基于MCS51系列單片機實現(xiàn)鍵盤按鍵與數(shù)字動態(tài)顯示計數(shù)器課程設(shè)計..

1、畢業(yè)設(shè)計論文摘要單片機自20世紀70年代問世以來，以其極高的性能價格比，受到人們的重視和關(guān)注，應(yīng)用很廣、發(fā)展很快。而51單片機是各單片機中最為典型和最有代表性的一種。本實驗是基于MCS51系列單片機所設(shè)計的，可以實現(xiàn)鍵盤按鍵與數(shù)字動態(tài)顯示并可以用音樂倒數(shù)的計數(shù)器。本設(shè)計基于單片機技術(shù)原理，以單片機芯片AT89C51作為核心控制器，通過硬件電路的制作以及軟件程序的編制，設(shè)計制作出一個計數(shù)器，包括以下功能：輸出時間，按下鍵就開始計時并將時間顯示在LCD1602顯示器上。當?shù)褂嫈?shù)為0時，蜂鳴器就發(fā)出音樂聲響等等。該計數(shù)器系統(tǒng)主要由計數(shù)器模塊、LCD顯示器模塊、蜂鳴器模塊、鍵盤模塊、復位模塊等部分組成

2、。關(guān)鍵詞：AT89C51、鍵盤、LCD1602顯示、蜂鳴器目錄摘要I1 項目概述和要求11.1 單片機基礎(chǔ)知識11.2 單片機的發(fā)展趨勢11.3 項目設(shè)計任務(wù)與要求32 系統(tǒng)設(shè)計42.1 框圖設(shè)計42.2 部分硬件方案論述42.3 電路原理圖42.4 元件清單52.4.1AT89C51芯片52.4.2 字符型LCD160262.4.3 按鍵控制模塊82.4.4 其它元件83 軟件設(shè)計93.1程序流程圖93.2 程序關(guān)鍵問題的部分代碼114 系統(tǒng)的仿真與調(diào)試164.1硬件調(diào)試164.2 軟件調(diào)試164.3 軟硬件調(diào)試165 總結(jié)17參考文獻18信息工程學院課程設(shè)計報告1項目概述和要求1.1單片機

3、基礎(chǔ)知識單片機又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講，一塊芯片就成了一臺計算機。單片機具有體積小、功能強、應(yīng)用面廣等優(yōu)點，目前正以前所未見的速度取代著傳統(tǒng)電子線路構(gòu)成的經(jīng)典系統(tǒng)，蠶食著傳統(tǒng)數(shù)字電路與模擬電路固有的領(lǐng)地。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學習、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學習使用單片機了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇?，F(xiàn)在，這種單片機的使用領(lǐng)域已十分廣泛。彩電、冰箱、空調(diào)、錄像機、VCD、遙控器、游戲機、電飯煲等無處不見單片機的影子，單片機早已深深地融入我們每個人的生活之中。單片機能大大地提高這些產(chǎn)品的智能性，易用性及節(jié)能

4、性等主要性能指標，給我們的生活帶來舒適和方便的同時，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上也極大地提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。單片機按用途大體上可分為兩類，一種是通用型單片機，另一種是專用型單片機。MCS-51單片機是美國INTEL公司于1980年推出的產(chǎn)品，與MCS-48單片機相比，它的結(jié)構(gòu)更先進，功能更強，在原來的基礎(chǔ)上增加了更多的電路單元和指令，指令數(shù)達111條,MCS-51單片機可以算是相當成功的產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在，MCS-51系列或其兼容的單片機仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品，各高校及專業(yè)學校的培訓教材仍與MSC-51單片機作為代表進行理論基礎(chǔ)學習。MCS-51系列單片機主要包括8031、8051和8751等通用產(chǎn)品。1.

5、2 單片機的發(fā)展趨勢單片機現(xiàn)在可以說是百花齊放，百家爭鳴的時期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機，從8位、16位到32位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補，為單片機的應(yīng)用提供了廣闊的天地?？v觀單片機的發(fā)展過程，可以預示單片機的發(fā)展趨勢，大致有：一、微型單片化現(xiàn)在常規(guī)的單片機普遍都是將中央處理器（CPU）、隨機存取數(shù)據(jù)存儲（RAM）、只讀程序存儲器（ROM）、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強型的單片機集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW（脈寬調(diào)制電路）、WDT（看門狗）、有些單片機將LCD（液晶）驅(qū)

6、動電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機包含的單元電路就更多，功能就越強大。甚至單片機廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機芯片。此外，現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機除了功能強和功耗低外，還要求其體積要小。現(xiàn)在的許多單片機都具有多種封裝形式，其中SMD（表面封裝）越來越受歡迎，使得由單片機構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。二、低功耗CMOS化MCS-51系列的8031推出時的功耗達630mW，而現(xiàn)在的單片機普遍都在100mW左右，隨著對單片機功耗要求越來越低，現(xiàn)在的各個單片機制造商基本都采用了CMOS（互補金屬氧化物半導體工藝）。像80C51就采用了HMOS（

7、即高密度金屬氧化物半導體工藝）和CHMOS（互補高密度金屬氧化物半導體工藝）。CMOS雖然功耗低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點，這些特征，更適合于要求低功耗像電池供電的應(yīng)用場合。所以這種工藝將是今后一段時期單片機發(fā)展的主要途徑。三、主流與多品種共存現(xiàn)在雖然單片機的品種繁多，各具特色，但仍以89C51為核心的單片機占主流，兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有PHILIPS公司的產(chǎn)品，ATMEL公司的產(chǎn)品和中國臺灣的Winbond系列單片機。所以89C51占據(jù)了半壁江山。而Microchip公司的PIC精簡指令集合（RISC）也有著強勁的發(fā)展勢頭，中國臺灣的HO

8、LTEX公司近年的單片機產(chǎn)量與日俱增，與其底價質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢，占據(jù)一定的市場份額。此外還有MOTOROLA公司的產(chǎn)品，日本幾大公司的專用單片機。在一定的時期內(nèi)，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個單片機一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補、相輔相成、共同發(fā)展的道路。九十年代以后，單片機在結(jié)構(gòu)上采用雙CPU或內(nèi)部流水線，CPU位數(shù)有8位、16位、32位，時鐘頻率高達20MHZ，片內(nèi)帶有PWM輸出、監(jiān)視定時器WDT、可編程計數(shù)器陣列PCA、DMA傳輸、調(diào)制解調(diào)器等。芯片向高度集成化、低功耗方向的發(fā)展，使得單片機在大量數(shù)據(jù)的實時處理、高級通信系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、復雜工業(yè)過程控制、高級機器人以及局域網(wǎng)等方面得到

9、大量應(yīng)用。這類單片機有NEC公司的MPD7800，MITSUBISHI公司的M337700，REVKWELL公司的R6500。1.3 項目設(shè)計任務(wù)與要求設(shè)計任務(wù)：利用AT89C51單片機結(jié)合字符型LCD顯示器設(shè)計一個簡易的倒數(shù)計數(shù)器。做一小段時間倒計數(shù)，當?shù)褂嫈?shù)為0時，則發(fā)出一段音樂聲響，通知倒計數(shù)終了，該做應(yīng)當做的事。 設(shè)計要求：1. 字符型LCD(16x2)顯示器，顯示格式為“TIME分分：秒秒”。2. 用4個按鍵操作來設(shè)置當前想要倒計數(shù)的時間。3. 一旦按下鍵則開始倒計數(shù)，當計數(shù)為0時，發(fā)出一陣音樂聲。4. 程序執(zhí)行后工作指示燈LCD閃動，表示程序開始執(zhí)行，按下操作鍵K1K4動作如下：

10、K1-可調(diào)整倒計數(shù)的時間160分鐘。 K2-設(shè)置倒計數(shù)的時間為5分鐘，顯示“0500”。 K2-設(shè)置倒計數(shù)的時間為10分鐘，顯示“1000”。 K2-設(shè)置倒計數(shù)的時間為20分鐘，顯示“2000”。5. 復位后LCD的畫面應(yīng)能顯示倒計時的分鐘和秒數(shù)，此時按K1鍵，則在LCD上顯示出設(shè)置畫面。此時，若： 按K2鍵-增加倒計數(shù)的時間1分鐘。 按K2鍵-減少倒計數(shù)的時間1分鐘。 按K4鍵-設(shè)置完成。 擴充功能： 增加時鐘及鬧鐘功能。 增加秒表計數(shù)功能。172系統(tǒng)設(shè)計2.1框圖設(shè)計框圖設(shè)計是為了能夠從整體上把握系統(tǒng)的各個大的模塊以及各個模塊之間的聯(lián)系。同時羅列出需要主要使用到的各個器件，以方面系統(tǒng)開發(fā)中

11、器件的選取通過框圖設(shè)計，讓設(shè)計者從整體上把握系統(tǒng)的開發(fā)。本系統(tǒng)設(shè)計的框圖如下圖2-1所示。圖2-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.2部分硬件方案論述LCD1602顯示方式的方案比較。方案一：采用花樣顯示，花樣顯示是指LCD顯示某一屏字符時，采取從左到右或者是從右到左的整屏移動的顯示方式。在這種顯示方式下，給人的感覺就是程序是在執(zhí)行的，同時如果控制好了移動一屏的時間間隔的話，在整體視覺上可以達到很好的效果。方案二：采用靜態(tài)顯示，靜態(tài)顯示是指LCD顯示某一屏字符時，時鐘保持當前字符的顯示，不使用移屏顯示。便于控制，同時能夠滿足正常的顯示效果。由于在顯示中存在播放時間的動態(tài)變化，這樣的話，即使是不產(chǎn)生整屏移動，也能

12、給人動態(tài)感，也易于控制?；谝陨细鞣N特點，我選擇了方案二。2.3電路原理圖電路原理圖如圖2-2所示。牛ZJ-25Im祁BUI一圖2-2電路原理圖'就勺".tlKJ'Ldh.ij-a- IInt丁FS町 -K2-.rrnni-Q0KCCFACKE.id-rEi.LEMUnia,"tT&rfi-'2013-5-10MON00103pgjTwCL珂DIPDC3驅(qū)XTAI2mN呵曲OilFDMfciFD.&.AHHSTFI1T£AHPZEMFS.-IIMIiFZJafATJ:嚀脅HM.EP2.CACEHP2i'AtlPZ*A

13、HaZ/A-pP1UP30rfiX«Pl.lF3L-im<S!rilFjjsirraPi2FijiH3L*nPiJS旳曲識PIJP3Ti7C“THK劇；沖井:2.4元件清單2.4.1 AT89C51芯片AT89C51芯片圖如下圖2-3所示。55jiMlMilk7m-6.6.iiwA4UJ.d.a1bdid；gP*Tt:45JlUb-1i謔韻fill!AT8f»Sl«KWarfcjrflr|fcj!H«r昭腌汁昶533s332Jh>QT°MsN9C5：91W瓷盪pp11Ith3Pl,0Uq：Pl.lP,2(AD&PQ.C$3A

14、T8芯片a£?簡介：AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓、高性能CM0S8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C

15、單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。主要特性:與MCS-51兼容；4K字節(jié)可編程閃爍存儲器；壽命：1000寫/擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保留時間：10年；全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz；三級程序存儲器鎖定；128x8位內(nèi)部RAM；32可編程I/O線；兩個16位定時器/計數(shù)器；5個中斷源；可編程串行通道；低功耗的閑置和掉電模式；片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。2.4.2 字符型LCD1602字符型lcd1602如下圖2-4所示。LCD1LMJ1BL<TEKT>'IRV?<TEXT>I一；V圖2-4lcd1602圖1602字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的

16、LCD，多出來的2條線是背光電源線。VCC（15腳）和地線GND（16腳），其控制原理與14腳的LCD完全一樣，各引腳符號及其功能表如下表2-1所示。表2-1LCD各引腳及其功能表引腳符號功能說明1VSS一般接地2VDD接電源（+5V）3V0液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度）。4RSRS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。5R/WR/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平（0）時進行寫操作。6EE（或EN）端為使能（enable）端，下降沿使能。7DB0底

17、4位二態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線0位（最低位）8DB1底4位二態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線1位9DB2底4位二態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線2位10DB3底4位二態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線3位11DB4咼4位二態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線4位12DB5高4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線5位13DB6咼4位二態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線6位14DB7咼4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線7位（最咼位）（也是busyflag）15BLA背光電源正極16BLK背光電源負極2.4.3按鍵控制模塊按鍵用于控制數(shù)碼顯示、LCD顯示、揚聲器等模塊的工作。通過掃描按鍵是否按下，來設(shè)定各模塊的工作情況，使各模塊可以在按鍵的控制下，有序地進行工作。設(shè)計中使用單個按鍵實現(xiàn)單個功能，屬于較為簡單的控制方式。在

18、多功能系統(tǒng)設(shè)計的試驗中我們使用四個按鍵分別與單片機的p1.4、p1.5、p1.6、p1.7相連。通過按下相應(yīng)的按鍵來處理相應(yīng)的程序。如下圖2-5所示。0卩丨.7S1亠卩1.圖2-5按鍵控制模塊圖2.4.4其它元件其它元件圖如下圖2-6所示。圖2-6其它元件圖3軟件設(shè)計3.1程序流程圖主程序開始初始化，然后掃描鍵盤、復位電路和計數(shù)器。當鍵盤按鍵有按下時，調(diào)整計數(shù)器值，LCD顯示新值。當復位鍵有按下時，計數(shù)器復位為初值，重新倒計數(shù)。當計數(shù)器值倒計為0時，蜂鳴器發(fā)出聲音，計數(shù)器停止倒計，程序結(jié)束。主程序流程圖、led顯示流程圖和按鍵流程圖分別如下圖3T、圖3-2和圖3-3所示。是是調(diào)整計數(shù)器值巳按鍵

19、是否有按下？蜂鳴器發(fā)聲LCD顯示計數(shù)值計數(shù)器停止倒計數(shù)結(jié)束圖3-1主程序流程圖開始是否有程序執(zhí)行是否有鍵按下否是否是否是復位鍵是否按下否是J是否有鍵按下led顯示相應(yīng)設(shè)置畫面led顯示倒計時的分鐘和秒數(shù)退出led顯示相應(yīng)時間Led閃動圖3-2lcd顯示流程圖圖3-3按鍵流程圖3.2 程序關(guān)鍵問題的部分代碼.LCD顯示代碼：#include<reg51.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineDataPortP0#defineBusy0x80sbitRS=P3人4;

20、sbitRW=P3A6;sbitE=P0;voidDelay(void)uchari,j;for(i=255;i>0;i-)for(j=255;j>0;j-)_nop_();voidCheckBusy(void)DataPort=0xff;RS=0;RW=1;_nop_();E=1;_nop_();_nop_();while(DataPort&Busy)=Busy)E=0;E=1;E=0;voidWriteIR(ucharCMD,uintcheck)if(check)CheckBusy();_nop_();_nop_();RS=0;RW=0;_nop_();DataPort

21、=CMD;_nop_();E=1;_nop_();_nop_();E=0;voidWriteChar(shortXpos,charc)shorttemp=0x80;temp|=Xpos;WriteIR(temp,1);CheckBusy();_nop_();_nop_();RS=1;RW=0;_nop_();DataPort=c;_nop_();E=1;_nop_();_nop_();E=0;Swich(1)Cases1:time=1;time+;Cases2:time=5;ch=0500'Cases3:time=10;ch=1000'Cases4:time=20;ch=200

22、0'voidLCDReset(void)Swich(1)Cases2:time+;Cases3:time-；Cases4:break;voidmain(void)uinti;chartime;ucharch="20050510,mon,00:00"while(1)LCDReset();Delay();for(i=0;i<10;i+)WriteChar(i,chi);Delay();音樂播放如下(部分)：Voidmusic_paly(unsignedchar*msc)Unsignedcharmusic_long;Unsignedchamusic_data=0;T

23、emp_TH1=0xff;Temp_TL1=0xea;TH1=temp_TH1;TL1=temp_TL1;TR1=1;While(*msc!=0x00&&N_Ring=1)Music_data=*msc&0x07;Music_long=*msc>>4;If(music_long!=0)Temp_TH1=music_freq_tabmusic_data*2;Tenp_TH1=music_freq_tabmusic_data*2=1;Music_delay(music_1_tabmusic_long&0x07);Msc+;TR1=0;PIN_MSC=1;信息工程學院課程設(shè)計報告PZJSfAHPS/AfE4系統(tǒng)的仿真與調(diào)試4.1硬件調(diào)試硬件調(diào)試分為靜態(tài)調(diào)試和動態(tài)調(diào)試，對于硬件調(diào)試而言，只要認真焊接，硬件一般不會出現(xiàn)什么問題的。靜態(tài)調(diào)試一般采用的工具是萬用表，它是在用戶系統(tǒng)未工作時的一種硬件檢測。動態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排查錯誤的一種硬件檢測。調(diào)試步驟是：首先把電路分為若干模塊，調(diào)試過程中與該模塊無關(guān)的元件可以不加考慮，這樣可把故障限定