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PIC单片机及FPGA实验系统设计 第8页

更新时间:2009-6-4:  来源:毕业论文
PIC单片机及FPGA实验系统设计 第8页
说明:#MCLR和单片机相连的网络标号
图一:在系统上电后,PIC单片机上的复位引脚得到复位信号(低电平有效),系统得到复位
图二:当SI被按下时,复位引脚上的电平被拉低,从而达到复位效果
图三:综合复位,具有图一和图二电路的特征,当系统上电后,或者SI被按下以后使得复位因脚被被拉低,达到复位效果
注意:一般来说,PIC单片机的复位时间为5ms,所以复位引脚所加低电平时间要大于5ms
本次设计使用的复位电路是图三类型。
(2)时钟电路
时钟也是单片机工作所必要的一个部分,时钟让单片机按照时钟节拍一步一步地执行程序,所以时钟电路的设计比较重要,它直接影响系统的正常工作,比起51,PIC的时钟模式很丰富,包括:
●石英晶体或者陶瓷谐振荡器振荡方式
●外部时钟:在OSC1引脚上输入一个现成的频率信号作为单片机的工作时钟,这种工作模式称做外部时钟工作模式(EC)
●外部RC振荡,构成单片机时钟最简单,成本最低的方法
●内部RC振荡:PIC单片机内部设定RC振荡,一般为4MHZ
注意:这四种方式是由芯片的配置位硬件设定的,无法用程序改变,在烧写芯片时候用编程器来设定
本次实验采用的是单片机最经典的产生工作时钟的方式—石英晶体或陶瓷谐振荡,单片机上引脚OSC1和OSC2专门给用户来使用这种方式产生稳定的振荡频率。
PIC单片机晶体振荡模式最大的特点是其内部的振荡电路放大器的增益是可调的。这是因为不同的振荡频率的晶体,为保证其正常工作所需要的激励源不同,激励功率过大,波形会发生畸变,晶体也可能震碎,激励源太小,晶体起振困难,或者起振时间长,所以这两种情况在可靠性设计中要避免发生,PIC单片机振荡电路的这种可调增益可以灵活合理地配置其设计的晶体振荡电路,它提供了三种增益选择模式,分别被叫做LP,XT和HS,见表5-1
不过由于市场上晶体的品质有所差异,所以具体情况要具体分析:
表格 1
振荡模式 增益量 适用器件 参考振荡频率范围
LP 最低 低频晶体 <200kHz
XT 适中 晶体/陶瓷 100KHZ~4MHZ
HS 最高 高速晶体/陶瓷 >2MHZ

本次实验所采用的振荡模式XT模式,典型图如下(图 5 11):
 
图 5 11
说明,其中的Rs的作用是衰减部分振荡输出功率,以防止晶体过激励,具体值要经过实际测量得到。
(3)输入模块:
这里的输入部分在本次设计中介绍键盘,它也是常用的输入设备,这里使用的4×4矩阵键盘,如图(图 5 12):
 
图 5 12
其实判断按键位置很灵活,基本原理是通过行列扫描判断行和列的位置,然后调用按键查询按键所代表的值。
键盘分为独立式键盘,矩阵键盘和PS2的键盘,独立式键盘扩展编程都很简单,但很浪费I/O资源,矩阵键盘扩展简单编程相对复杂,PS2键盘是PC上经常使用的,这里不做介绍。独立式键盘和矩阵键盘的扫描方式都查不多,但是矩阵键盘相对复杂些,基本的原理都是判断输入端口的值的变化。所以给编程带了方便。
(4)输出显示模块:
① LED发光二级管的扩展
LED发光二级管的原理,发光二级管的原理:发光二级管就是个二级管,阳级的电压高于阴级的时候导通,当它导通的时候,发光二级管发亮。一般做单片机系统的时候最开始的实验都是LED发光二级管的显示。本次实验所扩展的LED发光二级管如图(图 5 13):
 
图 5 13
② LED7段数码管扩展
7段数码管的原理:数码管就是发光二级管组成,分为共阴级和共阳级两种接法,共阴级接法就是将发光二级别管的阴级接到一起,阳极接出,共阳级的接法就是将发光二级管的阳级接在一起,发光原理同发光二级管。
数码管是由发光二级管显示数字的外围显示器件,常用的是7段LED数码管,还有些就是加了一个小型的发光二级管做为小数点。
它分为共阴级LED和共阳级LED两种。8只二级管的阴极同时接到地上,叫共阴级LED。8只二级管的阳极同时接高电平,叫共阳级LED。适当编程后,8只发光二级级管组合起来就可以表达数据了。
数码管的显示有两种方式,分为静态显示和动态显示。
静态显示描述:静态显示就是显示驱动电路具有输出琐存功能,单片机将所要显示的数据送出后就不再控制LED,直到下一次显示时候再传送一次新的数据。静态显示的数据稳定,占用的CPU时间少.静态显示中,每一个显示器都要占用单独的具有琐存功能的I/O接口,该接口用于笔画段字形代码。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路,该字段就可以显示发送的字形.显示新数据时,单片机再发送新的字形码。
动态显示描述:动态扫描方法是用其接口电路把所有的显示器的8个笔画段a~h同名端连在一起,而每一个显示器的公共COM各自独立地受I/O线控制。CPU向各字段输出口送出字形码时,所有显示器接收到相同的字型码,但究竟是哪个显示器亮,则取决与COM端,而这一端是由I/O控制的,通过单片机决定那一位显示。
因为本次设计的为动态显示,节约成本,所以数码管扩展为(图 5 14):
 
图 5 14
③ LED点阵的扩展
LED点阵的原理介绍:
LED点阵的结构图如下(图 5 15):
 
图 5 15
如图:8×8点阵共需要64个发光二级管,且每个发光二级管是放置在行线或列线的交叉点上,当对应的某一列置1电平,某一行置0电平,则相应的二级管就发亮,编程的时候也用动态扫描的方式实现。
实际硬件扩展图(图 5 16):
 
图 5 16
(5)外围器件扩展

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