单片机制作音乐盒（共8篇）
单片机制作音乐盒 篇1
在日常生活当中, 像电子灯笼、电子宠物这类电动玩具随处可见, 它们的一个共同点就是会发出一些美妙的音乐, 这都得益于其内部的集成音乐芯片。当您对单片机知识有一定的基础, 看了这篇文章以后, 也可以通过一片单片机外加几个常用的电子元件, 制作一个属于自己的音乐盒。
一、电路原理图
电路原理图如图1所示, 我们的主控芯片是Atmega8L单片机。Atmega8L单片机是一款高性能、低功耗的8位AVR微处理器, 采用先进的RISC结构, 具有8K字节的系统内可编程Flash和512字节的EEPROM, 擦写寿命约1万次, 非常适合搞开发。整个系统采用三节5号AA电池供电, S1为电源开关, 发光二极管用作电源指示。K1和K2为按键, 一端连接单片机的INT0与INT1, K1控制音乐播放的下一曲, K2控制音乐播放的暂停。虽然单片机内部自带1M片内时钟源, 但是本系统采用片外8M晶振。J1为ISP下载器接口, 可以通过其直接给单片机写入程序。为了保证音乐的质量, SPEAKER不应采用蜂鸣器, 本文推荐选用普通的8Ω0.5W的喇叭作为音频输出设备。由于Atmega8L单片机的管脚驱动能力很强, 可以输出和吸收大电流, 输出电压约为5V, 所以与喇叭间可以不加放大电路。
二、PCB板加工及元件装配
当原理图设计完成后, 现在需要搭接硬件电路了, 该电路比较简单, 可以在面包板上搭建。现在通过热转印方式来加工电路板变得非常容易, 为了设计产品的美观, 本方案采用热转印来制作一块空板, 下面将简单介绍一下制作过程。
1. 绘制印制电路图
绘制印制电路图可以用Protel 99 SE、CADSTAR、POWER PCB等专门的印制电路绘图软件外, 还可以通过orcad、coreldraw以及Windows自带的“画图”软件来绘制, 本文采用Protel 99 SE来绘制。电路原理图如图1所示, 由于电路比较简单, 印制电路板设为单面板。印制电路图的设计过程可参考相关资料, 这里就不详细介绍。由于要通过热转印方式加工印制电路板, 所以电路中的元件引脚焊盘要设的大一点, 该方案焊盘直径≥2.5毫米, 导线宽度为1毫米, 为了提高机械强度, 增加补泪滴。由于为单面板, 走线在Bottomlayer, 焊盘在Multilayer, 外边框在Keepoutlayer, 所以在输出的时候只保留这三层, 输出颜色设为黑白色。选中线路板输出选项卡下的Show Holes复选框, 这样打印时可以将过孔打印出来, 这样钻孔时就有定位, 非常方便。最终设计的印制电路图如图2所示。
2. 将印制电路图输出到热转印纸上
利用激光打印机将印制板电路图打印到专用热转印纸上, 由于该设计板为单面板, 所以在打印时不需要输出反图, 可以直接打印。为了使墨粉能清晰打印在热转印纸上, 最好选择原装硒鼓。
3. 热转印
用剪刀在热转印纸上剪取要转印的部分, 剪裁比这稍大的一块覆铜板。将覆铜板用细砂纸打磨表面以去除氧化物及其他附着物, 这样可以提高墨粉的吸附能力。打磨好的覆铜板用清水清洗烘干, 将热转印纸覆盖在敷铜板上, 两边用透明胶带粘牢固。打开过塑机电源, 将温度调至最高 (约为150℃) , 将敷铜板朝一个方向连续送入 (约为4次) , 等敷铜板冷却后, 撕去表面的热转印纸。这样经过高温加压作用下, 热转印纸上的墨粉融化并完全吸附在敷铜板上, 形成紧固的有图形的保护层。然后用油性记号笔修补断线、砂眼, 检查无缺陷后, 待下一步腐蚀。
4. 腐蚀
通过对热转印后的敷铜板进行腐蚀, 裸露的铜膜会被腐蚀掉, 而沾上墨粉的部分会被保留下来。腐蚀液有浓盐酸与双氧水按1:8的比例配制, 也可以用FeCl3与水按1:2来配置。建议选择第一种, 其配制的溶液颜色透亮, 便于观察, 反应速度也快。配好的溶液倒入塑料容器中, 将要腐蚀的敷铜板铜面朝上投入溶液中, 以刚淹没为宜。不断用竹筷摇晃敷铜板以加铜皮速溶解。待不需要的铜皮溶解后, 及时取出, 并用水将腐蚀液冲洗掉。最后用细砂纸将表面的碳粉打磨掉。
5. 钻孔
PCB板制作的最后一步就是钻孔, 钻孔的直径要根据元器件管脚直径来确定, 一般比元器件管脚大0.3毫米。钻孔可以用手钻或者台钻, 钻头速度不要太快, 电路板在钻孔过程中要防止打滑。
然后就是在PCB板上装配电子元件, 按照电路图要求及元件的极性, 将电子元件焊接在电路板上。这样, 音乐盒的硬件部分就算设计完成。实物图如图3所示。
三、软件程序设计
编写软件参考广州双龙电子和http://www.ourdev.cn/网站上的音乐盒示例程序, 将其作了简单的修改。歌曲数据放在music_data.h头文件中, 其中用二维数组第一个表示音符, 第二个表示节拍长度, 音符里1-7表示7个音阶, 数字前带"_"表示半音, L、M、H分别表示低、中、高音具体定义见music.h文件的定义程序流程图如图4所示。
四、单片机固化程序
我们需要给单片机的存储器中写入程序, 以让音乐盒发出动听的音乐。怎样将计算机编译成的HEX文件写入单片机, 我们需要一个下载软件和一个下载器, 虽然ICCAVR6.3A可以作为下载软件, 但是由于程序需要用到外部时钟, 必须配置熔丝位, 如果熔丝位配置不当会造成将单片机锁死。ICCAVR6.3A配置熔丝没有图形化界面, 我们要对单片机的熔丝位非常熟悉, 为了方便配置, 建议采用广州双龙天河电子开发的SLISP V1.7下载软件。ISP下载器有很多种, 推荐http://www.ourdev.cn/es_isp_cable_diy.html网页上并口加四个电阻的方案, 该方案电路简单, 作者在《电子实训》课程中已应用多年, 效果良好。
首先, 将下载器一端插入计算机并口, 一端与目标板的ISP接口相连, 给电池盒装上电池, 打开电源, 指示灯变亮。这时, 打开SLISP下载软件, 打开双龙下载软件, 在通讯参数设置及器件框架下选择通讯接口为LPT1, 下载速度为TURBO, 芯片选择ATMEGA8 (L) 。在FLASH存储器中选择要下载的HEX文件, 如图5所示。
由于单片机采用外部8M晶振作为时钟源, 所以要对单片机配置熔丝。点击编程选项下的配置熔丝复选按钮, 将进入配置熔丝设置对话框, 如图6所示。配置为外部8M晶振, 只需要将时钟及启动时间设置框下的CKSEL3、CKSEL2、CKSEL1选项勾掉, 表示选择, 其它选择默认, 按确定按钮结束。
配置熔丝后就可以对单片机写程序, 按下编程按钮, 计算机将通过下载软件对单片机的Flash中写入程序, 最后对写入的程序校验, 如果写入失败或者校验错误, 将会提示出错信息。目标板下载程序如图7所示。
至此, 一个单片机控制的音乐盒就设计完成。当按下K2键, 音乐盒播放第一首歌曲, 再按一下会暂停;如果按下K1键, 单片机将会播放下一首歌曲。
单片机制作音乐盒 篇2
现代信息化社会高速发展，大屏幕向消费类多媒体应用渗透。数字化的多媒体内容将在信息世界中占据主流，大屏幕显示设备将代替传统的显示设备成为中心。伴着电子行业的飞速发展，越来越多的电子爱好者，对于光立方产生了很浓厚的兴趣。有绝大部分的人把光立方研究作为一种职业，光立方的技术也在不断的成熟，不仅具有了学习价值同时也具备了商业价值。
光立方最早在2009年10月1日天安门广场举行的国庆联欢晚会上面世，是一种基于LED发展基础上所衍生的产物。目前国内成功案例有很多效果也各有千秋，例如有显示图形图案的，有显示动态图案的，还有的具有音频AD效果等。一般都是主控采用STC12C5A60S2，驱动采用74HC573以及ULN2803达林顿管。光立方主要是引用了LED外发光技术，我国LED经过这几年的发展，主要在华东，华北，华南区域形成了一批具有一定规模的企业，LED在规模发展的同时，技术推陈出新，目前约20余家研究机构和企业在进行LED的研究和开发，但与国外的差距还是比较大的。主要原因是目前在投入資金、设备和人才均无法和国外相比，而且研究机构也相对的分散。但一些科研所如中国科学院物理所和长春光机与物理所、北京大学、石家庄十三所等单位也相继展开了这方面的研究，并取得了可喜的进步，不断缩减与国外的差距。
1.设计的总体要求和方案选择
本次设计制作一个8*8*8的光立方，能通过编写程序来实现对每个发光二极管的亮灭控制，从而可以显示多种多样的图案。同时在这个基础上加以创新，添加了红外遥控模式。
借鉴单片机控制LED点阵显示的原理，通过系统分析，确定该系统具有哪些功能，哪些模块，各个模块之间是怎样连接的，以及怎样组合电路是最合理的，即硬件方案设计。编写硬件电路的相应软件程序部分，利用仿真软件对程序进行测试修改。电路系统焊接完毕后，测试整个系统模块的功能，看各个功能是否能正常运行，并依据测试结果找出错误加以调整至测试成功达到毕业设计要求。
2. 光立方设计的主要内容
（1）初步整体方案的选择和论证搜索和光立方关的相关资料，参照目前通用的设计思想和设计方法拟定2套设计方案进行比较：第一套是以STC12C5A60S2为核心控制器件，以74HC595为驱动芯片，LED选用512。第二是以C51为核心控制器件，以74HC573为驱动芯片，LED同样选用512。基于对C51的理解和节省成本的前提下，最终选定了第二套方案。
（2）方案的实现。根据第二套设计方案通过protel99se设计相应的原理图。同时进行512LED的灯架焊接和最小系统的搭建。
（3）软件的编写。根据硬件特点和设计要求，再通过对“邵士媛，徐维祥.C语言程序设计”和“郭天祥.新概念51单片机C语言教程”的查阅.软件选用C语言编程。程序按功能分静态，红外遥控等多个相对独立的模块，然后按照所划分的模块一一编程，最后整合起来。
（4）验证与测试。测试分为硬件测试，软件测试和系统联合测试。硬件测试：测试LED塔架的焊接，有无漏焊，虚焊，阳极阴极有无焊错，74HC573芯片的测试等。软件测试：检验程序的对错。统联合测试：检测作品有无达到设计的要求。
（5）总结。设计作品完成后对设计过程中所遇到的困难，经验教训进行总结分析。
二、系统总体方案设计
1.系统总体硬件选择
3D显示屏核心控制器采用51单片机，单片机是集成了CPU、ROM、RAM和I/0口的微型计算机具有很强的接口性能，非常适合于工业控制，且品种齐全，型号多样CPU从8、16、32到64位，多采用RISC技术，片上I/O口丰富集成有A/D，PWM，显示驱动，函数发生器，键盘控制等。除此之外还具有低电压和低功耗的特点。电路电源直接采用5V电源、LED发光二极管选取单色蓝光LED作为本次设计显示色彩、I/O口扩展芯片选取带有有数据锁存功能的74HC573芯片。
二、系统总体软件方案的选择
编辑语言采用简洁灵活，兼容性高，编译简单，执行效率高，对于循环使用方便的C语言
三、光立方的制作
1. 3DLED光立方工作原理
利用单片机控制LED点阵显示的原理和控制技术，来控制光立方显示。通过编写程序控制不同的LED显示，显示所要显示的内容。
2.3DLED光立方的搭建
（1）由点到线。准备一块洞洞板，一些排针做一个简易的磨具所示，将折弯好的LED分别插入一排插入以后，其阳极正好可以搭接在一起，进行焊接，实现共阳极的操做。
（2）由线到面。将焊好的一条一条LED放在磨具上，实现共阴极的焊接。
（3）由面到体。将垂直各面依次插到洞洞板上面，将露出的阳极引脚横向折90°，使其可以前后同一高度，最后稍微调整一下各个垂直面之间的间距，再通过漆包线实现各层的阴极相连。
四、系统硬件的设计
单片机最小系统，包括时钟电路和复位电路。红外遥控模块由红外发射和红外接收两部分组成，发射电路部分主要实现红外信号的编码产生以及发射，接收电路部分主要实现红外信号的接收、解码等。液晶显示屏采用串口HMI，直接调用模块。74HC573驱动模块和74LS573的管脚一样。器件的输入是和标准CMOS输出兼容的；加上拉电阻，它们能和LS/ALSSTTL输出兼容。
五、系统软件的设计
系统软件采用 C语言编写，按照模块化的思路设计程序。首先分析程序所要实现的功能，程序要实现静态显示，动态显示等。通过按键控制程序选择不同的显示程序进行显示。主程序的工作流程图如图 1所示：
图1主程序工作流程图
六、系统检测及结果分析
nlc202309090534
硬件测试对照电路图和实际线路检查是否正确，包括错接、少接、多接等；用万用表检查焊接和接插是否良好：元器件之间是否存在短、二极管正负极有无弄反、电源地有无接错。
将电源接入电路，用万用表电压档检测电源电压，观察有无异常现象。如冒烟、异常气味、元器件发烫等。
软件测试在程序的编写中用keil编写，keil软件可以生成.HEX文件我们用到的下载软件是PROGISP这个软件，这个软件可以识别.HEX文件，只有.HEX文件可以寫入单片机。在程序的编写过程中全是采用C语言编程。
联合测试将所有焊接好的模块用杜邦线连接起来，载入程序观察是否可以达到预计的效果。
七、 结论
本次设计预期要求：LED显示屏各点亮度均匀，可显示图形或文字，而且显示图形或文字显示稳定、清晰无干扰。
通过对单片机最小系统模块、红外遥控模块、液晶显示屏模块（HMI），74HC573驱动模块的添加，硬件件和软件的运行还算比较稳定，所呈现的动画与程序中预期的效果吻合，符合设计的要求
然而本次设计还存在许多不足的地方和可以改进的部分例如：还可以在本设计的基础上增加音频等功能，还可以在串口HIM的页面设计上做的更好一点做到控制光立方每一个led的的亮灭，当然，要增加这些功能51单片机的IO口是不足的，所以要用到其它开发板如89S52。
参考文献：
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[3]郭天祥.新概念51单片机C语言教程.电子工业出版社.
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[10]张洪润，刘秀英，张亚凡.单片机应用设计200例（下）.北京：北京航空航天大学出版社，2006.
作者简介： 吴特威（1995-8-31），男，汉族，籍贯浙江乐清，信息技术系学生，专科，研究方向：电子信息技术。
单片机制作语音录放电路 篇3
语音采集原理:人的耳朵能听到的声音是频率范围20Hz—20k Hz, 但是语音频率最高的为3.4k Hz。语音采集是指声波信号经由麦克风和高频放大器去转换成一定幅度模拟量的电信号, 再转换成数字量的过程。据“奈奎斯特采样定理”, 采样得到的频率必须大于两倍于模拟信号的最高频率, 但是语音信号频率为300—3.4k Hz, 所以将语音采集的频率定为8k Hz。ISD1420系列提供的6.4k Hz和8k Hz取样频率, 我们用户可以直接的根据语音质量进行选择。
语音生成原理:语音采集过程的逆过程, 但并不是一成不变的恢复原来的语音, 而是将原来语音进行实时的恢复, 恢复它的可控制性、可重组性。然而, ISD1420芯片取样的语音直接存储到片内的不挥发存储器内部, 不需要数字化和压缩的其他手段。直接模拟存储能提供真实自然的声音, 不像其它的固态数字录音质量要受到影响。
2 语音系统的特征
(1) 实时进行现场的录音, 边录边放, 修改语音比较方便。
(2) 录音内容进行修改时, 通过更改软件程序, 可以从录音内容的其中任意一段开始修改后面的所有录音内容, 不必从第一段开始修改。对于一些厂家需要固定下来一部分语音段的系统很有好处, 将固定下来的语音放置在前面段落中, 那么用户录制的就放在后面, 而用户进行修改录音内容时只需要修改放置在后面的语音段即可, 从而不影响厂家录制的语音。
(3) 语音分段比较灵活。一片ISD1420可分1~600个段, 但是若多片级联还可更多;各个录音段的长度随意, 但必须总录音时间要在所用器件的总时间之内方可。
(4) 价格有优势。语音录制时, 只需用软件就方便的得到各段的地址进行录音, 不需在使用专用的设备。
3 ISD1420的工作模式
3.1 单段录放音模式
单段录放音时, 需全部地址线接地, 按住REC键录音, 放开或录满时。
自动停止, 录音期间RECLED点亮, 录音结束时熄灭。放音时, 按住PL键放音, 松开停止;按一下PE键全段放音, 放音结束, LED闪动一次。
3.2 操作模式
ISD1420内置了若干操作模式, 可用最少的外围器件实现最多的功能。操作模式也由地址端控制:当A7和A6都为1时, 其它地址端置高就可选某个或几个模式。因此, 操作模式和直接寻址互相排斥, 操作模式可由微控制器, 也可由硬件实现。
4 语音录放电路图
如图1所示。
5 系统的一些特色与创新
系统芯片选用了ISD1420芯片, 在开发中, 程序通过串口下载到单片机, 这给系统软件的调试带来了极大的方便。
键盘采用了选择性压缩方式, 可以自由选择压缩编码的方式, 因此可以很清楚的对比两种编码方式的录音效果以及各自的优缺点。
6 系统需要的改进
在存储容量上可以进一步扩展, 增加存储器的块数, 可以采用分页寻址的方式, 由此增加存储的时间。
单片机恒温箱的温控系统制作 篇4
系统的主要性能指标有: (1) 恒定温度值设定范围:20～50 C, 最小区分度:1 C; (2) 数码管显示实际温度值, 显示范围:0～99 C;最小区分度:0.1 C; (3) 温度控制误差:≤±1 C; (4) 显示精度:温度控制的绝对误差≤±3 C。鉴于风扇冷却, 环境温度高于20 C, 恒温下限相应上移。
一、系统方案设计
本系统是基于经典C51系列单片机的应用开发, 集环境温度的信号采集、数据的处理及温度的保持控制等等为一体的数字控制系统。同时, 该系统设计有友好的人机交互界面以及简易的设置按键。
系统由如下功能模块组成:MCU模块, 显示模块, 电源模块, 按键设置模块, 温度采集模块, 冷却模块以及加热模块。系统方案框图如图1所示。
二、元器件选择
本设计的MCU采用STC89C52单片机;考虑到节省器件使用的需要, 温度传感器则采用单总线制的数字温度传感器DS18B20, 无需接A/D转换器, 采样值可直接送单片机处理, 简易方便;系统采用普通单刀继电器HK4100F作为控制开关;两个水泥电阻 (10W, 10Ω) 串联作为加热器件, 低压 (最高24V) 供电, 安全可靠;以5V直流供电小型风扇达到降温或使容器受热均匀的目的;采用普通的按键开关, 实现恒温温度的可调设置功能;三位一体的数码管实时显示当前容器的温度值, 简易低廉, 实现了人机交互界面之目标。
三、硬件电路设计
依据系统方案, 概述主要模块接口电路;
1、电源模块。
12～24V交流输入, 输入的交流电压为水泥电阻的发出热量提供电能;输入交流电压经整流滤波, 接入稳压芯片7805转变为5V直流电压 (VCC) 以供给MCU及其外设系统使用。
2、显示模块。
共阳数码管, 段选接MCU I/O口的P1组管脚。以9012三极管作为数码管位选开关, 位选分别由P2^5、P2^6、P2^7等管脚控制, 三位数码管显示当前温度 (采样温度) 值, 其中有一个为小数位。其余两个分别为十位和各位。
3、加热模块。
主要根据设定恒温值与采样温度值的比较结果进行工作, 即, 采样温度值大于设定值时, 继电器闭合并接通水泥电阻加热, 否则断开。图2中, JD1、JD2分别接串联水泥电阻及交流电源的一端, 该继电器由单片机的P2^4管脚控制。
4、按键设置模块。
为了节省材料和硬件资源, 系统设计了三个按键, 设置恒温值时, 一个用于递增输入;另一个用于递减输入;第三个预留。三个按键的一端接地, 另一端分别接MCU的P2^1、P2^3、P2^2管脚。
5、冷却模块。
安装小型风扇, 以5V直流电压供电, 以继电器控制风扇的工作状态, 以实现智能化控制。主要根据设定恒温值与采样温度值的比较结果进行工作, 即当采样温度值大于设定值时, 继电器闭合并启动风扇冷却, 否则断开。该继电器由单片机的P2^3管脚控制。
6、温度采集模块, 温度采集模块。
以单总线操作的DS18B20温度传感器作为温度采集器。从温度传感器获取温度值的方法非常简洁, 无须接A/D转换器, 即可实现对温度测量并将测量数据直接送单片机处理, 且可使系统实现温度的巡回测量和显示。其中, 温度传感器的数据管脚接单片机的P3^5管脚。
四、系统软件设计
1、系统软件概述, 如图3所示, 系统软件主流程是一死循环程序。其主要任务是:
(1) 初始化系统。主要完成相关单片机寄存器的配置, 初始化全局变量等。
(2) 判断“设置按键是否按下”。若按下, 则转入设置处理, 并定时10S, 若10S后仍然没有按键按下, 则跳出设置处理。
(3) 采集温度并处理数据。主要对DS18B20复位并读取数值, 对所得数据作相关处理并最终转换为十进制数以便于数码管显示。
2、部分软件程序代码展示。软件的设计, 使用Keil C51开发编写软件程序。软件程序主要由主程序, 初始化子程序, 读取DS18B20传感器数据子程序, 温度数据处理子程序, 显示子程序, 中断定时子程序以及按键设置子程序等组成。由于读取DS18B20数据的子程序涉及底层硬件接口, 故该子程序采用汇编语言编写, 除此之外之外, 其他全部程序代码采用C语言编写。
主程序:
温度控制子程序:
五、PCB设计与硬件焊接
以Altium Designer软件绘制设计系统PCB图, 如图4所示。设计PCB时, 主要注意如下问题:1、按模块电路组合排列元器件, 即将同一模块的元器件尽量排列在一起, 以避免布线繁杂而难以发现检测或排除故障;2、布线时保证安全的线间距, 设置好布线规则后, 最好手动布线;3、需要与外界连接的接口, 一般放在PCB的边缘;4、滤波电容, 需靠近要滤波的器件附件, 相互连接的导线不宜过长, 否则影响滤波效果。检查确保制成的PCB没有短路、断路以及连错的情况下, 将相应元器件焊接于制成的PCB上。
六、系统调试与故障排除
以万用表检测硬件的连接线路;在保证硬件电路没有短路、断路等问题的情况下, 使用宏晶科技单公司所提供的下载软件 (如图5所示) , 将程序下载到STC89C52RC单片机上, 从而进行软硬件结合调试。
在调试的过程中, 遇到如下故障, 下载成功并给系统上电, 刚开始程序正常运行, 具有预期效果——数码管显示出温度值, 而不到1分钟, 数码管不再显示。此时, 用手摸MCU, 发现温度正常不发热, 按复位键, 无效;然后拔掉电源, 用万用表测试数码管, 数码管完好;后来换了另外一块完好的MCU, 问题依然存在;最后着手去查硬件问题, 发现MCU复位电路上的电解电容焊接反了, 将该电容替换, 问题得以解决。用WNY-03型0～150 C水银温度计头插入温控样品容器箱, 测20 C, 30 C, 40 C, 50 C控制值与实际值的偏差。
七、功能简介
制作成品如6所示。整个系统所具有的功能: (1) 具有简易可行的温度采集功能。 (2) 依据所采集的温度值和设定的恒温值进行对比, 并决定对系统环境加热或者冷却实现自动控温。 (3) 实现对小范围环境 (如样品容器箱) 的恒温。
八、小结
基于单片机的按摩椅的制作 篇5
1 系统的硬件设计
1.1 系统组成
系统硬件包括系统电源模块、MCU模块、按键检测模块、液晶显示模块、按摩电机驱动模块等, 系统构成如图1所示。
1.2 控制系统电源模块
由于系统需要从家用插座上直接获取电能, 而一般家用电源的输出为交流220V, 本系统所需的电机电源及控制系统电源均为直流, 所以必须对市电进行处理。
本系统电源方案为市电先经过降压模块降压, 再通过整流及滤波后, 得到能够使直流电机工作的直流12V电压, 直流12V电压再经过DC/DC降压芯片获得控制系统所需的5V电源, 系统电源方案如下图:
1.3 MCU模块
MCU模块包括STC12C5404单片机、复位电路、晶振和复位单元等构成, 用于按键检测、按摩电机控制、按摩部位及时间控制等信息, 如图3所示。
1.4 按键检测模块
系统共设有启动、强度、模式、背部、腰部、大腿、小腿7个按键, 其中启动键用于控制按摩的启动及停止, 强度键用于按摩过程中强度的调节, 模式键用于改变系统当前的按摩模式, 背部键、腰部键、大腿键、小腿键用于手动控制按摩的部位。
由于系统按键数量较多, 故采用矩阵式方式与MCU连接, 以节约MCU资源, 按键电路如图4所示。
1.5 电机驱动模块
按摩椅的振动按摩机构原理是通过在一个壳体内安装电机, 电机转轴上装有一个偏心轮, 电机带动偏心轮旋转与壳体发生碰撞从而产生振动效果, 通过调整电机转速的快慢, 振动机构的振动强度也会发生变化, 从而实现按摩强度的调节。
1.6 液晶显示模块
液晶 (LCD) 作为本装置的人机交互界面, 其作用不言而喻, 其功能是显示当前时间、按摩时间、按摩椅运行模式及按摩强度等。本系统选用诺基亚3310液晶显示屏, 型号为:PCD8544。3310液晶是一种OEM产品, 生产厂家为Philips, 为点阵式液晶模式, 该点阵模块不仅小巧、省电、驱动容易, 而且价格低廉, 工作电压范围为2.7——3.3V, 采用SPI接口传输数据, 其点阵为48*84点。
3310液晶屏为8脚封装结构, 其中1脚和6脚为电源正、负, 2脚为SPI时钟输入脚, 3较为SPI数据输入脚, 其引脚如图3-9所示, 与MCU连接如图3-10所示。
2 系统软件设计
2.1 软件开发环境
本设计中采用keil u Vision3 c51软件来进行单片机C语言程序的编写。将C程序编写好后, 用keil软件对其进行编译, 将最后生成的HEX文件通过ISP下载器下载到单片机中进行调试, 同时也可通过仿真器在线进行调试。
2.2 软件流程图
主程序主要完成对系统中各个子程序的调用。主程序流程图如图7所示。
装置通电后, 按下启动键, 单片机循环条用键盘程序, 扫描是否有键被按下。当启动装置按摩的按键被按下后, 开始计时 (一次按摩的时间) 。如果选择的是循环按摩模式, 就调用循环按摩子程序;如果是启动的背部按摩模式, 就调用背部按摩子程序;如果是启动的腰部按摩模式, 就调用背部按摩子程序;以此类推, 如果启动的是小腿按摩模式, 就调用小腿按摩子程序。在一个按摩时期结束后, 电机结束工作。工作期间, 屏幕显示相关模式提示信息。
3 结束语
本文完成了基于单片机的按摩椅控制装置的设计, 装置充分利用了MCU的I/O引脚, 通过按键按下与否, 调节PWM波形, 以此来控制电机转速的快慢, 从而带动偏心轮达到按摩的效果。装置携带的3310LCD也充分的起到人机交互的作用:显示模式、按摩强弱。整个系统方便实用, 具有市场推广价值。
参考文献
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[4]郭天祥.51单片机C语言教程-入门、提高、开发、拓展全攻略[M].北京:电子工业出版社, 2009.
浅析单片机开发板的设计与制作 篇6
单片机最早出现于上世纪七十年代,经过多年发展,单片机技术被广泛应用于各个领域,并成为工科学生必须掌握的技能。为学习好单片机相关知识,就要进行实验,设计与制作单片机开发板,通过这样的实验不仅可以提高学生实践能力,还能促进教学改革,因此,有必要对单片机开发板设计与制作进行研究。
1.单片机开发板设计思路
要做好单片机开发板设计,应先了解什么是单片机。单片机也被称为单片微控制器,它并不是单独的逻辑芯片,而是将计算机系统的功能转移到了芯片上,所以可以将单机片看作是微型计算机,但它仅比计算机缺少了IO设备,经过多年发展,单片机在很多领域都有应用,由于它是现代智能技术的集合体,所以,只要安有单片机的设备通常都带有智能意味。
进行单片机开发板实验在增强了学生动手能力的同时,也能让学生更系统的学习单片机设计开发知识,并让学生掌握软件编程技巧,更会让学生学会如何搭建硬件系统。所以,在设计单片机开发板的过程中,应利用系统可编程技术完成软硬件调试,且以此为基础将系统故障排除。对于单片机开发板的设计,应坚持便于上手的原则,为锻炼学生,增强他们的实践能力,在实验中要尽可能扩大试验范围,实现综合设计。
2.单片机开发板设计任务与功能要求
要设计好单片机开发板,不仅要做好LED流水灯、液晶显示等方面的设计,还要创新按键操作、强化串口通信实验等,同时做好USB转串实验,此外,在设计单片机开发板的过程中,应加强与不具备RS232串口的笔记本电脑可以在通信程序的作用下完成下载与调试,进而满足实际教学需求[1]。
从功能角度讲,单片机开发板所需内容较多,在对LED显示电路提出要求以后,还要强化数码管显示电路,且要求具有按键识别电路的功能。要做好相关设计,还要将相关数据手册作为重点,在强化了单片机设计的外接设计的同时,还要绘制好PCB图,最终完成焊接装配及编写测试等,这些都是单片机开发板设计中需要注意的问题[2]。
3.单片机开发板电路设计与制作
■3.1单片机型号选择
为完成单片机开发板电路设计与制作,最好选择现代市场上较为流行的STC89C52型号单片机,这种型号的单片机能够在40脚紧锁座的作用下完成电路接入,且在排阻R4的影响下做好接口的上拉工作。之所以没有选择MCS-51型单片机,主要是由于其端口可输出电流较小,且可以吸入大部分电流,而现阶段较为流行的单片机,在LED流水灯电路的作用下能够实现负逻辑驱动[3]。同时,新型单片机按键少,要按键基本都是依靠独立键盘来完成,这样的软件编程相对来说要简单得多,便于学生学习与掌握。
■3.2单片机开发板设计与制作
在对单片机开发板进行设计与制作的过程中,应强化电源电路设计,如设计好电源开关、电源滤波电容以及指示灯与限流电阻等。并根据实际情况选择合适的电路材质,如在设计时钟电路的过程中,其中的晶体振荡器最好为12MHz晶振,而电容的材质最好设计为30p F瓷片电容,以此增强时钟频率[4]。对于复位电路来说,应以RC上电自动复位电路为主,同时,完成人工复位按钮设计。在设计与制作单片机开发板的过程中,还要重视数码管显示电路的设计,对于数码管来说,最好选用尺寸为0.28英尺、具有四位一体功能的SR410281K数码管,并以此为基础做好数码管静态显示设计,注重数码管动态扫描,且做好电子时钟设计,这些都是单片机开发板设计与制作中需要注意的内容。
在设计单片机开发板的过程中,还要做好双列直插排针设计,并在其顶端安装好跳线帽,如果需要进行数码管实验,就将跳线帽安装好,如果不需要就将跳线帽去除,通过这样的设计可以有效减少不必要的硬件冲突,保证系统始终处于正常运行状态。串口通信电路也是单片机开发板设计中需要重视的组成部分,其主要核心要素为MAX232,它是一种专门用于RS-232串口设计的芯片,但值得注意的是,在应用过程中与加强与RS-232实际情况的联系,由于在两者相连接以后会在瞬间产生大量电流,很可能损坏芯片,为避免这种情况发生,最好防止发生热插拔接口的出现。
此外,由于现代笔记本电脑上缺少RS-232接口,为保证笔记本在USB的作用下完成与单机片开发板的连接,进而实现串行程序下载等工作,这就需要做好单片机开发板设USB转串口电路设计。为做好实验,保证单片机开发板能够发挥应有作用,就要将单片机各个IO引出,同时用杜邦线将其与对应排针联系在一起,这样就可以顺利的完成单片机开发板设计工作。
在单片机开发板设计与制作完成的最后阶段,还要做好加密设计,之所以采取这种措施主要是为了防止研究成果被他人窃取。如在硬件加密的过程中,可以将激光烧断引脚应用进来,经过这样的设计,未经允许的人无法获得内部程序。为混淆视听,给窃取研究成果的人造成迷惑,可以将制作好的单片机标识去除,并换上其他标识,如制作好的单片机开发板真正的标识为8X52,在标注的时候可以标为8X51,如果窃取人按照8X52的方法破解就会受到阻碍,无法顺利完成,这样就可以防止研究成果被盗用。
4.结束语
随着科学技术的发展对于单片机的研究逐渐增多,要做好单片机设计与制作,就要从其开发板入手。为增强学生的实践能力,促进学生全面发展,就需要教师加强引导,为学生做好试验选择合适材质的开发板,并指出设计中需要注意的内容。本文联系实际情况研究了单片机含义,研究了单片机开发板设计任务与功能要求,进而完成了单机片开发板设计与制作,希望能为相关人士带来有效参考。
参考文献
[1]徐伟杰.浅谈高职单片机项目教学综合实验开发板的设计[J].科技视界,2014,36:245.
[2]陈永洪.“学、做”一体单片机实验系统的设计[J].科技视界,2015,12:176-178.
[3]杨万鸿.自制AVR单片机开发板[J].硅谷,2013,02:98-99+92.
单片机多媒体课件的制作与研究 篇7
《单片机原理与应用》是电子信息工程、计算机应用技术、电气工程及自动化和机电一体化等专业的一门非常重要的专业基础课。随着电子技术的高速发展,单片机技术在一些专业领域中的广泛应用,使学生掌握单片机先进的专业技术应用知识,获得实用的职业技能,对增强就业竞争力具有十分重要的意义。要让学生真正学好、用好,需要任课教师精心设计教学方案,找到适合学生学习单片机规律的方法,这就对多媒体课件的设计提出了更高的要求。
1 单片机多媒体课堂演示课件的概念及类型
1.1 单片机多媒体课堂演示课件的概念
计算机辅助教学(Computer-Assisted Instruction,简称CAI)是利用计算机将文字、图形、声音等多种媒体进行综合,是开展辅助教学的一种新型的现代化教学方式,也是当今世界教育技术发展的新趋向。不同的学科采用不同的多媒体课件技术,本课件根据单片机这门学科的特点提出了单片机多媒体课件的主要类型,分别是演示型、自学型、练习型、模拟试验型、测试型和资料型等几种主要类型。不同类型的课件,施教的过程、教学策略及开发要求均有所不同[4]。
多媒体课堂演示课件是运用计算机多媒体技术设计开发的课堂演示课件,它集文字、图表、图形、动画、视频图像和声音于一体,具有极强的信息表达能力和人机交互功能。在此基础上,本文提出了单片机多媒体课堂演示课件。
单片机多媒体课堂演示课件是结合单片机的内容和多媒体课堂演示课件技术而设计出来的专业多媒体课件。该课件以单片机内容为主体,加入了丰富的多媒体演示功能,消除学生学习抽象理论的盲目性和枯燥性,同时也加强了教师与学生之间的互动性,达到良好的学习效果。
1.2 单片机多媒体课件的类型
根据单片机多媒体课件的内容和作用的不同,对单片机多媒体课件进行了分类,分成文本演示、现象再现、过程模拟、原理示意、练习测试类等几种类型,分述如下。
1.2.1 文本演示类
文本演示类是按照预定的顺序和特定的动作效果逐步呈现文字、程序、现象。它的作用是以生动的显示方式代替传统的板书、板图,提高信息的传输效率和接受效果。
1.2.2 现象再现类
现象再现类是针对单片机这门学科比较抽象难懂现象而制作的。在介绍单片机基本结构知识中通过引导式动画再现单片机的内部结构,引脚说明。它的作用是代替传统的教学课件文字、程序说明,把单片机实际操作搬进课堂。
1.2.3 过程模拟类
过程模拟类是针对单片机怎样执行程序、软件调试现象作合理而形象的模拟。模拟部分主要分为操作区、提示区和屏幕区三部分,其特点是模拟系统的详细操作步骤运用flash动画来指引实现,通过点击按钮进行操作,能够与使用者互动,较好地体现互动学习和技能训练的培养。
1.2.4 原理示意类
将书本上静态的、不可变的原理图设计成可变化的动态原理图,可以根据讲解需要自由控制和调整,在课堂上进行灵活使用,属于原理示意类。例如用交互式的按钮、文字、动画介绍外部中断、定时中断及串行口中断的原理结构、工作方式等。它的作用是代替传统的挂图、模型、示教板等,相当于“动态电子挂图”。
1.2.5 练习测试类
该版面通过输入名字与学号点击进入,从十套练习题中抽取其中一套进行训练,点击提交按钮后自动统计出使用者漏做的题目、答对的题目和答错的题目,并有相应的练习答案,能够很好地体现互动学习。教师在教学的过程中可以随时抽取一套题目测试学生掌握知识的程度。此试题设有自动评分系统,减少了教师工作量。
1.2.6 综合类
既有文本演示,又有现象的再现或者过程的模拟等,是上述各类多媒体课件中两种或者多种类型的综合,称为综合类。
2 单片机多媒体课堂演示课件的开发基本原则
2.1 单片机课程相关的原则
2.1.1 单片机开发题材的针对性
多媒体课件的开发的题材必须针对单片机教学中的某个重点、难点内容,而且这一内容所涉及的单片机现象很难用实验来演示,或者单片机过程、原理的分析用传统的板图、挂图或模型等信息传输效率受限,示教效果不够理想,而借助计算机的交互功能和多媒体技术制作成多媒体课件则可以生动地模拟该单片机现象,或者用动态的原理图,方便灵活地展示单片机过程,能有效提高信息传输效率和示教效果。
2.1.2 单片机呈现顺序的合理性
按照单片机课程特点和学生的认知规律呈现媒体信息一般应当先模拟单片机现象,呈现感性材料,再呈现分析单片机原理的动态示意图,通过启发、引导、分析、总结之后,再呈现概念、规律等文本内容是单片机原理的动态变化应与单片机内容的教学思路一致。
2.2 多媒体特征相关的原则
2.2.1 媒体运用的丰富性
要力求综合运用图、文、声、像等多种媒体表现教学内容,使教学信息的呈现生动活泼,引人入胜。
2.2.2 媒体设计的科学性
颜色、声音及动画的搭配与设计要符合心理学、美学原理,力求含义明确、自然得体。要注意发挥声音的调节(如背景音乐)、提醒、警告、渲染、过渡等功能;要注意运用色彩改善视觉效果和分层、归类、吸引、强调的功能。
2.2.3 声色渲染的适度性
媒体的声色渲染要恰到好处,适可而止,不能追求花哨、贪多求全、滥用一气。否则,往往会分散学生的注意力,影响课堂教学效果,结果是徒劳无益,适得其反。
2.3 课堂演示功能相关的原则
2.3.1 明显直观原则
要求演示的文字、图形、动画大小适当,色彩、线条明晰,现象明显,过程演变快慢适中,清楚直观,这样便于学生观看,这是课堂演示最关键的一点。
2.3.2 美观生动原则
不管是文字、图表,还是动画过程都要充分发挥计算机的多媒体功能,尽量做到文图美观、色彩悦目、声音和谐。这样能够营造出轻松怡人的课堂氛围,使学生在学习单片机的同时得到感官上的愉快体验,达到愉快教学的境界。
2.3.3 操作方便原则
课件的操作控制必须明确简单,人机交互灵活方便。只有这样,教师才能把精力集中于师生的双向交流和教学内容的本身,而不是分神于微机的操作[1]。
3 单片机多媒体课件的功能
单片机多媒体课件是在以上原则的基础上制作出来的,分以下几个方面具体陈述。
3.1 具有友好的操作界面
有友好的主界面和二级界面,整个界面的颜色搭配美观和谐如图一所示。在主页的正右边有单片机的滚动图片,让使用者对单片机有直观的认识,在介绍工作原理时清楚明了的功能提示和便捷灵活的操作控制,便于教师的操作,使教师在课堂教学中能把精力集中于师生交流和教学本身,而不是分神于微机的操作。
3.2 实现教学内容的跳转与切换
课堂教学活动是一个师生共同参与的双向活动,教学的进程存在一些不确定的因素,随时可能需要调整方向、转换内容,因此在单片机多媒体课件运行各种按钮地实现内容的跳转与切换。使用起来方便、快捷、交互性强。
3.3 以多种媒体呈现教学内容
单片机课件中以文字、声音、动画、视频等多种媒体呈现教学内容,输出相关的教学信息,在实训部分创造逼真的环境使学生学会安装软件和使用软件。增加了模拟实训实验创建软硬件环境使学生在没有硬件的条件下模拟仿真调试虚拟硬件如图二所示,这样吸引了学生的注意,激发学生的学习兴趣和创造思维。还有视频展示部分让学生观看实际的单片机应用过程。
3.4 方便使用,导向性好
具有便捷的帮助界面和软件使用说明可以帮助刚接触该课件的老师或学生使用。单片机课件的总体框架如图三所示。
4 结束语
随着计算机多媒体技术的迅猛发展,多媒体教学在高校的应用也日趋广泛,为了更好地配合课堂教学,本文将先进的多媒体技术与教学内容相结合,制作了“单片机原理与应用”多媒体课件。此课件获2010年全国多媒体教育软件大奖赛三等奖。本课件提供了形象而丰富的教学资源,使学生与教师的交互教学在课堂上有更好的体现。将课堂教学与多媒体教学相结合,使学生不仅学到了专业知识,也提高了独立思考、学习的能力。单片机多媒体课件为单片机的教学提供了一种全新的教学手段,为推动高校教学改革具有一定的参考价值。
摘要：本文针对单片机这门课程的特点,选择flash作为开发平台,结合多种多媒体技术,开发出单片机多媒体演示课件,并提出了其分类,包含文本演示类、现象再现类、过程模拟类、原理示意类、习题测试类等内容。本文参考多媒体课件开发的基本原则,制作了单片机多媒体课件,为学生提供一个自主学习的平台,使师生的交互式教学得到实质上的应用。
关键词：单片机,多媒体,课件,开发原则,类型
参考文献
[1]卓士创,韩彩芹,段培同.物理多媒体课堂演示课件的功能要求和开发原则[J].菏泽学院学报,2003,(02):64-66.
[2]范九荣,谢钰.浅谈高职《单片机》教学课件设计[J].科技信息,2009,(04):112-112.
[3]宋强,崔洪芝,谢鲲,曹梅青.材料科学基础多媒体课件开发[J].中国现代教育装备,2010,(17):35-36.
单片机远程控制和数据采集的制作 篇8
一、系统概况
图1的各部分详细情况介绍如下:
1. 单片机
我们选用的是PHILIPS公司的LPC2103ARM微控制器, 这款芯片带有8kB的片内RAM和32kB的片内Flash程序存储器。通过可编程的片内PLL可实现最大为70MHz的CPU时钟频率, 多个32位和16位的定时器、一个经改良后的10位ADC、PWM和32个快速GPIO, 多种节电模式, 低功耗实时时钟 (RTC) 。由于LPC2103强大的功能和极低的功耗, 它非常适合于我们的应用。 (参考PHILIPS公司.LPC2103用户手册)
2. 以太网接口芯片
ENC28J60是Microchip公司的一款带有行业标准串行外设接口 (Serial Peripheral Interface, SPI) 的独立以太网控制器。它可作为任何配备有SPI的控制器的以太网接口。ENC28J60符合IEEE 802.3的全部规范, 采用了一系列包过滤机制以对传入数据包进行限制。它还提供了一个内部DMA模块, 以实现快速数据吞吐和硬件支持的IP校验和计算。与主控制器的通信通过两个中断引脚和SPI实现, 数据传输速率高达10 Mb/s。两个专用的引脚用于连接LED, 进行网络活动状态指示。通过ENC28J60, 我们就可以为设备增加网络接口, 实现设备的联网需要。
3. 路由器和PC机1
由于需要联网测试, 我们使用思科WRT54GP2A这款无线路由接入Internet。由于采用ADSL上网, 而ADSL的IP是动态分配的, 这样一旦因线路或电源原因而使设备IP地址变动的话, 我们就无法得到其新地址, 也就无法与其通讯。为了解决这个问题, 我们使用了花生壳的动态域名解析服务。在花生壳的网站注册后我们申请到了测试用的域名, 然后在PC1电脑上安装其花生壳动态域名软件。这样软件就将我们的IP地址与域名之间建立了一种解析的关系, 我们就可以通过域名访问我们的设备, 而IP地址的变更就交给花生壳处理了。
在我们的测试环境里PC1这台电脑仅仅完成了安装花生壳动态域名软件的功能, 造成了很大的浪费, 花生壳的嵌入式就解决的了这个问题。嵌入了花生壳的硬件产品将具备动态域名解析功能, 用户使用中无需再在电脑上安装花生壳客户端软件。这样在我们的设备中加入花生壳的动态域名API接口功能或者选用已经嵌入了花生壳功能的路由器 (如TP-LINK的TL-R460路由器) , 就可以很方便的在无PC主机的网络环境中应用。
还有一个问题是即使IP地址和域名建立了解析的关系, 那样我们在浏览器里键入的地址也是路由器的地址, 而不是我们设备的地址。一般路由器中有个端口映射 (Port Mapping) 或者虚拟服务器 (Virtual Server) 的设置。我们需要在路由器的“管理界面”中相应的端口映射界面里, 设置好相应的需要映射的端口, 协议, 内网地址等, 才能生效。我们的设置如图2所示。其中, Server为映射的名字, 80为端口, 协议只允许TCP, 内网的IP地址为1.1.1.8。
4. PC2和手机
当设备正常运转时, 在任何一个能上网的地方, 使用电脑, 上网本, 手机等设备, 在其浏览器中键入我们的测试域名, 就可以实现对设备的访问控制了, 如取AD转换结果、控制PWM等。效果如图3所示。
二、设备的软硬件实现
设备的实物图如图4所示。硬件上, 我们采用了模块化的方式, 由LPC2103核心板、ENC28J60网络模块、128X64液晶屏和电源组成。其电源部分分为常规供电和备用供电两部分, 常规供电时, 所有模块正常工作, 当备用供电时, 只有LPC2103核心部分供电, 控制器在睡眠模式, 以节省功耗, RTC实时时钟也正常工作, 保证时间的准确。软件上, 我们完成了LPC2103的初始化、ADC、PWM、RTC的程序设计, 借鉴Microchip的标准TCP/IP (参考Microchip TCP/IP协议栈) , 对其进行裁减, 使其体积更小, 适合单片机系统的使用。