單片機原理與應(yīng)用課程設(shè)計

蘇州市職業(yè)大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書課程名稱：單片機原理與應(yīng)用課程設(shè)計起訖時間：2011年6月27日----7月3日院系：電子信息工程系班級：指導(dǎo)教師：系主任：蘇州市職業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書名稱單片機原理與應(yīng)用課程設(shè)計2011年6月27日至2011年7月3日共1周院系電子信息工程系班姓級名學(xué)號系主任張紅兵教研室主任陸春妹指導(dǎo)教師劉淑芬目錄第一章緒論1.1WAVE的簡單介紹1.2Protues簡介1.3單片機的特點1.4電腦時鐘簡介1.4.1電腦時鐘的基本特點1.4.2電腦時鐘的原理第二章系統(tǒng)設(shè)計方案2.1工作原理圖2.2元器件清單2.3系統(tǒng)工作原理第三章主要元器件介紹3.1AT89C513.1.1AT89C51封裝圖3.1.2AT89C51主要引腳及功能介紹3.2數(shù)碼管3.3鍵盤電路設(shè)計第四章控制系統(tǒng)的設(shè)計4.1程序介紹4.1.1主程序4.1.2數(shù)碼管顯示模塊4.1.3定時器/計數(shù)器T0中斷服務(wù)程序4.1.4按鍵處理模塊4.2程序代碼4.3程序仿真4.3.1偉福軟件仿真4.3.2Proteus7仿真第五章實驗心得參考文獻第一章緒論單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。單片機誕生于20世紀70年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段。起初模型1.SCM即單片微型計算機（SingleChipMicrocomputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)。“創(chuàng)新模式”獲得成功，奠定了SCM與通用計算機完全不同的發(fā)展道路。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展道路上，Intel公司功不可沒。MicroControllerUnit2.MCU即微控制器（MicroControllerUnit）階段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷擴展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時，對象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對象的智能化控制能力。它所涉及的領(lǐng)域都與對象系統(tǒng)相關(guān)，因此，發(fā)展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠家。從這一角度來看，Intel逐漸淡出MCU的發(fā)展也有其客觀因素。在發(fā)展MCU方面，最著名的廠家當數(shù)Philips公司。Philips公司以其在嵌入式應(yīng)用方面的巨大優(yōu)勢，將MCS-51從單片微型計算機迅速發(fā)展到微控制器。因此，當我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時，不要忘記Intel和Philips的歷史功績。嵌入式系統(tǒng)單片機是嵌入式系統(tǒng)的獨立發(fā)展之路，向MCU階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機的發(fā)展自然形成了SoC化趨勢。隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計、EDA工具的發(fā)展，基于SoC的單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計會有較大的發(fā)展。因此，對單片機的理解可以從單片微型計算機、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)。1.1WAVE的簡單介紹編輯、編譯、下載、調(diào)試全部集中在一個環(huán)境下。多種仿真器，多類CPU仿真全部集成在一個環(huán)境下。可仿真51系列，196系列，PIC系列，飛利蒲公司的552、LPC764、DALLAS320，華邦438等51增強型CPU。為了跟上形勢，現(xiàn)在很多工程師需要面對和掌握不同和項目管理器、編輯器、編譯器。他們由不同的廠家開發(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WINDOWS調(diào)試軟件為您提供了一個全集成環(huán)境，統(tǒng)一的界面，包含一個項目管理器，一個功能強大的編輯器，匯編Make、Build和調(diào)試工具并提供一個與第三方編譯器的接口。1.2Protues簡介ProteusISIS是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點是：①實現(xiàn)了單片機仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。②支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。③提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如KeilC51uVision2等軟件。④具有強大的原理圖繪制功能?？傊?，該軟件是一款集單片機和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大。本章介紹ProteusISIS軟件的工作環(huán)境和一些基本操作。1.3單片機的特點1.單片機的存儲器ROM和RAM時嚴格區(qū)分的。ROM稱為程序存儲器，只存放程序，固定常數(shù)，及數(shù)據(jù)表格。RAM則為數(shù)據(jù)存儲器，用作工作區(qū)及存放用戶數(shù)據(jù)。2.采用面向控制的指令系統(tǒng)。為滿足控制需要，單片機有更強的邏輯控制能力，特別是單片機具有很強的位處理能力。3.單片機的I/O口通常時多功能的。由于單片機芯片上引腳數(shù)目有限，為了解決實際引腳數(shù)和需要的信號線的矛盾，采用了引腳功能復(fù)用的方法，引腳處于何種功能，可由指令來設(shè)置或由機器狀態(tài)來區(qū)分。4.單片機的外部擴展能力很強。在內(nèi)部的各種功能部件不能滿足應(yīng)用的需求時，均可在外部進行擴展，與許多通用的微機接口芯片兼容，給應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計帶來了很大的方便。1.4電腦時鐘簡介本作品采用Atmel公司的AT89C51單片機，以匯編語言為程序設(shè)計的基礎(chǔ)，設(shè)計一個用八位數(shù)碼管顯示時、分、秒的時鐘。現(xiàn)代的電腦時鐘是基于單片機的一種計時工具，采用延時程序產(chǎn)生一定的時間中斷，用于一秒的定義，通過計數(shù)方式進行滿六十秒分鐘進一，滿六十分小時進一，滿二十四小時清零。從而達到計時的功能。1.4.1電腦時鐘的基本特點現(xiàn)在高精度的計時工具大多數(shù)都使用了石英晶體振蕩器，由于電子鐘、石英鐘、石英表都采用了石英技術(shù)，因此走時精度高，穩(wěn)定性好，使用方便，不需要經(jīng)常調(diào)試，數(shù)字式電子鐘用集成電路計時時，譯碼代替機械式傳動，用LED顯示器代替指針顯示進而顯示時間，減小了計時誤差，這種表具有時、分、秒顯示時間的功能，還可以進行時和分的校對，片選的靈活性好。1.4.2電腦時鐘的原理該電腦時鐘由89C51，BUTTON，八位七段數(shù)碼管等構(gòu)成，采用晶振電路作為驅(qū)動電路，由延時程序和循環(huán)程序產(chǎn)生的一秒定時，達到時分秒的計時，六十秒為一分鐘，六十分鐘為一小時，滿二十四小時為一天。而電路中共設(shè)計了四個控制鍵，擁有多種不同的功能，按鈕1為復(fù)位鍵，可以實現(xiàn)整個系統(tǒng)的復(fù)位，按鈕2為時間調(diào)節(jié)選擇按鈕，可以選擇調(diào)節(jié)時或分，按鈕3、4完成的則是對時間的調(diào)節(jié)。第二章系統(tǒng)設(shè)計方案2.1工作原理圖2.2元器件清單元件名稱元件個數(shù)功能注釋89C51或82C51都能完成任務(wù)AT89C511單片機芯片八位七段數(shù)碼管電阻330Ω電阻10K電容33uF振蕩器184214時間顯示保護電路保護電路振蕩電路振蕩電路控制7SEG-MPX8-CA-BLUEMINRES330RMINRES10K石英晶體振蕩器復(fù)位1個，調(diào)節(jié)時間3個按鈕2.3系統(tǒng)工作原理通過對多種單片機性能的分析，最終認為89C51是最理想的電腦時鐘開發(fā)芯片。89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，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89C51是一種高效微控制器，而且它與MCS-51兼容，且具有4K字節(jié)可編程閃爍存儲器和1000寫/擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時間為10年等特點，是最好的選擇。1.單片機發(fā)送的信號通過程序控制最終在數(shù)碼管上顯示出來。2.單片機通過輸出各種電脈沖信號來驅(qū)動控制各部分正常工作。3.為使時鐘走時與標準時間一致，校時電路是必不可少的，鍵盤用來校正數(shù)碼管上顯示的時間。4.設(shè)計的電路主要由三模塊構(gòu)成：單片機控制電路，顯示電路、及校正電路。5.本設(shè)計采用匯編語言程序設(shè)計，使單片機控制數(shù)碼管顯示時、分、秒，當秒計數(shù)計滿60時就向分進位，分計數(shù)器計滿60后向時計數(shù)器進位，小時計數(shù)器按“23翻0”規(guī)律計數(shù)。時、分、秒的計數(shù)結(jié)果經(jīng)過數(shù)據(jù)處理可直接送顯示器顯示。當計時發(fā)生誤差的時候可以用校時電路進行校正。設(shè)計采用的是時、分、秒顯示，單片機對數(shù)據(jù)進行處理同時在數(shù)碼管上顯示第三章主要元器件介紹3.1AT89C513.1.1AT89C51封裝圖圖3.1AT89C51單片機3.1.2AT89C51主要引腳及功能介紹VCC：電源。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳備選功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時器0外部輸入）P3.5T1（記時器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。3.2數(shù)碼管數(shù)碼管是一種把多個LED顯示段集成在一起的顯示設(shè)備。有兩種類型，一種是共陽型，一種是共陰型。共陽型就是把多個LED顯示段的陽極接在一起，又稱為公共端。共陰型就是把多個LED顯示段的陰極接在一起，即為公共商。陽極即為二極管的正極，又稱為正極，陰極即為二極管的負極，又稱為負極。通常的數(shù)碼管又分為7段，即7個LED顯示段，這是為工程應(yīng)用方便如設(shè)計的，分別為A、B、C、D、E、F、G。而多位數(shù)碼管，除某一位的公共端會連接在一起，不同位的數(shù)碼管的相同端也會連接在一起。即，所有的A段都會連在一起，其它的段也是如此，這是實際最常用的用法。數(shù)碼管顯示方法可分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。靜態(tài)顯示就是數(shù)碼管的7段輸入及其公共端電平一直有效。動態(tài)顯示的原理是，各個數(shù)碼管的相同段連接在一起，共同占用7位段引管線；每位數(shù)碼管的陽極連在一起組成公共端。利用人眼的視覺暫留性，依次給出各個數(shù)碼管公共端加有效信號，在此同時給出該數(shù)碼管加有效的數(shù)據(jù)信號，當全段掃描速度大于視覺暫留速度時，顯示就會清晰顯示出來。本次實驗應(yīng)用的是八位七段數(shù)碼管。圖3.2八位七段數(shù)碼管3.3鍵盤電路設(shè)計本系統(tǒng)設(shè)置了4個按鈕，其功能如下：如果沒有按鍵按下，則時鐘正常走時。當按下按鈕1時，系統(tǒng)會進入復(fù)位狀態(tài)；當按下按鈕2時，進入調(diào)時/調(diào)分選擇狀態(tài)，時鐘停止走動；此時按下按鈕3和按鈕4可以進行加一和減一操作；繼續(xù)按下按鈕2鍵可以分別進行分和小時的調(diào)整；最后按下按鈕2鍵啟動計時。圖3.3控制鍵第四章控制系統(tǒng)的設(shè)計4.1程序介紹4.1.1主程序先對顯示單元和定時器/計數(shù)器初始化，然后重復(fù)調(diào)用數(shù)碼管顯示模塊和按鍵處理模塊，當有按鍵按下時，則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的功能程序。4.1.2數(shù)碼管顯示模塊本實驗有8個數(shù)碼管，從右到左為秒、橫線、分、橫線、時。在本系統(tǒng)中數(shù)碼管顯示采用軟件譯碼動態(tài)顯示。在存儲器中首先建立一張顯示信息的字段碼表，顯示時，先從顯示緩沖區(qū)中取出顯示的信息，然后通過查表程序在字段表中查出所顯示的信息的段碼，從P0端口輸出，同時在P2端口進行數(shù)碼管顯示。4.1.3定時器/計數(shù)器T0中斷服務(wù)程序T0用于計時，選中方式一，重復(fù)定時，定時時間設(shè)為50ms，定時時間到則中斷，在中斷服務(wù)程序中用一個計數(shù)器對50ms計數(shù)，計20次則對秒單元加一。秒單元加到60則對分單元加一，同時秒單元清0；分單元加到60則對時單元加一，同時分單元清0；時單元加到24則對時單元清0。4.1.4按鍵處理模塊按鍵設(shè)置為：如果沒有按鍵按下，則時鐘正常走時。當按下按鈕1時，系統(tǒng)會進入復(fù)位狀態(tài)；當按下按鈕2時，進入調(diào)時/調(diào)分選擇狀態(tài)，時鐘停止走動；此時按下按鈕3和按鈕4可以進行加一和減一操作；繼續(xù)按按鈕2鍵可以分別進行分和小時的調(diào)整；最后按按鈕2鍵啟動計時。4.2程序代碼具體程序清單如下：ORG0000HLJMPSTARTORG000BHLJMPINIT0START:MOVR0,#70HMOVR7,#0CHINIT:MOV@R0,#00HINCR0;主程序開始DJNZR7,INITMOV72H,#10MOV75H,#10;對連字符進行裝值MOVTMOD,#01H;選擇定時器/計數(shù)器T0的方式1MOVTL0,#0B0HMOVTH0,#03CHSETBEA;對低位賦初值;高位賦初值SETBET0SETBTR0START1:LCALLSCANLCALLKEYSCANSJMPSTART1DL1MS:MOVR6,#14HDL1:MOVR7,#19HDL2:DJNZR7,DL2DJNZR6,DL1;延時1子程序RETDL20MS:ACALLSCANACALLSCANACALLSCAN;延時20ms子程序RET;數(shù)碼管顯示程序開始SCAN:MOVA,78HMOVB,#0AHDIVAB;時間秒的十位送給A，時間秒的個位送BMOV71H,AMOV70H,BMOVA,79HMOVB,#0AHDIVAB;時間秒要顯示的十位;時間秒要顯示的個位;時間分的十位送給A，時間分的個位送B;時間分要顯示的十位送地址MOV74H,AMOV73H,BMOVA,7AHMOVB,#0AHDIVAB;時間分要顯示的個位送地址;時間時的十位送給A，時間時的個位送B;時間時顯示的十位送地址MOV77H,AMOV76H,BMOVR1,#70H;時間時要顯示的個位送地址MOVR5,#0FEHMOVR3,#09HSCAN1:MOVA,R5MOVP1,A;數(shù)碼管的顯示程序MOVA,@R1MOVDPTR,#TABMOVCA,@A+DPTRMOVP0,A;對字段表取值顯示MOVA,R5LCALLDL1MSINCR1MOVA,R5RLAMOVR5,ADJNZR3,SCAN1MOVP1,#0FFHMOVP0,#0FFHRET;"0~9"和"-"的字段表TAB:DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0BFH;定時/計數(shù)器T0中斷程序INIT0:PUSHACCPUSHPSWCLRET0CLRTR0MOVTL0,#0B0HMOVTH0,#03CHSETBTR0INC7BHMOVA,7BHCJNEA,#14H,OUTT0;50ms是否到20次，沒有到就繼續(xù)執(zhí)行50ms的延時MOV7BH,#00INC78HMOVA,78HCJNEA,#3CH,OUTT0;一秒的延時是否計到60次，沒有就繼續(xù)執(zhí)行MOV78H,#00INC79HMOVA,79HCJNEA,#3CH,OUTT0MOV79H,#00INC7AHMOVA,7AHCJNEA,#18H,OUTT0;60分鐘的延時是否計到24次，沒有就繼續(xù)執(zhí)行程序MOV7AH,#00OUTT0:SETBET0POPPSW;啟動定時器T0POPACCRETI;按鍵處理程序KEYSCAN:CLREAJNBP2.0,KEYSCAN0;P2.0有按鍵按下則跳轉(zhuǎn)到子程序JNBP2.1,KEYSCAN1;P2.1有按鍵按下則跳轉(zhuǎn)到子程序JNBP2.2,KEYSCAN2;P2.2有按鍵按下則跳轉(zhuǎn)到子程序KEYOUT:SETBEARETKEYSCAN0:LCALLDL20MSJBP2.0,KEYOUT;20ms的延時消抖WAIT0:JNBP2.0,WAIT0;判斷按鍵是否松手，松手就往下執(zhí)行程序INC7CHMOVA,7CHCLRET0CLRTR0CJNEA,#03H,KEYOUT;按下第一次和第二次對時、分選定MOV7CH,#00SETBET0;按下第三次時就啟動計時SETBTR0SJMPKEYOUTKEYSCAN1:LCALLDL20MSJBP2.1,KEYOUT;按鍵加一的程序WAIT1:JNBP2.1,WAIT1MOVA,7CHCJNEA,#02H,KSCAN11;如果功能鍵按下則對時加一調(diào)整INC79HCJNEA,#3CH,KEYOUTMOV79H,#00;如果加到60則清零SJMPKEYOUTKSCAN11:INC7AHMOVA,7AH;如果功能鍵是按下第二次則對分進行加一調(diào)整CJNEA,#18H,KEYOUTMOV7AH,#00SJMPKEYOUTKEYSCAN2:LCALLDL20MSJBP2.2,KEYOUT;延時消抖程序WAIT2:JNBP2.2,WAIT2MOVA,7CH;判斷是否放開按鍵CJNEA,#02H,KSCAN21;如果功能鍵是按下第一次對