设计方案113.1 硬件部分113.2 软件部分124 实验结果与数据处理124.1 硬件部分.124.2 软件部分135 结论与问题讨论135.1 结论136. 参考文献137 附录：141 设计任务目的

2、及要求设计任务目的及要求1.1 设计任务目的课程设计的主要目的是通过对 PIC 单片机的设计实践，了解 PIC 单片机系统控制过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。课程设计应强调能力培养为主，在独立完成设计任务的同时，还要注意其他方面的能力的培养与提高，如独立工作能力与创造力；综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力等。1.2 设计任务要求设计任务要求任务：任务：利用 PIC16F877a 单片机和 SHARP 2Y0A21 红外测距模块设计红外 测距。 要求：要求：利用 PIC16F877a 单片机内嵌

3、ADC 模块，将 SHARP 2Y0A21 红外测 距模块发出的模拟信号转换为数字信号，并输出到 LED。2 原理与模块介绍原理与模块介绍2.1 硬件部分系统设计总框图：PIC16f877a 最小系统八个 LED 灯SHARP 2Y0A21 红外测距模块2.1.1 最小系统最小系统本次制作的 PIC16f877a 最小系统由一 PIC16f877a 芯片、晶振模块、复位 模块、按键模块、AD 转换模块、外部中断模块、ICD2 接口模块、LED 模块、 电源电路（采用三节干电池）组成。以下为本人在 multisim10 下的电路图。晶振模块：晶振模块：晶振模块 - 此电路中采用 12MHz 的晶

4、振，加上两个电容构成外部振荡电路。复位模块：复位模块：复位模块 - 因为 PIC 单片机的人工复位是低电平有效，所以设计出的电路 为按键前输出高电平，按键后输出低电平。按键模块：按键模块：AD 转换模块：转换模块：外部中断模块：外部中断模块：ICD2 接口模块接口模块:LED 模块模块:LED 模块 - 接单片机的 I/O 口，为低电平有效。总体电路：总体电路：2.1.2 设计的应用系统设计的应用系统除了最小系统外，还要添加外设 - SHARP 2Y0A21 红外测距模块2.1.3 电路设计的原理介绍电路设计的原理介绍(1) PIC16F877a 原理简介 PIC16F877a 特性：PIC1

5、6F877a 是由 Microchip 公司所生产开发的新产品， 属于PICmicro 系列单片微机，具有 Flash program 程序内存功能，可以重复 烧录程序，适合教学、开发新产品等用途；而其内建 ICD(In Circuit Debug) 功能，可以让使用者直接在单片机电路或产品上，进行如暂停微处理器执行、观 看缓存器内容等，让使用者能快速地进行程序除错与开发。 如图 1 为 PIC16F877a 的 40 根接脚图，PDIP 是指一般最常见的DIP(Dual In Line Package)包装，而 PIC 单片机也有PLCC(Plastic Leaded Chip Carrie

6、r) 与 QFP(Quad Flat Package)两种形式的包装，依照不同的需求，寻找不同的 包装形式。如图所示，每根接脚都有其特定功能，例如 Pin11 与 Pin32(VDD) 为正电源接脚，Pin12 与 Pin31(VSS)为地线接脚；而有些接脚有两种甚至三种 以上功能，例如 Pin2(RA0/AN0)代表 PORTA 的第一支接脚，在系统重置(Reset) 后，可自动成为模拟输入接脚，接收模拟讯号，也可经由程序规划为数字输出输 入接脚。 (2) 输入输出接口 PIC16F877a 除了上述基本电路所占用的 7 支接脚外，其余的 33 支接脚都可当成输出、输入接脚，输入输出端口是单

7、片机基本界面，可以与周边电路进行电路 控制和信号传输与检测。PIC 是 8 位的单片机，以接脚特性分组，每组尽量凑满 8 支接脚，并将 I/O 命名为 PORTA(RA0RA5)、PORTB(RB0RB7)、 PORTC(RC0RC7)、PORTD(RD0RD7)和 PORTE(RE0RE2)等，各分组 接口特性说明如下： PORTA PIC16F877 的 PORTA 总共有 6 个位(RA0RA5)，PORTA 的接脚可作为数 字输出输入端口，而系统重置后，PORTA 自动成为模拟输入状态，可读取模拟 输入讯号。 PORTB PORTB 总共有 8 个位(RB0RB7)，可以撰写程序规划输

8、入输出方向、状态， 其中，要进行烧录时，使用到三支接脚，分别是 Pin36(RB3/PGM)、Pin39(RB6/PGC)与 Pin40(RB7/PGD)。 PORTC PORTC 总共有 8 个位(RC0RC7)，除了可作为数位 I/O 外，还和一些特殊功 能的周边电路共享接脚，例如 CCP（直流马达控制） 、I2C、SPI（同步串行通 讯电路） 、UART（异步串行传输电路）等等。 PORTD（2）SHARP GP2Y0A21YK0F 红外测距模块介绍产品规格：Sharp 的红外传感器都是基于一个原理，三角测量原理。红外发射器按照一定的角度发射红外光束，当遇到物体以后，光束会反射回来，如图

9、 1 所示。反射回来的红外光线被 CCD 检测器检测到以后，会获得一个偏移值 L，利用三角关系，在知道了发射角度 a，偏移距 L，中心矩 X，以及滤镜的焦距 f 以后，传感器到物体的距离 D 就可以通过几何关系计算。出来了。可以看到，当 D 的距离足够近的时候，L 值会相当大，超过 CCD 的探测范围，这时，虽然物体很近，但是传感器反而看不到了。当物体距离 D 很大时，L 值就会很小。这时 CCD 检测器能否分辨得出这个很小的 L 值成为关键，也就是说 CCD 的分辨率决定能不能获得足够精确的 L 值。要检测越是远的物体，CCD 的分辨率要求就越高。下图就是 GP2D12 红外线测距传感器的电

10、压值与距离值的关系曲线，从这个曲线可以看出，电压输出与距离成反比，而且是非线性关系。根据上图关系曲线，大约关系为 10cm 距离时有 2.55V 输出,80cm 距离时有0.42V 输出。可以通过该曲线拟合出电压值与距离值的数学关系式，但是这个关系式里的距离是参考距离值，实际距离值=(参考距离值-0.42)cm，另外由于Arduino 的模拟量采样命令 analogRead()，采样的数据范围是 0 至 1023，对应的电压范围是 0 至 5V,每格数据代表 0.0049V，于是读取的有效数据应该由86(0.42V)至 520(2.548V)。而 SHARP 2Y0A21 很受欢迎的感应器会在

11、 10 公分的距离及 80 公分的距离时， 分别产生 3.1V 及 0.3V 的类比输出。将 SensorValue 转换成 Distance 的公式(此公式仅在 SensorValue 介于 80 到 500 之间有效)如下，Distance (cm) = 4800/(SensorValue - 20) 3 设计方案设计方案3.1 硬件部分硬件部分基于 PIC16F877a 芯片，设置一个最小的应用系统，他至少包括产生时钟信号的外部 振荡电路、手动复位电路、供电电路；借着，需要检测所设计的最小系统是否工作，还需 要一些输入和输出模块，如这次设计中的 LED 灯等。为了实现此次任务的要求，需要

12、对最小系统进行相应的扩展，即HARP 2Y0A21 红 外测距模块。3.2 软件部分软件部分程序设计中所考虑的各部分：ADC 模块的 I/O 口设置设置 ADC 模块输入口设置时钟清除 ADC 中断标志位ADC 中断许可位打开高优先级中断打开总中断延时ADC 扫描清除 ADC 中断标志位4 实验结果与数据处理实验结果与数据处理4.1 硬件部分硬件部分1） 把相关的电路设计软件（此次设计用到 multisim10）进行电路图的设计；然后按照完整应用系统的电路图，把各个元件焊接在万用版上，完成此次设计所需要的硬件部件。2） 对焊接好的电路板进行检测，查看电路板是否完整焊好、是否出现短路等等；另外在

13、焊接过程中各个接线的链接要处理好，以便额外的查错。3） 初步检查电路板没出现问题后，接下来是下载一些小程序到芯片中，分别检验各个模块是否能正常工作；如晶振是否起振、LED 是否工作等。4） 若进行了以上的小程序测试后，各部分能正常工作，则硬件部分到这里完成了。4.2 软件部分软件部分1）编写小程序，用于检测电路板各模块是否正常工作。2）根据上文所描述的程序设计思想、模块和流程，编写相应功能程序，然后将各部分整合起来。3）在编写程序是，配合电路板，检测所写程序的正确性。4）配合电路板，进行调试，要增强程序的容错能力。5 结论与问题讨论结论与问题讨论5.1 结论结论本文主要从硬件方面说明设计的总体

14、思路和设计的实现过程，预期的设计目的是：能够实现红外测距的基本功能，启停及正常显示.在设计过程中，曾经遇到很多的障碍，程序设计流程图经过许多次的修改最后才定下来。在设计中有好多问题都是因为理论知识不扎实，这使我明白要把所学到的理论转化为实践需要一段努力学习的过程；在做一个设计的过程中，一定要注意理论和实践同步进行，光有理论知识还是远远不够的，要用时间去检验理论，用理论指导实践6. 参考文献参考文献1刘启忠,李荣正,陈学军.PIC 单片机实例教程M. 北京航空航天大学出版社 （第三版） ，2006.10 2刘和平. PIC16F87X 单片机实用软件与接口技术-C 语言及其应用. 北京航空 航天

15、大学出版社,2002.47 附录：附录：源程序代码：#include void delay(int x); /延时函数void main()int x=0xff;TRISD=0;ADCON1bits.PCFG3=0;ADCON1bits.PCFG2=0;ADCON1bits.PCFG1=0;ADCON1bits.PCFG0=0; /AD 的 I/O 口设置ADCON0bits.CHS2=0;ADCON0bits.CHS1=0;ADCON0bits.CHS0=1; /设置 AD 输入口(RA1/AN1)ADCON1bits.ADCS2=0;ADCON0bits.ADCS1=1;ADCON0bits.ADCS0=1; /设置时钟 Fosc/64ADCON0bits.ADON=1; /打开 ADCPIR1bits.ADIF=0; /清除 ADC 中断标志位PIE1bits.ADIE=1; /ADC 中断许可位INTCONbits.PEIE=1; /打开高优先级中断INTCONbits.GIE=1; /打开总中断delay(10); /等待一段时间while(1)ADCON0bits.GO=1; /开始 ADC 扫描x=ADRESH;PORTD=x;PIR1bits.ADIF=0; /清除 ADC 中断标志位void delay(int x)int y;for(y=0;yx;y+);