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..目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要 IAbstrct II1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 12整機(jī)概述 33單片機(jī)最小系統(tǒng)基本原理 43.1STC89C52介紹 43.2復(fù)位電路 63.3晶振電路 63.4單片機(jī)最小系統(tǒng)74擴(kuò)展電路基本原理 94.1數(shù)碼管顯示電路 94.2矩陣鍵盤(pán)電路 104.3串口通信電路 114.3.1串口通信 114.3.2串行通信控制寄存器 124.3.3串行口的工作方式 135整機(jī)電路設(shè)計(jì)圖 166軟件設(shè)計(jì) 176.1程序編寫(xiě)軟件Keil 176.2仿真軟件Proteus 176.3軟件設(shè)計(jì)詳情 176.3.1鍵盤(pán)掃描 176.3.2串行通信接收程序 187仿真結(jié)果 207.1數(shù)據(jù)輸入 207.2串行串口通信 218實(shí)物展示 229心得體會(huì) 23參考文獻(xiàn) 25附錄Ⅰ:元件清單 26附錄Ⅱ:總程序設(shè)計(jì) 27..摘要單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī),又稱(chēng)為微型控制器,是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支。隨著電子技術(shù)的發(fā)展,大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路和制造工藝的進(jìn)一步提高,單片機(jī)以其高可靠性、高性?xún)r(jià)比、低電壓、低功耗等一系列優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、智能化儀器表等領(lǐng)域。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路板在單片機(jī)開(kāi)發(fā)市場(chǎng)和大學(xué)生電子設(shè)計(jì)方面十分流行。本次課程設(shè)計(jì)包括STC89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)、4×4矩陣鍵盤(pán)、獨(dú)立6個(gè)8段LED數(shù)碼管顯示電路以及串口通信。其中單片機(jī)最小系統(tǒng)包括單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路和供電系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)后,利用Keil軟件編程以及Proteus軟件仿真,鞏固單片機(jī)應(yīng)用、模擬電路、數(shù)字電路課程及學(xué)會(huì)各種工程軟件的使用。仿真成功后開(kāi)始實(shí)物的安裝和調(diào)試,實(shí)現(xiàn)實(shí)習(xí)要求的功能。關(guān)鍵詞:?jiǎn)纹瑱C(jī)數(shù)碼管顯示矩陣鍵盤(pán)..AbstrctAsthesinglechipcomputer,alsoknownasmicrocontroller,isanimportantbranchofmicrocomputer.Withthedevelopmentofelectronictechnology,furtherimprovethelarge-scaleandultralargescaleintegratedcircuitandmanufacturingtechnology,singlechipwithaseriesofadvantagesofhighreliability,highperformance,lowvoltage,lowpowerconsumption,iswidelyappliedinthecontrolsystem,dataacquisitionsystem,intelligentinstrumentetc..MCUminimumsystemcircuitboardisverypopularintheSCMdevelopmentmarketandUndergraduateElectronicdesign.ThecurriculumdesignincludesSTC89S52minimumsystemmicrocontroller,4*4matrixkeyboard,theindependent6LED8segmentdigitaltubedisplaycircuitandtheserialcommunication.Thesmallestsingle-chipsystemconsistsofsinglechipmicrocomputer,crystalcircuit,resetcircuitandpowersupplysystem.Throughtheanalysisanddesignthesystem,usingKeilsoftwareprogrammingandProteussoftwaresimulation,theuseoftheconsolidationofSCMapplication,analogcircuit,digitalcircuitcourseandlearnallkindsofEngineeringsoftware.Afterthesuccessofsimulationtobegintheinstallationanddebuggingofreal,practicetherequirementsoffunction.Keywords:Singlechipdigitaltubedisplaymatrixkeyboard..1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1、完成包含如下系統(tǒng)功能組件的單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、焊接、調(diào)試〔1鍵盤(pán)一個(gè)4X4的矩陣鍵盤(pán),其中,10個(gè)按鍵是0~9數(shù)字鍵;另外6個(gè)是功能鍵,用于功能選擇和控制,如"數(shù)據(jù)輸入"、"數(shù)據(jù)顯示"、"串行通信"功能選擇鍵,以及"回車(chē)"、"清除"、控制鍵。〔2顯示電路由6個(gè)7段LED數(shù)碼管組成的顯示電路。〔3串口串行通信利用51的串口實(shí)現(xiàn)串行通信接口電路。2、完成ISP下載電路的設(shè)計(jì)、焊接3、完成系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì),包括程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、流程圖繪制、程序設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)如下功能〔1功能選擇通過(guò)功能選擇鍵,使得單片機(jī)處于不同的工作狀態(tài)并通過(guò)LED顯示相應(yīng)的內(nèi)容;可選擇的功能包括:數(shù)據(jù)輸入;數(shù)據(jù)顯示;串口通信〔2數(shù)據(jù)輸入通過(guò)功能選擇鍵選擇"數(shù)據(jù)輸入"后,可分次輸入10個(gè)4位十進(jìn)制數(shù)據(jù),并將輸入的數(shù)據(jù)保存在內(nèi)部RAM中。數(shù)據(jù)輸入要求:第一步輸入序號(hào)0~9,表明輸入的是第幾個(gè)4位十進(jìn)制數(shù)據(jù);第二步按下回車(chē)鍵,完成序號(hào)輸入;第三步輸入最多4位的十進(jìn)制數(shù)據(jù);第四步按下回車(chē)鍵,完成數(shù)據(jù)輸入;重復(fù)第一步,開(kāi)始新數(shù)據(jù)的輸入;輸入數(shù)據(jù)的顯示格式是:最左邊是序號(hào),然后是空格,之后是從右到左的最多4位十進(jìn)制數(shù);若在輸入過(guò)程中〔第一步或第三步出現(xiàn)錯(cuò)誤,按"清除"鍵,重新從第一步開(kāi)始輸入數(shù)據(jù)?;蛘?自己設(shè)計(jì)10個(gè)十進(jìn)制數(shù)的輸入及顯示方式?!?數(shù)據(jù)顯示通過(guò)功能選擇鍵選擇"數(shù)據(jù)顯示"后,可顯示之前輸入的10個(gè)4位十進(jìn)制數(shù)據(jù)中的任一個(gè),要求:第一步輸入序號(hào)0~9,表明顯示的是第幾個(gè)4位十進(jìn)制數(shù)據(jù);第二步顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù);重復(fù)第一步、第二步,顯示其他的數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)的顯示格式是:最左邊是序號(hào),然后是空格,之后是要顯示的數(shù)據(jù),從右到左最多4位十進(jìn)制數(shù)?;蛘?自己設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的顯示方式?!?數(shù)據(jù)通信將兩個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng)通過(guò)串口連接起來(lái),其中一個(gè)作為主系統(tǒng),另一個(gè)作為輔系統(tǒng)。當(dāng)通過(guò)功能選擇鍵選擇"串行通信"后,當(dāng)在主系統(tǒng)上按下數(shù)字鍵后主系統(tǒng)的LED按從左向右移東的方式顯示按鍵輸入的數(shù)字,同時(shí)輔系統(tǒng)的LED上顯示與主系統(tǒng)同樣的內(nèi)容。4、利用仿真軟件完成系統(tǒng)仿真工作5、在單片機(jī)最小系統(tǒng)硬件上實(shí)現(xiàn)任務(wù)3中規(guī)定的功能2整機(jī)概述單片機(jī)最小系統(tǒng),是指用0最小的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng),如圖2.1所示。對(duì)于51系列單片機(jī)來(lái),最小系統(tǒng)的必備條件是需要ROM存儲(chǔ)程序,需要RAM保存中間數(shù)據(jù),需要時(shí)鐘、電源和復(fù)位。由于51單片機(jī)片內(nèi)有RAM和ROM,只需要外接晶振電路、復(fù)位電路即可構(gòu)成單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路。單片機(jī)接口電路主要用來(lái)連接計(jì)算機(jī)和其他外部設(shè)備。本次設(shè)計(jì)主要完成的擴(kuò)展電路包括鍵盤(pán)電路、數(shù)碼管顯示、串行通信三大模塊。其原理框圖如圖2.1所示:STC89C52STC89C52數(shù)碼管顯示矩陣鍵盤(pán)數(shù)據(jù)通信晶振電路復(fù)位電路圖2.1總原理框圖3單片機(jī)最小系統(tǒng)基本原理最小系統(tǒng)的必備條件是需要ROM存儲(chǔ)程序,需要RAM保存中間數(shù)據(jù),需要時(shí)鐘、電源和復(fù)位。由于51單片機(jī)片內(nèi)有RAM和ROM,只需要外接晶振電路、復(fù)位電路即可構(gòu)成單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路。3.1STC89C52介紹STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核,但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上,擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash,使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能:8k字節(jié)Flash,512字節(jié)RAM,32位I/O口線,看門(mén)狗定時(shí)器,內(nèi)置4KBEEPROM,MAX810復(fù)位電路,3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,4個(gè)外部中斷,一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)〔兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu),全雙工串行口。另外STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作,支持2種軟件可選擇節(jié)電模式??臻e模式下,CPU停止工作,允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下,RAM內(nèi)容被保存,振蕩器被凍結(jié),單片機(jī)一切工作停止,直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻35MHz,6T/12T可選。根據(jù)不同場(chǎng)合的要求,這款單片機(jī)提供了多種封裝,本次設(shè)計(jì)根據(jù)最小系統(tǒng)有時(shí)需要更換單片機(jī)的具體情況,使用雙列直插DIP-40的封裝。STC89C52引腳如下圖3.1所示。其各引腳功能為:P0口:P0口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向I/O口,也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí),每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門(mén)電路,對(duì)端口P0寫(xiě)"l"時(shí),可作為高阻抗輸入端用。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí),這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址〔低8位和數(shù)據(jù)總線復(fù)用,在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。P1口:P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)〔吸收或輸出電流4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)"l",通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平,此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí),因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻,某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉圖3.1STC89C52引腳圖低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流〔IIL。P2口:P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)〔吸收或輸出電流4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口P2寫(xiě)"l",通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平,此時(shí)可作輸入口,作輸入口使用時(shí),因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻,某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流〔IIL。P3口:P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)〔吸收或輸出電流4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)P3口寫(xiě)入"l"時(shí),它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí),被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流〔IIL。RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí),RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE:當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),ALE〔地址鎖存允許輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下,ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的l/6輸出固定的脈沖信號(hào),因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。PSEN:程序儲(chǔ)存允許〔PSEN輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào),當(dāng)AT89C52由外部程序存儲(chǔ)器取指令〔或數(shù)據(jù)時(shí),每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效,即輸出兩個(gè)脈沖。EA:外部訪問(wèn)允許。欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器〔地址為0000H—FFFFH,EA端必須保持低電平〔接地。XTAL1:振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。3.2復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位電路就好比電腦的重啟部分,當(dāng)電腦在使用中出現(xiàn)死機(jī),按下重啟按鈕電腦內(nèi)部的程序從頭開(kāi)始執(zhí)行。單片機(jī)也一樣,當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行中,受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時(shí)候,按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動(dòng)從頭開(kāi)始執(zhí)行。對(duì)于單片機(jī),要實(shí)現(xiàn)復(fù)位,必須使復(fù)位引腳RST保持至少兩個(gè)機(jī)器周期的高電平。一般復(fù)位有兩種方法,如圖3.2所示。〔a上電復(fù)位電路〔b開(kāi)關(guān)復(fù)位電路圖3.2復(fù)位電路上電復(fù)位:加電瞬間電容充電,RST出現(xiàn)高電平。開(kāi)關(guān)復(fù)位電路:在上電自動(dòng)復(fù)位電路上增加了人工復(fù)位。在以上電路中,通電瞬間,由于RC的充電過(guò)程,在RST端出現(xiàn)一定脈沖寬度的正脈沖,只要該正脈沖持續(xù)保持10ms以上,就能使單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位,在6MHz的時(shí)鐘時(shí),通常CR取22μF,R1取200Ω,R2取1kΩ,這時(shí)能可靠地上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位。3.3晶振電路單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振作用非常大,全稱(chēng)叫晶體振蕩器,他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率。單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率越高,那么單片機(jī)運(yùn)行速度就越快。單片機(jī)一切指令的執(zhí)行都建立在單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率。單片機(jī)晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振而通過(guò)電子調(diào)整頻率的方法保持同步。51單片機(jī)的時(shí)鐘電路有兩種方式:內(nèi)部震蕩方式和外部震蕩方式,如圖3.3所示。圖3.3晶振電路內(nèi)部震蕩方式:51內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器,引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。單片機(jī)內(nèi)的放大器與外部連接的晶振和微調(diào)電容一起構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器,從而產(chǎn)生震蕩脈沖,輸入單片機(jī)的內(nèi)部時(shí)鐘電路。晶振的頻率決定單片機(jī)的時(shí)鐘頻率。通常晶振的時(shí)鐘頻率范圍為1.2~12MHz,電容為微調(diào)電容,可起頻率穩(wěn)定、微調(diào)作用,一般取值5~30pF。外部震蕩方式:不借助于單片機(jī)芯片內(nèi)部的反相放大器,此時(shí)XTAL1引腳接地。通常為了各單片機(jī)之間時(shí)鐘信號(hào)同步,引入唯一的外部脈沖信號(hào)作為各單片機(jī)的震蕩脈沖。3.4單片機(jī)最小系統(tǒng)將上述各部分組合,可以得到51單片機(jī)的最小系統(tǒng),如圖3.4所示。圖3.451單片機(jī)的最小系統(tǒng)4擴(kuò)展電路基本原理4.1數(shù)碼管顯示電路常用的七段數(shù)字顯示器發(fā)光器件有兩種:發(fā)光二極管和液晶顯示器,本次設(shè)計(jì)使用前者。其分段布置和段組合圖如圖3.4所示。圖4.1發(fā)光二級(jí)管七段數(shù)字顯示器分段布置及段組合圖發(fā)光二極管構(gòu)成的七段顯示器又分為兩種,共陰極和共陽(yáng)極電路,共陰極電路中,七個(gè)發(fā)光二極管的陰極連在一起接低電平,為使某一段發(fā)光,就將相應(yīng)二極管陽(yáng)極接高電平。如圖3.5左圖所示。共陽(yáng)極顯示器驅(qū)動(dòng)相反,如圖3.5右圖所示。圖4.2二極管顯示器等效電路7段數(shù)碼管每段的驅(qū)動(dòng)電流和其他單個(gè)LED發(fā)光二極管一樣,一般為5~10mA;正向電壓隨發(fā)光材料不同表現(xiàn)為1.8~2.5V不等。7段數(shù)碼管的顯示方法可分為靜態(tài)顯示與動(dòng)態(tài)顯示,本設(shè)計(jì)只用到動(dòng)態(tài)顯示,故只介紹動(dòng)態(tài)顯示。所謂動(dòng)態(tài)顯示就是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器〔掃描,對(duì)于顯示器的每一位而言,每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。雖然在同一時(shí)刻只有一位顯示器在工作〔點(diǎn)亮,但利用人眼的視覺(jué)暫留效應(yīng)和發(fā)光二極管熄滅時(shí)的余輝效應(yīng),看到的卻是多個(gè)字符"同時(shí)"顯示。若顯示器的位數(shù)不大于8位,則控制顯示器公共極電位只需一個(gè)8位I/O口〔稱(chēng)為掃描口或字位口,控制各位LED顯示器所顯示的字形也需要一個(gè)8位口〔稱(chēng)為數(shù)據(jù)口或字形口。動(dòng)態(tài)顯示器的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省硬件資源,成本較低,但在控制系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中,要保證顯示器正常顯示,CPU必須每隔一段時(shí)間執(zhí)行一次顯示子程序,這占用了CPU的大量時(shí)間,降低了CPU工作效率,同時(shí)顯示亮度較靜態(tài)顯示器低。綜合以上考慮,本設(shè)計(jì)用共陰數(shù)碼管做動(dòng)態(tài)顯示。用鎖存器74HC573擴(kuò)展P0口,其連接電路圖如圖4.3所示。圖4.3數(shù)碼管顯示電路4.2矩陣鍵盤(pán)電路在鍵盤(pán)中按鍵數(shù)量較多時(shí),為了減少I(mǎi)/O口的占用,通常將按鍵排列成矩陣形式。在矩陣式鍵盤(pán)中,每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通,而是通過(guò)一個(gè)按鍵加以連接。這樣,一個(gè)端口〔如P1口就可以構(gòu)成4*4=16個(gè)按鍵,比之直接將端口線用于鍵盤(pán)多出了一倍,而且線數(shù)越多,區(qū)別越明顯,比如再多加一條線就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤(pán),而直接用端口線則只能多出一鍵〔9鍵,如圖4.4所示。由此可見(jiàn),在需要的鍵數(shù)比較多時(shí),采用矩陣法來(lái)做鍵盤(pán)是合理的。下面介紹一種按鍵被按下的識(shí)別方法——行掃描法。首先將全部行線Y0-Y3置低電平,然后檢測(cè)列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低,則表示鍵盤(pán)中有鍵被按下,而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個(gè)按鍵之中。若所有列均為高電平,則鍵盤(pán)中無(wú)鍵按下。然后判斷閉合鍵所在的位置,在確認(rèn)有鍵按下后,即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過(guò)程。其方法是:依次將行線置為低電平,即在置某根行線為低電平時(shí),其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后,再逐行檢測(cè)各列線的電平狀態(tài)。若某列為低,則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。該系統(tǒng)采用4*4矩陣鍵盤(pán),但是由于只用到部分按鍵,因此要將按鍵從矩陣鍵盤(pán)中分離出來(lái),實(shí)現(xiàn)獨(dú)立按鍵的功能。其連接圖如圖4.4所示。圖4.4矩陣鍵盤(pán)電路4.3串口通信電路4.3.1串口通信串行通信是將數(shù)據(jù)字節(jié)分成一位一位的形式在一條傳輸線上逐個(gè)地傳送。串行通信的特點(diǎn):傳輸線少,長(zhǎng)距離傳送時(shí)成本低,且可以利用網(wǎng)等現(xiàn)成的設(shè)備,但數(shù)據(jù)的傳送控制比并行通信復(fù)雜。51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)全雙工串行接口。一般來(lái)說(shuō),只能接受或只能發(fā)送的稱(chēng)為單工串行;既可接收又可發(fā)送,但不能同時(shí)進(jìn)行的稱(chēng)為半雙工;能同時(shí)接收和發(fā)送的串行口稱(chēng)為全雙工串行口。4.3.2串行通信控制寄存器SBUF寄存器:它是兩個(gè)在物理上獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器,可同時(shí)發(fā)送、接收數(shù)據(jù),可通過(guò)指令對(duì)SBUF的讀寫(xiě)來(lái)區(qū)別是對(duì)接收緩沖器的操作還是對(duì)發(fā)送緩沖器的操作。從而控制外部?jī)蓷l獨(dú)立的收發(fā)信號(hào)線RXD〔P3.0、TXD〔P3.1,同時(shí)發(fā)送、接收數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)全雙工。串行口控制寄存器SCON〔見(jiàn)表1。表1串行口控制寄存器SCON表中各位〔從左至右為從高位到低位含義如下。SM0和SM1:串行口工作方式控制位,其定義如表2所示。表2串行口工作方式控制位其中,fOSC為單片機(jī)的時(shí)鐘頻率;波特率指串行口每秒鐘發(fā)送〔或接收的位數(shù)。SM2:多機(jī)通信控制位。該僅用于方式2和方式3的多機(jī)通信。其中發(fā)送機(jī)SM2=1〔需要程序控制設(shè)置。接收機(jī)的串行口工作于方式2或3,SM2=1時(shí),只有當(dāng)接收到第9位數(shù)據(jù)〔RB8為1時(shí),才把接收到的前8位數(shù)據(jù)送入SBUF,且置位RI發(fā)出中斷申請(qǐng)引發(fā)串行接收中斷,否則會(huì)將接受到的數(shù)據(jù)放棄。當(dāng)SM2=0時(shí),就不管第位數(shù)據(jù)是0還是1,都將數(shù)據(jù)送入SBUF,并置位RI發(fā)出中斷申請(qǐng)。工作于方式0時(shí),SM2必須為0。REN:串行接收允許位:REN=0時(shí),禁止接收;REN=1時(shí),允許接收。TB8:在方式2、3中,TB8是發(fā)送機(jī)要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)。在多機(jī)通信中它代表傳輸?shù)牡刂坊驍?shù)據(jù),TB8=0為數(shù)據(jù),TB8=1時(shí)為地址。RB8:在方式2、3中,RB8是接收機(jī)接收到的第9位數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)正好來(lái)自發(fā)送機(jī)的TB8,從而識(shí)別接收到的數(shù)據(jù)特征。TI:串行口發(fā)送中斷請(qǐng)求標(biāo)志。當(dāng)CPU發(fā)送完一串行數(shù)據(jù)后,此時(shí)SBUF寄存器為空,硬件使TI置1,請(qǐng)求中斷。CPU響應(yīng)中斷后,由軟件對(duì)TI清零。RI:串行口接收中斷請(qǐng)求標(biāo)志。當(dāng)串行口接收完一幀串行數(shù)據(jù)時(shí),此時(shí)SBUF寄存器為滿,硬件使RI置1,請(qǐng)求中斷。CPU響應(yīng)中斷后,用軟件對(duì)RI清零。電源控制寄存器PCON〔見(jiàn)表3。表3PCON寄存器表中各位〔從左至右為從高位到低位含義如下。SMOD:波特率加倍位。SMOD=1,當(dāng)串行口工作于方式1、2、3時(shí),波特率加倍。SMOD=0,波特率不變。4.3.3串行口的工作方式1、方式0方式0時(shí),串行口為同步移位寄存器的輸入輸出方式。主要用于擴(kuò)展并行輸入或輸出口。數(shù)據(jù)由RXD〔P3.0引腳輸入或輸出,同步移位脈沖由TXD〔P3.1引腳輸出。發(fā)送和接收均為8位數(shù)據(jù),低位在先,高位在后。波特率固定為fosc/12。2、方式1方式1是10位數(shù)據(jù)的異步通信口。TXD為數(shù)據(jù)發(fā)送引腳,RXD為數(shù)據(jù)接收引腳,傳送一幀數(shù)據(jù)的格式如圖所示。其中1位起始位,8位數(shù)據(jù)位,1位停止位。用軟件置REN為1時(shí),接收器以所選擇波特率的16倍速率采樣RXD引腳電平,檢測(cè)到RXD引腳輸入電平發(fā)生負(fù)跳變時(shí),則說(shuō)明起始位有效,將其移入輸入移位寄存器,并開(kāi)始接收這一幀信息的其余位。接收過(guò)程中,數(shù)據(jù)從輸入移位寄存器右邊移入,起始位移至輸入移位寄存器最左邊時(shí),控制電路進(jìn)行最后一次移位。當(dāng)RI=0,且SM2=0〔或接收到的停止位為1時(shí),將接收到的9位數(shù)據(jù)的前8位數(shù)據(jù)裝入接收SBUF,第9位〔停止位進(jìn)入RB8,并置RI=1,向CPU請(qǐng)求中斷。3、方式2和方式3方式2或方式3時(shí)為11位數(shù)據(jù)的異步通信口。TXD為數(shù)據(jù)發(fā)送引腳,RXD為數(shù)據(jù)接收引腳。方式2和方式3時(shí)起始位1位,數(shù)據(jù)9位〔含1位附加的第9位,發(fā)送時(shí)為SCON中的TB8,接收時(shí)為RB8,停止位1位,一幀數(shù)據(jù)為11位。方式2的波特率固定為晶振頻率的1/64或1/32,方式3的波特率由定時(shí)器T1的溢出率決定。4、波特率的計(jì)算在串行通信中,收發(fā)雙方對(duì)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的速率要有約定。通過(guò)軟件可對(duì)單片機(jī)串行口編程為四種工作方式,其中方式0和方式2的波特率是固定的,而方式1和方式3的波特率是可變的,由定時(shí)器T1的溢出率來(lái)決定。串行口的四種工作方式對(duì)應(yīng)三種波特率。由于輸入的移位時(shí)鐘的來(lái)源不同,所以,各種方式的波特率計(jì)算公式也不相同。方式0的波特率=fosc/12〔公式1方式2的波特率=〔2SMOD/64*fosc〔公式2方式1的波特率=〔2SMOD/32*〔T1溢出率〔公式3方式3的波特率=〔2SMOD/32*〔T1溢出率〔公式4當(dāng)T1作為波特率發(fā)生器時(shí),最典型的用法是使T1工作在自動(dòng)再裝入的8位定時(shí)器方式〔即方式2,且TCON的TR1=1,以啟動(dòng)定時(shí)器。這時(shí)溢出率取決于TH1中的計(jì)數(shù)值。T1溢出率=fosc/{12×[256-〔TH1]}〔公式5在單片機(jī)的應(yīng)用中,常用的晶振頻率為:12MHz和11.0592MHz。所以,選用的波特率也相對(duì)固定。常用的串行口波特率以及各參數(shù)的關(guān)系如表4所示。本實(shí)習(xí)所用晶振為11.0592MHz,選用定時(shí)器1為波特率發(fā)生器工作于方式2,串口通信方式采用方式1,所以定時(shí)器1的初值為T(mén)H1=0XFD,TL1=0XFD。表4常用波特率與定時(shí)器1的參數(shù)關(guān)系表MAX232是電平轉(zhuǎn)換芯片。1970年美國(guó)電氣學(xué)會(huì)規(guī)定"RS232"串口通信協(xié)議。規(guī)定邏輯"1"-5—-15V邏輯"0"5—15V。噪聲容限為2V。要實(shí)現(xiàn)利用串口與單片機(jī)進(jìn)行通信就要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換把標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化成單片機(jī)可以識(shí)別的。MAX220–MAX249都是電平轉(zhuǎn)換芯片,在單片機(jī)最小系統(tǒng)中使用MAX232。MAX232芯片可以完成TTL電平到EIA電平雙向轉(zhuǎn)換其內(nèi)部具有電壓提升電路,并有兩個(gè)接收器和發(fā)送器,其引腳和應(yīng)用電路如圖4.5所示。圖4.5MAX232引腳和應(yīng)用電路其中第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個(gè)電源,提供給RS-232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。其中13腳〔R1IN、12腳〔R1OUT、11腳〔T1IN、14腳〔T1OUT為第一數(shù)據(jù)通道。8腳〔R2IN、9腳〔R2OUT、10腳〔T2IN、7腳〔T2OUT為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從11引腳〔T1IN、10引腳〔T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從14腳〔T1OUT、7腳〔T2OUT送到電腦DB9插頭;DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從13引腳〔R1IN、8引腳〔R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從12引腳〔R1OUT、9引腳〔R2OUT輸出。第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC〔+5v。串口通信連接圖如圖4.6所示:圖4.6串口通信電路圖5整機(jī)電路設(shè)計(jì)圖圖5.1總設(shè)計(jì)圖6軟件設(shè)計(jì)6.1程序編寫(xiě)軟件KeilKeilC51是美國(guó)KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng),與匯編相比,C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì),因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案,通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境〔uVision將這些部分組合在一起。本次設(shè)計(jì)編程主要使用Keil軟件進(jìn)行編程。6.2仿真軟件ProteusProtues軟件是英國(guó)Labcenterelectronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能,還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步,但已受到單片機(jī)愛(ài)好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具<仿真軟件>,從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真,一鍵切換到PCB設(shè)計(jì),真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái),在編譯方面,它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯。本次設(shè)計(jì)采用的是Proteus進(jìn)行仿真。6.3軟件設(shè)計(jì)詳情6.3.1鍵盤(pán)掃描 該程序分為鍵盤(pán)掃描和數(shù)碼管顯示兩部分,其程序流程圖如下: 本程序設(shè)計(jì)鍵盤(pán)掃描及數(shù)字顯示兩部分,程序流程圖如圖6.1所示開(kāi)始開(kāi)始鍵盤(pán)掃描NNYN是否有鍵按下是否是切換鍵數(shù)字顯示返回模式選擇Y圖6.1數(shù)據(jù)輸入流程圖6.3.2串行通信接收程序由于要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)單片機(jī)之間的通信,在接收單片機(jī)上要寫(xiě)與發(fā)送程序相對(duì)應(yīng)的接收程序,兩者應(yīng)設(shè)定相同的波特率。對(duì)應(yīng)的接收程序流程圖如圖6.2所示。RI=1RI=1接收數(shù)據(jù)清RI全部數(shù)據(jù)完全接收完結(jié)束T1初始化,啟動(dòng)T1工作設(shè)定串行通信方式并設(shè)定允許接收?qǐng)D6.2接收程序流程圖7仿真結(jié)果7.1數(shù)據(jù)輸入如7.1圖所示為數(shù)據(jù)輸入,第一步輸入序號(hào)0~9,表明輸入的是第幾個(gè)4位十進(jìn)制數(shù)據(jù);第二步按下回車(chē)鍵,完成序號(hào)輸入;第三步輸入最多4位的十進(jìn)制數(shù)據(jù);第四步按下回車(chē)鍵,完成數(shù)據(jù)輸入。圖7.1數(shù)據(jù)輸入仿真結(jié)果7.2串行串口通信如圖7.3所示,將兩個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng)通過(guò)串口連接起來(lái),其中一個(gè)作為主系統(tǒng),另一個(gè)作為輔系統(tǒng)。當(dāng)通過(guò)功能選擇鍵選擇"串行通信"后,當(dāng)在主系統(tǒng)上按下數(shù)字鍵后主系統(tǒng)的LED按從左向右移東的方式顯示按鍵輸入的數(shù)字,同時(shí)輔系統(tǒng)的LED上顯示與主系統(tǒng)同樣的內(nèi)容。圖7.2串行串口通信仿真結(jié)果8實(shí)物展示焊接完成后實(shí)物如圖8.1所示。圖8.1實(shí)物展示9心得體會(huì)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì),我加深了理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。這次的設(shè)計(jì)電路我用到了51單片機(jī)、MAX232是電平轉(zhuǎn)換芯片、74HC573八進(jìn)制鎖存器,通過(guò)自己分析和設(shè)計(jì)更好地運(yùn)用了它們,體會(huì)到了萬(wàn)變不離其宗掌握基本功能開(kāi)動(dòng)腦筋就可以解決很多問(wèn)題,比如可以利用不同的接法設(shè)計(jì)出各種各樣不同的電路出來(lái)。在分析比較設(shè)計(jì)電路的環(huán)節(jié)中,通過(guò)查閱資料也知道了它的很多種典型的電路。這些讓我體會(huì)很多:一方面,理論知識(shí)是實(shí)際運(yùn)用的堅(jiān)強(qiáng)后盾,只有牢固的掌握理論知識(shí)才能更好的將其運(yùn)用于實(shí)踐中;另一方面,動(dòng)手實(shí)踐能力我們也不能忽略掉,學(xué)好理論知識(shí)是為了更好的將其運(yùn)用到實(shí)踐中去,我們應(yīng)當(dāng)在實(shí)踐中檢驗(yàn)自己的理論知識(shí),加深我們的理解,發(fā)現(xiàn)我們的不足與缺點(diǎn),并且在今后的學(xué)習(xí)中努力彌補(bǔ)自己在動(dòng)手方面的不足,把自己的優(yōu)點(diǎn)最大化缺點(diǎn)最小化,將優(yōu)點(diǎn)傳承,把缺點(diǎn)改掉。在課設(shè)整個(gè)過(guò)程完成過(guò)程中我自己也學(xué)到了一些方法,KeiluV2、PROTEUS、stc-isp等軟件的運(yùn)用也更加熟練甚至包括Word的使用更加靈活,方便以后的學(xué)習(xí)和仿真。這種從實(shí)踐中積累實(shí)際的經(jīng)驗(yàn),使自己考慮問(wèn)題更周到,更全面。該次課程設(shè)計(jì)是一次難得的鍛煉機(jī)會(huì),讓我們能夠充分利用所學(xué)過(guò)的理論知識(shí)還有自己的思維能力來(lái)掌握一些簡(jiǎn)單的實(shí)際問(wèn)題的方法。另外還提高了我們查找資料獲取有用信息的能力,以及分析處理電路,設(shè)計(jì)電路的能力。平時(shí)在學(xué)習(xí)理論知識(shí),很少有機(jī)會(huì)能夠培養(yǎng)我們理論聯(lián)系實(shí)際的意識(shí),也很少想到我所學(xué)致何以用,這樣體會(huì)不到用途的沒(méi)有方向與目標(biāo)的學(xué)習(xí)枯燥而缺乏激情。這次的課程設(shè)計(jì)讓我切身體會(huì)到自己的付出終會(huì)有地方可以運(yùn)用,這種開(kāi)動(dòng)自己腦筋甚至苦思冥想而能夠深刻體會(huì)問(wèn)題運(yùn)行機(jī)理后思維的清晰讓人興奮,所有的熬夜,忘食在自己體會(huì)到這種愉悅后都有了奮不顧身的意義,這樣飽和的生命力,才是年輕的我們哪怕身處浮躁也該享有該保持的。參考文獻(xiàn)[1]汪德彪.MCS-51單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京電子工業(yè)出版社.[2]張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用.北京:高等教育出版社,2005[3]胡文,鐘秉翔.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)實(shí)訓(xùn)教程[M].XX大學(xué)出版社.2005[4]謝自美.電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測(cè)試<第三版>.XX:華中科技大學(xué)出版社[5]李群芳.單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)〔第3版.電子工業(yè)出版社,2008[6]劉教瑜.單片機(jī)原理及應(yīng)用.XX理工大學(xué)出版社,2011附錄Ⅰ:元件清單序號(hào)名稱(chēng)數(shù)量1銅板1塊2單片機(jī)STC89C521片3晶振12MHz1個(gè)430PF瓷片電容2個(gè)510k/0.25W電阻2個(gè)610uF/16V電解電容1個(gè)72k/0.25W電阻1個(gè)810k/9腳排阻1個(gè)95V/500mA直流電源1個(gè)1074HC5732片11MAX2321片12104電容5個(gè)13排針、按鈕、LED、導(dǎo)線等若干14萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)電路板1塊15電路設(shè)計(jì)軟件PROTEL1套16PC〔帶RS-232C口1臺(tái)17萬(wàn)用表1塊18電烙鐵1只附錄Ⅱ:總程序設(shè)計(jì)#include"reg52.h"sbitwei=P2^7;sbitduan=P2^6;voiddelay<unsignedchars>;voidkey_scan<void>;voidkey_down<void>;voidinput<void>;voidscreen_con<intsmode>;unsignedcharint_on=0; //用于剛進(jìn)入通信模式時(shí)的初始化只有在通信模式下需要打開(kāi)中斷 1為中斷已開(kāi)化unsignedchartemp; //讀按鍵用的測(cè)試變量unsignedcharkey; //按鍵序號(hào)unsignedcharMODE=3;//模式選擇,0為輸入模式,1為顯示模式,2為串口通信模式unsignedcharFUNC=0; //功能選擇,1為回車(chē),2為清除unsignedcharreg[10][4]; //輸入內(nèi)容存放的數(shù)組unsignedchardis_buf[6]; //顯示緩存unsignedcharinputmode; //通過(guò)回車(chē)鍵來(lái)判斷輸入模式,0為輸入序號(hào),1為輸入4位十進(jìn)制數(shù)據(jù)unsignedchargroup,datpos; //分別存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的組數(shù)和十進(jìn)制數(shù)據(jù)位數(shù) UnsignedcharLedNum[]={~0xc0,~0xf9,~0xa4,~0xb0,~0x99,~0x92,~0x82,~0xf8,~0x80,~0x90};voiddelay<unsignedchars> //延時(shí)函數(shù) { inti,j; for<j=s;j>=0;j--> for<i=125;i>0;i-->;}voidscreen_con<intsmode> //對(duì)數(shù)碼管操作的函數(shù)1為清空顯示0號(hào)位光標(biāo)2為移位 { intp; if<smode==1> { for<p=0;p<6;p++> { dis_buf[p]=0x00; //清屏 } dis_buf[0]=0x08; //帶輸入光標(biāo) } elseif<smode==2> { for<p=5;p>0;p--> //顯示緩存移位 { dis_buf[p]=dis_buf[p-1]; } }}voidkey_scan<void> //按鍵掃描函數(shù){ P1=0xF0;//高四位輸入行為高電平列為低電平 temp=P1;//讀P1口 temp=temp&0xF0;//屏蔽低四位 temp=~<<temp>>4>|0xF0>; switch<temp> { case1: key=3;break; //p1.4被拉低 case2: key=2;break; //p1.5被拉低 case4: key=1;break; //p1.6被拉低 case8: key=0;break; //p1.7被拉低 default:key=16; } temp=0; P1=0x0F;//低四位輸入列為高電平行為低電平 temp=P1;//讀P1口 temp=temp&0x0F; temp=~<temp|0xF0>; switch<temp> { case1:break;//p1.0被拉低 case2:key+=4;break;//p1.1被拉低 case4:key+=8;break;//p1.2被拉低 case8:key+=12;break;//p1.3被拉低 default:key=16; } switch<key> { case10: //模式選擇為輸入 MODE=0; Inputmode=0; //從數(shù)據(jù)序號(hào)開(kāi)始輸入 key=16; //鍵盤(pán)序號(hào)置空 FUNC=0; //功能鍵置空 screen_con<1>; break; case11: //模式選擇為顯示 MODE=1; key=16; //鍵盤(pán)序號(hào)置空 screen_con<1>; break; case12:MODE=2;break; case13:FUNC=1;break; //按鍵功能選擇 case14:FUNC=2;break; case15:MODE=3;break; //模式3為空余模式,可自定義或歡迎界面 default:datpos++; //存數(shù)位數(shù)加一 if<datpos==4>datpos=0; } P1=0xf0; while<P1!=0xf0>; //保證按鍵彈起后再跳出程序}voidkey_down<void>{ P1=0xF0; if<P1!=0xF0>//判斷按鍵是否按下如果按鈕按下會(huì)拉低P1其中的一個(gè)端口 { key_scan<>;//調(diào)用按鍵掃描程序}}voidinput<void>{ if<FUNC==1> //回車(chē)時(shí)輸入模式切換 { if<inputmode==1> { screen_con<1>; //清屏并在0號(hào)位輸入光標(biāo) } elsedis_buf[2]=0x08; //在2號(hào)位輸入光標(biāo) inputmode=1-inputmode; FUNC=0; //切換完成功能變量置空} if<FUNC==2> { inputmode=0; //重新從數(shù)據(jù)組數(shù)開(kāi)始輸入 reg[group][0]=0; //清空已輸入的錯(cuò)誤數(shù)據(jù) reg[group][1]=0; reg[group][2]=0; reg[group][3]=0; screen_con<1>; FUNC=0; } if<key<10> { if<inputmode==0> { group=key; //序號(hào)確認(rèn) dis_buf[0]=LedNum[group]; datpos=-1; //數(shù)據(jù)鍵入位置歸零 } elseif<inputmode==1> //對(duì)應(yīng)組數(shù)據(jù)輸入 { dis_buf[datpos+2]=LedNum[key]; reg[group][datpos]=key; delay<1>; } }}voidmain<>{ unsignedcharLedSele[]={~0x01,~0x02,~0x04,~0x08,~0x10,~0x20}; unsignedcharroll; SCON=0x50;//REN=1允許串行接受狀態(tài),串口工作模式1 TMOD|=0x20;//定時(shí)器工作方式2 PCON|=0x80;//波特率提高一倍 TH1=0xF3; //波特率4800、數(shù)據(jù)位8、停止位1、效驗(yàn)位無(wú)<12M> TL1=0xF3; while<1> { key_down<>; //調(diào)用按鍵判斷檢測(cè)程序 if<MODE==0> //輸入模式 { if<int_on==1> //若中斷未關(guān) { TR1=0;//關(guān)啟定時(shí)器1 ES=0;//關(guān)串口中斷 EA=0;//關(guān)總中斷 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