單片機(jī)課程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易交通燈PC機(jī)控制單片機(jī)

1、目 錄前 言2課題一 基于串行通信控制的PWM脈沖發(fā)生器31.1目的31.2設(shè)計(jì)要求31.3硬件設(shè)計(jì)41.4軟件設(shè)計(jì)41.5器材51.6調(diào)試步驟51.7參考書(shū)5課題二 數(shù)字電子鐘72.1目的72.2設(shè)計(jì)要求72.3硬件設(shè)計(jì)72.4軟件設(shè)計(jì)82.5器材102.6調(diào)試步驟102.7參考書(shū)11課題三 具有串行通信功能的電子鐘123.1目的123.2設(shè)計(jì)要求123.3硬件設(shè)計(jì)123.4軟件設(shè)計(jì)133.5集成開(kāi)發(fā)環(huán)境Keil使用簡(jiǎn)介163.6器材183.7調(diào)試步驟193.8參考書(shū)19課題四 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描204.1目的204.2設(shè)計(jì)要求20課題五 基于DS18B20的遠(yuǎn)端溫度采集模塊214.1目的214

2、.2設(shè)計(jì)要求21前 言單片機(jī)課程設(shè)計(jì)作為獨(dú)立的教學(xué)環(huán)節(jié)，是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、通信工程等相關(guān)專業(yè)集中實(shí)踐性環(huán)節(jié)系列之一，是學(xué)習(xí)完單片機(jī)原理及應(yīng)用課程后進(jìn)行的一次綜合練習(xí)。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，旨在傳授“理論與技術(shù)”、“理論與實(shí)踐”的結(jié)合，注重實(shí)際問(wèn)題的解決與處理，達(dá)到培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目的。本書(shū)共編排了三個(gè)課題，都是編者從多年實(shí)踐中積累的產(chǎn)品或產(chǎn)品的一個(gè)部分，課題內(nèi)容涉及顯示、按鍵、串行通信、PWM控制等，單元模塊都是課本上學(xué)過(guò)的典型模塊，難度適中。課題一側(cè)重于廣泛應(yīng)用于機(jī)器人控制的PWM波形的生成；課題二側(cè)重于定時(shí)器、按鍵、LED顯示的應(yīng)用；課題三在課題二基礎(chǔ)上增加了串行通信功能。為了提高學(xué)生課程設(shè)計(jì)效

3、率，實(shí)驗(yàn)室可以配置套件供學(xué)生組裝。根據(jù)計(jì)算機(jī)專業(yè)和通信專業(yè)的特點(diǎn)，編寫(xiě)了這本指導(dǎo)書(shū)，由于編書(shū)時(shí)間倉(cāng)促，作者水平有限，書(shū)中錯(cuò)誤之處難免，望讀者批評(píng)指正。編 者課題一 基于串行通信控制的PWM脈沖發(fā)生器1.1目的控制步進(jìn)電機(jī)時(shí)，一般都要求向步進(jìn)電機(jī)控制器發(fā)送一定數(shù)目的PWM脈沖控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的角度，對(duì)直流電機(jī)也可用PWM脈沖對(duì)其調(diào)速。本課題希望設(shè)計(jì)一個(gè)PWM脈沖發(fā)生器，同時(shí)可通過(guò)串口控制脈沖頻率。通過(guò)本課題的設(shè)計(jì)達(dá)到如下目的：1、熟悉MCS51定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷的應(yīng)用。2、掌握多種PWM波形生成方式。3、掌握七段碼LED顯示器的結(jié)構(gòu)，七段碼LED顯示器的工作方式和顯示程序的編程。4、掌握串行通信

4、程序的編寫(xiě)。1.2設(shè)計(jì)要求89S518279三極管驅(qū)動(dòng)MAX23274079PIN連接器(串口)OUTA0-3SL0-374LS154八個(gè)雙色燈12個(gè)七段LED及八個(gè)雙色燈7407P0P1CSP20A0P21ISP編程接口DB0-7OUTB0-31、從P1口任一IO輸出1K、2K、3K、4K、5K、6K、7K、8K、9K、10K的脈沖，圖11 系統(tǒng)框圖通過(guò)示波器測(cè)試脈沖頻率；2、頻率值用兩個(gè)七段LED顯示出來(lái)；3、使用給定的串口調(diào)試工具，控制PWM脈沖發(fā)生器改變輸出脈沖頻率,同時(shí)改變LED顯示數(shù)值。1.3硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中單片機(jī)通過(guò)8279擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)LED數(shù)碼管和指示燈驅(qū)動(dòng)，單片機(jī)通過(guò)MAX232

5、串口芯片實(shí)現(xiàn)和PC機(jī)的通信。系統(tǒng)框圖如圖11所示。1.4軟件設(shè)計(jì)對(duì)本課題，可先熟悉控制器硬件原理，熟悉Keil C51環(huán)境,，學(xué)習(xí)用C對(duì)8051編程，學(xué)習(xí)8279芯片接口及命令字，復(fù)習(xí)C對(duì)8051串行通訊接口。課題可分成PWM脈寬輸出模塊、顯示模塊和串行通訊模塊,設(shè)計(jì)各模塊參考設(shè)計(jì)方法如下：PWM脈寬輸出模塊：使用定時(shí)器中斷產(chǎn)生脈沖，對(duì)時(shí)間常數(shù)計(jì)算：1KHz :周期1×103秒,定時(shí)周期0.5×103秒，晶振11.0592M,次數(shù)為(0.5*103)/(12/(11.0592*106)=461，時(shí)間常數(shù)216461FE332KHz :周期2×103秒,定時(shí)周期1&

6、#215;103秒，晶振11.0592M,次數(shù)為(1*103)/(12/(11.0592*106)=922，時(shí)間常數(shù)216922FC66PWM脈寬輸出模塊主程序中只需要初始化T0或T1, 1K-10K的時(shí)間常數(shù)可存入數(shù)組，中斷服務(wù)程序從相應(yīng)數(shù)組讀入時(shí)間常數(shù)，參考框圖如下：重置時(shí)間常數(shù)輸出口取反 中斷服務(wù)程序參考框圖顯示模塊：顯示模塊初始化程序：#define COM8279 XBYTE0xFEFF /* 8279命令字地址*/#define DAT8279 XBYTE0xFCFF /*8279數(shù)據(jù)字地址*/COM8279=0xd1; doACC=COM8279; while(clflag=1)

7、; COM8279=0x18; COM8279=0x2a;串行通訊模塊:使用串行中斷，只接受數(shù)據(jù)，自定義通訊協(xié)議，例如：主機(jī)發(fā) 01H,表示需發(fā)生1KHZ脈沖；主機(jī)發(fā) 02H,表示需發(fā)生2KHZ脈沖；主機(jī)發(fā) 03H,表示需發(fā)生3KHZ脈沖；主機(jī)發(fā) 04H,表示需發(fā)生4KHZ脈沖；主機(jī)發(fā) 05H,表示需發(fā)生5KHZ脈沖；主機(jī)發(fā) 06H,表示需發(fā)生6KHZ脈沖；主機(jī)發(fā) 07H,表示需發(fā)生7KHZ脈沖；主機(jī)發(fā) 08H,表示需發(fā)生8KHZ脈沖；主機(jī)發(fā) 09H,表示需發(fā)生9KHZ脈沖；主機(jī)發(fā) 0AH,表示需發(fā)生10KHZ脈沖；1.5器材1、Keil C51軟件2、SLISP V1.3 89S51燒寫(xiě)軟件

8、3、PWM脈沖發(fā)生器電路板4、89S51 ISP并口編程線5、直流穩(wěn)壓電源6、示波器1.6調(diào)試步驟1、軟硬件聯(lián)調(diào)；2、用編程器，將程序?qū)懭隡CU芯片89C51；3、將芯片插入系統(tǒng)正常工作；4、檢查結(jié)果。1.7參考書(shū)1、徐煜明.單片機(jī)原理及接口技術(shù). 北京:電子工業(yè)出版社，2005.12、張友德.單片微型機(jī). 上海:復(fù)旦大學(xué)出版社2000.23、馬忠梅,籍順心,張凱,馬巖. 單片機(jī)的C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì). 北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2003.11課題二 數(shù)字電子鐘2.1目的通過(guò)對(duì)數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)達(dá)到如下目的：1、熟悉MCS51定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷的應(yīng)用。2、熟悉時(shí)鐘時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)方法，掌握編程技

9、巧。3、掌握鍵盤(pán)的基本工作原理，鍵的識(shí)別，鍵抖動(dòng)和重鍵問(wèn)題的解決，鍵盤(pán)工作方式和鍵盤(pán)程序的編程。4、掌握七段碼LED顯示器的結(jié)構(gòu)，七段碼LED顯示器的工作方式和顯示程序的編程。2.2設(shè)計(jì)要求利用ATMEL89C51、INTEL8155、七段碼LED、按鍵及常用外圍器件，設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電子時(shí)鐘，要求：1、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)電子時(shí)鐘的硬件原理圖。2、用T0定時(shí)器，產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，設(shè)計(jì)定時(shí)中斷程序。3、具有六位LED，分別顯示時(shí)、分、秒，設(shè)計(jì)顯示程序。4、可用鍵盤(pán)進(jìn)行校對(duì)時(shí)間，設(shè)計(jì)鍵盤(pán)程序。2.3硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中單片機(jī)通過(guò)8155擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)LED數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)。系統(tǒng)框圖如下所示。圖21 系統(tǒng)框圖2.4軟件設(shè)計(jì)1、 設(shè)計(jì)

10、時(shí)鐘計(jì)時(shí)（24小時(shí)進(jìn)制計(jì)時(shí)）（1）實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘計(jì)時(shí)的基本方法 a計(jì)數(shù)初值計(jì)算。已知晶振頻率為11.0592MHZ，用T0定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以 方式2進(jìn)行40ms的定時(shí)。 b采用中斷方式進(jìn)行溢出次數(shù)累計(jì)，計(jì)滿25次即到秒計(jì)時(shí)。 c從秒到分，從分到時(shí)的計(jì)時(shí)，可通過(guò)累加器和數(shù)值比較實(shí)現(xiàn)。 d時(shí)鐘顯示及緩沖區(qū)分配 39H 3AH 3BH 3CH 3DH 3EH 時(shí) 分 秒 （2）程序流程設(shè)計(jì) a主程序（MAIN）：主程序的主要功能是進(jìn)行定時(shí)器/計(jì)數(shù)器初始化編程，然后通過(guò)反復(fù)調(diào)用子程序的方法，等待40ms定時(shí)中斷的到來(lái)。 b中斷服務(wù)程序（PITO）：中斷服務(wù)程序的主要功能是進(jìn)行計(jì)時(shí)操作。程序開(kāi)始先判斷計(jì)數(shù)，溢出

11、是否滿25次，不滿25次表明還沒(méi)達(dá)到最小計(jì)時(shí)單位秒，中斷返回。否則進(jìn)行計(jì)時(shí)操作。 c加1子程序（DAAD1）：加1程序用于完成對(duì)秒、分、和時(shí)的加班操作，中斷服務(wù)程序中在秒、分、時(shí)加1時(shí)調(diào)用此子程序。（3）時(shí)鐘計(jì)時(shí)參考程序框圖時(shí)鐘計(jì)時(shí)參考程序框圖見(jiàn)圖22、232、 設(shè)計(jì)顯示子程序（DIR）采用動(dòng)態(tài)顯示方式。所謂動(dòng)態(tài)顯示，就是LED顯示器一位一位地輪流點(diǎn)亮（掃描），對(duì)于每一位LED顯示器來(lái)說(shuō)，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。顯然，LED顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與LED顯示器點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。通過(guò)調(diào)整LED顯示器的導(dǎo)通電流和時(shí)間比例參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)較高亮度且穩(wěn)定的顯示。顯示程序框圖如圖24所示

12、。3、設(shè)計(jì)鍵盤(pán)子程序（KEY）采用行掃描法識(shí)別閉合鍵的原理，設(shè)計(jì)鍵盤(pán)程序。用軟件方法解決按鍵抖動(dòng)問(wèn)題。鍵盤(pán)程序框圖如圖25所示。 MAIN 定義堆棧區(qū) 顯示緩沖單元清0 定時(shí)器T0工作方式 裝載計(jì)數(shù)初值 定時(shí)開(kāi)始 開(kāi)中斷 設(shè)置循環(huán)次數(shù) 調(diào)用顯示子程序 圖22 主程序框圖 DAAD 取十位數(shù) 使十位數(shù)占A高半字節(jié) 取個(gè)位數(shù)占A低半字節(jié) 加1 十進(jìn)制調(diào)整 取出低字節(jié)個(gè)位數(shù)送緩沖單元 取出高4位十位數(shù)送緩沖單元 返回 圖23 加1子程序框圖圖25 按鍵掃描程序框圖圖24 顯示程序框圖2.5器材1、Keil C51軟件2、單片機(jī)開(kāi)發(fā)板3、西爾特編程器4、直流穩(wěn)壓電源5、示波器2.6調(diào)試步驟1、軟硬件聯(lián)

13、調(diào)；2、用編程器，將程序?qū)懭隡CU芯片89C51；3、將芯片插入系統(tǒng)正常工作；4、檢查結(jié)果。2.7參考書(shū)1、徐煜明.單片機(jī)原理及接口技術(shù). 北京:電子工業(yè)出版社，2005.12、張友德.單片微型機(jī). 上海:復(fù)旦大學(xué)出版社2000.23、徐君毅. 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng). 上海: 上?？萍汲霭嫔?，2001.5課題三 具有串行通信功能的電子鐘3.1目的通過(guò)對(duì)本課題的設(shè)計(jì)達(dá)到如下目的：1、熟悉MCS51定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷的應(yīng)用。2、熟悉時(shí)鐘時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)方法，掌握編程技巧。3、掌握鍵盤(pán)的基本工作原理，鍵的識(shí)別，鍵抖動(dòng)和重鍵問(wèn)題的解決，鍵盤(pán)工作方式和鍵盤(pán)程序的編程。4、掌握七段碼LED顯示器的結(jié)構(gòu)，七

14、段碼LED顯示器的工作方式和顯示程序的編程。5、掌握串行通信程序的編寫(xiě)。3.2設(shè)計(jì)要求利用ATMEL89C51、七段碼LED、按鍵、MAX232及常用外圍器件，設(shè)計(jì)一個(gè)具有串行通信功能的電子鐘，由于本課題相比課題二增加了串行通信功能，考慮到工作量問(wèn)題，在顯示功能上加以簡(jiǎn)化，僅使用2位LED，具體要求如下：1、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)電子鐘的硬件原理圖。2、用T0定時(shí)器，產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，設(shè)計(jì)定時(shí)中斷程序。3、具有2位LED，通過(guò)按鍵切換，分別顯示時(shí)、分、秒，設(shè)計(jì)顯示程序。4、可用鍵盤(pán)進(jìn)行校對(duì)時(shí)間，設(shè)計(jì)鍵盤(pán)程序。5、當(dāng)前時(shí)間可通過(guò)串口在其他單片機(jī)系統(tǒng)上顯示。6、要有秒表功能。3.3硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中單片機(jī)通過(guò)P0口和

15、P2口直接驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管，單片機(jī)通過(guò)MAX232串口芯片實(shí)現(xiàn)和其他單片機(jī)系統(tǒng)的通信。系統(tǒng)框圖如下所示。圖31 系統(tǒng)框圖3.4軟件設(shè)計(jì)1、主程序主程序的主要功能是進(jìn)行定時(shí)器/計(jì)數(shù)器初始化編程，然后通過(guò)反復(fù)調(diào)用子程序的方法，等待定時(shí)中斷的到來(lái)。流程框圖如圖32所示。2、定時(shí)中斷程序已知晶振頻率為12MHZ，用T0定時(shí)/計(jì)數(shù)器，進(jìn)行50ms的定時(shí)。采用中斷方式進(jìn)行溢出次數(shù)累計(jì)，計(jì)滿20次即到秒計(jì)時(shí)。從秒到分，從分到時(shí)的計(jì)時(shí)，可通過(guò)累加器和數(shù)值比較實(shí)現(xiàn)。流程框圖如圖33所示。3、設(shè)計(jì)鍵盤(pán)子程序（KEY）采用獨(dú)立按鍵掃描法，設(shè)計(jì)鍵盤(pán)程序。用軟件方法解決按鍵抖動(dòng)問(wèn)題。鍵盤(pán)程序框圖如圖34所示。4、串行通

16、信子程序（UART）采用中斷方式設(shè)計(jì)串行通信程序，在PC機(jī)上設(shè)置萬(wàn)年歷當(dāng)前時(shí)間，串行通信程序框圖如圖35所示。圖32 主程序流程框圖 圖33 定時(shí)中斷流程框圖圖34 按鍵掃描流程框圖 圖35 串行通信流程框圖3.5集成開(kāi)發(fā)環(huán)境Keil使用簡(jiǎn)介下面介紹在Keil開(kāi)發(fā)工具中調(diào)試程序的方法。1、打開(kāi)Keil開(kāi)發(fā)工具，在菜單欄中選中“Project”，在下拉菜單中選擇“New Project”。若已經(jīng)建立過(guò)了工程則點(diǎn)擊“Open Project”,找到原先文件的保存路徑，打開(kāi)文件。操作如圖3-6所示。圖3-6 工程建立示意圖2、在出現(xiàn)的對(duì)話框中選擇文件的保存位置，點(diǎn)擊“確定”。在下一個(gè)對(duì)話框中選擇所要

17、仿真的芯片型號(hào)。3、在左邊的“WorkSpace”區(qū)中，右擊“Source Group”,選擇“Add files to group”,將程序文件添加到工程中。如圖3-7所示。圖3-7 文件添加示意圖4、在常用工具欄中選擇“options”選項(xiàng)，單擊其中的“Debug”;選擇右側(cè)的“use”單選框，在下拉菜單中選擇仿真器的型號(hào)，這里選擇“TKS-52S Emulator/Programmer”,并點(diǎn)擊右側(cè)的“setting”選擇相關(guān)的設(shè)置。如圖38所示。圖3-8 仿真器設(shè)置示意圖5、將仿真器的電源、串口接好，并將仿真頭電路板向連。檢查無(wú)誤后，點(diǎn)擊“Project”中“Rebuild all t

18、arget files”,或直接點(diǎn)擊常用工具欄中快捷按鈕，編譯所有文件。根據(jù)下面的信息欄中的提示信息，修改文件中的錯(cuò)誤，重新編譯直到編譯通過(guò)。如下圖3-9所示。圖3-9 工程編譯示意圖6、選擇“Debug”中“Start/Stop Debug Session”或點(diǎn)擊常用工具欄中快捷按鈕。將編譯好的程序加載到仿真器中。待程序加載完成后，復(fù)位并運(yùn)行。觀察電路班上的實(shí)際效果，并測(cè)試按鍵、顯示等硬件電路功能。找出其中的不足或漏洞。7、利用常用工具欄中的設(shè)置斷點(diǎn)，單步調(diào)試和查看工作寄存器變量等常用工具按鈕調(diào)試在上述步驟發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題或功能缺陷。將修改后的程序重新加載到仿真器中運(yùn)行、調(diào)試直至達(dá)到理想的結(jié)果。3.6器材1、Keil C51軟件2、單片機(jī)開(kāi)發(fā)板3、TKS-52仿真器4、西爾特編程器5、直流穩(wěn)壓電源6、示波器3.7調(diào)試步驟1、軟硬件聯(lián)調(diào)；2、用編程器，將程序?qū)懭隡CU芯片89C51；3、將芯片插入系統(tǒng)正常工作；4、檢查結(jié)果。3.8參考書(shū)1、徐煜明.單片機(jī)原理及接口技術(shù). 北京:電子工業(yè)出版社，2005.12、張友德.單片微型機(jī). 上海:復(fù)旦大學(xué)出版社2000.23、馬忠梅,籍順心,張凱,馬巖. 單片機(jī)的C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì). 北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2003.11課題四 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描4.1目的通過(guò)對(duì)本課題的設(shè)計(jì)達(dá)到如下目的：1、 熟悉MCS51的應(yīng)用。2、