十字路口紅綠燈單片機課程設(shè)計.doc

黃河科技學院課程設(shè)計任務(wù)書 工 學院 機械 系 機械設(shè)計制造及其自動化 專業(yè) 10 級 班學號 姓名 指導教師 題目: 彩燈控制器的設(shè)計 課程: 單片機課程設(shè)計 課程設(shè)計時間 2013年 10月28日 至2013年11 月 10 日 共 2 周一、設(shè)計要求：利用AT89C51單片機的4位數(shù)字加法計算器，能進行加減運算。 創(chuàng)新要求：功能鍵能清零、超出位數(shù)光報警提示、違規(guī)操作聲報警二、設(shè)計方案分析： 采用44鍵盤，鍵盤定義十個數(shù)字鍵，六個功能鍵，使用串行動態(tài)顯示顯示運算結(jié)果。主程序進行初始化，采用行列掃描進行查表得出鍵值，每次按鍵后調(diào)用顯示子程序。主要單元電路的設(shè)計 復位電路 復位電路采用上電復位與手動復位相結(jié)合的方案。上電復位時，上電瞬間RST端的電位與VCC相同，即為高電平，隨著充電電流的減小，RST端的電位逐漸下降。只要高電平保持時間足夠長，就可以使AT89C52有效地復位。手動復位時，按下復位按鈕，電容C1通過R2電阻迅速放電，使RST端迅速變?yōu)楦唠娖?，復位按鈕松開后，電容通過R和內(nèi)部下拉電阻放電，逐漸使RST端恢復為低電平。電路如圖所示 晶振電路 晶振電路是單片機的心臟，它用于產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘信號，晶振電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準確的方波信號，可保證數(shù)字鐘的走時準確及穩(wěn)定，晶振電路如圖 鍵盤電路的設(shè)計 鍵盤可分為兩類：編碼鍵盤和非編碼鍵盤。編碼鍵盤是較多按鍵（20個以上）和專用驅(qū)動芯片的組合，當按下某個按鍵時，它能夠處理按鍵抖動、連擊等問題，直接輸出按鍵的編碼，無需系統(tǒng)軟件干預。通用計算機使用的標準鍵盤就是編碼鍵盤。當系統(tǒng)功能比較復雜，按鍵數(shù)量很多時，采用編碼鍵盤可以簡化軟件設(shè)計。但大多數(shù)智能儀器和電子產(chǎn)品的按鍵數(shù)目都不太多（20個以內(nèi)），為了降低成本和簡化電路通常采用非編碼鍵盤。非編碼鍵盤的接口電路有設(shè)計者根據(jù)需要自行決定，按鍵信息通過接口軟件來獲取。本課題需要的是16個按鍵，故選擇用非編碼鍵盤。計算器輸入數(shù)字和其他功能按鍵要用到很多按鍵，如果采用獨立按鍵的方式，在這種情況下，編程會很簡單，但是會占用大量的I/O 口資源，因此在很多情況下都不采用這種方式，而是采用矩陣鍵盤的方案。矩陣鍵盤采用四條I/O 線作為行線，四條I/O 線作為列線組成鍵盤，在行線和列線的每個交叉點上設(shè)置一個按鍵。這樣鍵盤上按鍵的個數(shù)就為44個。這種行列式鍵盤結(jié)構(gòu)能有效地提高單片機系統(tǒng)中I/O 口的利用率。建立鍵碼值，建立鍵值碼表TABLE如下：0CH 08H 04H 00H0DH 09H 05H 01H0EH 0AH 06H 02H0FH 0BH 07H 03H對應的鍵盤按鍵為： 8 4 0 9 5 1= + 6 2功能 7 3 報警電路 當超出位數(shù)時，調(diào)用喇叭程序，信號通過三極管放大后驅(qū)動揚聲器，發(fā)出相應的聲音。如圖所示3、 硬件電路設(shè)計圖用P1.0P1.3作為行掃描輸出，P1.4P1.7作為列掃描輸入，P0.0P0.3作為鍵值碼輸出送出譯碼器7447，7447是美國仙童公司生產(chǎn)的BCD碼到7段數(shù)碼管的譯碼器驅(qū)動芯片。它負責將4位BCD碼十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成對應的7段數(shù)碼管信號，送到數(shù)碼管的7位段選輸入端。譯出的顯示碼送入數(shù)碼管的段驅(qū)，P0.4P0.6控制譯碼器74LS138，74LS138譯碼器負責數(shù)碼管顯示掃描時依次通過譯碼選中數(shù)碼管中，譯碼輸出控制數(shù)碼管的位驅(qū)。電路圖如下圖所示：4、 軟件部分設(shè)計程序工作過程如下：(1)首先賦予顯示緩沖初始值00，并把數(shù)據(jù)存儲單元清零。(2)主程序調(diào)用鍵盤掃描子程序，判斷鍵值，是數(shù)字第一次直接賦予34H單元，如是第二次輸入數(shù)字，則把第一次值乘十后與第二次值相加，結(jié)果存儲到33H單元，如是第三次輸入數(shù)字，則把前兩次值乘十后與第三次值相加，結(jié)果存儲到32H單元，在等待運算符號的按下，按下等于號就直接計算并顯示，如加減乘除就運算后把按鍵次數(shù)清零，表示可以輸入下一操作數(shù)，與第一次相同，并等待等于鍵按下。清零鍵則不管在任何情況下都清零，相當于軟復位。(3)在掃描完鍵盤后，調(diào)用數(shù)據(jù)顯示轉(zhuǎn)換子程序把值轉(zhuǎn)換為七段碼。(4)調(diào)用數(shù)碼管動態(tài)顯示子程序，顯示數(shù)值，重新循環(huán)。系統(tǒng)總流程圖主程序主要是用來進行初始化的，調(diào)用其他子程序，清空各個標志位，清空緩存區(qū)，讀取鍵碼，判斷功能，在LED上作出回應。（1）數(shù)字送顯示緩沖程序設(shè)計簡易計算器所顯示的數(shù)值最大位四位。要顯示數(shù)值，先判斷數(shù)值大小和位數(shù)，如果是超過四位，將不顯示數(shù)字，并調(diào)用喇叭程序提示錯誤?？芍匦螺斎霐?shù)字，再次計算。(2）運算程序的設(shè)計判斷按鍵存入內(nèi)存單元Y將第一次輸入的數(shù)字10+第二次輸入的數(shù)字Y N是否是數(shù)字鍵掃描鍵盤 有輸入則計算鍵值計算結(jié)果并送內(nèi)存單元調(diào)用顯示子程序顯示結(jié)果是否是清零YN等待輸入等號開始是否第一次輸入數(shù)字N首先初始化參數(shù)，送LED三位顯示“0”，其它位不顯示。然后掃描鍵盤看是否有鍵輸入，若有，讀取鍵碼。判斷鍵碼是數(shù)字鍵、清零鍵還是功能鍵，是數(shù)值鍵則送LED顯示并保存數(shù)值，是清零鍵則做清零處理，是功能鍵則又判斷是“=”還是運算鍵，若是“=”則計算最后結(jié)果并送LED顯示，若是運算鍵則保存相對運算程序的首地址。流程圖五、 調(diào)試與仿真下面用KEIL uVision3與 proteus仿真軟件介紹十進制加法計算器的仿真與調(diào)試。Keil C51單片機軟件開發(fā)系統(tǒng)（一） 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)C51工具包的整體結(jié)構(gòu)中，其中uVision是C51 for Windows的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51編譯器編譯生成目標文件(.OBJ)。目標文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對目標文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標準的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對目標板進行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。（二） 采用KEIL 開發(fā)的89c51單片機應用程序步驟：1. 在uVision 集成開發(fā)環(huán)境中創(chuàng)建新項目（Project），擴展文件名為.UV2,并為該項目選定合適的單片機CPU器件（本設(shè)計采用ATMEL 公司下的AT89C51） 2. 用uVision 的文本編輯器編寫源文件，可以是匯編文件（.ASM）,也可以使C語言文件（擴展名.C），并將該文件添加到項目中去。一個項目文件可以包含多個文件，除了源程序文件外，還可以是庫文件、頭文件或文本說明文件。 3. 通過uVision 3 的相關(guān)選擇項，配置編譯環(huán)境、連接定位器以及Debug調(diào)試器的功能。 4. 對項目中的源文件進行編譯連接，生成絕對目標代碼和可選的HEX文件，如果出現(xiàn)編譯連接錯誤則返回到第2步，修改源文件中的錯誤后重構(gòu)整個項目。 5. 對沒有語法錯誤的程序進行仿真調(diào)試，調(diào)試成功后將HEX文件寫入到單片機應用系統(tǒng)的ROM中。 proteus的操作 （一）硬件電路圖的接法操作 1.放置選擇（刪除）元器件2.移動元器件3.縮放視圖4.連接導線5.仿真，調(diào)試 （二） 單片機系統(tǒng)PROTEUS設(shè)計與仿真過程Proteus強大的單片機系統(tǒng)設(shè)計與仿真功能，使它可成為單片機系統(tǒng)應用開發(fā)和改進手段之一。全部過程都是在計算機上通過Proteus來完成的。其過程一般也可分為三步：1.在ISIS平臺上進行單片機系統(tǒng)電路設(shè)計、選擇元器件、接插件、連接電路和電氣檢測等，簡稱Proteus電路設(shè)計。2.在Keil平臺上進行單片機系統(tǒng)程序設(shè)計、編輯、匯編編譯、代碼級調(diào)試，最后生成目標代碼文件（*.hex）。簡稱Proteus源程序設(shè)計和生成目標代碼文件。3.在ISIS平臺上將目標代碼文件加載到單片機系統(tǒng)中，并實現(xiàn)單片機系統(tǒng)的實時交互、協(xié)同仿真。它在相當程度上反映了實際單片機系統(tǒng)的運行情況。簡稱Proteus仿真。（三） Proteus中課程設(shè)計的仿真結(jié)果在Proteus中將硬件電路全部接好以后，將Keil中生成的.hex文件導入到單片機中，點擊開始仿真按鈕，電路開始仿真?？梢杂^察到：數(shù)碼管顯示“000”；分別依次按下按鍵“5”、“+”、“6”和“=”，可以看到數(shù)碼管顯示“11”；也可以分別調(diào)試其它功能鍵，結(jié)果發(fā)現(xiàn)調(diào)試結(jié)果與預期的理論值相吻合，即本次課設(shè)已成功。（4） 程序清單：JG EQU50H ;結(jié)果存放JG1 EQU51H ;中間結(jié)果存放GONG EQU52H ;功能鍵存放ORG 0000HSTART:MOV R4,#06H MOV GONG,#0 MOV R0,#31HCLEAR: MOV R0,#00H INC R0 DJNZ R4,CLEAR ;清除31H34H地址單元的內(nèi)容MLOOP:CALL DISP ;調(diào)顯示子程序WAIT:CALL TESTKEY ;判斷有無按鍵JZ WAIT CALL GETKEY ;讀鍵INC R3 ;按鍵個數(shù)CJNE A,#0,NEXT1 ;判斷是否數(shù)字鍵LJMP E1 ;轉(zhuǎn)數(shù)字鍵處理NEXT1:CJNE A,#1,NEXT2LJMP E1NEXT2:CJNE A,#2,NEXT3LJMP E1NEXT3:CJNE A,#3,NEXT4LJMP E1NEXT4:CJNE A,#4,NEXT5LJMP E1NEXT5:CJNE A,#5,NEXT6LJMP E1NEXT6:CJNE A,#6,NEXT7LJMP E1NEXT7:CJNE A,#7,NEXT8LJMP E1NEXT8:CJNE A,#8,NEXT9LJMP E1NEXT9:CJNE A,#9,NEXT10LJMP E1NEXT10:CJNE A,#0AH,NEXT11 ;判斷是否功能鍵LJMP E2 ;轉(zhuǎn)功能鍵處理NEXT11:CJNE A,#0BH,NEXT12LJMP E2NEXT12:CJNE A,#0CH, NEXT13LJMP E2NEXT13:CJNE A,#0DH,NEXT14LJMP E2NEXT14:CJNE A,#0EH,NEXT16LJMP E2NEXT15:LJMP E3 ;判斷是否清除鍵E1:CJNE R3,#1,N1 ;判斷第幾次按鍵LJMP E11 ;為第一個數(shù)字N1:CJNE R3,#2,N2LJMP E12 ;為第二個數(shù)字N2:CJNE R3,#3,N3 LJMP E13 ;為第三個數(shù)字N3:CJNE R3,#4,N4 LJMP E13 ;為第四個數(shù)字N4:LCALL ERROR ;調(diào)用錯誤警示喇叭程序 LJMP E3 ;第五個數(shù)字轉(zhuǎn)溢出 E11:MOV R4,A ;輸入值暫存R4MOV 34H,A ;輸入值送顯示緩存MOV 33H,#00HMOV 32H,#00HLJMP MLOOP ;等待再次輸入E12: MOV R7,A ;個位數(shù)暫存R7MOV B,#10MOV A,R4MUL AB ;十位數(shù)ADDA,R7MOV R4,A ;輸入值存R4MOV 32H,#00H ;輸入值送顯示緩存MOV 33H,34HMOV 34H,R7LJMP MLOOPE13:MOV R7,AMOV B,#10MOV A,R4MUL ABJB OV,E3 ;輸入溢出ADD A,R7JB CY,E3 ;輸入溢出MOV R4,AMOV 32H,33H;輸入值送顯示緩存MOV 33H,34HMOV 34H,R7LJMP MLOOPE3:MOV R3,#0 ;按鍵次數(shù)清零MOV R4,#0 ;輸入值清零MOV JG,#0 ;計算結(jié)果清零MOV GONG,#0 ;功能鍵設(shè)為零 MOV 32H,#00H;顯示清空MOV 33H,#00HMOV 34H,#00HLJMP MLOOPE2:MOV 34H,#00HMOV 33H,#00HMOV 32H,#00HMOV R0,GONG ;與上次功能鍵交換MOV GONG,AMOV A,R0CJNE A,#10,N21 ;判斷功能鍵LJMP JIA ;N21: CJNE A,#11,N22LJMP JIAN ;N22: CJNE A,#12,N23LJMP CHENG ;*N23:CJNE A,#13,N24LJMP CHU ;/N24:CJNE A,#0,N25LJMP FIRST ;首次按功能鍵N25:LJMP DEN ;=N4:LJMP E3FIRST:MOV JG,R4 ;輸入值送結(jié)果MOV R3,#0 ;按鍵次數(shù)清零LJMP DISP1 ;結(jié)果處理JIA:MOV A,JG;上次結(jié)果送累加器ADD A,R4;上次結(jié)果加輸入值JB CY,N4;溢出MOV JG,A;存本次結(jié)果MOV R3,#0;按鍵次數(shù)清零LJMP DISP1JIAN:MOV A,JGSUBB A,R4;上次結(jié)果減輸入值JB CY,N4;負數(shù)溢出MOV JG,AMOV R3,#0LJMP DISP1CHENG:MOV A,JGMOV B,AMOV A,R4MUL AB;上次結(jié)果乘輸入值JB OV,N4;溢出MOV JG,ALJMP DISP1CHU:MOV A,R4MOV B,AMOV A,JGDIV AB;上次結(jié)果除輸入值MOV JG,AMOV R3,#0LJMP DISP1DEN:MOV R3,#0LJMP DISP1DISP1:MOVB,#10MOVA,JG;結(jié)果送累加器DIVAB;結(jié)果除10MOVJG1,A;暫存商MOVA,B;取個位數(shù)MOV34H,A;個位數(shù)送顯示緩存MOVA,JG1JZDISP11;結(jié)果是否為一位數(shù)MOVB,#10MOVA,JG1DIVABMOVJG1,AMOVA,BMOV33H,A;十位送顯示緩存MOVA,JG1JZDISP11;結(jié)果是否為二位數(shù) MOV B,#10 MOVA,JG1DIVABMOVJG1,AMOVA,BMOV32H,A;十位送顯示緩存MOVA,JG1MOV31H,A;百位數(shù)送顯示緩存DISP11:LJMPMLOOPDISP: MOV R0,#34HDIR1: MOV DPTR,#SEGTAB MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A CJNE R0,#34H,DIR2 SETB P2.0 CALL D1MS CLR P2.0 DEC R0 SJMP DIR1ERROR: X1: LCALL BZ ;調(diào)用喇叭響應程序 CLR 26H.0 ;調(diào)用喇叭響應程序結(jié)束 LCALL DELAY CLR 26H.0 BZ: MOV C,26H.1 CPL P2.4 MOV R7,#0FH ;喇叭響應時間 T2: MOV R6,#0FH T3: DJNZ R6,T3 DJNZ R7,T2 SETB P2.3 RETTESTKEY:ACALL DISPMOVP1,#0FH;讀入鍵狀態(tài)MOVA,P1CPLAANLA,#0FH;高四位不用RETTABLE:DB0CH,08H,04H,00H;鍵碼定義DB0DH,09H,05H,01HDB0EH,0AH,06H,02HDB0FH,0BH,07H,03HGETKEY:MOVR6,#10;讀鍵子程序ACALLDELAYMOVP1,#0FHMOVA,P1CJNEA,0FH,K12LJMPMLOOPK12: MOVB,AMOVP1,#0EFHMOVA,P1CJNEA,#0EFH,K13MOVP1,#0DFHMOVA,P1CJNEA,#0DFH,K13MOVP1,#0BFHMOVA,P1CJNEA,#0BFH,K13MOVP1,#07FHMOVA,P1CJNEA,#07FH,K13LJMPMLOOPK13: ANL A,#0F0HORLA,BMOVB,AMOVR1,#16MOVR2,#0MOVDPTR,#TABLEK14:MOVA,R2MOVCA,A+DPTRCJNEA,B,K16MOVP1,#0FHK15:MOVA,P1CJNEA,#0FH,K15MOVR6,#10ACALLDELAYMOVA,R2RETK16:INCR2DJNZR1,K14AJMPMLOOP ;10ms延時子程序DELAY:MOVR7,#10TS1: MOV R6,#0FFHTS2:NOPNOP DJNZR6,TS2DJNZR7,TS1RETEND六、心得體會剛開始的時候還真的不知道從哪里設(shè)計好，一點頭緒都沒有，就開始在上網(wǎng)查資料，還去圖書館查資料，解之后自己嘗試編寫程序，在此過程中，其中鍵盤掃描和動態(tài)掃描顯示掃描程序困擾了我很久，經(jīng)過三四天的辛苦工作，終于初步把所需要的程序編好了，于是就用Keil uversion3進行仿真，在仿真期間也發(fā)現(xiàn)了許多錯誤，基本上都是平日容易犯的錯誤，比如忘記了子程序標號、死循環(huán)程序、標點符號的漏寫等。經(jīng)過反復的編譯差錯，仿真編譯通過后，于是開始在Proteus中連硬件電路，全部接完電路之后將Keil生成的.Hex文件導入進行仿真，發(fā)現(xiàn)軟件與硬件不能夠?qū)獏f(xié)調(diào)工作，于是分別對軟件和硬件進行檢查，經(jīng)過反復的仿真調(diào)試，并且在同學的幫助和自己對每個子程序進行仿真觀察下，終于在課設(shè)快結(jié)束時成功的調(diào)試出結(jié)果了。這就是我這一周課設(shè)的經(jīng)過，看似簡單，過程卻曲折艱辛。 通過這次課程設(shè)計，我進一步加深了對電子自動控制的了解。并進一步熟練了對K