通信工程專(zhuān)業(yè)單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真與程序設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)(20210311093323)

1、僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途For personaluseonly in study andresearch;not for commercial use通信工程專(zhuān)業(yè)單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真與程序設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)For personal use only in study and research; not for commercialuse通信工程系20072007年5 5月僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途一、設(shè)計(jì)目的單片機(jī)原理及應(yīng)用是一門(mén)技術(shù)性、應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，實(shí)踐教學(xué)是它的 一個(gè)極為重要的環(huán)節(jié)。不論是硬件擴(kuò)展、接口應(yīng)用還是編程方法、程序調(diào)試， 都離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。如果不在切實(shí)認(rèn)真地抓好學(xué)生的實(shí)踐技能的

2、鍛煉上下功夫， 單憑課堂理論課學(xué)習(xí)，勢(shì)必出現(xiàn)理論與實(shí)踐脫節(jié)，學(xué)習(xí)與應(yīng)用脫節(jié)的局面。任 隨書(shū)本上把單片機(jī)技術(shù)介紹得多么重要、多么實(shí)用、多么好用，同學(xué)們?nèi)匀粫?huì) 感到那只是空中樓閣，離自己十分遙遠(yuǎn)，或者會(huì)因此而對(duì)它失去興趣，或者會(huì) 感到它高深莫測(cè)無(wú)從下手，這些情況都會(huì)令課堂教學(xué)的效果大打折扣。本次仿 真設(shè)計(jì)的目的就是讓同學(xué)們?cè)诶碚搶W(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)完成一個(gè)涉及 MCS-51MCS-51 單片機(jī)多種資源應(yīng)用并具有綜合功能的小系統(tǒng)目標(biāo)板的設(shè)計(jì)與編程應(yīng)用，使學(xué) 生不但能夠?qū)⒄n堂上學(xué)到的理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，而且能夠?qū)﹄娮与?路、電子元器件、印制電路板等方面的知識(shí)進(jìn)一步加深認(rèn)識(shí)，同時(shí)在軟件編程、 排錯(cuò)

3、調(diào)試、焊接技術(shù)、相關(guān)儀器設(shè)備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提 高，為今后能夠獨(dú)立進(jìn)行某些單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)工作打下一定的基礎(chǔ)。二、設(shè)計(jì)任務(wù)在上一學(xué)期進(jìn)行的EDAEDA課程設(shè)計(jì)中，同學(xué)們完成了單片機(jī)數(shù)據(jù)采集與定時(shí) 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)。本次綜合實(shí)踐是在此基礎(chǔ)上，焊接制作電路板，完成該 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試。待仿真成功后，再將程序燒寫(xiě)入單片機(jī)中。系統(tǒng)功能包括以下幾點(diǎn)：1)1)2424 小時(shí)計(jì)時(shí)功能用 6 6位 LEDLED 顯示器顯示時(shí)、分、秒。2)2)時(shí)間調(diào)整功能僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途用功能移位鍵、功能加鍵和功能減鍵實(shí)現(xiàn)時(shí)間的調(diào)整3 3）鬧鈴功能用定鬧鍵配合功能移位鍵、功能加鍵和功

4、能減鍵三個(gè)按鍵設(shè)定鬧鈴，并用 蜂鳴器實(shí)現(xiàn)響鈴功能。4 4） 環(huán)境溫度采集與顯示功能選用溫度傳感器DS18B20DS18B20采集環(huán)境溫度，并用2 2位LEDLED顯示器顯示環(huán)境 溫度。在這里我們只考慮采集室內(nèi)溫度，即零度以上的溫度。三、軟件設(shè)計(jì)原理整個(gè)系統(tǒng)電路可分為五個(gè)部分：中央處理單元、電源電路部分、顯示部分、 鍵盤(pán)輸入部分、溫度米集部分。各部分關(guān)系如圖1 1:1.中央處理單元CPUCPU選用80518051對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制：a.a. 它將定時(shí)數(shù)據(jù)輸出到LEDLED，實(shí)現(xiàn)時(shí)間的顯示；b.b. 根據(jù)鍵盤(pán)輸入調(diào)用相應(yīng)鍵處理子程序，實(shí)現(xiàn)時(shí)間的調(diào)整和鬧鈴的設(shè)定；c.c. 接收溫度傳感器輸入的溫度數(shù)

5、據(jù)，進(jìn)行一定的轉(zhuǎn)換，然后輸出到2 2位的LEDLED顯示器顯示出來(lái)。1 J僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途JMl LRNAL VN .DS18B20DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2 2所示，主要由四部分組成: 感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 THTH和TLTL、配置寄存器。6464位ROMROM、溫度傳2.顯示部分顯示部分采用動(dòng)態(tài)顯示方式，分為時(shí)間的顯示和溫度的顯示兩部分，共需 8 8位LEDLED顯示器。3.鍵盤(pán)部分米用獨(dú)立式按鍵，分別為功能移位鍵、功能加鍵、功能減鍵和定鬧鍵。4.溫度采集部分溫度傳感器建議使用DS18B20,DS18B20,該芯片簡(jiǎn)介如下:DS18B20DS18B20是DALLASD

6、ALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有 3 3引腳 TOTO 9292小體積封裝形式；溫度測(cè)量范圍為5555C+ 125125C,可編程為9 9 位1212位A/DA/D轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá)0.06250.0625 C被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的 1616位數(shù)字量方式串行輸出。其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方 式產(chǎn)生；多個(gè)DS18B20DS18B20可以并聯(lián)到3 3根或2 2根線上，CPUCPU只需一根端口線就 能與諸多DS18B20DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯 電路。teU惟務(wù)黔TI- I L僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途DS18B20DS

7、18B20的管腳排列如圖3 3所示，DQDQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；GNDGND為 電源地；VDDVDD為外接供電電源輸入端。以MCSMCS 5151系列單片機(jī)為例，圖4 4為DS18B20DS18B20與微處理器的典型連接。 圖4 4中上方為DS18B20DS18B20采用寄生電源方式，其 VDDVDD和GNDGND端均接地，圖4 4 中下方DS18B20DS18B20采用外接電源方式，其 VDDVDD端用3V3V5.5V5.5V電源供電。5 .電源部分電源電路包括變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓四個(gè)部分，穩(wěn)壓器使用三線集成穩(wěn) 壓塊78067806。usiSBLjnI1SIKR?|7 KlUlili

8、“坯圖3 3圖4 4僅供個(gè)人參考18TIT TIN414930P30P1?2C四、電路制作1. AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)介紹單片機(jī)的最小化系統(tǒng)是指單片機(jī)能正常工作所必須的外圍元件，主要可以 分成時(shí)鐘電路和復(fù)位電路，電路圖如圖 5 5。我們采用的是AT89C51AT89C51芯片，它內(nèi) 部自帶4K4K的FLASHFLASH程序存儲(chǔ)器，一般情況下，這4K4K的存儲(chǔ)空間足夠我們使 用，所以我們將AT89C51AT89C51芯片的第3131腳固定接高電平（PCBPCB畫(huà)板時(shí)已經(jīng)接死） ，所以我們只用芯片內(nèi)部的4K4K程序存儲(chǔ)器。單片機(jī)的時(shí)鐘電路有一個(gè) 12M12M的 晶振和兩個(gè)30P30P的小電容

9、組成，它們決定了單片機(jī)的工作時(shí)間精度為1 1微秒。復(fù)位電路由22UF22UF的電容和1K1K的電阻及IN4148IN4148二極管組成，以前教科書(shū)上常 推薦用10UF10UF電容和10K10K電阻組成復(fù)位電路，這里我們根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)選用 22UF22UF 的電容和1K1K的電阻，其好處是在滿足單片機(jī)可靠復(fù)位的前提下降低了復(fù)位引 腳的對(duì)地阻抗，可以顯著增強(qiáng)單片機(jī)復(fù)位電路的抗干擾能力。二極管的作用是 起快速泄放電容電量的功能，滿足短時(shí)間多次復(fù)位都能成功。応尹:AT89C51ISMHE判斷單片機(jī)芯片及時(shí)鐘系統(tǒng)是否正常工作有一個(gè)簡(jiǎn)單的辦法，就是用萬(wàn)用 表測(cè)量單片機(jī)晶振引腳（1818、1919腳）的對(duì)地電

10、壓，以正常工作的單片機(jī)用數(shù)字 萬(wàn)用表測(cè)量為例：1818腳對(duì)地約2.24V2.24V，1919腳對(duì)地約2.09V2.09V。對(duì)于懷疑是復(fù)位電 路故障而不能正常工作的單片機(jī)也可以采用模擬復(fù)位的方法來(lái)判斷，單片機(jī)正 常工作時(shí)第9 9腳對(duì)地電壓為零，可以用導(dǎo)線短時(shí)間和+ 5V5V連接一下，模擬一下 上電復(fù)位，如果單片機(jī)能正常工作了，說(shuō)明這個(gè)復(fù)位電路有問(wèn)題。2.電路制作注意事項(xiàng)根據(jù)元器件種類(lèi)和體積以及技術(shù)要求將其布局在電路板上的適當(dāng)位置。可不得用于商業(yè)用途以先從體積較大的器件開(kāi)始，如單片機(jī)底座、電源穩(wěn)壓器、變壓線圈、鎖存器、 僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途溫度傳感器等。待體積較大的元器件布局好之后，小型的

11、電子元器件就可以根 據(jù)間隙面積靈活布配。二極管、電感器、阻容元件的裝配方式一般有直立式、 俯臥式和混合式三種。直立式。這種安裝方式見(jiàn)圖6 6。電阻、電容、二極管等都是豎直安裝在印 刷電路板上的。這種方式的特點(diǎn)是：在一定的單位面積內(nèi)可以容納較多的電子 元件，同時(shí)元件的排列也比較緊湊。缺點(diǎn)是：元件的引線過(guò)長(zhǎng)，所占高度大， 且由于元件的體積尺寸不一致，其高度不在一個(gè)平面上，欠美觀，元器件引腳 彎曲，且密度較大，元器件之間容易引腳碰觸，可靠性欠佳，且不太適合頻率 較高的電路米用。圖6 6俯臥式。這種安裝方式見(jiàn)圖7 7。二極管、電容、電阻等元件均是俯臥式安 裝在印刷電路板上的。這樣可以明顯地降低元件的排

12、列高度，可實(shí)現(xiàn)薄形化， 同時(shí)元器件的引線也最短，適合于較高工作頻率的電路采用，也是目前采用得混合式。為了適應(yīng)各種不同條件的要求或某些位置受面積所限，在一塊印 刷電路板上，有的元器件采用直立式安裝，也有的元器件則采用俯臥式安裝。 這受到電路結(jié)構(gòu)各式以及機(jī)殼內(nèi)空間尺寸的制約，同時(shí)也與所用元器件本身的 尺寸和結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，可以靈活處理。見(jiàn)圖 &1 1）電路板是矩形，元件排列的長(zhǎng)度方向一般應(yīng)與電路板的長(zhǎng)邊平行，這樣 不但可以提高元件的裝配密度，而且可使裝配好的印刷電路板更美觀。2 2）應(yīng)盡可能地縮短元件及元件之間的引線。盡量避免電路板上的導(dǎo)線的交 叉，設(shè)法減小它們的分布電容和互相之間的電磁干擾，以提高

13、系統(tǒng)工作的可靠 性。3 3）應(yīng)以功能電路的核心器件為中心，外圍元件圍繞它進(jìn)行布局。4 4）要注意各種門(mén)電路多余端的處理，或接電源端或接地端，并按照正確的 方法實(shí)現(xiàn)不同邏輯門(mén)的組合轉(zhuǎn)換。5 5）元器件的配置和布局應(yīng)有利于設(shè)備的裝配、檢查、高度與維修。元器件焊接注意事項(xiàng)：焊前務(wù)必認(rèn)準(zhǔn)元件數(shù)值，會(huì)認(rèn)元件上的標(biāo)識(shí)和會(huì)用數(shù)字多用表測(cè)試。焊接 時(shí)速度要快，電烙鐵不可長(zhǎng)時(shí)間停留在電路板和元件的焊腳上。特別是晶振、 發(fā)光二極管、電解電容、90149014三極管等元件，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)容易導(dǎo)致元器件損壞五、軟件仿真仿真器采用偉福仿真器系統(tǒng)，該仿真器介紹如下：系統(tǒng)的特點(diǎn)介紹本仿真器系統(tǒng)由仿真主機(jī)+ +仿真頭、MULT1A

14、MULT1A用戶板、實(shí)驗(yàn)板、開(kāi)關(guān)電源 等組成。本系統(tǒng)的特點(diǎn)是：1.主機(jī)+ +仿真頭的組合，通過(guò)更換不同型號(hào)的仿真頭即可對(duì)各種不同類(lèi)型的單片機(jī)進(jìn)行仿真，是一種靈活的多 CPUCPU仿真系統(tǒng)。采用主機(jī)+POD+POD組合的 方式，更換PODPOD，可以對(duì)各種CPUCPU進(jìn)行仿真。本仿真器主機(jī)型號(hào)為 E2000/S,E2000/S, 不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途仿真頭型號(hào)為POD8X5XPOD8X5X （可仿真5151系列8X5X8X5X單片機(jī)）。2 2雙平臺(tái)，具有 DOSDOS 版本和 WINDOWSWINDOWS 版本，后者功能強(qiáng)大，中 / /英文界面任選，用戶源程序的大小不再有

15、任何限制，支持ASMASM，c c，PLMPLM 語(yǔ)言混合編程，具有項(xiàng)目管理功能，為用戶的資源共享、課題重組提供強(qiáng)有力的手段。 支持點(diǎn)屏顯示，用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)一下源程序中的某一變量，即可顯示該變量的數(shù) 值。有豐富的窗口顯示方式，多方位，動(dòng)態(tài)地顯示仿真的各種過(guò)程，使用極為 便利。本操作系統(tǒng)一經(jīng)推出，立即被廣大用戶所喜愛(ài)。3 3雙工作模式1 1 ）軟件模擬仿真 （ 不要仿真器也能模擬仿真 ）。2 2）硬件仿真。4.4.雙CPUCPU結(jié)構(gòu)，100100%不占用戶資源。全空間硬件斷點(diǎn)，不受任何條件限制，支持地址、數(shù)據(jù)、外部信號(hào)、事件 斷點(diǎn)、支持實(shí)時(shí)斷點(diǎn)計(jì)數(shù)、軟件運(yùn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)。5.5.雙集成環(huán)境編輯、編譯、

16、下載、調(diào)試全部集中在一個(gè)環(huán)境下。多種仿真器，多類(lèi) CPUCPU 仿真全部集成在一個(gè)環(huán)境下?？煞抡?5151 系列， 196196 系列，PICPIC系列，飛利蒲公司的552552、LPC764LPC764、DALLAS320DALLAS320，華邦438438等5151 增強(qiáng)型CPUCPU。為了跟上形勢(shì)，現(xiàn)在很多工程師需要面對(duì)和掌握不同的項(xiàng)目管理 器、編輯器、編譯器。他們由不同的廠家開(kāi)發(fā)，相互不兼容，使用不同的界面， 學(xué)習(xí)使用都很吃力。偉福 WINDOWSWINDOWS 調(diào)試軟件為您提供了一個(gè)全集成環(huán)境，統(tǒng) 一的界面，包含一個(gè)項(xiàng)目管理器，一個(gè)功能強(qiáng)大的編輯器，匯編MakeMake、 Build

17、Build和調(diào)試工具并提供千個(gè)與第三方編譯器的接口。由于風(fēng)格統(tǒng)一，大大節(jié)省了您 的精力和時(shí)間。6.6.強(qiáng)大的邏輯分析儀綜合調(diào)試功能。邏輯分析儀由交互式軟件菜單窗口對(duì)系統(tǒng)硬件的邏輯或時(shí)序進(jìn)行同步實(shí)時(shí) 采樣，并實(shí)時(shí)在線調(diào)試分析，采集深度 32K32K（E2000/LE2000/L），最高時(shí)基采樣頻率達(dá) 20MHz20MHz， 4040路波形，可精確實(shí)時(shí)反映用戶程序運(yùn)行時(shí)的歷史時(shí)間。系統(tǒng)在使用 邏輯分析儀時(shí)，除普通的單步運(yùn)行、鍵盤(pán)斷點(diǎn)運(yùn)行、全速硬件斷點(diǎn)運(yùn)行外，還 可實(shí)現(xiàn)各種條件組合斷點(diǎn)如：數(shù)據(jù)、地址、外部控制信號(hào)、 CPUCPU 內(nèi)部控制信號(hào)、 程序區(qū)間斷點(diǎn)等。由于邏輯儀可以直接對(duì)程序的執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行

18、分析，因此極大 地便利于程序的調(diào)試。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)通訊方面的運(yùn)用越來(lái)越多。 在通訊功能的調(diào)試時(shí)，如果通訊不正常，查找原因是非常耗時(shí)和低效的，您很 難搞清楚問(wèn)題到底在什么地方，是波特率不對(duì)，是硬件信道有問(wèn)題，是通訊協(xié) 儀有問(wèn)題，是發(fā)方出錯(cuò)還是收方出錯(cuò)。有了邏輯儀，情況則完全不一樣，用它 可以分別或者同時(shí)對(duì)發(fā)送方、接收方的輸入或者輸出波形進(jìn)行記錄、存儲(chǔ)、對(duì) 比、測(cè)量等各種直觀的分析，可以將實(shí)際輸出通訊報(bào)文的波形與源程序相比較， 可立即發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在，從而極大地方便了調(diào)試。僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途仿打新打保編復(fù)全跟單C數(shù)真開(kāi)建開(kāi)存譯速P據(jù)器文文項(xiàng)文文執(zhí)U窗設(shè)件件目件件1位行蹤步窗口置口

19、 保7.7.強(qiáng)大的追蹤器功能追蹤功能以總線周期為單位，實(shí)時(shí)記錄仿真過(guò)程中 CPUCPU發(fā)生的總線事件， 其觸發(fā)條件方式同邏輯分析儀。追蹤窗口在仿真停止時(shí)可收集顯示追蹤的CPUCPU指令記憶信息，可以以總線反匯編碼模式、源程序模式對(duì)應(yīng)顯示追蹤結(jié)果。屏 幕窗口顯示波形圖最多追蹤記憶指令 32K32K并通過(guò)仿真器的斷點(diǎn)、單步、全速運(yùn) 行或各種條件組合斷點(diǎn)來(lái)完成追蹤功能?？偩€跟蹤可以跟蹤程序的運(yùn)行軌跡。 可以統(tǒng)計(jì)軟件運(yùn)行時(shí)間。開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介雙擊桌面上的 WAVEWAVE圖標(biāo)或從開(kāi)始/ /程序/WAVE/WAVEFORFORWINDOWS/WAVEWINDOWS/WAVE進(jìn)入本開(kāi)發(fā)環(huán)境，其界面及主要功能如

20、圖 9 9中所注。文甘約 StE IE L1 ITJ執(zhí)打 邯口 E :X止黑祜防乳1 1.仿真器設(shè)置窗口如圖1010所示，在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)要先根據(jù)需要設(shè)置好仿真器類(lèi)型、仿真頭類(lèi)型 以及CPUCPU類(lèi)型，并注意是否“使用偉福軟件模擬器”，若使用硬件仿真，請(qǐng)注 意去掉“使用偉福軟件模擬器”前的選擇。7ZZ TL圖9 9 WAVEWAVE界面存文件僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途-IPI K黑毛戸TA.r- I7珈0譏 iidjtVrim5i|?aiFS：5：HUUU/SKlAtJJCBbE無(wú)心兀卩一申兀誨g351/V刃Ei3C無(wú)恥ElS祐n酎亡暨n跖TCHbLFC 陽(yáng)!QS5nTi-ftT19?iTfLF

21、C76MraB-9flC19BEi：j梨腫冨弄as廉毎ijiciyx T0B-3TCLaMz rawrcss juh-PiC6Bfik JOIHHtTiKt；尢nTrrFnTrrFrFGrFGu;u;總LC4 I 1自ILL圖1010仿真器設(shè)置窗口ws Bfl : 4t 昨屯!擔(dān)匿 tsmi) G：u 絕片口|以“國(guó)亙畦 M . 川邛J| 口衛(wèi)型闔凹口珂回 2.文件窗口如圖1111,可在此窗口下進(jìn)行包括新建、打開(kāi)、保存等文件操作。Z2才件,巧 卿: 翱2耳目刃jX(7(n 雷口力 廿其器唱J幫均M捋物皆=”打寸頂目項(xiàng)呂期春為一.SfWG.-JtA科醞丈許悍寄甘囁之悴StSL .屈也當(dāng)圖1111

22、文件窗口3.編譯文件窗口如圖1212,在此窗口下可將源文件編譯成目標(biāo)文件挪11 JINi卜勺制色國(guó)園函習(xí)二a旦苜日亦耳0良匾佶妞IX取甫僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途圖1212編譯文件窗口如圖1313,在此窗口下，可用全速、跟蹤、斷點(diǎn)等各種方式運(yùn)行程序圖1313執(zhí)行窗口僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途5. 窗口窗口如圖1414,在此窗口下，可以觀察各種窗口信息，其中最常用到的是CPUCPU窗口和數(shù)據(jù)窗口。圖1414窗口a. CPU窗口通過(guò)CPUCPU窗口可以看到你編譯正確的機(jī)器碼及反匯編程序，可以讓你更清 楚地了解程序執(zhí)行過(guò)程。CPUCPU窗口中還有SFRSFR窗口和位窗口，讓你了解程序執(zhí) 行過(guò)程中寄存器內(nèi)容的變化。圖1515 CPUCPU窗口b b.數(shù)據(jù)窗口對(duì)5151系列CPUCPU，數(shù)據(jù)窗口有：DATADATA 內(nèi)部數(shù)據(jù)窗口； CODECODE 程序數(shù)據(jù) 窗口；XDATAXDATA外部數(shù)據(jù)窗口； PDATAPDATA外部數(shù)據(jù)窗口（頁(yè)方式）僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途90A3H DOHCP90IMH00HOPnniHwrrtHHAII MbHAPHNN/IIWHMlt*UN Will MHHiir90091100HOP04 MHQ0NOPOOOBH QDHOP