標題: 開源！和你一起用51單片機和點陣打造游戲機、時鐘（下） [打印本頁]
作者: hesheng    時間: 2013-8-16 22:47
標題: 開源！和你一起用51單片機和點陣打造游戲機、時鐘（下）
分享帖終于和大家在51hei論壇見面了，本來想0點發(fā)的，不過……嘿嘿，還是開源分享帖哦~~不過實在太冷了，就沒去實驗室錄專門的技術(shù)支持教程給大家。完全靠打字了，手生凍瘡，也很辛苦的，大家諒解��！
這“下”帖讓大家等了那么久，本人后面發(fā)帖也倍感壓力啊，如果這“下”帖不給力的話，對不起觀眾啊。先給大家看看，我共享給大家的資料里，包含哪些東西吧，先看資料給不給力哈。壓縮包包含以下內(nèi)容：

先看視頻展示：
http://player.youku.com/player.php/sid/XNDk1NzI5MTE2/v.swf
大家請結(jié)合上帖來看下帖：http://www.torrancerestoration.com/bbs/dpj-20607-1.html
我這個分享帖打算分為以下幾個部分：
一、曬整體原理圖和PCB：
二、整體硬件的介紹
三、整體軟件編程技巧
四、各個模塊介紹
五、關(guān)于手工雙面板制作的介紹
六、開源分享的資料
很多都是本人的經(jīng)驗，有不對地方，請大家指正。

一、曬整體原理圖和PCB：
主控原理圖及PCB：

TEA5767收音機、TDA2822功放原理圖及PCB：


PL2303 RS232轉(zhuǎn)TTL下載器原理圖及PCB:


對于制作的過程，只保留有以下三個圖片，大家可看下：


  
下面是硬件說明圖：










硬件介紹在上面的三個圖示已標明，看不清的可下我分享的資料！
二、整體硬件的介紹
1、使用STC12C5A60S2：
（1）內(nèi)部有AD，實現(xiàn)了電壓表功能，以及以后擴展作頻譜顯示屏；
（2）其工作的最低電壓是3.3V，所以可以用鋰電工作哈（鋰電電壓為3.7V左右）；
（3）內(nèi)有RC振蕩器，所以對時序要求不是很高的場合可以使用。但是由于初始芯片默認是用外部晶振，且STC-ISP下載軟件默認使用外部晶振，一不小心就變成外部晶振，如果不接外部晶振的話，很容易不小心選成外部晶振而無法啟動芯片。所以后面我還是加了外部晶振，我的程序，可以使用外部12M晶振，也可以使用內(nèi)部RC振蕩器（13M左右）。
（4）該芯片IO口可以拉電流，像AVR單片機一樣，可以設(shè)置IO口狀態(tài)，使得灌電流和拉電流都可以達到20mA左右，所以可以IO口直接驅(qū)動數(shù)碼管，但注意加限流電阻，不然很可能燒壞IO口而使芯片無法作用。
（5）有1K的EEPROM，可以掉電存數(shù)據(jù)，所以可以掉電保存鬧鈴設(shè)置的時間，開關(guān)標志位等，但嚴格的講，這個根本不是真正的EEPROM，只能說湊合著用吧。而且在使用鋰電供電時，會出現(xiàn)電壓偏壓而無法正常讀取該EEPROM區(qū)。
（6）該芯片還有P4口，PWM等等功能，而且RAM和ROM都很大。對于該芯片最小系統(tǒng)的連接及使用等等詳情請參看其數(shù)據(jù)手冊。
2、顯示電路的設(shè)計：
為了方便橫屏和豎屏的顯示，大家看我的硬件原理圖就會發(fā)現(xiàn)，我的顯示電路在點陣的處理方面既可行掃描顯示，也可以列掃描顯示。
一般點陣的顯示都是行掃描顯示，特別是只有16行的點陣，很多都會用到兩片3-8譯碼器構(gòu)成4-16譯碼器或直接用74LC154做4-16譯碼器，這種做法優(yōu)點是控制簡單，又比較節(jié)約IO，寫程序也方便。但這種做法只能固定的用行掃描顯示。
而我的行線用的是595串入并出的芯片，豎屏是595控制行線，單片機P0輸出每行的數(shù)據(jù)，豎屏掃描原理如下：

橫屏是單片機P0進行每行數(shù)據(jù)的掃描，而595這時輸出每行的數(shù)據(jù)，如下：

上面所說的行和列，都是相對橫屏和豎屏而言的。具體為什么在橫屏和豎屏要分不同的掃描方式呢？下面的程序講解會提到哈~~
3、PL2303下載器：
其實我以前有串口的下載器，是通過USB轉(zhuǎn)串口，再用MAX232芯片把串口轉(zhuǎn)成TTL，感覺那樣非常麻煩，而且很容易出問題。所以這一次我自己手工做了PL2303下載器，這個PL2303芯片也難搞，只有貼片的，毛毛腳的，加上我的板是手工轉(zhuǎn)印、烙鐵又差，所以焊接還費了不少時間，還好，本人焊貼片的水平不是蓋的，還是焊好了。為了方便STM32芯片的下載還對原始電路做了修改，有RESET、和BOOT0。這個帖子的主角不是下載器，因此后面我會另外開帖給大家分享我做的一些常用單片機的下載器。我最后做好的下載器如下：

三、整體軟件編程技巧在這里我只簡單的說說可能在很多單片機教學(xué)視頻里不涉及到，而在我這整個工程中用到的編程技巧和注意事項。
1、點陣顯示：
（1）一般點陣，特別我們發(fā)燒友做的點陣，基本上都是行掃描顯示的，為什么要行掃描顯示呢？我想還是因為很多點陣都是為了左右滾動的顯示，行掃描編程和硬件實現(xiàn)上都比較方便吧。因此，我的硬件設(shè)計也是為了迎合軟件的編程方便，不管橫屏還是豎屏，都是相對的采用行掃描顯示。但是，對于旋轉(zhuǎn)屏和“搖搖棒”這種顯示是必須要列掃描顯示的，為什么要列掃描還想不通的朋友自己揣摩了。
（2）特別還要注意點陣的消影，很多初學(xué)者寫數(shù)碼管或點陣掃描程序時會出現(xiàn)“鬼影”，所以消影的這一招也是要必須學(xué)會的，最簡單可行的辦法就是每掃描顯示一行或一個數(shù)碼管后，關(guān)閉一次全部的顯示。同時注意先傳數(shù)據(jù)碼、后點亮當(dāng)前行或當(dāng)前位。具體可參考我程序，我的是沒有任何鬼影的哈。
（3）為了實現(xiàn)滾動顯示，同時滾動顯示的數(shù)據(jù)能實時更新，必須有一個顯示緩存區(qū)，這個顯示緩存區(qū)必須是可讀可寫的。點陣顯示指針只是從頭到尾一行行的掃描顯示緩存中的數(shù)據(jù)，即“讀”的過程，而要實時更新緩存中的數(shù)據(jù)，還要把相關(guān)變量不斷的“寫”到顯示緩存對應(yīng)的位置。從而需要一個可讀、寫的緩存區(qū)，這里定義為數(shù)組是方便掃描指針不斷下移讀取，這其實跟電腦中說的顯卡的顯存是一個道理的。而具體滾動顯示的編程技巧，大家可以參看我的程序，里面會有備注的，當(dāng)然方法不是唯一的。
（4）這個可讀可寫的緩存區(qū)，很多人都直接定義為“data”的類型（如果不設(shè)置，默認也是這個類型），用這個類型本身沒錯，在寫小程序中還可以用，也不會超RAM空間，但當(dāng)你定義的全局變量多，而且定義的可讀寫的數(shù)組多時，編譯就不過了，會提示你超RAM了，但實際RAM卻沒滿。這是為什么呢？這個要從51單片機硬件原理來講了，平時我們所說的如51單片機RAM是4K,52單片機RAM是8K,實際它們的內(nèi)部直接尋址區(qū)的大小是一樣的，即data區(qū)，硬件地址是00H-7FH。而不同的是間接尋址的地址80H及以上不同，所以定義可讀寫數(shù)組時最好定義為“idata”，以節(jié)省可直接尋址區(qū)。而其它變量要不要也定義為"idata"呢？這個一般就不用了，除了數(shù)組外，其它變量最好不要定義為“idata”。下面是我定義的“idata”：


（5）如果只是顯示固定字符，可以直接定義為 "code"，單片機的內(nèi)部程序存儲區(qū)，即ROM區(qū)，只可讀，顯示指針就一直往下讀就可以了。
像我開機歡迎畫面就是這樣寫的：

總的來說，這里涉及到KEIL C編譯器中定義的幾個字節(jié)型的變量，這里簡單總結(jié)如下：
data區(qū)（默認）：單片機能直接訪問的直接尋址RAM區(qū)，00H-7FH；
bdata區(qū)：可位尋址的片內(nèi)ram,位于20H-2FH，總共128位；
pdata區(qū)：分頁尋址片外ram (MOVX @R0) (256 BYTE/頁)；
idata區(qū)：單片機間接防問的RAM區(qū)，80H-FFH，也有說法可以理解為前128和data的128完全相同,只是因為訪問的方式不同(MOX ACC,@Rx)；
code區(qū)：單片機的內(nèi)部程序存儲區(qū)，也就是單片機內(nèi)置的FALSH 對應(yīng)MOVC @DPTR；
xdata區(qū)：單片機外部尋址區(qū)，一般指片外的存儲器，0000H-FFFFH。
還有不理解的，可以百度或翻翻單片機原理方面的書籍。
2、關(guān)于break，return，goto等函數(shù)的使用
（首先聲明一下，我不是電子專業(yè)，我的專業(yè)沒學(xué)過C語言，只開了VB課程，我用的C是自學(xué)的，有說不當(dāng)?shù)恼埮u指正�。┖芏鄦纹瑱C編程者，特別是剛?cè)腴T的，很少會用到諸如break,return,goto,do…while,continue的函數(shù)，更不要說使用結(jié)構(gòu)體和指針。當(dāng)然我也很少用，在我這個工程中沒用過具體的指針和結(jié)構(gòu)體，為了能讓大家都看得懂，用的都是相對簡單的語句，而且很多都是很啰嗦一個個拆開使用的，其實很多可以合并的。
Break：是只能在循環(huán)語句中使用的，程序執(zhí)行到它后將退出當(dāng)前循環(huán)。
Return：我的程序中很多用到了return，該語句的作用是退出當(dāng)前所執(zhí)行的子函數(shù)，是可以在任何函數(shù)，任何地方使用的。注意和break區(qū)別開，一個只是退出循環(huán)，而后者是退出整個函數(shù)。所以用return我可以實現(xiàn)在任意地方，哪怕是在死循環(huán)函數(shù)里面，離開現(xiàn)在的功能，轉(zhuǎn)到另外的一個功能。比如我程序用到的地方：

Goto：我沒有在這個工程用到，這個goto只能在同一個子函數(shù)中無條件調(diào)轉(zhuǎn)，可能以后會對大家有用吧。
還有continue等其它這里不再累述，大家自己查資料吧。
（3）關(guān)于STC和經(jīng)典51單片機的延遲
這個我不想多說了，由于STC執(zhí)行普通指令的速度是一般51單片機的3-12倍（具體參看芯片手冊），因此以前的51單片機延遲函數(shù)要修改，大家用STC的參看我的程序就行，我的程序是用12M外部晶振或內(nèi)部RC振蕩器（大概13M）都是能用的，而且我沒有分頻哦。特別是那個18B20溫度傳感器的延遲，我測試了好久才把它的延遲搞定了~~~
還有更多的硬件和軟件的問題，下面將在各個模塊的介紹中有針對性的介紹。
（4）結(jié)構(gòu)化編程
將復(fù)雜的程序分成一個模塊來寫，這是程序員必須要學(xué)會的，當(dāng)然，現(xiàn)在我這里還是比較亂，相信大家會弄得更好。同時，我的程序，很多個子功能已經(jīng)弄成頭文件，如DS0302、18B20、I2C、STC的各類功能等等，大家只要注意一下不同硬件的延遲函數(shù)（主要是I2C和18B20比較講究）就可以直接調(diào)用的，以下是我的工程截圖：

四、各個模塊介紹
在這里，為了減少大家的閱讀量，不再累述各個模塊的具體功能，大家可以對著上一帖子來看，下面著重講原理和編程技巧。
1、時鐘功能

時鐘我用的是DS1302時鐘芯片，用鈕扣電池續(xù)電；農(nóng)歷的計算是通過軟件實現(xiàn)的；溫度是通過DS18B20實現(xiàn)的；語音報時是通過YF-017語音芯片實現(xiàn)的；最后掉電能保存鬧鐘時間和開關(guān)標志位是通過STC12C5A60S2內(nèi)置的EEPROM實現(xiàn)的，紅外遙控這個就不用說了。

（3）遙控器是用通用車載MP3的，很多開發(fā)板都送這個：

附上各個按鍵的編碼：
機器編碼：0x00
各個按鍵鍵碼值： CH-:0x45  CH:0x46  CH+:0x47  PREV:0x44  NEXT:0x40  PLAY:0x43  VOL-:0x07  VOL+:0x15  EQ:0x09  0:0x16  100+:0x19  200+:0x0d  1:0x0c  2:0x18  3:0x5e  4:0x08  5:0x1c  6:0x5a  7:0x42  8:0x52  9:0x4a
2、俄羅斯方塊功能

硬件沒什么好說的，就是前面的點陣、按鍵和遙控器，內(nèi)核全靠軟件實現(xiàn)的。
這里著重說下這個的編程原理（程序備注中有）：
【特別說明：該俄羅斯方塊源程序不是本人的，是網(wǎng)友提供的源碼，然后我根據(jù)自己的硬件和需要，在充分理解源程序的基礎(chǔ)上做了大量的修改和BUG優(yōu)化。在此向源程序提供者致敬！】
圖形方塊編碼機制介紹：
（1）由于俄羅斯方塊圖形的寬度和高度最多只有四位，所以要以4X4為基本單元；
（2）硬件采用18行掃描（16行點陣，兩個數(shù)碼管）、8位送顯示信號；
（3）各個圖形的寬度不一致，所以要人為給圖形設(shè)定居中位置，若圖形寬度為偶數(shù)可直接將其居中，若為奇數(shù)則靠左居中；
（4）由于圖形需要旋轉(zhuǎn)，所以由基本的圖形會衍生出另外3種圖形；
（5）因此每個圖形應(yīng)該給定4個8位的二進制碼，并放入一個二維數(shù)組里；
（6）經(jīng)典俄羅斯方塊游戲里有19種不同形狀的方塊，包括旋轉(zhuǎn)得到的；
（7）數(shù)組的第一個下標為該圖形的編號。
具體請參看全局定義的頭文件及程序內(nèi)備注。
3、收音機功能

這里的收音機我使用的芯片是TEA5767飛利浦的收音芯片，并使用I2C通訊，實際的效果大家在視頻中也看到幾乎收不到臺。這不是我軟件問題，而是我所處的位置問題，我住的是學(xué)校宿舍區(qū)，是一樓的，由于鋼筋水泥等等的屏蔽和影響，加上本身硬件上的各類干擾，收不到電臺是否很正常的，我試過拿到室外，還是勉強可以收到臺的。而且我這個TEA5767是多另外一塊開發(fā)板上拆下來的，可能也不太行了吧。但程序與芯片的通訊還是通的。為什么我敢這么說，因為給芯片發(fā)數(shù)據(jù)還是有反應(yīng)的，而且還可以讀出頻率及啟動自動搜臺。
總的來說，這個功能現(xiàn)在看起來只能是“雞肋”，但程序和硬件連接大家還是可以參考的，還有我用的天線是網(wǎng)上賣的專用耳機天線哈。
這里的功放用的是TDA2822構(gòu)成單聲道功能，效果一般，原理圖和網(wǎng)上的一樣。但由于收音芯片的聲音輸出及單片機的P10相接，并和外面的音源輸入相連，通過外接音源時，音質(zhì)很差的，大家在視頻中也看到了。加上接YF017語音芯片的喇叭與TDA2822的輸出共用一個喇叭，那問題更大了，因此，這里現(xiàn)在的功能只能算“雞肋”了，后面會再優(yōu)化吧。
4、“搖搖棒”功能

“搖搖棒”主要是靠水銀開關(guān)了，這個程序我沒有參考別人的，因為之前我寫過旋轉(zhuǎn)屏的程序，“搖搖棒”的原理和它幾乎如出一轍。旋轉(zhuǎn)屏是靠上下的紅外對管控制中斷，從而決定從哪播放的，而“搖搖棒”主要是靠水銀開關(guān)來引發(fā)中斷，控制要從一個方向開始播放，沒有水銀開關(guān)也可以顯示，但由于是來回甩動的，沒有水銀開關(guān)控制方向會出現(xiàn)“鏡像字”。特別要注意水銀開關(guān)的安裝方向，如果你軟件圖形的取模和顯示是從左到右掃描一列一列顯示的，那么你的水銀開關(guān)應(yīng)該面向顯示面且相對水平面呈銳角45度安裝（引腳朝下）；反之，如果你軟件圖形的取模和顯示是從右到左掃描一列一列顯示的，那么你的水銀開關(guān)應(yīng)該面向顯示面且相對水平面呈鈍角135度安裝（引腳朝下）。大家看我的是從左到右掃描顯示的，所以，相對顯示正面是呈銳角45度安裝的。我編程顯示的時候是只選擇8列中的一列進行顯示，比如我用了P03控制的那一列來顯示，然后595傳每列的數(shù)據(jù)，具體程序參看我提供的程序。
5、簡單電壓表功能

這里的電壓表主要是靠STC12C5A60S2內(nèi)部的AD功能實現(xiàn)的，通過讀芯片手冊可以知道，該AD功能的參考電壓是芯片自身的工作電壓。然后問題就來了，我的整個設(shè)計是既可用外部5V供電，也可用鋰電供電，兩個差別很大的參考電壓，我是什么處理的呢？其實，實際的話，雖然說芯片本身不提供輸入外部基準電壓的功能，但是如果采用同時采樣兩路AD值，其中一路的電壓值（作為外接基準電壓）是已知的，那么通過兩個方程，兩個未知數(shù)，是不是可以輕易的求出準確的AD值了呢？所謂兩個方程如下：
如我在P17引腳輸入已知的1.25V作為參考電壓，而我要測P10的實際電壓，然后我假設(shè)芯片電源電壓是5V，那么我AD轉(zhuǎn)換后得到P17的電壓值為：
AD_C0=(uint)((get_adc(0x07)*5)/1.024);  //“5”為假設(shè)的芯片電壓。
待測P10的AD電壓值為
AD_C1_tmp=(uint)((get_adc(0x00)*5)/1.024);  //“5”為假設(shè)的
最后整合這兩個方程，就可以消掉“5”即芯片的實際電壓可以不用管，最后處理P10實際電壓值是：
AD_C1=(uint)( AD_C1_tmp *12.50/AD_C0)；
這是一個方法了哈，還不明白的，自己慢慢消化了。
而我在這個東西用的卻不是以上方法，因為當(dāng)初設(shè)計的硬件原因，最后我采用最簡單的辦法，方法就是在主開關(guān)那里動手腳。注意看，我用的是按鍵自鎖型的雙刀雙擲開關(guān)，其中的一“刀”我用到了電源的正極上，通過對正極的切換實現(xiàn)內(nèi)部鋰電和外接電源的切換；而另外的一“刀”中我當(dāng)作接負極的開關(guān)接到單片機的P45 IO口，因此，在切換電源的同時，也切換了P45 IO口的電平變化。因此，在精度要求很高的場合，我只要檢測P45 IO口的電平，就有選擇的在程序里改變了參考電壓，在程序中我是這樣處理的：
ad_tmp=get_adc(0x01);  //獲得P11引腳上的AD值
if(!P45) ad_val=(uint)((ad_tmp*3.85)/1.024);         ///AD值處理，3.85為使用鋰電時MCU的電壓，最終ad_val單位為mV
else ad_val=(uint)((ad_tmp*4.95)/1.024);                  ///AD值處理，4.95為MCU現(xiàn)在的電壓，最終ad_val單位為mV。
終于介紹完了各個模塊，很多的技巧也都告訴大家了~~
也許還有一些細節(jié)和我DIY的地方?jīng)]跟大家嘮，因為有些大家可以沒必要效仿或我覺得大家應(yīng)該都了解了，還有什么疑問，大家再跟帖問吧。哦，還有，剛才提到了鋰電和外接5V的切換開關(guān)，有人可能會問，我這個東西可不可以接5V時，一邊用一邊充電。現(xiàn)在是不可以的，因為我沒做或買5V轉(zhuǎn)鋰電充電的板子，我的鋰電充電是另外引出，用萬能充充電的，
五、關(guān)于手工雙面板制作的介紹（另開帖）
六、開源分享的資料
這里的壓縮包包含原理圖（當(dāng)然，只是畫有PCB的部分，還有一些我后面自己DIY或修改的地方就沒有咯，但上面都有介紹了~）、PCB圖、清楚的圖片講解圖、總工程程序源碼及部分模塊程序源碼等等。
對于本帖未詳盡事項，如“五、關(guān)于手工雙面板制作的介紹”，請移步到下一帖（鏈接：），因為這一帖的內(nèi)容夠多了，我打字排版辛苦不要緊，重要的還是讓大家看得明白。以及帖子中提到的下載器介紹和PCB打印，打印機設(shè)置及注意問題……還有，等等，我之前說過還有語音計算器和頻譜展示及分享這兩個的程序，由于篇幅和時間問題，還是全部留到后面另開帖吧，大家請期待！感謝你的關(guān)注和支持！新年快樂！

 “多功能智能玩具”共享資料.rar (3.43 MB, 下載次數(shù): 286)


作者: sensakis    時間: 2013-9-4 16:09
樓主真強呀!
作者: 13620819446    時間: 2013-10-14 00:15
支持支持、、
作者: toy2man    時間: 2013-10-20 12:23
不錯，想法很好
作者: 雨蝶的傷    時間: 2014-1-31 16:09
樓主辛苦了.......高手啊...功能做得這么好.....
作者: keepit    時間: 2014-4-3 21:56
謝謝分享
作者: hkp110@163.com    時間: 2014-4-3 22:10
謝謝樓主分享
作者: zenghl    時間: 2014-4-6 14:05
樓主真強呀!
作者: 930417801    時間: 2014-4-14 18:03
手中還有器材，也想做一個，下來參考一下。
作者: zhaozilong    時間: 2014-4-25 22:35
真吊，不錯
作者: heam    時間: 2014-9-15 11:39
謝謝分享
作者: qa4563    時間: 2014-9-22 20:55
樓主真強呀!
作者: 悠風(fēng)蒲憐    時間: 2015-1-4 03:40
感謝分享!!!!!!!
作者: 悠風(fēng)蒲憐    時間: 2015-1-4 03:40
感謝分享!!!!!!!
作者: 84533243    時間: 2015-4-30 22:51
樓主，厲害啊，謝謝分享！�。。。。。�！期待有好的功能 語音計算器和頻譜展示
作者: 84533243    時間: 2015-4-30 22:52
作者: liaolinhui    時間: 2015-4-30 23:20
你好，我想問下語音報時怎么實現(xiàn)的，我也用這個芯片做了個點陣時鐘，我也想加入語音功能
作者: hlwekopiy    時間: 2015-5-30 21:08
想學(xué)習(xí)一下紅外的代碼
作者: pcbaby    時間: 2016-4-9 23:20
牛啊，終于找到你
作者: 巴斯光年白    時間: 2016-6-8 18:18
回帖是一種美德，樓主強大



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