單片機(jī)小實(shí)驗(yàn)板系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明

目錄一、單片機(jī)微實(shí)驗(yàn)板的設(shè)計(jì)目的2、單片機(jī)微實(shí)驗(yàn)板設(shè)計(jì)要求3、單片機(jī)小實(shí)驗(yàn)板設(shè)計(jì)要求分析51MCU概述89C五、單片機(jī)微實(shí)驗(yàn)板設(shè)計(jì)原理5.1電源模塊5.2單片機(jī)最小電路5.3發(fā)光二極管(LED)模塊5.4LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示模塊5.5LED動態(tài)顯示模塊5.616位矩陣鍵盤模塊5.7音頻放大模塊5.8DS18B20數(shù)字溫度計(jì)模塊6.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和源代碼6.1流水燈、交通燈控制等6.2數(shù)碼管靜態(tài)顯示程序，如秒表、計(jì)數(shù)器等。6.3鍵盤顯示程序6.4數(shù)碼管動態(tài)顯示程序如數(shù)字時鐘等。6.5音頻節(jié)目6.6數(shù)字溫度計(jì)7、程序仿真和硬件調(diào)試中的問題及解決方法8.總結(jié)介紹通過本課程的設(shè)計(jì)，您將進(jìn)一步熟悉和掌握單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，鞏固和深化《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程編制依據(jù)知識，掌握簡單電子設(shè)計(jì)知識在實(shí)踐中的應(yīng)用。綜合運(yùn)用《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程和必備課程的理論和實(shí)踐知識，分析和解決電子設(shè)計(jì)問題，開展電子設(shè)計(jì)培訓(xùn)。學(xué)習(xí)電子設(shè)計(jì)的一般方法，掌握AT89C51芯片和簡單的電子設(shè)計(jì)流程和操作方式，培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思維和分析解決問題的能力，特別是整體設(shè)計(jì)能力。單片機(jī)微型實(shí)驗(yàn)板的設(shè)計(jì)目的掌握C51單片機(jī)各引腳的功能。詳細(xì)了解KEIILC51集成環(huán)境的使用。熟悉數(shù)碼管和DS18B20的原理和使用方法。精通電路焊接，能夠檢查存在的問題。精通程序的基本設(shè)計(jì)和調(diào)試。設(shè)計(jì)單片機(jī)微型實(shí)驗(yàn)板的用途1、掌握單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。2、掌握+5v穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)。3、發(fā)光二極管（LED）模組設(shè)計(jì)，如各種行車燈、跑馬燈、路口紅綠燈等。4、兩個發(fā)光數(shù)碼管的靜態(tài)顯示設(shè)計(jì)。5、六段發(fā)光數(shù)碼管動態(tài)顯示設(shè)計(jì)。6.4×4矩陣鍵盤設(shè)計(jì)。7、電子密碼鎖設(shè)計(jì)。8、音頻放大模塊設(shè)計(jì)。9、DS18B20數(shù)字溫度計(jì)模塊設(shè)計(jì)。單片機(jī)小實(shí)驗(yàn)板設(shè)計(jì)要求在電路板設(shè)計(jì)中，要注意元器件的封裝和各元器件之間的距離，盡量減少走線，減少交錯，增加電路板的穩(wěn)定性。焊接不得出現(xiàn)虛焊、短路，注意防止高溫?zé)龎牟糠衷骷碗娐钒?。程序設(shè)計(jì)應(yīng)減少每一個必要的分支，盡量提高程序的穩(wěn)定性和實(shí)用性。單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板設(shè)計(jì)要求分析設(shè)計(jì)方案以MC51單片機(jī)為基礎(chǔ)，采用LED顯示系統(tǒng)，輔以鬧鐘模塊、音響電子琴、溫度采集模塊、日期、鍵盤時間調(diào)整預(yù)設(shè)等模塊，構(gòu)建的數(shù)字時鐘系統(tǒng)可以動態(tài)顯示實(shí)時時鐘時間、分、秒、數(shù)據(jù)顯示，溫度調(diào)節(jié)模塊主要采用DS18B20設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)SB0、SB1、SB2、SB3四個按鍵，實(shí)現(xiàn)時鐘的正常顯示、時間調(diào)節(jié)、鬧鈴時間環(huán)境。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的大部分功能都是通過軟件實(shí)現(xiàn)的，使得電路簡單明了，系統(tǒng)穩(wěn)定性有待大幅度提高。AT89C51微控制器概述89S51引腳功能介紹：VCC：89S51電源正輸入，接+5V。VSS：電源地。XTAL1：用于單芯片系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸入。XTAL2：系統(tǒng)時鐘的反相放大器的輸出端通常設(shè)計(jì)為只要石英振蕩器系統(tǒng)連接到XTAL1和XTAL2即可工作。另外，可以在兩個引腳和地之間加一個20PF的小電容。使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，避免因噪聲干擾而導(dǎo)致的死機(jī)。重置：89S51的復(fù)位腳高電平有效。當(dāng)芯片復(fù)位時，只要將該管腳的電平拉高并保持兩個機(jī)器周期以上，AT89S51就可以完成系統(tǒng)復(fù)位。該動作使所有特殊功能寄存器的內(nèi)容置為已知狀態(tài)，并開始讀取程序代碼并執(zhí)行地址0000H處的程序。EA/Vpp：“EA”是英文“ExternalAccess”的縮寫，意思是訪問外部程序代碼，低電平動作，也就是說當(dāng)該引腳接低電平時，系統(tǒng)將訪問外部程序代碼（存儲在外部EPROM中）來執(zhí)行程序。因此，在8031和8032中，EA腳必須接低電平，因?yàn)闆]有程序存儲空間。如果使用8751程序空間，該引腳應(yīng)接高電平。另外，在將程序代碼燒寫到8751EPROM時，該引腳可用于輸入21V燒錄高壓（Vpp）。啤酒/程序：端口3的引腳設(shè)置：P3.0：RXD，串行通訊輸入。P3.1：TXD，串行通訊輸出。P3.2：INT0，外部中斷0輸入。P3.3：INT1，外部中斷1輸入。P3.4：T0，定時器計(jì)數(shù)器0輸入。P3.5：T1，定時計(jì)數(shù)器1輸入。P3.6：WR：外部數(shù)據(jù)存儲器的寫信號。P3.7：RD，外部數(shù)據(jù)存儲器的讀信號。單片機(jī)小型實(shí)驗(yàn)板設(shè)計(jì)原理整個電子鐘系統(tǒng)電路可分為6部分：中央處理器（CPU）、復(fù)位電路部分、顯示部分、鍵盤輸入部分、溫度采集部分。按模塊可分為8個部分：電源模塊、單片機(jī)最小電路、發(fā)光二極管（LED）模塊、發(fā)光數(shù)碼管靜態(tài)顯示模塊、發(fā)光數(shù)碼管動態(tài)顯示模塊，16位矩陣鍵盤模塊，音頻放大器模塊，DS18B20數(shù)字溫度計(jì)模塊。電源模塊電源部分采用MC7805三端穩(wěn)壓器，可將電壓穩(wěn)定在5V。Vcc接單片機(jī)第40腳，第20腳接地。微控制器最小電路1.復(fù)位電路MCS-51單片機(jī)的復(fù)位由外部復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)。復(fù)位引腳RST通過施密特觸發(fā)器連接到復(fù)位電路。施密特觸發(fā)器用于抑制噪聲。在每個機(jī)器周期的S5P2中，施密特觸發(fā)器的輸出電平被復(fù)位電路采樣一次后才能使用。獲取部分復(fù)位操作所需的信號。上電復(fù)位：上電復(fù)位電路是一個簡單的復(fù)位電路，只要將RST復(fù)位引腳接一個電容到VCC，一個電阻接地。上電復(fù)位是指系統(tǒng)上電時，復(fù)位電路通過電容給RST復(fù)位引腳加一個短高電平信號。該復(fù)位信號隨著VCC對電容器的充電過程而回落，因此RST引腳被復(fù)位。高電平保持時間取決于電容的充電時間。為了保證系統(tǒng)安全可靠的復(fù)位，RST引腳的高電平信號必須保持足夠長的時間。電路圖如下：上電自動復(fù)位是通過對外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。只要Vcc的上升時間不超過1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動上電復(fù)位。3.時鐘電路時鐘是單片機(jī)的心臟。單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行均以時鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊地工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機(jī)的運(yùn)行速度，而時鐘電路的好壞也直接影響到單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有兩種：一種是外時鐘法，另一種是外時鐘法。本文采用部分時鐘法。電路圖如下：MCS-51單片機(jī)部分有一個高增益反相放大器，用來組成一個振蕩器。高增益反相放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個引腳跨接在石英晶體振蕩器和微調(diào)電容上，形成一個穩(wěn)定的自振蕩振蕩器。發(fā)光二極管(LED)模塊采用低電平有效，共陽極連接。為了防止二極管擊穿，每個二極管串聯(lián)一個1K的限流電阻。LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示模塊采用共陽極八段數(shù)碼管，所以單片機(jī)I/O口低電平有效，分為2位和10位。LED動態(tài)顯示模組共陽數(shù)碼管共6個，每一個在片選端都有一個三極管放大驅(qū)動。74LS244為鎖存器，數(shù)據(jù)口占用8個I/O口。片選占用6個I/O端口。16位矩陣鍵盤模塊按鍵的開關(guān)狀態(tài)通過一定的電路轉(zhuǎn)換成高低電平狀態(tài)。按鍵關(guān)閉過程在相應(yīng)的I/O端口上形成一個負(fù)脈沖。關(guān)閉和釋放過程必須經(jīng)過一定的過程才能達(dá)到穩(wěn)定。這個過程是高低電平之間的不穩(wěn)定狀態(tài)，稱為抖動。通常抖動持續(xù)時間的長短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般在5-10ms之間。為了防止CPU多次處理單個關(guān)閉按鈕，應(yīng)采取措施消除抖動。本文采用獨(dú)立按鍵，直接使用I/O口組成單按鍵電路。每個按鍵占用一條I/O口線，每個按鍵的工作狀態(tài)互不影響。音頻放大器模塊經(jīng)LM386放大，最大輸出功率1W，失真低。適用于小型實(shí)驗(yàn)板的音頻放大。DS18B20數(shù)字溫度計(jì)模塊數(shù)字溫度傳感器采用DS18B20，只需一根信號線連接單片機(jī)，無需其他外接元件，電壓范圍為3.3V~5V，測溫范圍為155℃~+125℃，在-10℃~+85℃范圍內(nèi)，精度為±O實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和源代碼流水燈、交通燈控制等#include<AT89X51.h>//******流水燈向左移動--使用順序程序?qū)崿F(xiàn)******//voiddelay(unsignedintcount)//延時程序{無符號整數(shù)i,j,k;for(i=0;i<count;i++)對于(j=0;j<10;j++)對于(k=0;k<120;k++);}voidmain()//主函數(shù){P1=1；//P1口拉高電平while(1)//循環(huán){P1_0=0；//P1_0設(shè)置為低電平，低電平有效，LED亮延遲（100）；//延遲一秒P1_0=1；//P1_0設(shè)置為高電平，LED熄滅P1_1=0；//等等延遲（100）；P1_1=1；P1_2=0；延遲（100）；P1_2=1； P1_3=0；延遲（100）；P1_3=1；P1_4=0；延遲（100）；P1_4=1； P1_5=0；延遲（100）；P1_5=1；P1_6=0；延遲（100）；P1_6=1 P1_7=0；延遲（100）；P1_7=1；}}數(shù)碼管靜態(tài)顯示程序，如秒表、計(jì)數(shù)器等。#include<AT89X51.h>//******************************************************////數(shù)碼管------靜態(tài)工作模式實(shí)現(xiàn)//********************************************************//voiddelay(unsignedintcount)//延時程序{無符號整數(shù)i,j,k;for(i=0;i<count;i++)對于(j=0;j<10;j++)對于(k=0;k<120;k++);}無效的主要（）{ 無符號字符leddata[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//共陰極數(shù)碼管顯示形式 無符號整數(shù)x,y; x=0；y=0； //賦予初始值而（1）{ P2=leddata[x]； //展示 P1=leddata[y]； 延遲（30）； 是++； //攜帶 如果（y>9） { y=0； x++; 如果（x>9） { x=0； } }}}鍵盤顯示程序//************************************////按鍵計(jì)數(shù)程序////************************************//#include<AT89X51.H>unsignedcharcodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,//0~9數(shù)組 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};無符號字符計(jì)數(shù)； voiddelay10ms(void)//延遲 { 無符號字符i,j; 對于(i=20;i>0;i--) for(j=248;j>0;j--); } 無效主要（無效） { 計(jì)數(shù)=0； P1=表[計(jì)數(shù)/10]；//一位數(shù)四舍五入 P2=表[計(jì)數(shù)%10]；//十的余數(shù) while(1)//循環(huán)和去抖動 { 如果（P3_7==0） { 延遲10毫秒（）； 如果（P3_7==0） { 計(jì)數(shù)++； if(Count==100)//百位后復(fù)位 { 計(jì)數(shù)=0； } P1=表[計(jì)數(shù)%10]； P2=表[計(jì)數(shù)/10]； 而（P3_7==0）； } } } }數(shù)碼管動態(tài)顯示程序如數(shù)字時鐘等。//************************************////數(shù)字時鐘計(jì)時////************************************//#include<AT89X51.H>無符號字符碼dispcode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x00};//數(shù)碼管顯示段數(shù)據(jù)無符號字符dispbitcode[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};//數(shù)碼管位驅(qū)動，第一次驅(qū)動連接到最低位的數(shù)碼管unsignedchardispbuf[8]={0,0,16,0,0,16,0,0};//顯示緩沖寄存器無符號字符分布；無符號字符秒；最小的無符號字符；無符號字符小時；無符號整數(shù)tcnt;無符號字符mstcnt;無符號字符i,j;無效主要（無效）{TMOD=0x02;//設(shè)置定時器工作模式為2、8位定時狀態(tài)，并自動加載初值。TH0=0x06;//加載初始值TL0=0x06；TR0=1;//啟動定時器ET0=1;//使能定時器中斷EA=1;//開啟總中斷而（1）{//主循環(huán)if(P0_0==0)//如果P0.0位等于0，則往下{對于(i=5;i>0;i--)for(j=248;j>0;j--);//延時抗抖動if(P0_0==0)//再次判斷P0.0是否等于0，如果是，設(shè)置第二個{second++;//秒加1if(second==60)//如果秒等于60，再次從0開始開始運(yùn)行時間{秒=0；}dispbuf[0]=second%10;//刷新第二位，并安裝驅(qū)動顯示緩沖寄存器dispbuf[1]=second/10;//刷新幾十秒，同上。while(P0_0==0);//等待P0.0被釋放。（等待按鈕松開）}}if(P0_1==0)//如果P0.1位等于0，則往下{對于(i=5;i>0;i--)for(j=248;j>0;j--);//延時抗抖動if(P0_1==0)//再次判斷P0.1是否等于0，如果是，設(shè)置分鐘值{minite++;//分鐘加1如果（最小==60）//{最小=0；}dispbuf[3]=minite%10;//刷新分鐘單位并安裝驅(qū)動顯示緩沖寄存器dispbuf[4]=minite/10;//刷新十位數(shù)分鐘，同上while(P0_1==0);//等待P0.1被釋放。（等待按鈕松開）}}if(P0_2==0)//含義同上，但是這里用來設(shè)置小時值{對于(i=5;i>0;i--)for(j=248;j>0;j--);如果（P0_2==0）{小時++；如果（小時==24）{小時=0；}dispbuf[6]=小時%10；dispbuf[7]=小時/10；而（P0_2==0）；}}}}voidt0(void)interrupt1using0//定時器中斷子程序{mstcnt++;//用于刷新顯示數(shù)據(jù)，第8次中斷顯示1位數(shù)碼管（動態(tài)顯示）if(mstcnt==8)//判斷中斷是否已經(jīng)中斷了8次，如果是，顯示數(shù)據(jù){mstcnt=0;P1=dispcode[dispbuf[dispbitcnt]];//段碼送P1口驅(qū)動數(shù)碼管顯示P3=dispbitcode[dispbitcnt];//選擇數(shù)碼管顯示位dispbitcnt++;//顯示索引，用哪位數(shù)據(jù)調(diào)整if(dispbitcnt==8)//判斷調(diào)整是否完成，如果完成則從第一個開始。{dispbitcnt=0;}}tcnt++;//第一次中斷自動加1，如果中斷4000次，第二次自動加1如果（tcnt==4000）{tcnt=0;second++;//秒加1if(second==60)//如果秒等于60，分鐘自動加1，秒返回0{秒=0；minite++;//分鐘加1if(minite==60)//如果分鐘等于0，小時值自動加1，分鐘返回0{最小=0；hour++;//小時值加1if(hour==24)//如果小時值等于24，返回0{小時=0；}}}dispbuf[0]=second%10;//刷新顯示緩沖寄存器dispbuf[1]=秒/10；dispbuf[3]=最小%10；dispbuf[4]=最小/10；dispbuf[6]=小時%10；dispbuf[7]=小時/10；}}音頻節(jié)目#include<reg52.h>//************************************////歌曲播放////************************************//無符號字符計(jì)數(shù)；sbit_Speak=P2^3;//揚(yáng)聲器控制引腳unsignedcharcodeSONG[]={//祝你平安0x26、0x20、0x20、0x20、0x20、0x20、0x26、0x10、0x20、0x10、0x20。.....};無效Time0_Init(){TMOD=0x01；IE=0x82；TH0=0xD8；TL0=0xEF；//12MZ晶振，10ms}無效Time0_Int()中斷1{TH0=0xD8；TL0=0xEF；計(jì)數(shù)++；//長度加1}/*-------------------------------------------------功能：1MS延時子程序--------------------------------------------------*/無效延遲_xMs（無符號整數(shù)x）{無符號整數(shù)i,j;對于（我=0；我<x；我++）{for(j=0;j<3;j++);}}/*-------------------------------------------------功能：歌曲播放子程序i是播放哪一首曲目--------------------------------------------------*/無效Play_Song（無符號字符i）{無符號字符Temp1,Temp2;無符號整數(shù)地址；計(jì)數(shù)=0;//清除中斷計(jì)數(shù)器為0地址=i*217;而（1）{Temp1=歌曲[地址++]；if(Temp1==0xFF)//剩余字符{TR0=0；延遲_xMs（100）；}elseif(Temp1==0x00)//歌曲結(jié)束{地址++;我++；如果（我==2）{我=0；返回;}}別的{Temp2=歌曲[地址++]；TR0=1；而（1）{_Speak=~_Speak;延遲_xMs（Temp1）；如果（Temp2==計(jì)數(shù)）{計(jì)數(shù)=0;休息;}}}}}voidmain()//主程序{Time0_Init();//定時器0中斷初始化而（1）{Play_Song(0);}}數(shù)字溫度計(jì)/************ds18b20子程序******************************//***********ds18b20延遲子功能（晶振12MHz）*******/無效延遲_18B20（無符號整數(shù)我）{ 當(dāng)我-）;}/************ds18b20初始化函數(shù)**********************/無效初始化_DS18B20（無效）{ 無符號字符x=0; DQ=1;//DQ復(fù)位 延遲_18B20(8)；//稍微延遲 DQ=0;//MCU拉低DQ 延遲_18B20（80）；//精確延遲大于480us DQ=1;//將總線拉高 延遲_18B20（14）； x=DQ；//稍微延遲后，如果x=0，則初始化成功x=1，初始化失敗 延遲_18B20（20）；}/************ds18b20讀取一個字節(jié)**************/無符號字符ReadOneChar(void){ uchari=0; uchar數(shù)據(jù)=0; 對于(i=8;i>0;i--) { DQ=0;//給出脈沖信號 數(shù)據(jù)>>=1； DQ=1;//給出脈沖信號 如果（DQ） 數(shù)據(jù)|=0x80； 延遲_18B20（4）； } 返回（數(shù)據(jù)）；}/****************ds18b20寫一個字節(jié)****************/無效WriteOneChar(uchardat){ 無符號字符i=0; 對于(i=8;i>0;i--) { DQ=0; DQ=dat&0x01; 延遲_18B20（5）； DQ=1; 數(shù)據(jù)>>=1；}}/****************讀取ds18b20的當(dāng)前溫度************/無效讀取溫度（無效）{ 無符號字符a=0; 無符號字符b=0; 無符號字符t=0; 初始化_DS18B20(); WriteOneChar(0xCC); //跳過讀取序列號列號的操作 WriteOneChar(0x44); //開始溫度轉(zhuǎn)換 延遲_18B20（100）；//延遲 初始化_DS18B20(); WriteOneChar(0xCC); //跳過讀取序列號列號的操作 WriteOneChar(0xBE); //讀取溫度寄存器等（一共可以讀取9個寄存器）前兩個是溫度 延遲_18B20（100）； a=ReadOneChar(); //讀取低溫值 b=ReadOneChar(); //讀取溫度值的高位 溫度值=b<<4; temp_value+=(a&0xf0)>>4;}voidtemp_to_str()//溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成LCD字符顯示{TempBuffer[0]=temp_value/10+'0'；//十位TempBuffer[1]=temp_value