單片機原理及應用課程設計

1、武漢理工大學單片機應用實習實習執(zhí)行大綱一、實習目的1、鞏固單片機原理與應用理論課的理論知識；2、熟悉單片機應用系統(tǒng)的硬件設計及軟件設計的基本方法；3、將單片機原理與應用理論課的理論知識應用于實際的應用系統(tǒng)中；4、訓練單片機應用技術，鍛煉實際動手能力。二、實習紀律與要求1、實習紀律1）參加實習的學生必須按照實習大綱的要求，在指導教師的指導下，全面完成實習任務；2）聽從指導教師安排，嚴格遵守實習紀律；3）因故在實習期間缺勤累計超過規(guī)定時間的三分之一，不得參加本次實習考核，但可在補足所缺天數(shù)后再給予考核并評定實習成績。2、基本要求1）利用 PROTEL等軟件進行硬件設計；2）利用 Keil uV2軟

2、件完成應用系統(tǒng)軟件設計；3）利用 stc-isp軟件完成在系統(tǒng)編程、下載，并完成系統(tǒng)軟件調試；4）題目由指導教師提供；5）要求每個學生單獨完成硬件軟件設計、仿真、焊接、調試任務；6）寫出實習報告，實習報告主要包括以下內容：目錄、摘要、關鍵詞、基本原理、方案論證、硬件設計、軟件設計( 帶流程圖、程序清單 ) 、仿真結果、實物運行結果照片、結論、參考文獻等；7）實習完成后通過答辯；8）答辯時交實習報告電子文檔，通過答辯后根據(jù)修改意見修改并打印、裝訂成冊。三、實習地點武漢理工大學信息工程學院通信實驗室。四、實習時間武漢理工大學單片機應用實習2013 年 12 月 25 日 -2014年 1 月 9

3、日。實習單位：武漢理工大學信息工程學院參觀考察單位：（1）武漢理工大學信息工程學院國創(chuàng)課題小組（2）武漢理工大學信息工程學院開放實驗室（3）武漢理工大學電工電子實習中心（ 4）（ 5）（ 6）實習開始時間： 20 13 年 12 月 25 日，實習時間共15 天。完成實習報告時間： 20 14年1月9日。武漢理工大學單片機應用實習目錄摘要 .IIAbstract .III1基本原理 .11.1 STC89C52硬件結構 .11.2單片機基本功能 .12方案論證 .42.1 I/O 口選擇 .42.2矩陣鍵盤功能選擇 .43硬件設計 .53.1單片機最小系統(tǒng)的搭建 .53.2矩陣鍵盤 .53.3

4、顯示模塊 .63.4串口通信模塊 .74軟件設計 .84.1設計流程 .84.2程序清單 .105系統(tǒng)仿真 .115.1數(shù)據(jù)輸入 .115.2數(shù)據(jù)輸出 .115.3串口通信 .126實物圖片 .137實習總結 .148參考文獻 .15附錄一：主機程序 .16附錄二：輔機程序 .32附錄三：材料清單 .36I武漢理工大學單片機應用實習摘要單片機最小系統(tǒng)是一個單片機運行基本功能所需的最小電路， 其電路連接簡單，可通過計算機編程控制實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入、 數(shù)據(jù)輸出以及串口通信的功能。 一個最小系統(tǒng)通常包含晶體震蕩電路、 復位電路、數(shù)碼管顯示電路、 矩陣鍵盤電路和作為核心的主芯片。 為了能夠讓單片機與計算機相

5、連， 一般還需配備下載電路以及供電電路。作為單片機核心的主芯片，現(xiàn)在使用較為普遍的是 Atmel 公司生產的 51 系列單片機，它具有 8 位 cpu，4K 的 ROM ，128K 的 RAM 以及四個 8 位并行的可輸入輸出的 I/O 口。Proteus是一款單片機仿真軟件，它包含計算機仿真以及PCB 板制作兩個模塊，通過運用它的仿真模塊， 我們可以實現(xiàn)在計算機上完成對各種功能的設計與仿真，而無需實際去操作單片機，節(jié)省了大量的時間與金錢。關鍵詞：單片機， Atmel ，89C52，仿真II武漢理工大學單片機應用實習AbstractMicrocontroller is the minimum

6、circuit for a single-chip microcomputer minimum system to complete the basic functions , its circuit connection is simple and can be controlled by computer programming for data input, data output and serial communication function. A minimum system usually contains crystal oscillation circuit, reset

7、circuit, digital tube display circuit, matrix keyboard circuit and main chip as the core. In order to let the single-chip computer connected to the computer, generally will need to be equipped with download circuit and power supply circuit.As the main chip microcontroller core, the most popular chip

8、 is produced by Atmel company now 51 series microcontroller, it has 8-bit CPU, ROM of 4 k, 128 k RAM and four 8-bit parallel I/O ports can be input and output.The Proteus is a single-chip microcomputer simulation software, it includes the computer simulation and PCB production, by using its simulati

9、on module, we can complete the design and simulation of various functions on computer, without having to actually go to SCM operation, that saves a lot of time and money.Keywords：MCU ，Atmel ，89C52， simulationIII武漢理工大學單片機應用實習1 基本原理1.1 STC89C52 硬件結構1、包括 CPU、4KB容量的 ROM、128 B 容量的 RAM、 2 個 16 位定時 / 計數(shù)器、4

10、 個 8 位并行口、全雙工串口行口、 ADC/DAC、SPI、I2C、ISP、 IAP。2、系統(tǒng)結構簡單，使用方便，實現(xiàn)模塊化；3、單片機可靠性高，可工作到106 107 小時無故障；4、處理功能強，速度快。5、低電壓，低功耗，便于生產便攜式產品6、控制功能強7、環(huán)境適應能力強。1.2 單片機基本功能1. 運算器運算器由運算部件 算術邏輯單元（Arithmetic & Logical Unit ，簡稱 ALU）、累加器和寄存器等幾部分組成。 ALU的作用是把傳來的數(shù)據(jù)進行算術或邏輯運算，輸入來源為兩個 8 位數(shù)據(jù)，分別來自累加器和數(shù)據(jù)寄存器。 ALU能完成對這兩個數(shù)據(jù)進行加、 減、與、

11、或、比較大小等操作， 最后將結果存入累加器。 例如，兩個數(shù) 6 和 7 相加，在相加之前，操作數(shù) 6 放在累加器中， 7 放在數(shù)據(jù)寄存器中，當執(zhí)行加法指令時， ALU即把兩個數(shù)相加并把結果 13 存入累加器，取代累加器原來的內容 6。運算器有兩個功能：(1) 執(zhí)行各種算術運算。(2) 執(zhí)行各種邏輯運算，并進行邏輯測試，如零值測試或兩個值的比較。1武漢理工大學單片機應用實習運算器所執(zhí)行全部操作都是由控制器發(fā)出的控制信號來指揮的，并且，一個算術操作產生一個運算結果，一個邏輯操作產生一個判決。2. 控制器控制器由程序計數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時序發(fā)生器和操作控制器等組成，是發(fā)布命令的“決策機構

12、”， 即協(xié)調和指揮整個微機系統(tǒng)的操作。 其主要功能有：(1) 從內存中取出一條指令，并指出下一條指令在內存中的位置。(2) 對指令進行譯碼和測試，并產生相應的操作控制信號，以便于執(zhí)行規(guī)定的動作。(3) 指揮并控制 CPU、內存和輸入輸出設備之間數(shù)據(jù)流動的方向。微處理器內通過內部總線把 ALU、計數(shù)器、 寄存器和控制部分互聯(lián)，并通過外部總線與外部的存儲器、 輸入輸出接口電路聯(lián)接。 外部總線又稱為系統(tǒng)總線， 分為數(shù)據(jù)總線 DB、地址總線 AB和控制總線 CB。通過輸入輸出接口電路， 實現(xiàn)與各種外圍設備連接。3. 主要寄存器（ 1）累加器 A累加器 A是微處理器中使用最頻繁的寄存器。 在算術和邏輯運

13、算時它有雙功能：運算前，用于保存一個操作數(shù)； 運算后，用于保存所得的和、 差或邏輯運算結果。（ 2）數(shù)據(jù)寄存器DR數(shù)據(jù)寄存器通過數(shù)據(jù)總線向存儲器和輸入 / 輸出設備送（寫）或?。ㄗx）數(shù)據(jù)的暫存單元。 它可以保存一條正在譯碼的指令， 也可以保存正在送往存儲器中存儲的一個數(shù)據(jù)字節(jié)等等。（ 3）指令寄存器IR 和指令譯碼器 ID指令包括操作碼和操作數(shù)。指令寄存器是用來保存當前正在執(zhí)行的一條指令。當執(zhí)行一條指令時，先把它從內存中取到數(shù)據(jù)寄存器中， 然后再傳送到指令寄存器。 當系統(tǒng)執(zhí)行給定的指令時，必須對操作碼進行譯碼， 以確定所要求的操作， 指令譯碼器就是負責這項工作的。其中，指令寄存器中操作碼字段的

14、輸出就是指令譯碼器的輸入。2武漢理工大學單片機應用實習（ 4）程序計數(shù)器PCPC用于確定下一條指令的地址， 以保證程序能夠連續(xù)地執(zhí)行下去， 因此通常又被稱為指令地址計數(shù)器。 在程序開始執(zhí)行前必須將程序的第一條指令的內存單元地址（即程序的首地址）送入 PC，使它總是指向下一條要執(zhí)行指令的地址。（ 5）地址寄存器AR地址寄存器用于保存當前 CPU所要訪問的內存單元或 I/O 設備的地址。由于內存與 CPU之間存在著速度上的差異，所以必須使用地址寄存器來保持地址信息，直到內存讀 / 寫操作完成為止。顯然，當 CPU向存儲器存數(shù)據(jù)、 CPU從內存取數(shù)據(jù)和 CPU從內存讀出指令時，都要用到地址寄存器和數(shù)

15、據(jù)寄存器。 同樣，如果把外圍設備的地址作為內存地址單元來看的話， 那么當 CPU和外圍設備交換信息時， 也需要用到地址寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。3武漢理工大學單片機應用實習2 方案論證2.1 I/O 口選擇由于本次實習完成的任務為數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸出以及串口通信，故而需要使用矩陣鍵盤、數(shù)碼管和作為輔機的單片機三個模塊，所以除P3 口為串口通信外，其他 I/O 口均作為通用 I/O 使用。本次實習中，我選擇 P1 口為矩陣鍵盤掃描端口， P0 為數(shù)碼管段選輸入， P2 為數(shù)碼管位選輸入。2.2 矩陣鍵盤功能選擇根據(jù)實習任務要求，需要完成對0-9 的輸入輸出，實現(xiàn)主控制、數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)輸出、串口通信、回車、

16、清除的功能鍵，所以采用4×4 的矩陣鍵盤，通過P1 口對行和列的掃描，判斷出按鍵位置，從而判斷每個鍵實現(xiàn)的功能。4武漢理工大學單片機應用實習3 硬件設計3.1 單片機最小系統(tǒng)的搭建單片機最小系統(tǒng)由晶體震蕩電路，復位電路，以及EA 置高電平組成，具體電路如下圖所示。圖 3-1 最小系統(tǒng)3.2 矩陣鍵盤本次采用的 4× 4 矩陣鍵盤采用的是行列分別掃描確定其位置的方法，所以將每行連接起來，分別與P1 的低四位相連；每列連接起來，分別于P1 的高四位相連。5武漢理工大學單片機應用實習圖 3-2矩陣鍵盤電路3.3 顯示模塊顯示模塊由 6 塊八段共陰數(shù)碼管組成，其中段選端口與P0 相

17、連，控制八段led 的亮與滅，位選端口與P2 相連，控制顯示第幾塊數(shù)碼管。圖 3-3八段數(shù)碼管6武漢理工大學單片機應用實習圖 3-4 數(shù)碼管顯示模塊3.4 串口通信模塊串口通信要求使用兩個相同的最小系統(tǒng)，并將P3 口的 RXD 與 TXD 端交叉相連，所以只需將原電路簡單復制并連接RXD 與 TXD 即可。圖 3-5串口通信電路7武漢理工大學單片機應用實習4 軟件設計4.1 設計流程1. 主程序流程主程序鍵盤掃描N有鍵按下？B數(shù)據(jù)輸入2. 數(shù)據(jù)輸入流程圖Y判斷按鍵CDE清零數(shù)據(jù)輸出串口通信圖 4-1主程序流程圖當進入數(shù)據(jù)輸入模塊后， 通過鍵盤掃描， 獲得所要存數(shù)據(jù)的序號， 并存入數(shù)組中，繼續(xù)掃

18、描鍵盤，當?shù)玫交剀嚨拇_認后，開始進入數(shù)字輸入的步驟，輸入過程中按下回車或輸入滿四位則結束本次輸入并開始下一次輸入。任一步驟中按下主控制鍵則中斷操作回到主程序當中。8武漢理工大學單片機應用實習數(shù)據(jù)輸入鍵盤掃描NN有鍵按下？Y控制鍵判斷主程序數(shù)字其他序號輸入不變數(shù)字掃描并判斷回車內容輸入回車結束輸入圖 4-2 數(shù)據(jù)輸入流程9武漢理工大學單片機應用實習3. 數(shù)據(jù)輸出當選擇數(shù)據(jù)輸出時， 通過鍵入數(shù)字， 數(shù)碼管顯示相應序號的內容，此時若回車，則可進行下一次輸出。在輸出的全過程中鍵入控制鍵則回到主程序。4. 清零當選擇清零時， 直接將所存入的數(shù)據(jù)全部清零，并且數(shù)碼管全亮， 自動回到主程序。5. 串口通信當

19、選擇串口通信時， 輔機與主機輸出一模一樣， 但僅限顯示鍵入的數(shù)字， 不具有其他功能，若按下控制鍵則返回主程序。4.2 程序清單1. 主機程序見附錄一；輔機程序見附錄二。10武漢理工大學單片機應用實習5 系統(tǒng)仿真5.1 數(shù)據(jù)輸入主程序中，依次輸入數(shù)據(jù)輸入鍵，按下1，回車， 1，2，3，回車，仿真結果如圖所示：圖 5-1數(shù)據(jù)輸入此時，序號為 1 的數(shù)組中存入 123，并且系統(tǒng)準備下一次數(shù)據(jù)輸入。5.2 數(shù)據(jù)輸出主程序中，依次鍵入數(shù)據(jù)輸出鍵，1，回車， 2，回車。若一組存放123，二組存放 2345，則仿真結果如下：圖 5-2數(shù)據(jù)輸出11武漢理工大學單片機應用實習5.3 串口通信將兩個最小系統(tǒng)搭建在

20、一起后，在主程序中依次鍵入串口通信鍵，123456789。結果如下圖所示圖 5-3串口通信 1圖 5-4串口通信 212武漢理工大學單片機應用實習6 實物圖片圖 6-1 數(shù)碼管模塊圖 6-2 最小系統(tǒng)圖 6-3 矩陣鍵盤模塊13武漢理工大學單片機應用實習7 實習總結這次單片機實習， 讓我學到了不少新知識， 同時讓我對舊的知識有了更深刻的記憶和理解，也認識到了自己在實際編程過程中思維不夠縝密所帶來的各種缺陷，讓我受益匪淺。說實話，在這次實習以前，我只用 PCB 板焊過一個簡易的 51 單片機，之后就沒有用過也沒有接觸過相關的知識， 所以在此之前我對單片機的了解僅限于尹勇老師在課堂上的講授以及學校

21、的實驗室中做的簡單的實驗。 而這次實習的要求卻與實際聯(lián)系非常緊密，需要在編程中的每一步都要考慮周全，一旦出現(xiàn)紕漏，系統(tǒng)將出現(xiàn)各種 bug，甚至不能實現(xiàn)基本功能，所以在程序的編輯中，我的思維邏輯以及對整個程序的大局觀得到了極大的提升。令人意外的是很久之前焊過的這個單片機的功能完全可以實現(xiàn)， 但是數(shù)碼管的個數(shù)不滿足要求， 于是我并沒有再去重新焊一個單片機， 而是做了矩陣鍵盤和顯示模塊，這樣，既節(jié)省了材料也使這些模塊可以靈活的重復利用。在軟件仿真的過程中，我新接觸了 Proteus這個以前沒使用過的軟件，通過自學和同學的幫助，完成了一系列的繪圖仿真，也是受益頗深。最后，將電腦上的程序下到單片機并成功

22、運行的一刻， 我感受到了努力的成果所帶來的喜悅，也令我對于單片機的興趣更濃了一層。14武漢理工大學單片機應用實習8 參考文獻1 尹勇 撒繼銘等 , 單片計算機原理及應用（第 1 版） , 科學出版社 , 2013 年2 謝自美 . 電子線路設計·實驗·測試 ( 第三版 ). 武漢：華中科技大學出版社3 李群芳 . 單片微型計算機與接口技術（第 3 版） . 電子工業(yè)出版社， 20084 劉教瑜 . 單片機原理及應用 . 武漢理工大學出版社， 20115 張東亮 . 單片機原理與應用 . 人民郵電出版社， 2009.6 V.Yu.Teplov,A.V.Anisimov. Th

23、ermostatting System Using a Single-ChipMicrocomputer and Thermoelectric Modules Based on the Peltier EffectJ,20027 Yeager Brent. How to troubleshoot your electronic scaleJ. Poeder and Bulk Engineering.199515武漢理工大學單片機應用實習附錄一：主機程序#include<reg52.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned c

24、har#define IOAP0#define IOBP1#define IOCP2/* 延時程序*/void delay(uint t)uint i;while(t-)for (i=0;i<125;i+)/* 鍵盤掃描程序*/uchar keyscan() int i=1;uchar scancode,tmpcode;16武漢理工大學單片機應用實習IOB = 0xf0;/ 發(fā)全 0 行掃描碼if (IOB&0xf0)!=0xf0)/ 若有鍵按下delay(10);/ 延時去抖動if (IOB&0xf0)!=0xf0)/ 延時后再判斷一次，去除抖動影響scancode =

25、 0xfe;while(scancode&0x10)!=0)/ 逐行掃描IOB = scancode;/ 輸出行掃描碼if (IOB&0xf0)!=0xf0)/ 本行有鍵按下tmpcode = (IOB&0xf0)|0x0f;/ 返回特征字節(jié)碼，為 1 的位即對應于行和列while(IOB&0xf0)!=0xf0)/等待按鍵釋放i=0;return(scancode)+(tmpcode);scancode = (scancode<<1)|0x01;/ 行掃描碼左移一位return 0;/ 無鍵按下，返回值為0/* 獲得按鍵輸出數(shù)據(jù)*/17武漢理工大學

26、單片機應用實習uchar Getkey(uchar get_key)uchar key;switch(get_key)case 0x11:/ 1 行 1 列，數(shù)字 1key=0x06;break;case 0x21:/ 1 行 2 列，數(shù)字 2key=0x5b;break;case 0x41:/ 1 行 3 列，數(shù)字 3key=0x4f;break;case 0x81:/ 1 行 4 列，數(shù)字 0key=0x3f;break;case 0x12:/ 2 行 1 列，數(shù)字 4key=0x66;break;case 0x22:/ 2 行 2 列，數(shù)字 5key=0x6d;break;case 0x

27、42:/ 2 行 3 列，數(shù)字 6key=0x7d;break;case 0x82:/ 2 行 4 列，回車鍵顯示 akey=0x40;break;18武漢理工大學單片機應用實習case 0x14:/ 3 行 1 列，數(shù)字 7key=0x07;break;case 0x24:/ 3 行 2 列，數(shù)字 8key=0x7f;break;case 0x44:/ 3 行 3 列，數(shù)字 9key=0x6f;break;case 0x84:/ 3 行 4 列，清除顯示 ckey=0x39;break;case 0x18:/ 4 行 1 列，數(shù)據(jù)輸入顯示 bkey=0x7c;break;case 0x28:

28、/ 4 行 2 列，數(shù)據(jù)顯示顯示 dkey=0x5e;break;case 0x48:/ 4 行 3 列，串口通信顯示 ekey=0x79;break;case 0x88:/ 4 行 4 列，控制顯示 fkey=0x71;break;default:break;return key;19武漢理工大學單片機應用實習/* 檢索數(shù)字序號*/int Getnumber(uchar key)int m=0;switch(key)case 0x06:/1行 1列，數(shù)字 1m=1;break;case 0x5b:/1行 2列，數(shù)字 2m=2;break;case 0x4f:/1行 3列，數(shù)字 3m=3;br

29、eak;case 0x3f:/1行 4列，數(shù)字 0m=0;break;case 0x66:/2行 1列，數(shù)字 4m=4;break;case 0x6d:/2行 2列，數(shù)字 5m=5;break;case 0x7d:/2行 3列，數(shù)字 6m=6;break;20武漢理工大學單片機應用實習case 0x07:/ 3 行 1 列，數(shù)字 7m=7;break;case 0x7f:/ 3 行 2 列，數(shù)字 8m=8;break;case 0x6f:/ 3 行 3 列，數(shù)字 9m=9;break;default:break;return m;/* 數(shù)碼管的動態(tài)顯示函數(shù)*/void Display(ucha

30、r (*p)6,int m)IOC=0xfe; / 選擇數(shù)碼管 1IOA=*(*(p+m)+0);delay(1);/延時IOC=0xfd; / 選擇數(shù)碼管 2IOA=*(*(p+m)+1);delay(1);/延時IOC=0xfb; / 選擇數(shù)碼管3IOA=*(*(p+m)+2);delay(1);/延時IOC=0xf7; / 選擇數(shù)碼管 4IOA=*(*(p+m)+3);delay(1);/延時21武漢理工大學單片機應用實習IOC=0xef; / 選擇數(shù)碼管 5IOA=*(*(p+m)+4);delay(1);/延時IOC=0xdf; / 選擇數(shù)碼管 5IOA=*(*(p+m)+5);de

31、lay(1);/* 數(shù)據(jù)輸入*/void Input(uchar (*p)6)int j=0;int i=1;int m=0;uchar key;uchar get_key;dowhile(1)if(get_key!=0&&get_key!=0x88&&get_key!=0x48&&get_key!=0x28&&get_ke y!=0x18&&get_key!=0x84&&get_key!=0x82)break;get_key = keyscan();/ 調用鍵盤掃描函數(shù)key=Getkey(get

32、_key); /獲得鍵盤數(shù)字 if(key!=0&&key!=0x39&&key!=0x7c&&key!=0x5e&&key!=0x79&&key!=0x71)22武漢理工大學單片機應用實習if(j=0)/輸入序號int k=0;m=Getnumber(key);*(*(p+m)+j)=key;/向數(shù)組中儲存數(shù)據(jù)while(1)Display(p,m);get_key=keyscan();key=Getkey(get_key);if(key!=0&&(key=0x40|key=0x39|key=0x

33、7c|key=0x5e|key=0x79|key=0x71)break;while(k=0|key=0x40)uchar a=key ;while(1)if(get_key!=0)break;get_key = keyscan();/ 調用鍵盤掃描函數(shù)key=Getkey(get_key);/獲得鍵盤數(shù)字if(key=0x40)/輸入回車，結束序號輸入j+;*(*(p+m)+j)=key;while(1)23武漢理工大學單片機應用實習Display(p,m);get_key=keyscan();key=Getkey(get_key);if(key!=0)break;key=0;k=1;if(key=0x39)/清除按鍵int q=0;IOC=0xfe;IOA= 0x39;while(q=0)while(1)get_key = keyscan();/ 調用鍵盤掃描函數(shù)if(get_key!=0)break