桂林电子科技大学信息科技学院嵌入式实训下

1、嵌入式系统开发与应用实训实训报告倒计时秒表1 整机设计1.1 设计要求使用 Qt 编程，在 ARM 实验箱的液晶显示屏幕上实现 99 秒倒计时，采用AT89S51 单片机模块与 ARM9 实验箱之间的串口通信，实现数码管显示、按键控制的同步，通过按键可以实现“运行/暂停”、“调整计时初值”的功能，当倒计时到 0 时，会有指示灯闪烁或亮。使用串口连接单片机模块与 ARM9 实验箱，单片机模块要求：接收串口发来的命令进行输出显示，当按键按下后将按键信息通过串口发送出去；ARM9 实验箱模块要求：通过 Qt 编程实现相应的计算和控制功能。即单片机要求承担信息输入、输出的“中转站”功能，不承担主控任务

2、。1.1.1 设计任务采用 AT89S51 单片机与 ARM9 实验箱之间的串口通行，通过 Qt 编程设计一个99 秒倒计时秒表。1.1.2 性能指标要求1、使用 Qt 编程，在 ARM 实验箱的液晶屏幕上实现 99 秒倒计时；2、实验箱通过串口与单片机模块通信，实现数码管显示、按键控制的同步；3、通过按键实现“运行/暂停”、“调整计时初值”功能；4、倒计时为 0 时，指示灯闪烁；5、扩展多位数码管，实现多位显示（动态扫描）；2 方案设计2.1 方案论证方案一：做个简单的普通倒计时秒表。就是能让它倒计时，还可以同按键控制它的开始与暂停，能够实现单片机与实验箱之间的串口通信。方案二：做个多功能倒

3、计时秒表，通过按键可以实现“运行/暂停”、“调整计时初值”功能，让单片机承担主控任务，ARM 实验箱上做的 UI 界面仅仅承担同步显示功能。方案三：做个多功能倒计时秒表，通过按键可以实现“运行/暂停”、“调整计时初值”功能，单片机可以接收串口发来的命令进行输出显示，当按键按下后将按键信息通过串口发送出去，ARM 实验箱可以实现与单片机的同步，同时可以进行互相控制，即通过 ARM 实验箱可以控制单片机显示和 ARM 实验箱上的 UI 的同步显示，繁反之通过单片机也可以控制实验箱与单片机的同步操作功能。显示采用多位数码管来实现。经过以上对方案的说明：方案一过于简单，无法实现本次实训的功能要求；方案

4、二叫方案一有改进，但是无法实现互相控制的功能要求，也就是失去了本次实训的意思（本次实训主要是 ARM 上的 Qt 编程）；本次实训采用了方案三。2.2 工作原理AT89S51 单片机支持串口通信，串口有 4 个模式。可分别用串并转换、并串转换、异步串行通信(2 中模式)。异步串行通信中，有 1+8+1 和 1+8+1+1 两种帧格式，多机通信是特殊的通信方式。基本原理是两组移位寄存器，将并行通信转换成串行通信模式（发送部分），或反之（接收部分）。可全双工运行。速度通过移位脉冲决定，具体一般通过定时器1的自动壮哉模式产生的溢出脉冲给出。以上是物理层和数据链路层的单片机串口模式的约定，其他层需要软

5、件人员根据需要自行把握。另外。电平需要根据实际通信环境做改变，如232、485或红外等。SCS2410 UART单元提供2个独立的异步串行通信口。皆可共组于中断和DMA模式，每个单元UART单元包含一个16字节的FIF0，用于数据接收和发送，SCS2410 UART包括可编程波特率、红外发送/接收、1/2个停止位、5位/5位/7位/8位数据宽度和奇偶校验。虚拟机可以在串口模式下试下与SCS2410 UART的通信，SCS2410 显示终端2实现程序的功能后，可以通过串口与与51单片机实现串口通信。通过对两芯片的一些专用寄存器的应用，就可以实现两机之间的彼此通信。2.3总体框图倒计时秒表设计总体

6、框图2.4各功能电路实现原理及电路设计1)单片机最小系统：保证单片机的正常工作，一般包括:单片机、晶振电路、复位电路。见左下图。单片机最小系统下载口2)下载口：单片机的程序下载接口，主要接在单片机的P1口还有就是复位接口、电源和地（GND）。见右上图3)报警指示电路：报警指示电路由二极管、三极管、蜂鸣器和两电阻组成，倒计时到0的状态下，禁止倒计时，二极管闪烁，发出报警声。见右下图报警指示电路按键电路4)按键电路：由四个按键、四个电阻组成分别实现秒表暂停/运行、加计时、减计时、复位功能。见左上图。5)数码管显示电路：采用的是共阴数码管，通过动态扫描实现秒表数字的显示。见右下图数码管显示电路路串口

7、连接电6)串口连接电路：采用的是MAX232电压转换芯片，通过电压转换芯片连接串口，实现单片机与arm间的串口通信。见左上图3 软件设计3.1 UI截面图#include widget.h#include ui_widget.hWidget:Widget(QWidget *parent) :QWidget(parent),ui(new Ui:Widget)ui-setupUi(this);ui-lcdNumber-setSmallDecimalPoint(true);sec=43.21;ui-lcdNumber-display(sec);SEC = 60;ui-spinBox-setValue

8、(SEC);s1 = new QTimer;connect(s1,SIGNAL(timeout(),this,SLOT(display();connect(ui-pushButton_3,SIGNAL(clicked(),this,SLOT(run_stop();connect(ui-pushButton_4,SIGNAL(clicked(),this,SLOT(reset();connect(ui-pushButton,SIGNAL(clicked(),this,SLOT(add();connect(ui-pushButton_2,SIGNAL(clicked(),this,SLOT(sub

9、();s2 = new QTimer;s2-start(100);connect(s2,SIGNAL(timeout(),this,SLOT(readCom();myCom = newPosix_QextSerialPort(/dev/tts/0,QextSerialBase:Polling);myCom -open(QIODevice:ReadWrite);/以读写方式打开串口myCom-setBaudRate(BAUD9600);/波特率设置，我们设置为9600myCom-setDataBits(DATA_8);/数据位设置，我们设置为8位数据位myCom-setParity(PAR_NO

10、NE);/奇偶校验设置，我们设置为无校验myCom-setStopBits(STOP_1);/停止位设置，我们设置为1位停止位myCom-setFlowControl(FLOW_OFF);/数据流控制设置，我们设置为无数据流控制myCom-setTimeout(50);Widget:Widget()delete ui;void Widget:display()sec = sec - 0.01;if(seclcdNumber-display(0);update();send(sec,1,0);elsesend(sec,0,0);ui-lcdNumber-display(sec);void Wid

11、get:run_stop()QString str = ui-pushButton_3-text();if(str = Start)s1-start(10);ui-pushButton_3-setText(Stop);elses1-stop();ui-pushButton_3-setText(Start);void Widget:reset()SEC = ui-spinBox-value();ui-lcdNumber-display(sec = SEC);send(sec,0,1);update();void Widget:paintEvent(QPaintEvent *)QPainter p

12、ainter(this);painter.setPen(Qt:gray);if (sec readAll();switch(temp0)case 0 x01:run_stop();break;case 0 x02:add();break;case 0 x03:sub();break;case 0 x04:reset();break;default:break;void Widget:add()if(SEC = 99.0)return;elseui-spinBox-setValue(+SEC);void Widget:sub()if(SEC = 0.0)return;elseui-spinBox

13、-setValue(-SEC);void Widget:send(double p,int ledd,int spk)char str4;str0 = 0 xBB;str2 = (int)m + 1 * 128;str1 = (int)(m - (int)m)*100) + 1 * 128;str3 = 0;myCom-write(str);4 制作与调试过程首先在收集资料的基础上画好原理图，自己编写单片机程序，然后用proteus仿真软件验证功能的正确性。在仿真实现的情况下，做出硬件电路板，首先通过下载接口将硬件电路与电脑连接，这个下载接口不仅仅可以下载程序还可以给芯片供电，接好下载线后，测

14、试芯片是否可以正常工作，在芯片和各个模板电路能正常工作的情况下，将之前写好的程序下载到硬件电路上。之后就开始用Qt编写ARM的程序，花了两天的时间终于编写好了ARM的c+程序，在编译通过之后。就开始在虚拟机中运行测试，之后到实验室将虚拟机与ARM实验箱通过串口连接起来。在ARM实验箱的显示屏上验证倒计时秒表功能与实训要求是否相符合,即将Qt写好的程序先拷贝到虚拟机下运行，再通过Qt的嵌入式开发工具链编译链接生成实验箱可以执行的文件，将这个可执行文件拷贝到实验箱与虚拟机共享目录下运行，在实验箱上观察秒表倒计时显示是否与题目要求099倒计时相符合，同时验证报警指示功能是否与实训要求相符合，接着就是

15、测试四个功能的作用是否是题目要求相匹配，我首先按下暂停/运行按键，观察秒表到时候是否可以正常运行，再在暂停状态下按下秒表复位，验证秒表是否可以实现复位功能，在接着在此状态下验证加计时和减计时的功能是否可以实现。接着拔掉电脑的串口线，通过串口线连接单片机与实验箱，验证各个按键功能和显示显示是否可以同步，同时是否可以互相控制。我在硬件电路完美实现的情况下，按照的上面的调试过程去做，结果是没有遇到什么不正常的问题，我的硬件做出来就可以正常工作了。4 电路测试硬件电路完成之后验证基本功能，即对数码管显示功能的测试，通过编写一个简单的小程序给数码管相应的 I/O 赋值，观察数码管是否可以正常;接着就是验

16、证按键是否可以正常使用，在验证数码管小程序的基础之上加入按键功能，对按键I/O 进行修改这样完成了对四个按键的测试；蜂鸣器和指示灯的测试就是对相应I/O 赋值观蜂鸣器是否可以发出声音和指示灯是否可以正常显示。串口的测试就是编写单片机和 ARM 小程序，进行简单的通信观察彼此是否可以收发字符串。正确测试电路这些基本功能之后就可以进行试训程序的编写了。4.1 指标测试1、099 秒倒计时的正常显示；2、报警声音和指示灯在倒计时结束时能按规定运行；3、四个按键分别可以实现秒表的暂停/运行，复位，加计时，减计时；4、可以扩展其他功能（数码管的多位显示，报警功能）4.2 误差分析实训过程中对于电路测试中

17、出现了一些误差，首先出现的就是数码管的显示，通过对数码管引脚图的分析，最后成功解决；还有就是功能按键不起作用，通过对按键引脚电平的从测试（在按下前后状态下），最后也成功解决此误差；还有就是程序误差，实验箱与单片机之间不能实现同步控制，最后通过对程序的修改也成功解决。附 录1、 电路原理图2、 PCB图3、 UI截面图4、 片机程序#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intunsigned char cnt;/ 区分数码管显示位/ 按键锁定unsigned char KEY = 0;unsigned char spe

18、ak = 1;unsigned char led = 0;/蜂鸣器 不响/指示灯 不亮int mg=43,ms=21;/数码管整数位（099）小数位（099） 初始化显示数字unsigned chartab=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f; /数码管0-9断码表void uart_isr() interrupt 4I/O中断/中断方式4，串行口/*接收模块0 xBB 表示接下来要接收两个数码管数据单片机串行口数据缓冲器SBUF*/if(RI)/接收中断标志位RIRI = 0;if(SBUF = 0 xBB)

19、while(!RI);RI=0;ms=SBUF;ms = SBUF & 0 x7f;led = SBUF/128;while(!RI);RI=0;mg=SBUF;mg = SBUF & 0 x7f;speak = !(SBUF/128);void Com_Init(void)/计数器初始化TMOD = 0 x20;/T1计时器PCON = 0 x00;/波特率不倍增，在方式1、2、3中0表示不倍增，1表示倍SCON = 0 x50;/ 串行口控制器配置增TH1 = 0 xFD; /T1高8位TL1 = 0 xFD;/T1地8位TR1 = 1;ES=1;void Timer_Init(void)

20、/配置定时器TMOD|=0 x01;TH0=0 xFC;TL0=0 x18;TR0=1;EA=1;ET0=1;void Show_Init() /按键、蜂鸣器初始状态P2_0=1;P2_1=1;P2_2=1;P2_3=1;P1_2=1;void delay(void)/延时unsigned char a,b;for(b=249;b0;b-)for(a=17;a0;a-);void timer() interrupt 1 using 0 /中断方式1TH0=0 xFC;TL0=0 x18;switch(cnt%4)/数码管动态扫描case 0:P2_4=0;P2_5=1;P2_6=1;P2_7=

21、1;P0=tabmg/10;break;case 1:P2_4=1;P2_5=0;P2_6=1;P2_7=1;P0=tabmg%10+128;break;case 2:P2_4=1;P2_5=1;P2_6=0;P2_7=1;P0=tabms/10;break;case 3:P2_4=1;P2_5=1;P2_6=1;P2_7=0;P0=tabms%10;break;P3_7 = speak;P1_2 = led;cnt+;/定义蜂鸣器接口/定义led指示灯接口void send(unsigned char c)SBUF = c;while(!TI);TI = 0;/发送中断标志位TIvoid m

22、ain()Com_Init();Timer_Init();Show_Init();while(1)/*发送模块暂停/启动：启动停止按键加：整数位上限加一减：整数位上限减一复位：清除当前数字 恢复*/if(!KEY)if(!P2_0) /暂停/启动delay();if(!P2_0)send(0 x01);KEY=1;if(!P2_1) /加计数按键delay();if(!P2_1)send(0 x02);KEY=1;if(!P2_2)/减计数按键delay();if(!P2_2)send(0 x03);KEY=1;if(!P2_3) /复位按键delay();if(!P2_3)send(0 x0

23、4);KEY=1;if(P2_0 & P2_1 & P2_2 & P2_3) /锁定按键 使其只能按一次发一次delay();if(P2_0 & P2_1 & P2_2 & P2_3)KEY=0;5、 Qt的C+程序#include widget.h#include ui_widget.hWidget:Widget(QWidget *parent) :QWidget(parent),ui(new Ui:Widget)ui-setupUi(this);ui-lcdNumber-setSmallDecimalPoint(true);sec=43.21;ui-lcdNumber-display(se

24、c);SEC = 60;ui-spinBox-setValue(SEC);s1 = new QTimer;connect(s1,SIGNAL(timeout(),this,SLOT(display();connect(ui-pushButton_3,SIGNAL(clicked(),this,SLOT(run_stop();connect(ui-pushButton_4,SIGNAL(clicked(),this,SLOT(reset();connect(ui-pushButton,SIGNAL(clicked(),this,SLOT(add();connect(ui-pushButton_2

25、,SIGNAL(clicked(),this,SLOT(sub();s2 = new QTimer;s2-start(100);connect(s2,SIGNAL(timeout(),this,SLOT(readCom();myCom = newPosix_QextSerialPort(/dev/tts/0,QextSerialBase:Polling);myCom -open(QIODevice:ReadWrite);/以读写方式打开串口myCom-setBaudRate(BAUD9600);/波特率设置，我们设置为9600myCom-setDataBits(DATA_8);/数据位设置，我们设置为8位数据位myCom-setParity(PAR_NONE);/奇偶校验设置，我们设置为无校验myCom-setStopBits(STOP_1);/停止位设置，我们设置为1位停止位myCom-setFlowControl(FLOW_OFF);/数据流控制设置，我们设置为无数据流控制myCom-setTimeout(50);Widget:Widget()delete ui;void Widget:display()sec = sec - 0.01;if(seclcdNumbe