單片機實驗平臺的開發(fā)設計

...wd......wd......wd...洛陽理工學院課程設計報告課程名稱單片機原理與應用設計題目基于STC89C52單片機的實驗平臺開發(fā)設計專業(yè)計算機科學與技術(shù)班級B110507學號B11050725姓名舒燦完成日期2013年12月24日

課程設計任務書設計題目：基于STC89C52單片機的實驗平臺開發(fā)設計設計內(nèi)容與要求：一、設計內(nèi)容利用STC系列單片機作為微控制器開發(fā)一套軟、硬件相結(jié)合的單片機實驗平臺，主要包括以下內(nèi)容：電路原理圖設計，主要包括集LCD顯示模塊、串口通信模塊、數(shù)碼管顯示模塊、LED發(fā)光二極管、鍵盤等接口電路的設計；學習集成電路等芯片的焊接方法與技巧，進展實際元器件的識別，進展電路板焊接；在KeilC環(huán)境下，進展軟件設計。主要包括流水燈、計數(shù)器、定時器、LCD字符顯示、鍵盤的控制等功能程序設計；針對所開發(fā)的實驗板，結(jié)合器件選擇、原理圖設計、硬件焊接、軟件編程調(diào)試、軟硬件聯(lián)調(diào)等方面寫出課程設計報告。二、設計要求完成綜合實驗平臺的電路構(gòu)造分析，進展模塊分解，掌握各局部電路的工作原理；獨立完成電路板的焊接，掌握故障排除方法，完成實驗平臺的硬件設計及開發(fā)；結(jié)合KeilC軟件在焊接無誤的單片機實驗平臺上開發(fā)出流水燈、LCD顯示模塊，通信模塊等程序設計；按照要求撰寫課程設計論文。指導教師：舒云星、李傳鋒2013年12月24日課程設計評語成績：指導教師：_______________年月日基于STC89C52單片機的實驗平臺開發(fā)設計摘要利用STC89C52單片機控制器為核心，開發(fā)一種體積小、使用方便、實用性強的單片機綜合實驗實平臺。在KeilC環(huán)境下進展軟件設計，主要包括流水燈、數(shù)碼管顯示以及LCD顯示模塊，在Protues中仿真成功，下載到電路板中驗證成功。主要包括集LCD顯示模塊、串口通信模塊、數(shù)碼管顯示模塊、LED發(fā)光二極管、鍵盤等接口電路的設計該系統(tǒng)主要應用于高等學校、中等職業(yè)學校單片機技術(shù)的教學、實驗、實訓、綜合設計和電子設計競賽等，利用實訓平臺增加學生學習單片機技術(shù)的興趣，從而提高學生單片機技術(shù)的實際應用能力。關鍵詞：STC89C52單片機，實驗平臺，數(shù)碼管，流水燈，串口通信ABSTRACTUsingSTC89C52single-chipcontrollerasthecore,thedevelopmentofasmallvolume,convenienttouse,practicalsingle-chipexperimenttrainingplatform,andintroducesindetailtheexperimentaltrainingplatformhardwaredesignideasandfunction.UndertheenvironmentofKeilCsoftwaredesign,mainlyincludingthewaterlights,digitaltubedisplayandLCDdisplaymodule,successfulinProtuessimulation,validationsuccessfuldownloadedontoacircuitboard.Implementforwardandreverseflow,waterlampinterruptionisappliedtoimplementdigitaltubewithin60countandLCDdisplaysdifferentfeaturesofthecharacters.Thissystemismainlyusedininstitutionsofhigherlearningandsecondaryvocationalschoolsinglechiptechnologyteaching,experiment,practicaltraining,comprehensivedesignandelectronicdesigncontest,etc.,usingthetrainingplatformtoincreasestudents'interestinlearningmicrocontrollertechnology,soastoimprovethepracticalapplicationabilityofstudentsmicrocontrollertechnology.KEYWORDS:STC89C52microcontroller,comprehensiveexperimentalboard,softwareandhardwarecombinedwith,andtheprogramdevelopmentdesign目錄摘要1目錄3前言4第1章系統(tǒng)概述51.1設計題目51.2系統(tǒng)設計目的和內(nèi)容51.2.1設計目的51.2.2設計內(nèi)容51.2.3設計要求51.2.4設計步驟6第2章整體設計方案72.1開發(fā)板整體外觀72.2整板電路PROTUES仿真電路82.3軟件功能描述92.4仿真軟件PROTUES中的效果圖10第3章硬件電路設計113.1兩位一體共陰數(shù)碼管113.1.1數(shù)碼管概述113.1.2數(shù)碼管內(nèi)部構(gòu)造113.1.3兩位一體共陰數(shù)碼管和74LS374鎖存器接口電路123.2LCD1602液晶143.2.1LCD1602液晶簡介143.2.2LCD1602液晶引腳介紹133.2.3LCD1602液晶外圍接口電路153.3串口通信153.3.1串口通訊概述163.3.2MAX232接口電路17第4章軟件設計184.1程序整體流程圖184.2程序清單18第5章調(diào)試及故障分析225.1焊接準備階段元器件測試、電路原理圖故障分析225.2電路焊接過程中的故障分析225.3程序編寫過程中的故障分析225.4實物演示效果22結(jié)論23謝辭24參考文獻25附錄26前言高科技產(chǎn)品盛行的今天單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。因此，單片機的學習、開發(fā)與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。隨著計算機科學與技術(shù)的飛速開展,計算機的應用已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟與人們生活的各個角落,正在日益改變著傳統(tǒng)的人類工作方式和生活方式,而單片機技術(shù)又作為計算機技術(shù)中的一個獨立分支,有著性價比高,集成度高,體積小,可靠性高,控制功能強大,低功耗,低電壓,便于生產(chǎn),便于攜帶等特點,所以得到越來越廣泛的應用單片機應用的意義不僅在于它的廣闊范圍及所帶來的經(jīng)濟效益，更重要的意義在于，單片機的應用從基本上改變了控制系統(tǒng)傳統(tǒng)的設計思想和設計方法。以前采用硬件電路實現(xiàn)的大局部控制功能，正在用單片機通過軟件方法來實現(xiàn)。所以學好單片機對以后的開展有重大意義。系統(tǒng)概述設計題目基于51系列單片機的實驗平臺開發(fā)設計系統(tǒng)設計目的和內(nèi)容設計目的利用STC系列單片機作為微控制器開發(fā)一套軟、硬件相結(jié)合的單片機實驗平臺。鍛煉學生的設計思維和動手能力，使其具備獨立完成設計的能力。設計內(nèi)容電路原理圖設計，主要包括集LCD顯示模塊、串口通信模塊、數(shù)碼管顯示模塊、LED發(fā)光二極管、鍵盤等接口電路的設計；學習集成電路等芯片的焊接方法與技巧，進展實際元器件的識別，進展電路板焊接；在KeilC環(huán)境下，進展軟件設計并進展仿真。主要包括流水燈、計數(shù)器、定時器、LCD字符顯示、鍵盤的控制等功能程序設計；針對所開發(fā)的實驗板，結(jié)合器件選擇、原理圖設計、硬件焊接、軟件編程調(diào)試、軟硬件聯(lián)調(diào)等方面寫出課程設計報告。設計要求完成綜合實驗平臺的電路構(gòu)造分析，進展模塊分解，掌握各局部電路的工作原理；獨立完成電路板的焊接，掌握故障排除方法，完成實驗平臺的硬件設計及開發(fā)；結(jié)合KeilC軟件在焊接無誤的單片機實驗平臺上開發(fā)出流水燈、LCD顯示模塊，通信模塊等程序設計；按照要求撰寫課程設計論文。設計步驟完成每一個模塊的C51程序，包括數(shù)碼管顯示模塊，LCD模塊，流水燈模塊；并在仿真軟件中運行仿真；按照電路原理圖完成電路板的焊接；下載驗證整體設計方案開發(fā)板整體外觀圖2-1整板電路PROTUES仿真電路圖2-2-1圖2-2-2軟件功能描述KeilKeilC51μVision3集成開發(fā)環(huán)境是KeilSoftware，Inc/KeilElektronikGmbH開發(fā)的基于80C51內(nèi)核的微處理器軟件開發(fā)平臺，內(nèi)嵌多種符合當前工業(yè)標準的開發(fā)工具，可以完成從工程建設到管理、編譯、鏈接、目標代碼的生成、軟件仿真、硬件仿真等完整的開發(fā)流程尤其是C編譯工具在產(chǎn)生代碼的準確性和效率方面到達了較高的水平，而且可以附加靈活的控制選項，在開發(fā)大型工程時非常理想。KeilC51集成開發(fā)環(huán)境的主要功能有以下幾點：μVision3forWindows：是一個集成開發(fā)環(huán)境，它將工程管理、源代碼編輯和程序調(diào)試等組合在一個功能強大的環(huán)境中；C51國際際準化C穿插編譯器：從C源代碼產(chǎn)生可重定位的目標模塊；BL51鏈接器/定位器：組合由C51和A51產(chǎn)生的可重定位的目標模塊，生成絕對目標模塊；LIB51庫管理器：從目標模塊生成連接器可以使用的庫文件；OH51目標文件至HEX格式的轉(zhuǎn)換器，從絕對目標模塊生成IntelHex文件；RTX-51實時操作系統(tǒng)：簡化了復雜的實時應用軟件工程的設計。這個工具套件是為專業(yè)軟件開發(fā)人員設計的，但任何層次的編程人員都可以使用，并獲得80C51單片機的絕大局部應用。ISISProtuesProtuesISIS是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。該軟件可以對模擬電路、數(shù)字電路、模數(shù)混合電路、單片機及外圍電路進展繪制、分析、仿真，并提供了簡便易用的印刷電路板設計工具。Protues軟件有如下幾個特點：強大的原理繪圖功能。支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設置斷點的等調(diào)試功能，同時在仿真系統(tǒng)中也參加了觀察各個變量、存放器等的當前狀態(tài)的功能；它還支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如KeilC51Vision2等軟件。豐富的元器件庫。提供30多個元器件庫，數(shù)千種元器件。包括：電阻、電容、二極管、三極管、MOS管、變壓器、繼電器、各種鼓勵、各種微控制器、各種門電路和終端等。軟件包中提供各種儀表。包括：交直流電壓表、交直流電流表、邏輯分析儀、定時\計數(shù)器和信號發(fā)生器等，它們通過圖形顯示功能，將線路中的變化的信號以圖形方式實時顯示出來。Protues中主要包括ISIS和ARES兩個基本模塊，其中ISIS集單片機電路圖繪制、匯編語言編程、調(diào)試和仿真運行等功能于一體；ARES模塊那么可根據(jù)ISIS原理圖實現(xiàn)印刷電路板的設計功能?？傊?，在Protues中，從原理圖設計、單片機編程、系統(tǒng)仿真到PCB設計可以一氣呵成，具有從概念到產(chǎn)品的完整設計能力。仿真軟件PROTUES中的效果圖圖2-3硬件電路設計3.1兩位一體共陰數(shù)碼管數(shù)碼管概述LED數(shù)碼管是由發(fā)光二極管構(gòu)成的,具有顯示亮度高、響應速度快的特點。常見的是七段LED顯示器為“8〞字型，該顯示器內(nèi)部有7個條形發(fā)光二級管和一個小圓點發(fā)光二級管，共計8段，每段對應一個發(fā)光二級管。有共陰極和共陽極兩種，共陰極發(fā)光二極管的陰極連在一起，通常公共陰極接地。當陽極為高電平時發(fā)光二級管發(fā)光。共陽極發(fā)光二極管的陽極連在一起，通常公共陽極接正電壓。當陰極為低電平時發(fā)光二級管發(fā)光。數(shù)碼管內(nèi)部構(gòu)造8段LED數(shù)碼管如圖3-1所示：圖3-18段LED數(shù)碼管構(gòu)造及外形LED數(shù)碼管通過7個發(fā)光二極管亮暗的不同組合可以顯示各種數(shù)字，另外一個圓的型發(fā)光二級管〔圖3-1〔a〕中以dp顯示〕顯示小數(shù)點。只要為LED數(shù)碼管提供了段碼就可以顯示不同的符號和數(shù)字。LED數(shù)碼管共計8段。正好是一個字節(jié)。習慣上是以“a〞段對應段碼字節(jié)的最低位。各段與字節(jié)中各位對應關系如表3-1所示。表3-1段碼與字節(jié)中各位對應關系代碼位D7D6D5D4D3D2D1D0顯示段dpgfedcba按照表3-1中的格式，顯示各種字符的8段LED數(shù)碼管的段碼如表3-2所示〔以共陰極為例〕。表3-28段LED數(shù)碼管段碼顯示字符段符號十六進制代碼dpgfedcba共陰極共陽極0001111113FHC0H10000011006HF9H2010110115BHA4H3010011114FHB0H40110011066H99H5011011016DH92H6011111017DH82H70000011107HF8H8011111117FH80H9011011116FH90H兩位一體共陰數(shù)碼管和74LS374鎖存器接口電路圖3-2兩位一體共陰數(shù)碼管和74LS374鎖存器接口電路LCD1602液晶LCD1602液晶簡介1602LCD，工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16×2即32個字符〔16列2行〕每行16個字符液晶模塊〔顯示字符和數(shù)字〕。。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。它由假設干個5×7或者5×10等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形。LCD1602液晶引腳介紹圖3-3LCD1602外觀圖3-4LCD1602引腳顯示容量：16個×2排字符；工作電流2.0mA(5.0V)；字符尺寸：2.95×4.35mm。LCD1602C采用標準的16腳接口，各引腳情況如下：第1腳：VSS為電源地；第2腳：VDD為+5V電源；第3腳：VEE為液晶顯示比照度調(diào)整端，接正電源時比照度最弱，接地時比照度最高，比照度過高時，會產(chǎn)生“鬼影〞，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整比照度。第4腳：RS為數(shù)據(jù)/命令選擇端，高電平時選擇數(shù)據(jù)存放器、低電平時選擇命令存放器。[RS：RegisterSelection]第5腳：R\W，讀寫操作選擇〔1－讀，0－寫〕。如表3-1所示：表3-3讀寫操作選擇RSR\W存放器及操作00指令存放器寫入01忙信號和地址計數(shù)器讀出10數(shù)據(jù)存放器寫入11數(shù)據(jù)存放器讀出第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時〔負跳變〕，液晶模塊執(zhí)行命令。執(zhí)行一條命令，都要使E有一個負跳變。第7～14腳：D0～D7，為8位雙向數(shù)據(jù)總線，與單片機的數(shù)據(jù)總線相連，三態(tài)。第15腳：BLA，背光電源，通常為＋5V，并聯(lián)一個電位器，調(diào)節(jié)背光亮度。第16腳：BLK，背光電源地。LCD1602液晶外圍接口電路圖3-5LCD1602液晶外圍接口電路3.3串口通信串口通訊概述單片機構(gòu)成的控制系統(tǒng)，由于設計需求，往往需要和外部的微處理器進展數(shù)據(jù)交流，實現(xiàn)兩個或多個處理器之間的數(shù)據(jù)通信。常用的數(shù)據(jù)通信包括兩種形式：并行通信和串行通信。分別如圖3-6〔a〕和圖3-1〔b〕所示。D0D1D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7計算機控制線信號線計算機或外設計算機計算機或外設〔a〕〔b〕圖3-6并行通信與串行通信串行通信與并行通信的優(yōu)缺點比照，如表3-1所示。表3-4串并行通信比照并行數(shù)據(jù)傳送串行數(shù)據(jù)傳送原理各位數(shù)據(jù)同時傳送數(shù)據(jù)按位順序傳送優(yōu)點傳送速度快、效率高最少需要一對傳輸線即可完成：成本低缺點數(shù)據(jù)位數(shù)→傳輸線根數(shù)：成本高速度慢，成本低應用傳送距離<30米，用于近距離或內(nèi)部幾米～幾千公里，用于計算機與外設之間串行通信按信息的格式可分為異步通信和同步通信兩種方式；根據(jù)信息傳送的方向，串行通信可以分為單工、半雙工和全雙工3種，如圖3-2所示。圖3-7串行通信的3種傳輸形式MAX232接口電路MAX232接口電路如圖3-3所示。圖3-8MAX232接口電路軟件設計4.1程序整體流程圖YYNNNYYY外中斷1計數(shù)器從0計數(shù)到99并清0；LCD顯示姓名，學號開場初始化P3.4按下P3.5按下外中斷0流水燈從右向左流動流水燈從左向右流動主函數(shù)LCD顯示W(wǎng)ELCOMENN流水燈停頓流動流水燈停頓流動4.2程序清單#include<reg51.h>#include<string.h>unsignedcharled[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};unsignedchartable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};unsignedcharcount=0;unsignedcharm;bitdir=0,run=0;sbitP1_5=P1^5;sbitP3_4=P3^4;sbitRS=P1^6;sbitRW=P1^7;sbitP3_5=P3^5;unsignedcharLCD_Statues;unsignedcharxuehao[]="b11050725";unsignedcharname[]="shucan";voiddelay(unsignedcharcount) 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