AT89C51單片機(jī)綜合設(shè)計

1、n1. 單片機(jī)間的多機(jī)通信單片機(jī)間的多機(jī)通信q1.1 Proteus電路設(shè)計q1.2 Proteus調(diào)試與仿真q1.3 總結(jié)與提示n2. I2C總線應(yīng)用技術(shù)總線應(yīng)用技術(shù)q2.1 Proteus電路設(shè)計q2.2 Proteus調(diào)試與仿真q2.3 用I2C調(diào)試器監(jiān)視I2C總線q2.4 總結(jié)與提示3. 基于單片機(jī)的基于單片機(jī)的2424點陣點陣LED漢字顯示漢字顯示q3.1 設(shè)計任務(wù)及要求q3.2 設(shè)計背景簡介q3.3 電路設(shè)計q3.4 系統(tǒng)硬件實現(xiàn)q3.5 系統(tǒng)軟件設(shè)計q3.6 系統(tǒng)仿真nProteus是目前最好的模擬單片機(jī)外圍器件的工具，與其他單片機(jī)仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī)CPU的工作

2、情況，也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒有單片機(jī)參與的其他電路的工作情況。因此在仿真和調(diào)試程序時，關(guān)心的不再是某些語句執(zhí)行時單片機(jī)寄存器和存儲器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運(yùn)行和電路工作的過程和結(jié)果。對于這樣的仿真實驗，從某種意義上講，解決了實驗和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾。1. 單片機(jī)間的多機(jī)通信單片機(jī)間的多機(jī)通信n內(nèi)容：三個AT89C51單片機(jī)間進(jìn)行“1主2從”多機(jī)通信，主機(jī)可以將其數(shù)碼管顯示的內(nèi)容發(fā)送給每個從機(jī)，也可以采集每個從機(jī)數(shù)碼管顯示的數(shù)值并求和后顯示出來，每個單片機(jī)的數(shù)碼管顯示值可以通過外接的按鍵進(jìn)行設(shè)置。n訓(xùn)練目的：掌握MCS-51單片機(jī)間進(jìn)行多機(jī)通信的實現(xiàn)方法。1.1 Prote

3、us電路設(shè)計電路設(shè)計n1. 元件清單列表元件清單列表n打開打開Proteus ISIS編輯環(huán)境，按表編輯環(huán)境，按表1-1所列的清單添加元件。所列的清單添加元件。 n2. 2. 電路原理圖電路原理圖n元件全部添加后，在Proteus ISIS的編輯區(qū)域中按圖1-1和圖1-2所示的主、從機(jī)電路原理圖(晶振和復(fù)位電路略)連接硬件電路。 圖1-1 主機(jī)部分電路原理圖圖1-2 從機(jī)部分電路原理圖1.2 Proteus調(diào)試與仿真調(diào)試與仿真參照1.3.3節(jié)建立程序文件，加載目標(biāo)代碼文件，在Proteus ISIS界面中，單擊按鈕 啟動仿真。主機(jī)操作如下：(1) 每按下“加1”鍵，數(shù)碼管顯示值加1，對應(yīng)左邊的

4、數(shù)碼管顯示“7”；(2) 每按下“匯總數(shù)據(jù)”鍵，主機(jī)數(shù)碼管顯示值變?yōu)閺臋C(jī)1的顯示值+從機(jī)2的顯示值之和，對應(yīng)左邊的數(shù)碼管顯示“5”；(3) 每按下“發(fā)送數(shù)據(jù)”鍵，各從機(jī)的數(shù)碼管顯示值均變?yōu)橹鳈C(jī)數(shù)碼管所顯示的數(shù)值，對應(yīng)左邊的數(shù)碼管顯示“3”。n從機(jī)操作如下：n(1) 每按下“加1”鍵，數(shù)碼管顯示值加1；n(2) 運(yùn)行中的數(shù)碼管顯示值隨主機(jī)的操作而發(fā)生改變。n仿真運(yùn)行片段如圖1-3和圖1-4所示。仿真過程中可單擊 按鈕暫停仿真，從“Debug”菜單中調(diào)出各個單片機(jī)的“8051 CPU Registers”窗口來觀察各單片機(jī)運(yùn)行中相關(guān)寄存器的工作狀態(tài)，如圖1-4所示。圖1-3 仿真運(yùn)行片段1圖1-4

5、 仿真運(yùn)行片段21.3 總結(jié)與提示總結(jié)與提示n在仿真剛開始的幾秒鐘，仿真系統(tǒng)還未完全就位，仿真結(jié)果可能會不正常，稍停一會兒便可正常運(yùn)行；n可將從機(jī)的串口工作方式改為采用中斷方式進(jìn)行編程和仿真實驗。2. I2C總線應(yīng)用技術(shù)總線應(yīng)用技術(shù)n內(nèi)容nI2C總線總線是一種用于IC器件之間的二線制總線。它通過SDA(串行數(shù)據(jù)線)及SCL(串行時鐘線)兩根線在連到總線上的器件之間傳送消息，并根據(jù)地址識別每個器件。本例使用串口通信I2C存儲器24C01擴(kuò)展AT89C51單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲器，完成讀寫操作。n訓(xùn)練目的n學(xué)習(xí)使用Proteus設(shè)計并仿真I2C器件擴(kuò)展單片機(jī)存儲器的方法；n掌握單片機(jī)進(jìn)行I2C通信的編程

6、方法；n學(xué)會使用Proteus VSM虛擬I2C調(diào)試器。2.1 Proteus電路設(shè)計電路設(shè)計n1. 元件清單列表n打開Proteus ISIS編輯環(huán)境，按表2-1所列的清單添加元件。n2. 電路原理圖n元件全部添加后，在Proteus ISIS的編輯區(qū)域中按圖2-1所示的原理圖(晶振和復(fù)位電路略)連接硬件電路。 圖2-1 電路原理圖2.2 Proteus調(diào)試與仿真調(diào)試與仿真 n加載目標(biāo)代碼文件，執(zhí)行以下操作：n(1) 在Proteus ISIS界面中，單擊按鈕啟動仿真；n(2) 仿真過程中單擊按鈕暫停仿真，從“Debug”菜單中調(diào)出“8051 CPU Internal (IDATA) Mem

7、ory”窗口和“I2C Memory Internal Memory-U2”窗口，觀察單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器和24C01存儲器相關(guān)單元的狀態(tài)變化，如圖2-2所示。 圖2-2 仿真暫停時程序運(yùn)行的中間結(jié)果2.3 用用I2C調(diào)試器監(jiān)視調(diào)試器監(jiān)視I2C總線總線n1. 在電路中添加I2C調(diào)試器n在工具欄單擊按鈕，再在對象選擇器中選擇“I2C DEBUGGER”。將其中兩引腳與單片機(jī)連接，其中SCL接P3.0，SDA接P3.1。n2. 仿真監(jiān)視n從圖2-2中的I2C調(diào)試器窗口可以看到I2C總線在循環(huán)讀/寫，窗口的左上角區(qū)域，記錄了總線上的所有活動，其中向左的藍(lán)箭頭表示I2C調(diào)試器作為從器件監(jiān)視總線上的活動

8、。單擊“+”，可顯示詳細(xì)的數(shù)據(jù)，以字節(jié)，甚至以位的形式顯示。其中：n第一行內(nèi)容是單片機(jī)向24C01存儲器寫數(shù)據(jù)過程，其時序為S、A0、A、地址(30H)、A、數(shù)據(jù)1、A、數(shù)據(jù)2、A、數(shù)據(jù)16、A、P；n第二行內(nèi)容是單片機(jī)從24C01存儲器讀數(shù)據(jù)過程，其時序為S、A0、A、地址(30H)、A、Sr、A1、A、數(shù)據(jù)1、A、數(shù)據(jù)16、N、P。n3. I2C通信讀/寫操作序列中的專用字符nI2C通信讀/寫操作序列中的專用字符，如表2-2： 2.4 總結(jié)與提示總結(jié)與提示n本例中，如果將AT89C51單片機(jī)的時鐘頻率設(shè)置為12MHz，則應(yīng)將24C01屬性中的TD_WRITE=1m項改為TD_WRITE=0

9、.5m。具體步驟為：雙擊24C01元件，打開其屬性編輯框，選中“Edit all properties as text”項，然后進(jìn)行修改。3. 2424點陣點陣LED漢字顯示漢字顯示3.1 設(shè)計任務(wù)及要求設(shè)計任務(wù)及要求n1. 設(shè)計題目設(shè)計題目n基于單片機(jī)的基于單片機(jī)的2424點陣點陣LED漢字顯示。漢字顯示。n2. 設(shè)計要求與目的設(shè)計要求與目的n實現(xiàn)實現(xiàn)LED點陣屏核心功能即漢字、數(shù)字、字母的多樣化顯示；點陣屏核心功能即漢字、數(shù)字、字母的多樣化顯示；n通過本次設(shè)計加深對單片機(jī)課程和仿真軟件的認(rèn)識和掌握以通過本次設(shè)計加深對單片機(jī)課程和仿真軟件的認(rèn)識和掌握以及對仿真軟件及對仿真軟件Proteus的

10、應(yīng)用進(jìn)一步的了解；的應(yīng)用進(jìn)一步的了解；n掌握掌握SPI串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用，并學(xué)會使用外部芯片輔串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用，并學(xué)會使用外部芯片輔助項目設(shè)計；助項目設(shè)計；n通過此次設(shè)計將單片機(jī)軟硬件結(jié)合起來對程序進(jìn)行編輯、校驗，鍛煉實踐能力和理論聯(lián)系實際的能力。n3. 設(shè)計任務(wù)n設(shè)計系統(tǒng)硬件；n設(shè)計系統(tǒng)軟件；n編寫設(shè)計說明書。5.2 設(shè)計背景簡介設(shè)計背景簡介 nLED點陣塊具有亮度高、發(fā)光均勻、可靠性好、拼裝方便等優(yōu)點，能構(gòu)成各種尺寸的顯示屏。目前，LED顯示屏已被廣泛應(yīng)用于商場、車站等公共場合的文字圖形顯示，并取得了很好的效果。nLED顯示屏的種類較多，大致有以下四種分類法：一是按室內(nèi)室外分類，

11、二是按工作方式分類，三是按顏色的數(shù)量分類，四是按LED管的單位密度大小分類。 不同類型的顯示屏用途不同，各有優(yōu)缺點，室內(nèi)LED顯示屏與戶外LED顯示屏差別很大，可根據(jù)需要側(cè)重選擇。首先是亮度不同，室內(nèi)屏的發(fā)光亮度要比戶外屏低出幾倍到幾十倍，因此，戶外屏必須采用超高亮度LED，而且為了進(jìn)一步提高亮度和增加可視距離，在一個像素內(nèi)往往要封裝多只超高亮度LED。5.3 電路設(shè)計電路設(shè)計 n在電路設(shè)計中要考慮硬件的選型，硬件的選型應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求和應(yīng)用場合的限制選用。在此，選用行列控制器件是很關(guān)鍵的，如果選用的器件達(dá)不到要求可能就會出現(xiàn)驅(qū)動能力不足造成亮度不夠，傳送數(shù)據(jù)出錯等一些問題，本LED顯示系統(tǒng)主要

12、由AT89C51作為主控單元，列控制選用74HC138芯片，行數(shù)據(jù)傳輸選用串入并出器件，74164和74595功能相仿，都是8位串行輸入轉(zhuǎn)并行輸出移位寄存器。74164的驅(qū)動電流(25mA)比74595(35mA)的要小，14腳封裝，體積也小一些，而且74595的主要優(yōu)點是具有數(shù)據(jù)存儲寄存器，在移位的過程中，輸出端的數(shù)據(jù)可以保持不變，數(shù)碼管沒有閃爍感。與164只有數(shù)據(jù)清零端相比，595還多有輸出端時能/禁止控制端，可以使輸出為高阻態(tài)。n我們這里選用74HC595芯片及9塊兒88點陣顯示模塊組成2424點陣顯示屏，如圖7-17所示為單基色88的點陣屏內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。從結(jié)構(gòu)上可知，它的每一列共用一根列

13、線，每一行共用一根行線。當(dāng)相應(yīng)的行接高電平，列接低電平時，對應(yīng)的發(fā)光二極管被點亮。通常情況下，一塊88像素的LED顯示屏是不能用來顯示一個漢字的，因此，本設(shè)計按照其原理結(jié)構(gòu)擴(kuò)展為2424，顯示一個漢字。在顯示過程中，多采用掃描方式，利用人的視覺暫停效應(yīng)，只要刷新速率不小于25幀/秒，就不會有閃爍的感覺?？刂葡到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示。n其次，戶外屏須防(雨)水、防陽光直射、防塵、防高溫、防風(fēng)、防雷擊等，而室內(nèi)屏則無須考慮這些問題。此設(shè)計是基于單片機(jī)89C51對點陣2424漢字顯示的設(shè)計。 單片機(jī) 89 C 51 行控制 列控制 矩 陣 顯 示 屏 圖3-1 點陣屏內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖3-2 控制系

14、統(tǒng)框圖5.4 系統(tǒng)硬件實現(xiàn)系統(tǒng)硬件實現(xiàn)n1. 時鐘電路nAT89C51單片機(jī)芯片內(nèi)部設(shè)有一個由反向放大器構(gòu)成的振蕩器，XTAL1和XTAL2分別為振蕩電路的輸入端和輸出端，時鐘可由內(nèi)部或外部生成，在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩電路就會產(chǎn)生自激振蕩。系統(tǒng)采用的定時元件為石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶振頻率選擇12MHZ，C1、C2的電容值取30pF，電容的大小起頻率微調(diào)的作用。時鐘電路圖如圖3-3所示。 n2. 復(fù)位電路 n單片機(jī)有多種復(fù)位電路，本系統(tǒng)采用電平式開關(guān)復(fù)位與上電復(fù)位方式，電路如圖3-4所示。當(dāng)上電時，C1相當(dāng)于短路，使單片機(jī)復(fù)位，在正常工作時，按下復(fù)位鍵

15、時單片機(jī)復(fù)位。在有時碰到干擾時會造成錯誤復(fù)位，但在大多數(shù)條件下，不會出現(xiàn)單片機(jī)錯誤復(fù)位，而可能會引起內(nèi)部某些寄存器錯誤復(fù)位，如果在復(fù)位端加一個去耦電容，則會得到很好的效果。 圖3-3 時鐘電路圖 圖3-4 復(fù)位電路圖n3. 行數(shù)據(jù)傳輸電路n根據(jù)如圖3-6所示的74HC595管腳圖對控制端的說明為：MR(10腳)指低點平時將移位寄存器數(shù)據(jù)清零；SH_CP(11腳)指上升沿時數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)移位；Q1、Q2、Q3、.、Q7指下降沿移位寄存器數(shù)據(jù)不變(脈沖寬度：5V時，大于幾十納秒就行了，通常都選微秒級)；ST_CP(12腳)指上升沿時移位寄存器的數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)存儲寄存器，下降沿時存儲寄存器數(shù)據(jù)不變。

16、n通常將RCK置為低電平，當(dāng)移位結(jié)束后，在RCK端產(chǎn)生一個正脈沖(5V時，大于幾十納秒就行了，通常都選微秒級)，更新顯示數(shù)據(jù)；/G(13腳)指高電平時禁止輸出(高阻態(tài))。如果單片機(jī)的引腳不緊張，用一個引腳控制它，可以方便地產(chǎn)生閃爍和熄滅效果，這樣比通過數(shù)據(jù)端移位控制要省時省力。然后用三片74HC595串聯(lián)起來組成行數(shù)據(jù)傳輸端，如圖3-5所示。通過數(shù)據(jù)端和時鐘端把數(shù)據(jù)傳送到移位寄存器。Q015Q11Q22Q33Q44Q55Q66Q77Q79SH_CP11ST_CP12DS14MR10OE13U274HC595Q015Q11Q22Q33Q44Q55Q66Q77Q79SH_CP11ST_CP12DS

17、14MR10OE13U674HC595Q015Q11Q22Q33Q44Q55Q66Q77Q79SH_CP11ST_CP12DS14MR10OE13U474HC595ST_CPDDSMRSH_CPOEROW0ROW1ROW2ROW3ROW4ROW5ROW6ROW7ROW8ROW9ROW10ROW11ROW12ROW13ROW14ROW15ROW16ROW17ROW18ROW19ROW20ROW21ROW22ROW23圖3-5 74HC595管腳圖 圖3-6 74HC595管腳分配連接圖 n4. 列控制電路n列控器件74LS138是3-8譯碼器，它具有三個使能端，三個數(shù)據(jù)輸入端，只有當(dāng)使能端S1為

18、高電平，而S2與S3之和為低電平時，才能正常工作，輸出端低電平有效。此設(shè)計采用三片138和每個輸出端串接一個470的電阻起一定的限流作用，然后與P1口相連接作為顯示屏的列選擇線。ABC為譯碼器數(shù)據(jù)輸入端，E1、E2、E3為片使能端。當(dāng)E1為高點平，E2和E3為低電平時第一片譯碼器使能可控制(COL0COL7)列，以此類推選擇列。電路連接如圖3-7所示。A1B2C3E16E24E35Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77U574HC138A1B2C3E16E24E35Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77U774HC138A1B2C3E16E24E35

19、Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77U974HC138ABCE1E2E3ABCABCCOL8COL9COL10COL11COL12COL13COL14COL15COL0COL1COL2COL3COL4COL5COL6COL7COL16COL17COL18COL19COL20COL21COL22COL23圖3-7 74HC138管腳分配連接圖n5. 點陣組合電路n此點陣是按共陰式組合，控制列選端低電平有效。ROW0ROW23為行數(shù)據(jù)端，COL0COL16為列控制端，然后在仿真軟件下合并起來就組成了24*24點陣。管腳分配方式如圖3-8所示。圖3-8 點陣管腳分配連接圖n6

20、. 單片機(jī)和按鍵連接電路n圖3-9是單片機(jī)的I/O口連接電路，P1口作為連接74HC138的片選使能和譯碼數(shù)據(jù)端，P0作為連接74HC595的時鐘端、數(shù)據(jù)端、清零端、使能端的分配。按鍵用P2口的P2.0、P2.1、P2.2分別控制點陣屏停止/移動，開/關(guān)顯示，速度的加/減功能。 XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2