电⼦科技⼤学通信与信息⼯程学院实验报告罗口袜
实验名称现代电⼦技术综合实验
rs232 ttl姓名：
学号：
评分：
教师签字
电⼦科技⼤学教务处制
电⼦科技⼤学
实验报告
学⽣姓名：学号：指导教师：熊万安
实验地点：科A333 实验时间：2016.3.7-2016.3.17
⼀、实验室名称：电⼦技术综合实验室
⼆、实验项⽬名称：电⼦技术综合实验
三、实验学时：32
四、实验⽬的与任务：
1、熟悉系统设计与实现原理
2、掌握KEIL C51的基本使⽤⽅法
3、熟悉SMART SOPC实验箱的应⽤
4、连接电路，编程调试，实现各部分的功能
5、完成系统软件的编写与调试
五、实验器材
1、PC机⼀台
2、SMART SOPC实验箱⼀套
六、实验原理、步骤及内容
试验要求：
1. 数码管第1、2位显⽰“1-”，第3、4位显⽰秒表程序：从8.0秒到1.0秒不断循环倒计时变化；同时，每秒钟，蜂鸣器对应发出0.3秒的声⾳加0.7秒的暂停，对应第8秒到第1秒，声⾳分别为“多（⾼ ⾳1）西（7）拉（6）索（5）发（4）⽶（3）莱（2）朵（中⾳1）”；数码管第5位显⽰“-”号，数码管第6、7、8位显⽰温度值，其中第6、7位显⽰温度的两位整数，第8位显⽰1位⼩数。按按键转到任务2。 2. 停⽌声⾳和温度。数码管第1、2位显⽰“2-”，第3、4位显⽰学号的最后2位，第5位显⽰“-”号，第6到第8位显⽰ADC电压三位数值，按按鍵Key后转到任务3，同时蜂鸣器发出中⾳2的声⾳0.3秒；
3. 数码管第1、2位显⽰“3-”，第3、4位显⽰秒表程序：从8.0秒到1.0秒不断循环倒计时变化；调节电压值，当其从0变为最⼤的过程中，8个发光⼆极管也从最暗（或熄灭）变为最亮，当电压值为最⼤时，
秒表暂停；当电压值为最⼩时，秒表回到初始值8.0；当电压值是其他值时，数码管⼜回到第3、4位显⽰从8.0秒到1.0秒的循环倒计时秒表状态。按按鍵Key回到任务1，同时蜂鸣器发出中⾳5的声⾳0.3秒。
对接扣件1、硬件设计
核⼼板硬件资源如下：
（1）50MHz 晶振；
（2）5V、3.3V、2.5V 和 1.2V 电源；
（3）⼀个Xilinx 公司Spartan3E 系列的FPGA 器件，型号为
XC3S250E-144；
（4）⼀⽚32KB 的SRAM 存储IS61LV256AL；
（5）基于JTAG 的FPGA 配置器件XCF02S/04S；
（6）基于SPI（Serial Peripheral Interface）的FPGA 配置器件M25P16，含2MB 空间；
（7）JTAG 接⼝，可下载配置数据到FPGA 和调试程序；
（8）Flash 编程接⼝，对SPI Flash 器件编程；
（9）8 个⽤户LED 灯和8 位数码管；
（10）8 位拨码开关和 4 个⽤户按键；
（11）配置成功指⽰LED；
（12）重新配置按键，按下此按键后，FPGA 将重新配置；
（14）通过 2 个60 针接⼝将⽤户I/O ⼝、8 位数据总线、15 位地址
总线和读／写信号引出，⽤于实验底板的各外设功能扩展。
硬件结构图如下图1：
图1实验平台核⼼板硬件结构
Quick51电路原理图为下图2：
图2 Quick51电路原理图
MC51单⽚机定制在FPGA芯⽚内实现，如下图3所⽰，在MC8051外添加了地址地址锁存模块，形成对单⽚机数据总线的拓展。添加了⼀个地址译码模块，形成了数据总线的复⽤，实验平台上的多种应⽤模块，可敬数据总线，通过外部寻址的⽅式进⾏访问。
图3 ⽚内MC8051单⽚机原理图
其中FPGA与51单⽚机的引脚对应为下表⼀：
2、各部分硬件原理
（1）数码管动态扫描原理：
图4 数码管的动态扫描
动态显⽰的特点是将所有位数码管的段选线并联在⼀起，由位选线控制是哪⼀位数码管有效。选亮数码管采⽤动态扫描显⽰。所谓动态扫描显⽰即轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选，利⽤发光管的余辉和⼈眼视觉暂留作⽤，使⼈的感觉好像各位数码管同时都在显⽰。
先把第⼀个数码管的显⽰数据送到数据线，同时打开第⼀个三极管，⽽其他数码管的对应的三极管关闭；延迟⼀段时间（通常不超过10ms），再把第⼆个数码管的显⽰数据送到数据线，同时打开第⼆个三极管，⽽其他数码管的对应的三极管关闭；延时⼀段时间，在显⽰下⼀个。注意：整个数码管的扫描频率应当⼤于50Hz，防⽌出现明显的闪烁。
灯箱广告制作（2）I2C⼯作原理：
图5 I2C电路图
为了使这些相似之处对系统设计者和器件⼚商都得益⽽且使硬件效益最⼤电路最简单Philips开发了⼀
个简单的双向两线总线实现有效的IC之间控制这个总线就称为Inter IC或I2C总线现在Philips 包括超过150种CMOS和双极性兼容I2C总线的IC 可以执⾏前⾯提到的三种类型的功能所有符合I2C总线的器件组合了⼀个⽚上接⼝使器件之间直接通过I2C总线通讯这个设计概念解决了很多在设计数字控制电路时遇到的接⼝问题。
（3）LM75特征及应⽤：
图4 LM75应⽤电路
LM75A是⼀个使⽤了内置带隙温度传感器和∑-△模数转换技术的温度-数字转换器。它也是⼀个温度检测器，可提供⼀个过热
检测输出。LM75A包含许多数据寄存器：配置寄存器（Conf），⽤来存储器件的某些配置，如器件的⼯作模式、OS⼯作模式、OS极性和OS故障队列等（在功能描述⼀节中有详细描述）；温度寄存器（Temp），⽤来存储读取的数字温度；设定点寄存器（Tos & Thyst），⽤来存储可编程的过热关断和滞后限制，器件通过2线的串⾏I2C总线接⼝与控制器通信。LM75A还包含⼀个开漏输出（OS），当温度超过编程限制的值时该输出有效。LM75A有3个可选的逻辑地址管脚，使得同⼀总线上可同时连接8个器件⽽不发⽣地址冲突。LM75A 可配置成不同的⼯作条件。它可设置成在正常⼯作模式下周期性地对环境温度进⾏监控或进⼊关断模式来将器件功耗降⾄最低。OS输出有2种可选的⼯作模式：OS⽐较器模式和OS中断模式。OS输出可选择⾼电平或低电平有效。故障队列和设定点限制可编程，为了激活OS输出，故障队列定义了许多连续的故障。温度寄存器通常存放着⼀个11位的⼆进制数的补码，⽤来实现0.125℃的精度。这个⾼精度在需要精确地测量温度偏移或超出限制范围的应⽤中⾮常有⽤。（4）按键原理：
图7 按键原理图
由原理图可知，按键的另⼀端接地，当按键按下时，按键对应的接⼝对应低电平，为逻辑0，当按键抬起时，由于上拉电阻的存在，接⼝为⾼电平，为逻辑1，因此可以通过查询对应的接⼝状态来判断是否按键是否按下。
（5）蜂鸣器⼯作原理：
服务器平台图8 蜂鸣器电路原理图
三极管有两个作⽤：⼀是根据开通或者关闭控制蜂鸣器发⽣与否；⼆是驱动蜂鸣器⼯作，因为单⽚机的IO⼝驱动能⼒不够让蜂鸣器发出声⾳，所以通过三极管放⼤驱动电流，从⽽可以让蜂鸣器发出声⾳。
输出⾼电平，三极管导通，集电极电流蜂鸣器让蜂鸣器发出声⾳；当输出低电平时，三极管截⽌，没有电流流过蜂鸣器，不会发出声⾳。（6）LED显⽰原理：
图9 LED显⽰原理
由原理图可知，当输出低电压时，LED亮；输出⾼电平时，LED 灭。在⼀个很短的时间间隙循环时，ＬＥＤ亮的时间占⽐越多，ＬＥＤ呈现的亮度越亮，从⽽可以通过亮的时间的占⽐达到控制亮度的⽬的。
（7）AD实现原理：
图１０TLC549串⾏ADC
保鲜膜切割盒
当/CS变为低电平后，TLC549芯⽚被选中，同时前次转换结果的最⾼有效位MSB （A7）⾃DATA OUT 端输出，接着要求⾃I/O CLOCK端输⼊8个外部时钟信号，前7个I/O CLOCK信号的作⽤，是配合TLC549 输出前次转换结果的A6-A0 位，并为本次转换做准备：在第4个I/O CLOCK 信号由⾼⾄低的跳变之后，⽚内采样/保持电路对输⼊模拟量采样开始，第8个I/O CLOCK 信号的下降沿
使⽚内采样/保持电路进⼊保持状态并启动A/D开始转换。转换时间为36 个系统时钟周期，最⼤为17us。直到A/D转换完成前的这段时间内，TLC549 的控制逻辑要求：或者/CS保持⾼电平，或者I/O CLOCK 时钟端保持36个系统时钟周期的低电平。由此可见，在⾃TLC549的I/O CLOCK 端输⼊8个外部时钟信号期间需要完成以下⼯作：读⼊前次A/D转换结果；对本次转换的输⼊模拟信号采样并保持；启动本次A/D转换开始。
3、软件设计
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