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1、串口通信电路设计第1页，本讲稿共26页2本课程是电工电子类专业技术基础课平台课程的课本课程是电工电子类专业技术基础课平台课程的课程之一，也是最重要的一门实践性课程。程之一，也是最重要的一门实践性课程。课程性质与目的其目的是通过一个以其目的是通过一个以工程实践或社会生活为背景工程实践或社会生活为背景的的电子系统的研究、设计与实现，使学生能将已学过电子系统的研究、设计与实现，使学生能将已学过的模拟电路、数字电路以及单片机等知识综合运用的模拟电路、数字电路以及单片机等知识综合运用于电子系统的设计中，从而培养同学们知识综合应于电子系统的设计中，从而培养同学们知识综合应用及电子系统设计的能力。用及电子系
2、统设计的能力。第2页，本讲稿共26页3串口通信在当前得到越来越广泛的应用，如仪器设串口通信在当前得到越来越广泛的应用，如仪器设备，各种短距离通信，各种无线串口通信，各种数备，各种短距离通信，各种无线串口通信，各种数据采集系统等等。据采集系统等等。实现串口通信的方法具体实现方法如低端具体实现方法如低端8 8位单片机、位单片机、1616位中等单片机、位中等单片机、3232位高端单片机，各种嵌入式处理器，位高端单片机，各种嵌入式处理器，CPLDCPLD或或FPGAFPGA等等。等等。不管用何种方法，关键学会如何使用，如何设计不管用何种方法，关键学会如何使用，如何设计原理上要掌握几个重要的参数：波特率
3、、数据位、原理上要掌握几个重要的参数：波特率、数据位、停止位、校验位、通信端口、缓冲区大小等停止位、校验位、通信端口、缓冲区大小等第3页，本讲稿共26页4课程形式一、本课程是研讨型课程，采用教师授课、一、本课程是研讨型课程，采用教师授课、自主学习与研究、设计与实践、答辩与验收自主学习与研究、设计与实践、答辩与验收等多种教学方式。等多种教学方式。老师理论授课时间：老师理论授课时间：2 2次次同学们实验时间：同学们实验时间：4 4次次同学们制作时间：同学们制作时间：6 6次次先修课程：电路分析基础、电子技术基础（模拟、先修课程：电路分析基础、电子技术基础（模拟、数字）、高频电子线路、信号与系统、单
4、片机技术数字）、高频电子线路、信号与系统、单片机技术第4页，本讲稿共26页5同学们在学完成有关内容后，在课程提供的项目中，根据设计要求进行设计与制作，真正地掌握电子系统的设计与实现方法。课题课题设计以设计以1 1人为一组，同学们一定要以该平台为基础，提高自人为一组，同学们一定要以该平台为基础，提高自行学习的能力和水平，完成系统的设计任务，以培养学生的行学习的能力和水平，完成系统的设计任务，以培养学生的独立研发能力。独立研发能力。在设计过程中同学们可以自主设计、积极创新，以锻炼创新思维。设计与实践要求（1）系统结构设计：将系统划分为多个功能模块，选择系统实现的技术方案并进行论证。（2）电路设计：
5、根据选定的技术方案，运用相关平台进行各功能模块的电路设计，并作仿真分析。（3）软件设计：运用相关开发语言进行数字系统设计；在单片机或嵌入式处理器上进行程序设计实现系统功能。（4）系统调试与测试：系统各部分电路与软件进行联调，实现系统功能与指标。第5页，本讲稿共26页61 1）课程的总成绩由平时成绩和课题验收两部分构成，）课程的总成绩由平时成绩和课题验收两部分构成，其中：其中：平时成绩（研讨、作业、实验）占平时成绩（研讨、作业、实验）占3030课题验收（作品、报告）占课题验收（作品、报告）占70702 2）平时成绩是指同学们实验课的表现，实验子课题的完成）平时成绩是指同学们实验课的表现，实验子课
6、题的完成程度，表现出的理解、思维、表达、创造性等方面的能力等程度，表现出的理解、思维、表达、创造性等方面的能力等各方面的情况。各方面的情况。考核方式 3 3）课题验收评分标准如下：）课题验收评分标准如下：课题完成程度（包括功能和指标）（课题完成程度（包括功能和指标）（4040）课题在软件构思、功能、指标等方面的创造性（课题在软件构思、功能、指标等方面的创造性（1515）课题验收时回答问题的正确性、准确性和发挥（课题验收时回答问题的正确性、准确性和发挥（1515）课题设计总结报告（课题设计总结报告（3030）第6页，本讲稿共26页串口通信电路设计制作课程题目及设计要求1、将当前采集到的温度值、时
7、钟通过串口发送到上位机平台；2、设计上位机软件界面显示接收到的温度、时钟参数；3、实时绘制当前温度曲线图；4、能够还原历史温度数据值。题目：串口通信控制系统设计基本设计要求：扩展设计要求：同学们可充分发挥自身想象力，只要能想到的，都尽量通过程序将其实现。第7页，本讲稿共26页系统设计方案介绍一、总体设计框图STC89C52单片机控制核心PCF8563时钟模块DS18B20温度模块上位机软件平台数码管显示模块串口通信第8页，本讲稿共26页二、相关模块介绍1、STC89C52：系统控制核心，串口下载，片上资源丰富2、PCF8563：工业级内含I2C 总线接口功能的具有极低功耗的多功能时钟/日历芯片
8、。3、DS18B20：单总线数字温度传感器芯片，测温分辨率0.5度第9页，本讲稿共26页（1）硬件平台设计参考现有的实验平台画出原理图或自行按照现有的功能模块重新设计电路图；三、主要研究工作（2）单片机应用程序编写与测试先通过模块的实验然后再由同学们自行进一步完善与扩充；（3）编写设计报告，完成作品论文第10页，本讲稿共26页（1）学习相关芯片的用法和单片机硬件设计平台：四、各阶段研究工作安排（2）编写单片机应用程序：时钟、温度、显示、串口通信等等。（3）递交作品并答辩汇报学习单片机要重点掌握：定时器、中断、PWM、串口等常用片内功能。注：递交的作品必须经过老师审核通过后方能参加答辩！第11页
9、，本讲稿共26页（1）单片机系统应用程序的编写与测试本课程重点学习和掌握：本课程重点学习和掌握：（2）要求：掌握系统设计方案，会写设计报告（3）相关模块的综合设计与编写总之：重点锻练和培养系统软件的设计与方法（4）体验模块化的设计思路第12页，本讲稿共26页实验工具：1、STC-ISP V35下载软件；2、Keil C51具体制作过程，同学们自行落实，可以是创新基地、可以是机房、可以是宿舍等。实验地点：物理楼405机房第13页，本讲稿共26页硬件调试部分：主要熟悉和掌握各模块的原理图1、DS18B20：软件调试部分：单线总线操作流程：*单线总线工作过程中的协议如下：*初始化，ROM操作命令，存
10、储器操作命令，处理数据。*每次要对存储器操作前，都必须先进行初始化，然后进行ROM操作，最后才能对存储器进行操作。第14页，本讲稿共26页1、DS18B20：初始化操作：void init_DS18B20(void)unsigned char x=0;DQ=1;/DQ复位 nop(8);/稍做延时 DQ=0;/单片机将DQ拉低 nop(80);/精确延时 大于 480us DQ=1;/拉高总线 nop(35);读字节操作：uchar read_one_char(void)unsigned char i=0;unsigned char dat=0;for(i=8;i0;i-)DQ=0;/给脉冲信
11、号 dat=1;/先进行移位操作，以免最后一位不能读出 DQ=1;/给脉冲信号 if(DQ)dat|=0 x80;nop(4);return dat;第15页，本讲稿共26页1、DS18B20：写字节操作：void write_one_char(unsigned char dat)unsigned char i=0;for(i=8;i0;i-)DQ=0;DQ=dat&0 x01;nop(5);DQ=1;dat=1;读温度值操作：int read_temperature(void)unsigned char a=0;unsigned char b=0;int t=0;init_DS18B20()
12、;write_one_char(0 xCC);/跳过读序列号 write_one_char(0 x44);/启动温度转换 init_DS18B20();write_one_char(0 xCC);/跳过读序列号 write_one_char(0 xBE);/读取温度寄存器等前两个就是温度 a=read_one_char();b=read_one_char();t=b;t=8;t|=a;return t;第16页，本讲稿共26页2、PCF8563：IIC总线操作流程：*一、写操作顺序：*启动总线写器件地址写单元地址写数据 关闭总线*器件地址组成：固定地址（厂家）外部连线地址位读写地址（1：读，0
13、：写）*二、指定单元读操作：*启动总线写器件地址写单元地址启动总线写入要读出的器件地址*读数据 关闭总线*三、当前单元读操作*启动总线写入要读出的器件地址读数据 关闭总线第17页，本讲稿共26页2、PCF8563：void read_8563(void)unsigned int s;for(s=0;s7;s+)start_8563();write_byte_8563(0 xa2);/写操作器件地址 write_byte_8563(s+0 x02);/写入单元地址 start_8563();write_byte_8563(0 xa3);/读操作器件地址 switch(s)case 0:sec =
14、(read_byte_8563()&0 x7F;break;/获取秒数据 case 1:min =(read_byte_8563()&0 x7F;break;/获取分钟 第18页，本讲稿共26页2、PCF8563：case 2:hou =(read_byte_8563()&0 x3F;break;/获取小时 case 3:day =(read_byte_8563()&0 x3F;break;/获取日 case 4:week=(read_byte_8563()&0 x07;if(week=0)week=7;break;/获取星期 case 5:mon =(read_byte_8563()&0 x
15、9F;break;/获取月 case 6:year=(read_byte_8563()&0 xFF;break;/获取年 default:break;stop_8563();第19页，本讲稿共26页2、PCF8563：写字节操作：写字节操作：void write_byte_8563(uchar dat)uchar i;scl_8563=0;for(i=0;i8;i+)/共共8位位 if(dat&0 x80)sda_8563=1;else sda_8563=0;scl_8563=1;scl_8563=1;somenop;somenop;scl_8563=0;scl_8563=0;dat =1;d
16、at =1;sda_8563=1;/sda_8563=1;/写完一个字节后释放总写完一个字节后释放总线线 scl_8563=1;/scl_8563=1;/加上第九个脉冲，接加上第九个脉冲，接收应答位收应答位 scl_8563=0;scl_8563=0;第20页，本讲稿共26页2、PCF8563：读字节操作：读字节操作：uchar read_byte_8563(void)uchar i;uchar a =0;sda_8563=1;for(i=0;i8;i+)scl_8563=1;a=1;/先进行移先进行移位操作，以免最后一位不能读出位操作，以免最后一位不能读出 a|=sda_8563;scl_8
17、563=0;somenop;somenop;sda_8563=1;sda_8563=1;/读完一个字读完一个字节后释放总线节后释放总线scl_8563=0;scl_8563=0;/加上第九个脉加上第九个脉冲，接收应答位冲，接收应答位return(a);return(a);第21页，本讲稿共26页其他相关程序编写模块：其他相关程序编写模块：1、键盘扫描应用程序2、数码管或者液晶应用程序3、STC89C52单片机定时器中断应用程序4、系统模块间的整合与测试第22页，本讲稿共26页同学们的后续工作安排：同学们的后续工作安排：1、分组：按1个同学进行分组，各字完成系统要求的功能模块。2、画出系统设计的
18、原理图和PCB图，在图上标上组员信息，如姓名、学号等。要求各组于4月5日前发到我邮箱3、编写系统程序，在5月7日前完成4、上交设计论文，按照本科设计论文标准，经老师审阅合格后方可参加答辩，在5月28日前完成。5、带设计实物、论文及PPT参加第15周举办的答辩会第23页，本讲稿共26页同学们答辩成绩细则：同学们答辩成绩细则：同学们的成绩由二个部分组成，总分100分。1、出席情况：10分2、答辩情况：设计论文报告（20分）综合实验完成情况（50分）（编写代码技术、代码的规范程度、具体功能实现）回答问题（20分）。第24页，本讲稿共26页清楚需求后该从何做起？清楚需求后该从何做起？1、各自按照任务要求进行资料查找，了解各芯片的性能、典型应用原理图、常用的单片机控制测试代码；2、分硬件和软件两大部分进行设计和测试；3、以模块方式测试通过后再进行整机联合调试；4、写出论文报告第25页，本讲稿共26页第26页，本讲稿共26页