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1、1,2,*单片机技术的应用,都不同程度用到定时器/ 计数器、中断系统和串行口通信三大核心功能, 灵活运用就能营造出有特色的结果. *本章展示的代表性原创实例,均围绕这三大核 心功能而作, 采取精简巧妙却富针对性的电路 构思,旨在阐明所涉及的技术原理和相关思路. *所展示的可执行的硬件软件范例,融合了诸多 工程实施经验和资料, 使读者在实践中领悟技 术要领并受到启迪,培养分析电路原理能力,养 成查阅元器件数据手册习惯和积累工程经验.,3,4,5,6,7,定时器/计数器实现的答辩倒计时电路 (图8-1),8,9,10,定时器/计数器实现的答辩倒计时电路装置 (图8-2),11,12,定时器/计数器
2、实现的答辩倒计时软件框架 (图8-3),13,14,主程序流程图 (图8-4),15,中断服务程序流程图 (图8-5),16,17,18,19,20,21,22,23,24,外部中断实现的双向移动识别电路 (图8-7),25,26,任一组红外透射对管受到物体的遮挡时,光敏接 收管接收不到红外光而截止,集电极电平从低变 高, 经整形反相后产生从高到低的脉冲下降沿, 从而触发单片机的外部中断. 移动物体从外部进入的情况,图中U3首先被遮挡, U4后续被遮挡;对于移动物体从内部出来的情况, U4变为首先被遮挡,U3为后续被遮挡. 程序的统计关系的依据为:物体每进入一次,U1 的计数值增1;物体每出来
3、一次,计数值减1.只要 计数值大于0, P3.5口便一直保持低电平使指示,27,灯VL点亮; 反之当计数值为0时则变为高电平使 VL熄灭,可直观反映出计数值的状态. 固体继电器SSR 同步控制交流LED灯HL的亮/熄, 并把单片机系统与交流电隔离. 具体控制状态:当计数值大于0 时,SSR的控制线 P3.4变为低电平,使VD3导通(R5为限流电阻),继 而SSR的双向光控晶闸管VT导通, 接通交流市电 回路使HL点亮;反之当计数值等于0 时,P3.4变为 高电平使VD3截止,导致VT截止,交流市电回路断 开使HL熄灭.U1由C3 和R7 实现自动上电复位.,28,29,30,外部中断实现的双向
4、移动识别软件框架 (图8-9),31,32,33,34,外部中断实现的双向移动识别主程序流程图(图8-10),35,36,37,38,39,40,*用条状纸板作遮挡物,从U3向U4(由外往内)沿 凹槽移动,使两路红外光先后被遮挡,经U1判断 后记进入次数为1,此时指示灯VL和灯HL均点亮; 从U3向U4的方向把纸板移动多次(如:3次,进入 次数被记为3),红色指示灯VL和灯HL维持点亮. *再把条状纸板改从U4向U3(由内往外)沿凹槽移 动,U1判断属相反方向,记录次数被减1,此时指 示灯VL和灯HL仍然发亮,直到从U4向U3重复移动 3次其结果减为零时,指示灯VL和灯HL便熄灭.上 述过程可
5、反复进行.,41,42,43,44,*指示灯VL1作从机1的回应指示,指示灯VL2作 从机2的回应指示. *指示灯VL3、VL4作从机1的动作演示, 指示灯 VL5、VL6作从机2的动作演示. *主机串行发送口TXD与各从机的串行接收口 RXD连接. *各从机的串行发送口TXD则连接到主机的串行 接收口RXD. *主机和从机共用复位电路.,45,串行口实现的双向多机通信电路 (图8-13),46,47,为使主从通信往返的过程简明,MU1不采取等待 SU1演示结束的回应方式,而是等待相当于SU1 演示所需的延时时间后,直接使指示灯VL1熄灭, 然后返回查询按键的初始状态. 若按下键S2并接续判断
6、已松手,SU2采取查询程 序实现, 其对应的地址帧标志、数据帧标志、 通信往返过程等与SU1类雷同,只是数据内容变 为“2”,点亮VL2, 执行VL5和VL6循环点亮演示. 键S1和S2可循环按动,使通信过程相互执行,按 动PB键可使通信重新开始.,48,49,串行口实现的双向多机通信电路装置 (图8-14),50,51,52,53,多机通信主程序流程图 (图8-16),54,55,56,号后,轮流点亮红灯VL3和VL4,完成后红灯全熄 并恢复初始待机状态. *主机的绿灯VL1随之熄灭并回复按键查询状态. *按下启动键S2,主机发出从机SU2地址帧,收到 从机SU2回发信号后,主机的绿灯VL2
7、亮. *主机接续发出从机SU2数据帧,从机SU2收到信 号后,轮流点亮红灯VL5和VL6,完成后红灯全熄 并恢复初始待机状态. *主机的绿灯VL2随之熄灭并回复按键查询状态. *上述操作过程可连续进行.,57,58,59,60,待机节能与键盘唤醒实验电路 (图8-19),61,62,在中断服务程序中调用键盘扫描子程序,进入 正常接收键盘输入信息. 键盘设置成键按下发声、键释放消声,并一直 伴有指示灯发亮,使操作清晰明了.矩阵键盘的 键字定为09,0A和0B(0A对应于键符“*”,0B对 应于键符“#”). 在中断服务程序中判断只要按动的是键“#”,程 序就能中断返回,并使单片机再次进入待机状
8、态,伴以指示灯熄灭作提示. 待机与唤醒的上述操作可任意进行.,63,64,待机节能与键盘唤醒实验电路装置 (图8-20),65,66,67,68,69,70,71,就能触发中断,待机状态唤醒为工作状态,电流 表指示约11mA(图8-20b),绿色指示灯VL2发亮. *按动“#”键则绿灯VL2熄灭,中断返回然后再次 进入待机态,电流表指示约2mA. *在待机状态下只要按动复位按钮,也能从待机 中唤醒,电路的反应与上电复位的反应相同. 电流表的量值表明,待机态节能明显,待机方式 很适合在只需短暂操作而长时间闲置的电路系 统中运用,对电路工作的稳定性、抗干扰和低热 耗方面均有益处.,72,73,字形
9、或圆形舵盘(可作为扩伸连接转动臂之用) 和引出线,舵机内部含有变速齿轮组、可调电位 器、直流电动机和控制电路板等,但应用上只需 了解外部控制方法就行. 市售舵机从力矩看有普通型、超小型和强力型. 一般舵机是三线控制的,包括正负电源线和一条 I/O口控制线,舵机外形及引出线如图8-24所示. 单片机系统能够方便地和它组成接口电路并对 其实行控制.,74,舵机外形及引出线 (图8-24),75,76,77,动角度位置与输入脉冲宽度的关系如图8-25. * 图中从左到右依次表示: 当占空比为0.5ms时,舵机的摆臂旋转至0(舵 机左满舵); 当占空比为1ms时,舵机旋转至45; 当占空比为1.5ms
10、时,舵机旋转至90; 当占空比为2ms时,舵机旋转至135; 当占空比为2.5ms时,舵机旋转至180(舵机右 满舵).,78,79,80,81,单片机对舵机控制的实验电路装置 (图8-27),82,83,脉冲高电平延时时长th和脉冲低电平延时时长 tl ,见表达式(8-1)和式(8-2): th = 0.5ms+/1802ms (8-1) tl = 20ms-th (8-2) 再根据3.1.2节的方法计算定时器/计数器在工 作模式1的预置初值Xh和Xl(晶振频fOSC=12MHz), 机器周期T=1s,预置值Xh由表达式(8-3)计算: (216-Xh) 1s=th (8-3) 代入th的表
11、达式(8-1),并统一用微秒表示,得: Xh=216-500+/1802000FE0CH-11 (8-4),84,Xl =216-20000-Xh =1B1E0H-Xh (8-5) 舵机转动到指定角度的控制函数流程图见图8- 28,源程序用C语言实现. * 软件设计思路为: 构造函数Servo_Rotate_to_Angle(角度值), 输入角度值为0180之间任一指定角度, 代入上述关系式计算高电平、低电平的定时预 置值, 调用舵机动作函数Servo_Action( ),执行相应,85,操作,具体软件流程如图8-28a所示. * 在舵机动作函数Servo_Action( ) 中, 装载定时器
12、/计数器的高电平定时时间预置值, 启动定时器/计数器并在舵机I/O端口置1, 等待定时器溢出标志置位并将其清零; 舵机I/O口产生低电平的定时时间预置值方法与 之类似, 具体软件流程图如图8-28b 所示.,86,舵机转动到指定角度的控制函数流程图 (图8-28),87,88,=k (8-7) 因此,当,舵机在下一周期到达的角度, 转速,需要输入的脉冲个数;反之,当 ,舵机在下一周期到达的角度,转速,需要输 入的脉冲个数. 本例中受控舵机从0旋转至180,由输入速度 参数调整舵机的转动速度.程序设计的关键在于 把角度增量转化为定时器/计数器预置值增 量.设s为速度参数,相应修改高电平、低电平预
13、 置值,得到与第 n 个周期的关系为:,89,90,在0180按不同速度转动的控制函数流程图 (图8-29),91,92,舵机多方式运转的主程序流程图 (图8-30),93,94,95,96,97,98,99,100,*单片机芯片U1作为控制核心. *反射式红外对管U4采集电动机转动信号. *信号经U5作脉冲整形后送入U1作运算处理. *输出的分钟转数(从个位到千位)送至4位一体 共阴极数码管U6作显示. *7段硬件译码芯片U2作段驱动. *电流驱动器芯片U3作动态位驱动. *独立开关Q用来启动测量过程.,101,非接触式的电动机转速测定电路 (图8-32),102,103,104,非接触式的
14、电动机转速测定电路装置（图8-33）,105,非接触式的电动机转速采样图 (图8-34),106,107,108,109,外中断服务程序流程图 (图8-38),110,111,*电动机未接通电源之前若按动“启动”键,显示 屏显示全零. *按动“复位”键,显示屏全熄. *接通电动机电源,待电动机转动到稳定状态时 按动“启动”键,约1s数码管即显示出电动机在 1min的转数值. *按下“复位”键可重复上述测速过程. 用转速600r/min的12V直流电动机作统计试验, 测量误差约0.97%1.1%.,112,113,114,115,*晶体管V2和V3驱动继电器对门禁机构实行启/ 闭控制. *晶体管
15、V1作蜂鸣器的发声驱动. *指示灯VL1、VL2和VL3作相应工作状态的指示. *按键(开关)S2作读/写操作模式的转换. *按键(开关)S1作系统复位.,116,I2C总线器件的密码门禁电路 (图8-39),117,118,声、键释放消声作操作提示). 初次使用时电路需先选择密码设置模式,矩阵键 盘上的任何键可作密码键入(设定为6位). 单片机U1通过读/写线(P3.7和P3.6)模拟的I2C 总线,把6个密码字节(键值)写入串行E2PROM器 件U2,作不失性密码保留,编码过程完成后由VL1 熄灭作提示,然后转为开启操作模式. 开启模式是从键盘键入6位密码,U1通过模拟的 I2C总线读取U
16、2中存放的6位密码,并与键入的密 码逐个字节进行比较.,119,如果完全相符:VL3发亮,P3.4口送出低电平,晶 体管V2和V3导通,驱动继电器使触点S吸合,开门 机构启动(用 “模拟负载”绿色大直径LED点亮来替代,图中未画出). 如果密码不符:继电器不动作,P0.0口使VL2闪亮 和P3.0口使蜂鸣器断续发声,需重新键入密码. *需着重说明的细节:继电器用作V3集电极负载 的这种接法,电源电压扣除集-射间饱和压降后, 能最大幅度地提供给继电器,使工作稳健.但因 单片机上电或复位后P3.4口为高电平,如果直接,120,121,继电器为5V直流继电器,型号(OJE-SH-105DM) 为常开单触点,容量为5A AC 250V/DC 30V,可 根据具体负载选定所需触点容量的型号. V1和V2为PNP型晶体管9015. V3为NPN型晶体管9013. 蜂鸣器为自振型TMB12A05.
