电子线路设计上实验报告3

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大三上电子线路设计上实验报告3

——单片机播放《bad apple》动画（带延时功能）

一、硬件原理图

(一)数码管

我采用的是7SEG-MPX2-CA型两位数字显示的数码管，可以显示0~99一共100个数字，由ABCDEFG DP八个输入控制，其电位分别由单片机的P3.0~P3.7接出，并行受到单片机的控制。1，2端分别接Q1,Q2两个晶体管和电源作为驱动。两个晶体管的控制信号分别由单片机的P2.6、P2.7口接出。在与老师的交流中我了解到，虽然仿真时不接驱动也可以实现，但是在实际操作中，外加驱动是必不可少的，单片机只能提供控制信号，而数码管的能量要靠驱动获得。

(二)Lcd显示屏

Lcd 显示屏由128x64个像素组成，型号为AMPIRE128x64。Lcd显示屏的8，7，6，2，1口分别接单片机的P2.0~P2.4口；9~16口分别接单片机的P1.0~P1.7口；17口接电源。由单片机产生并行信号把图片显示在屏幕上，经过设定显示的内容、延时等等，就可以实现动画效果。

在老师的例程中，我探究如何把图片转换为像素文件，在Image2Lcd软件中，将比例为128x64比例的图片导入，但是最开始，我的图片显示出现了问题，呈现一种多个图片重复叠加的效果，在尝试之后发现应当把扫描方式改为数据水平，字节垂直；下面勾选“字节内象素数据反向”。最后呈现的结果如下图所示：

(三)键盘

键盘用五个可复位按键开关组成，分别用于实现倒计时复位/视频暂停、倒计时开始/视频重新播放、停止计时、计时加一、计时减一的功能。其中第一个按键接单片机的P2.5口，第二~第五分别接单片机的P1.4~P1.7口，用于输入控制信号。

(四)SD卡模拟器

这是一个SD卡模拟器MMC，可以模拟外接的存储卡。其中的内容由SD.mmc提供。由于视频数据比较大而单片机的空间有限，只需要在播放时从外部读取每一帧的数据即可，该元件就是实现了这个功能。其CLK、DO、DI、CS口分别接单片机的P1.0~P1.3口，用于输入数据。

(五)时钟电路

单片机必备的计时电路，由晶振、电容等等元件组成，生成时钟信号，分别接单片机的XTAL1、XTAL2、EA口。

(六)单片机AT89C52

电路中最重要的器件，本实验中采用AT89C52单片机，其中引脚与外部的连接在前面已经介绍，在本例中的主要作用是依据键盘输入的信号，控制数码管和lcd显示屏输出内容。包括开始计时、暂停计时、计时数增减、暂停播放视频、从头播放视频等等。其中MMC、键盘、时钟是输入信号，lcd、数码管是输出设备。

二、软件实现流程

(一)主函数部分main.c

主要利用了计时当中key()函数中全局变量jishu、bz的变化，在播放动画时，若键盘有输入，jishu的值也会变化，此时通过条件语句判断，如果jishu不为0，跳出循环（暂停）。若bz为1，播放动画的帧序号变量SD_ADDR置零，实现重复播放。 播放动画部分 主要函数为dispicture、dispictureb、SdReadBlock 作用分别是：显示LCD上半部分、显示LCD下半部分、读取SD卡文件。 其中SdReadBlock函数在文件SD.c中，SD.c为从网上搜索的读取SD卡方法的例程，在研究清楚其具体作用后，我将它放入了自己的工程中，并进行了调用。

倒计时部分 主要函数为display()、dis()、key() 分别的作用是：获取数码管显示的数字信息、进行数码管显示、读取按键内容。

可以看出，key()函数的主要作用就是通过读入按键的信息，改变全局变量的值，在数码管例程中，它的作用是改变数码管的值，那么我也可以把它们应用到动画播放当中，从而实现动画播放当中的控制，包括暂停，重播等等。与倒计时配合，可以达到预期效果。

(二)SD卡读取数据部分SD.c

此部分为例程引用，是一个单独的部分，对于它的功能进行了探究，它的作用是从SD卡中读取数据，并且通过四根引线传入单片机当中。

(三)头文件SD.h

起初考虑过把所有的内容都放到一个c文件当中，但是考虑到程序的可读性和修改的方便，同时为了区分我的工作内容和外部引用，我把它们分了开来。其实多个代码文件构成一个工程，共同实现一个功能，这是所有单片机开发者必须学会的操作。我借此练习了一下多个程序文件之间连接调用的方法。通过查阅资料，我了解到，正如学习C语言是要用到的头文件，我也可以自己定义一个头文件，这样就可以实现外部的函数引用。

刚开始我的程序报错了，原因是没有在外部引用的c文件中也包含该头文件，在修改以后就实现了外部库函数的调用。

视频见：“计时播放视频.mp4”工程文件见“lib3”文件夹

三、实验总结

通过这半个学期的电子线路设计实验，我着实学到了许多。忽然想到一句话：“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”。在课堂上学到的东西很多，但是大部分如果不用的话很快就会忘记，但是这个实验中学到的许多知识却是记忆犹新。 有许多操作，许多电子线路、数字逻辑、单片机原理、接口技术等等的知识，虽然以前在课堂上学过，但是却不太记得。在调试实验电路时，我遇到问题，会从网上论坛、课本等等渠道去寻求解答。在实在解决不了问题时，我会和同学老师讨论。在这样的氛围下，我把之前不会的、不扎实的知识又重新学习巩固了一遍。 让我印象深刻的是第二次实验，我做了一个放烟花的电路，其中控制电路用到了晶体管。虽然模拟电子技术当中反反复复的学过，但是真正应用的时候，还是又这样那样的问题。遇到了二极管不亮的情况，返回去排查电路，应用模电知识，我发现是晶体管工作在了截至区的缘故。 还有就是在应用Image2Lcd软件时，刚开始显示的图片是重叠的。经过探索，我发现是扫描方式没有选对。这样经过探究错误、发现问题、解决问题的过程，让我对于像素表示图像的原理有了一定的认识。 最后一次实验也是我一直想做的，之前看到b站好多大佬用单片机播放bad apple动画，我都很羡慕，期望有一天能自己实现。现在在仿真软件上勉强实现了一下，还加入了一些小功能。不过其中很大一部分代码不是我的原创，是从各种例程当中改过来的。当然，实际的芯片和仿真软件也会有差别，所以说我要做的还有很多，在即将到来的嵌入式实验中，我可以进一步在实体芯片上再次尝试实现播放bad apple。 在应用单片机时，并行、串行、总线等概念时时出现，这些内容也在微机原理与嵌入式系统的课程中反复出现，我要学的还有很多。虽然现在能实现一个简单的功能，但是我能感觉到自己对于这些概念的理解还有欠缺，所以在之后要再次进行深入的学习。 非常感谢老师的悉心指导！

四、做的不太成功的另一个作品

该部分实现结果不太理想，故没有放到正文中，不过还是把它写在报告里面。 视频文件见“another_播放速度控制.mp4”工程文件见“another”文件夹

原理图：

最大的不同就是加入了一个BCD码转七段数码管的元件7448.通过输入对应延时量的BCD码，改变动画播放延时的大小，从而控制动画播放的速度。

一些不同的器件：

键盘：

PB0~PB3分别接单片机的P1.4~P1.7和7448的7、1、2、6口，输入的是需要延时的BCD码。

7448：

只是显示键盘输入BCD码的十进制表示，其实与单片机没有直接联系，本来我想通过单片机输出信号控制它，但是在播放动画的同时控制它会报错，查阅资料后发现加入一个锁存器会解决这一问题。

部分代码：

相交正式作品，这个比较简单，没有定时的部分，最后延时函数传入的参数是四位BCD码转换成的十进制数，从而实现了对延时的控制，进一步改变了播放速度。但是在仿真中，速度改变并不明显。

五、附录

(一)原理图

(二)程序代码

1)Main函数

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#include <REGX52.H>
#include "SD.h"
#include <intrins.h> 
//数码管段码端口
#define PP  P3
//共阳极数码管段码
unsigned char code SEG7[]={/*0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,*/
0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,};
//数码管显示缓冲
unsigned char num[]={1,2};
//数码管位码端口
sbit      q1=P2^6;
sbit      q2=P2^7;
//复位开始停止加1减1按键
sbit      k1=P2^5;
sbit      k2=P1^4;
sbit      k3=P1^5;
sbit      k4=P1^6;
sbit      k5=P1^7;
//----------------------------------------------------
unsigned long  SD_ADDR=0;
unsigned int count;
unsigned char xdata DATA[512];
sbit E = P2^0;
sbit RW = P2^1;
sbit RS = P2^2;
sbit CS2 = P2^3;
sbit CS1 = P2^4;	//端口定义
#define DataPort P0
 /*12864判忙 */
bit Chek_Busy(void)
{
    DataPort = 0xff;
    RW = 1;
    RS = 0;
    E = 1;
    E = 0;
    return (bit)(DataPort & 0x80);
}
/*------------------------------------------------
            选屏
i:0是左屏,1是右屏,2全屏
------------------------------------------------*/
void Choose_12864(unsigned char i)
{						 
   switch (i)			 
   {
       case 0: CS1 = 0;CS2 = 1;break;   
       case 1: CS1 = 1;CS2 = 0;break;
       case 2: CS1 = 0;CS2 = 0;break;
	   default: break;
   }
}
/*------------------------------------------------
        写命令
------------------------------------------------*/
void LCD_Cmd(unsigned char cmd)
{
    while(Chek_Busy());
    RW = 0;	         
    RS = 0;
    DataPort = cmd;
    E = 1;
    E = 0;          
}
/*------------------------------------------------
        读LCD
------------------------------------------------*/
unsigned char LCD_Read()
{
    unsigned char read_data;
    while(Chek_Busy());
    RW = 1;//需进行一次空读
    RS = 1;
    E = 1;
    E = 0;

    RW = 1;
    RS = 1;
    E = 1;
    read_data = DataPort;
    E = 0;        
    return (read_data);    
}
/*------------------------------------------------
        写数据
------------------------------------------------*/
void  LCD_Data(unsigned char dat)
{
    while(Chek_Busy());
    RW = 0;	         
    RS = 1;
    DataPort = dat;
    E = 1;
    E = 0; 
}
/*------------------------------------------------
             设置地址
PAGE:0-7;
Y_Address:0-63
------------------------------------------------*/
void Set_PageY(unsigned char PAGE,unsigned char Y_Address)
{
    LCD_Cmd(0xB8 + PAGE);
    LCD_Cmd(0x40 + Y_Address);
}
/*------------------------------------------------
                清屏
------------------------------------------------*/
void LCD_Clear(void)
{
    unsigned char page,row;
    Choose_12864(2);
    for (page = 0xb8; page < 0xc0; page ++)
    {
        LCD_Cmd(page);
    	LCD_Cmd(0x40);
    	for (row = 0; row < 64; row ++)
    	{
    	    LCD_Data(0x00);//对12864所有地址全部写零
    	}
    }
}
/*------------------------------------------------
               初始化
------------------------------------------------*/
void LCD_Init(void)
{
    CS2 = 0;
    CS1 = 0;
    LCD_Cmd(0x3F);//开显示
}
/*-------------------------------------------------
    显示一幅12864图片
-------------------------------------------------*/
void Dis_Picture(unsigned char *picture)
{
    unsigned char ii,kk;
    for (kk = 0; kk < 4; kk ++)//LCD共分7=8页
    {
        Choose_12864(2);
        Set_PageY(kk,0);
        Choose_12864(0);        
        for (ii = 0; ii < 128; ii ++)
        {
            LCD_Data(*picture);
            picture ++;
            if (ii == 63)
            {
                Choose_12864(1);
            }
        }
    }
}
void Dis_Pictureb(unsigned char *picture)
{
    unsigned char ii,kk;
    for (kk = 4; kk < 8; kk ++)//LCD共分7=8页
    {
        Choose_12864(2);
        Set_PageY(kk,0);
        Choose_12864(0);        
        for (ii = 0; ii < 128; ii ++)
        {
            LCD_Data(*picture);
            picture ++;
            if (ii == 63)
            {
                Choose_12864(1);
            }
        }
    }
}
void delayus(unsigned char t)
{
    while(--t);
}
void delayms(unsigned char t)
{
    while(t--)
    {
        delayus(245);
        delayus(245);
    }
}

//--------------------------------------------------------------------
//倒计时模块
//延时函数ms
void _delay_ms(unsigned int t)
{
   unsigned int i,j;
   for(i=0;i<t;i++)
     for(j=0;j<120;j++);
}
//数码管显示
void dis()
{ 
 //------------------  
 //显示第1位
  PP=num[0];
  q1=1;
  _delay_ms(2);
  q1=0;
 //显示第2位
  PP=num[1];
  q2=1;
  _delay_ms(2);
  q2=0;
 
}
//计时变量
unsigned int jishu1s=10;
unsigned int jishu1=10;
unsigned int jishu2;
//开始停止变量
unsigned int  bz;
//显示控制
void dispaly()
{ 
   num[0]=SEG7[jishu1%100/10];	//显示个位
   num[1]=SEG7[jishu1%10]; //显示小数位
}
//按键处理
void key()
{
  if(k1==0){jishu1=jishu1s;while(k1==0);}//复位
  if(k2==0){bz=1;while(k2==0);}//开始
  if(k3==0){bz=0;while(k3==0);}//停止
  if(bz==0)
  {
    if(k4==0){if(jishu1s<99)jishu1s=jishu1s+1;jishu1=jishu1s;while(k4==0);} //+1
    if(k5==0){if(jishu1s>0 )jishu1s=jishu1s-1;jishu1=jishu1s;while(k5==0);} //-1
  }
} 

//----------------------------
void main(void)
{
_delay_ms(10);  
   //定时器0配置方式1 16
  TMOD=0x01;	
  //使能定时器0 
  ET0=1;
  //定时器的初值
  TH0=(65536-50000)/256; 
  TL0=(65536-50000)%256;
  //停止开启定时器0
  TR0=1;
  EA=1;	  
	LCD_Init();
	LCD_Clear();
	SdInit();
	DATA[0]=255;;
	DATA[1]=1;
	DATA[2]=2;
	DATA[3]=3;
	DATA[511]=0xf0;
	while(1)
  {
   dispaly();//显示控制 
   dis(); //显示
   key();//按键
	 if(jishu1==0)
	 {
		 while(1)
		{
				while(!SdReadBlock(DATA,SD_ADDR,512));
				SD_ADDR+=512;
				Dis_Picture(DATA);
				while(!SdReadBlock(DATA,SD_ADDR,512));
				Dis_Pictureb(DATA);
				SD_ADDR+=512;
				delayms(100);
			  key();//按键
			  if(jishu1!=0) break;
			  if(bz==1) SD_ADDR=0;
	  }
   }
  }
	  
}
 //----T0 计数		 
void  Time0() interrupt 1
{
  //重装初值50ms;
  TH0=(65536-50000)/256;  
  TL0=(65536-50000)%256;
  //开始
  if(bz==1)
  {
   jishu2=jishu2+1;
   //到达1s
   if(jishu2==20)
   { 
     jishu2=0;
     if(jishu1>0)jishu1=jishu1-1;//减1s
     if(jishu1==0)bz=0;//结束
   }
  }
  
}

2)导入存储卡文件的SD.c

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#include <REGX52.H>
#include "SD.h"
sbit ACC0=ACC^0;
sbit ACC1=ACC^1;
sbit ACC2=ACC^2;
sbit ACC3=ACC^3;
sbit ACC4=ACC^4;
sbit ACC5=ACC^5;
sbit ACC6=ACC^6;
sbit ACC7=ACC^7;
//定义SD卡需要的4根信号线
sbit SD_CLK = P1^0;
sbit SD_DI  = P1^2;
sbit SD_DO  = P1^1;
sbit SD_CS  = P1^3;
//写一字节到SD卡,模拟SPI总线方式
void SdWrite(unsigned char DATA)
{
    ACC=DATA;
    SD_CLK=0;
    SD_DI=ACC7;
    SD_CLK=1;

    SD_CLK=0;
    SD_DI=ACC6;
    SD_CLK=1;

    SD_CLK=0;
    SD_DI=ACC5;
    SD_CLK=1;

    SD_CLK=0;
    SD_DI=ACC4;
    SD_CLK=1;

    SD_CLK=0;
    SD_DI=ACC3;
    SD_CLK=1;

    SD_CLK=0;
    SD_DI=ACC2;
    SD_CLK=1;

    SD_CLK=0;
    SD_DI=ACC1;
    SD_CLK=1;

    SD_CLK=0;
    SD_DI=ACC0;
    SD_CLK=1;
    SD_DI=1;//在空闲状态下DI需为高电平 
}
//从SD卡读一字节,模拟SPI总线方式
unsigned char SdRead()
{
    SD_CLK=0;
    SD_CLK=1;
    ACC7=SD_DO;

    SD_CLK=0;
    SD_CLK=1;
    ACC6=SD_DO;

    SD_CLK=0;
    SD_CLK=1;
    ACC5=SD_DO;

    SD_CLK=0;
    SD_CLK=1;
    ACC4=SD_DO;

    SD_CLK=0;
    SD_CLK=1;
    ACC3=SD_DO;

    SD_CLK=0;
    SD_CLK=1;
    ACC2=SD_DO;

    SD_CLK=0;
    SD_CLK=1;
    ACC1=SD_DO;

    SD_CLK=0;
    SD_CLK=1;
    ACC0=SD_DO;
    return ACC;
}
//检测SD卡的响应
unsigned char SdResponse()
{
    unsigned char i=0,response;
    
    while(i<=8)
    {
        response = SdRead();
        if(response==0x00)
        break;
        if(response==0x01)
        break;
        i++;
    }
    return response;
} 
//发命令到SD卡
void SdCommand(unsigned char command, unsigned long argument, unsigned char CRC)
{

    SdWrite(command|0x40);
    SdWrite(((unsigned char *)&argument)[0]);
    SdWrite(((unsigned char *)&argument)[1]);
    SdWrite(((unsigned char *)&argument)[2]);
    SdWrite(((unsigned char *)&argument)[3]);
    SdWrite(CRC);
}
//初始化SD卡
unsigned char SdInit(void)
{
    int delay=0, trials=0;
    unsigned char i;
    unsigned char response=0x01;
    
    SD_CS=1;
    for(i=0;i<=9;i++)
    SdWrite(0xff);
    SD_CS=0;
    
    //Send Command 0 to put MMC in SPI mode
    SdCommand(0x00,0,0x95);
    
    
    response=SdResponse();
    
    if(response!=0x01)
    {
        return 0;
    } 

    while(response==0x01)
    {
        SD_CS=1;
        SdWrite(0xff);
        SD_CS=0;
        SdCommand(0x01,0x00ffc000,0xff);
        response=SdResponse();
    } 

    SD_CS=1;
    SdWrite(0xff);
    return 1; 
}
//往SD卡指定地址写数据,一次最多512字节
unsigned char SdWriteBlock(unsigned char *Block, unsigned long address,int len)
{
    unsigned int count;
    unsigned char dataResp;
    //Block size is 512 bytes exactly
    //First Lower SS
    
    SD_CS=0;
    //Then send write command
    SdCommand(0x18,address,0xff);
    
    if(SdResponse()==00)
    {
        SdWrite(0xff);
        SdWrite(0xff);
        SdWrite(0xff);
        //command was a success - now send data
        //start with DATA TOKEN = 0xFE
        SdWrite(0xfe);
        //now send data
        for(count=0;count<len;count++) SdWrite(*Block++);
        
        for(;count<512;count++) SdWrite(0);
        //data block sent - now send checksum
        SdWrite(0xff); //两字节CRC校验, 为0XFFFF 表示不考虑CRC
        SdWrite(0xff);
        //Now read in the DATA RESPONSE token
        dataResp=SdRead();
        //Following the DATA RESPONSE token
        //are a number of BUSY bytes
        //a zero byte indicates the MMC is busy
        
        while(SdRead()==0);
        
        dataResp=dataResp&0x0f; //mask the high byte of the DATA RESPONSE token
        SD_CS=1;
        SdWrite(0xff);
        if(dataResp==0x0b)
        {
            return 0;
        }
        if(dataResp==0x05)
           return 1;
        return 0;
    }
    return 0;
}

//从SD卡指定地址读取数据,一次最多512字节
unsigned char SdReadBlock(unsigned char *Block, unsigned long address,int len)
{
    unsigned int count;
    //Block size is 512 bytes exactly
    //First Lower SS
    
    
    SD_CS=0;
    //Then send write command
    SdCommand(0x11,address,0xff);

    if(SdResponse()==00)
    {
        //command was a success - now send data
        //start with DATA TOKEN = 0xFE
        while(SdRead()!=0xfe);
        
        for(count=0;count<len;count++) *Block++=SdRead(); 
        
        for(;count<512;count++) SdRead();
        
        //data block sent - now send checksum
        SdRead();
        SdRead();
        //Now read in the DATA RESPONSE token
        SD_CS=1;
        SdRead();
        return 1;
    }
    return 0;
}

3)头文件SD.h

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unsigned char SdInit(void);
unsigned char SdReadBlock(unsigned char *Block, unsigned long address,int len);
unsigned char SdWriteBlock(unsigned char *Block, unsigned long address,int len);
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