電子信息工程綜合實(shí)訓分析論文

　　摘要：該院電子信息工程專(zhuān)業(yè)《單片機應用技術(shù)》課程的綜合實(shí)訓項目是"簡(jiǎn)易計算器"，能輸入并顯示十進(jìn)制數據的算術(shù)運算表達式及運算結果，同時(shí)顯示當前環(huán)境的溫濕度。該項目考察的知識點(diǎn)包括單片機的I/O端口、中斷系統、定時(shí)/計數器、串口以及傳感器通信，能很好地檢驗學(xué)生對單片機應用技術(shù)的掌握情況。

　　關(guān)鍵詞：綜合實(shí)訓；《單片機應用技術(shù)》

　　引言

　　《單片機應用技術(shù)》是我院電子信息工程專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)核心課程，在整個(gè)課程體系中起著(zhù)承上啟下的重要作用。該課程的前導課程有《C語(yǔ)言程序設計》、《模擬電子技術(shù)》、《數字電子技術(shù)》等，后續課程有《電子產(chǎn)品系統設計》、《嵌入式系統》、《EDA技術(shù)》以及《傳感器應用技術(shù)》等，《單片機應用技術(shù)》課程開(kāi)設于大二上學(xué)期，共120課時(shí)。一門(mén)課程的綜合實(shí)訓項目要求覆蓋該課程的重要知識點(diǎn)、針對性強、難度適中，并且具備一定的趣味性和實(shí)用性�；�于以上幾點(diǎn)要求，課程組將綜合實(shí)訓項目確定為"簡(jiǎn)易計算器"。簡(jiǎn)易計算器的基本功能為：開(kāi)機后顯示當前環(huán)境的溫度和濕度，能進(jìn)行三位以?xún)龋ò�含三位）十進(jìn)制整數的加、減、乘、除運算，顯示運算表達式及運算結果；當計算器進(jìn)行運算時(shí)，運算指示燈亮，否則運算指示燈滅。

　　1硬件設計

　　簡(jiǎn)易計算器能進(jìn)行十進(jìn)制數據的加、減、乘、除運算，需要輸入"0"-"9"十個(gè)數字，"+"、"-"、"*"、"/"和"="五個(gè)符號，故輸入設備中至少應有十五個(gè)按鍵；簡(jiǎn)易計算器能顯示當前環(huán)境的溫濕度和兩個(gè)三位十進(jìn)制數的算術(shù)運算表達式及結果，故輸出設備至少能顯示20個(gè)（6個(gè)字符顯示溫濕度，14個(gè)字符顯示算術(shù)表達式及結果）字符。

　　1.1輸入設備

　　輸入設備需要至少十五個(gè)按鍵（選用兩個(gè)觸點(diǎn)的彈性按鍵），按鍵與單片機的連接有獨立按鍵和矩陣鍵盤(pán)兩種形式。獨立按鍵與單片機連接時(shí)，按鍵的一個(gè)觸點(diǎn)連接單片機的一位I/O端口、另一個(gè)觸點(diǎn)接地，即每一個(gè)按鍵需要占用單片機的一位I/O端口，因此獨立按鍵形式適用于按鍵個(gè)數偏少（少于或等于八個(gè)）的場(chǎng)合。矩陣鍵盤(pán)與單片機連接時(shí)，按鍵按矩陣式排列、位于行列線(xiàn)的交叉點(diǎn)上，按鍵的一個(gè)觸點(diǎn)與所在行的行線(xiàn)連接、另一個(gè)觸點(diǎn)與其所在列的列線(xiàn)連接，即多個(gè)按鍵可共用一根行線(xiàn)或列線(xiàn)。矩陣鍵盤(pán)的一根行線(xiàn)或列線(xiàn)占用單片機的一位I/O端口，例如8*8（8行8列）的矩陣鍵盤(pán)共有64個(gè)按鍵，占用單片機16位I/O端口，因此矩陣鍵盤(pán)適用于按鍵數量相對較多（大于八個(gè)）的場(chǎng)合。在該項目中選用4*4（4行4列）16個(gè)按鍵的矩陣鍵盤(pán)作為輸入設備。4*4矩陣鍵盤(pán)由4行、4列組成，16個(gè)按鍵位于行、列線(xiàn)的交叉點(diǎn)上，每根行線(xiàn)、列線(xiàn)與單片機的一位I/O端口連接，且4根行線(xiàn)分別經(jīng)上拉電阻接+5V電源。用單片機的P3口連接矩陣鍵盤(pán)(P3.0-P3.3連接4根行線(xiàn)，P3.4-P3.7連接4根列線(xiàn))。16個(gè)按鍵分別表示數字"0"-"9"、"+"、"-"、"*"、"/"、"="和"清零"。

　　1.2輸出設備

　　單片機應用系統中常用的輸出設備有數碼管和液晶顯示器。雖然單片機控制數碼管顯示時(shí)硬件電路和軟件程序都相對簡(jiǎn)單，但項目中輸出設備要顯示至少20個(gè)字符，即使數碼管采用動(dòng)態(tài)掃描的方法顯示，單片機控制20位數碼管同時(shí)顯示不同的字符需要28位I/O端口。本課程所教授的單片機為STC89C52，共32位I/O端口，且矩陣鍵盤(pán)已占用了8位，所以數碼管顯示不可取。在本項目中選用LCD1602液晶顯示器作為輸出設備。LCD1602可顯示16*2（兩行顯示，每行顯示16個(gè)字符）共32個(gè)字符，需要占用單片機11位I/O端口。用單片機的P2口連接LCD1602的數據端口D0-D7，單片機的P0.1-P0.2連接LCD1602的第4-6引腳（分別為RS、RW和EN引腳）。簡(jiǎn)易計算器的運算指示燈用一個(gè)LED即可，占用單片機一位I/O端口，用單片機的P0.3控制運算指示燈。

　　1.3傳感器

　　項目要求顯示當前環(huán)境的溫度和濕度，常用的溫濕度傳感器有DS18B20、HIH9000、DHT11等等。因DHT11既是溫度傳感器又是濕度傳感器，故本項目中選用DHT11溫濕度傳感器。DHT11與單片機串行通信，只需占用一位I/O端口，用單片機的P0.4接收DHT11傳送的數據。整個(gè)電路圖如圖1所示。

　　2軟件設計

　　項目的軟件程序需要處理讀鍵、LCD1602顯示字符、算術(shù)運算以及接收處理溫濕度傳感器的數據。

　　2.1讀鍵

　　單片機讀取矩陣鍵盤(pán)的信息通常有列掃描和行列反轉兩種方法。列掃描法的基本原理是：?jiǎn)纹瑱C首先掃描第1列：給第1列的列線(xiàn)輸出"0"電平、給其余三根列線(xiàn)輸出"1"電平，讀取4根行線(xiàn)的狀態(tài)，若4根行線(xiàn)全部為"1"，則表示第1列中的四個(gè)按鍵無(wú)鍵被按下；若4根行線(xiàn)不全為"1"，則表示第1列中的四個(gè)按鍵有鍵被按下，根據所讀行線(xiàn)的具體值確定被按下的是這一列四個(gè)按鍵中的哪一個(gè)；然后掃描第2列：給第2列的列線(xiàn)輸出"0"電平、給其余三列輸出"1"電平，讀取4根行線(xiàn)的值，通過(guò)行線(xiàn)的狀態(tài)確定第2列四個(gè)按鍵的狀態(tài)。按照同樣的方法掃描第3列和第4列，通過(guò)所讀行線(xiàn)值判斷第3列、第4列中四個(gè)按鍵的狀態(tài)。當四列都掃描完后，再從第1列開(kāi)始，如此反復循環(huán)。行列反轉法的基本原理是：?jiǎn)纹瑱C先給四根列線(xiàn)同時(shí)輸出"0"電平，讀取行線(xiàn)的值并保存；然后單片機給四根行線(xiàn)同時(shí)輸出"0"電平，讀取列線(xiàn)的值并保存，再將行線(xiàn)值與列線(xiàn)值進(jìn)行邏輯或運算，得到的數據稱(chēng)為按鍵碼，單片機通過(guò)按鍵碼確定被按下的是哪個(gè)按鍵。在本項目中單片機采用行列反轉法讀鍵，若矩陣鍵盤(pán)中無(wú)鍵被按下，則按鍵碼為0xff；若矩陣鍵盤(pán)中有鍵被按下（假設同一時(shí)刻只有一個(gè)按鍵被按下），則16個(gè)按鍵被按下時(shí)的按鍵碼各不相同（0xee、0xed、0xeb、0xe7、0xde、0xdd、0xdb、0xd7、0xbe、0xbd、0xbb、0xb7、0x7e、0x7d、0x7b、0x77）。

　　2.2LCD1602顯示字符

　　根據LCD1602的通信時(shí)序以及指令格式編寫(xiě)液晶顯示器的初始化子函數、讀指令子函數、寫(xiě)指令子函數、寫(xiě)數據子函數和忙檢測子函數。LCD1602第一行16個(gè)字符的地址分別為0x40-0x4f，根據字符顯示地址和LCD1602中常用字符的字符顯示代碼使液晶顯示器第一行顯示當前環(huán)境的溫度和濕度。LCD1602第二行16個(gè)字符的地址分別為0xc0-0xcf，根據字符顯示地址以及字符顯示代碼使液晶顯示器第二行顯示算術(shù)運算表達式及運算結果。利用單片機的定時(shí)/計數器定時(shí)10分鐘，使定時(shí)計數器T0工作于方式1，作為16位定時(shí)器，當晶體振蕩器頻率為fosc=12MHZ時(shí)，T0的最長(cháng)定時(shí)時(shí)間為65.536ms。若使T0定時(shí)50ms，則T0定時(shí)初值的計算方法為：TH0=(65536-50000)/256(1)TH0=(65536-50000)％256(2)在T0的中斷服務(wù)子函數中，用全局變量T（初值為0）計數T0中斷的次數，若T的值累加到12000則表示10分鐘時(shí)間到，此時(shí)便更新溫濕度數據，T0中斷服務(wù)子函數的流程圖如圖2所示。

　　2.3接收傳感器信息

　　DHT11傳送給單片機的數據共5個(gè)字節，分別是濕度整數字節、濕度小數字節、溫度整數字節、溫度小數字節和校驗字節。在單片機接收到的數據中取第一個(gè)和第三個(gè)字節即濕度整數字節和溫度整數字節，通過(guò)LCD1602液晶顯示器的第一行顯示出來(lái)。2.4算術(shù)運算在程序中，當矩陣鍵盤(pán)有按鍵被按下時(shí)，運算指示燈亮，程序通過(guò)多分支選擇結構判斷輸入的運算符是"+"、"-"、"*"、"/"中的哪一個(gè)，從而進(jìn)行相應的運算得出正確結果，通過(guò)LCD1602的第二行將算術(shù)運算表達式及結果顯示出來(lái)。運算結束后按下"清零"按鍵，液晶顯示器第二行顯示內容清除，運算指示燈滅，算術(shù)運算的流程圖如圖3所示。

　　3系統調試

　　將程序載入到單片機中，觀(guān)測簡(jiǎn)易計算器的運行狀況。經(jīng)檢測，開(kāi)機后LCD1602第一行顯示溫濕度（例如：25℃73%），矩陣鍵盤(pán)輸入算術(shù)運算表達式后，運算指示燈亮，LCD1602第二行顯示運算表達式及結果（例如：25*368=9200），按"清零"按鍵后LCD1602第二行顯示內容清除，運算指示燈滅。

　　4結束語(yǔ)

　　在綜合實(shí)訓開(kāi)始之前，授課教師通過(guò)在線(xiàn)學(xué)習平臺發(fā)布綜合實(shí)訓通知、項目要求以及作品功能演示視頻，讓同學(xué)們清楚直觀(guān)地了解實(shí)訓目標、提前進(jìn)行思考、自行查閱相關(guān)資料；在綜合實(shí)訓進(jìn)行的過(guò)程中，在在線(xiàn)學(xué)習平臺進(jìn)行討論、搶答等活動(dòng)，逐個(gè)突破難點(diǎn)；作品完成后，同學(xué)們將各自的作品拍照、錄功能檢測視頻，并將照片、視頻等文件上傳至在線(xiàn)學(xué)習平臺，讓大家充分地互相交流學(xué)習、互評自評；課后，每位同學(xué)將綜合實(shí)訓小結以作業(yè)形式上傳。教師根據學(xué)生的作品、互評自評以及小結給與學(xué)生最后的總評�！秵纹瑱C應用技術(shù)》課程綜合實(shí)訓近兩年來(lái)學(xué)生作品完成情況很好，對學(xué)生綜合應用本課程的各知識點(diǎn)以及承接后續課程起到良好的作用。

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