单片机综合应用课程设计实训报告

单单片机片机综综合合应应用用实实训训报报告告专专 业业： ： 电电气自气自动动化技化技术术 班班 级级： ： 姓姓 名：名： 指指导导教教师师： ： 学学 号：号： 时时 间间： ： 2011.6.25 2目目 录录一、实训板的组装与调试一、实训板的组装与调试 .3 31、各功能模块介绍： .31.1、电源部分.31.2、扩展电源.41.3、复位电路.41.4、蜂鸣器.51.5、继电器.61.6、发光二极管（LED 灯） .71.7、数码管.71.8、LCD 液晶接口 .81.9、独立键盘.101.10、中断按钮.101.11、红外接收头（H1838）接口.111.12、温感 DS18B20 接口.111.13、ISP 下载接口 .111.14、同步异步串行通讯.121.15、扩展接口插针.13元器件明细表.14焊接注意及成果.15二、单片机控制系统的设计分析与调试二、单片机控制系统的设计分析与调试 .16162、交通灯控制与设计 .162.1、任务描述.162.2、任务分析.17三、总结三、总结 .2121四、参考资料四、参考资料 .2222五、实训成绩评定表五、实训成绩评定表 .23233一、实训板的组装与调试一、实训板的组装与调试1 1、各功能模块介绍、各功能模块介绍：1.11.1、电源部分、电源部分电源部份采用两种输入接口（如下图左）。1、外电源供电，采用2.1 电源座，可外电源DC5V，经单向保护D1 接入开关S1。2、USB 供电，USB 供电口输入电源也经D1 单向保护，送到开关S1。注：两路电源输入是并连的，因此只选择一路就可以了，以免出问题。S1 为板子工作电源开关，按下后接通电源，提共VCC 给板子各功能电路。电路采用两个滤波电容，给板子一个更加稳定的工作电源。LED 为电源的指示灯，通电后LED 灯亮。1.21.2、扩展电源、扩展电源上图右，这里是内部电路的5V 电源引出接口，在电源开关之后(即受电源4开关的控制)，可用于外扩展电路供电。使用两个不同的扩展接口插针,方面各种场合使用。注：静止将此两脚发生短路。1.31.3、复位电路、复位电路51 单片机与AVR 单片机的复位电平不同，前者为高电平复位，后者为低电平复位，因此设计了插针J1 来转换，这也是支持51 和AVR 的原因所在。 J1 的下插针切换复位按键的连接方式VCC和GND，51 单片机连接VCC，AVR 单片机连接GND，J1 的上插针是为了51 单片机引入上电复位电路，电容和电阻组成简单的上电复位，而对于AVR 单片机内部有上电复位电路且上电复位电平也不同就无需接入，因此J1 的上插针有一个空脚。注意：在使用不同单片机需要切换 J1 时，上下插针都要切换过来。1.41.4、蜂鸣器、蜂鸣器5蜂鸣器分为有源和无源两种，有源即两引脚有一个直流电源就可以长鸣，无源则需要一个1K左右的脉冲才可以蜂鸣，因此对于按键的提示音及报警蜂鸣使用有源来得方便。有源也可以当无源使用，而无源则不能当有源使用，当然有源当无源发音上是有所区别。如上图：单片机P15 输出高低电平经R21 连接三极管B 极，控制三极管的导通与截止，从而控制蜂鸣器的工作。低电平时三极管导通，蜂鸣器得电蜂鸣，高电平时三极管截止，蜂鸣器失电关闭蜂鸣。1.51.5、继电器、继电器6上图：单片机P14 输出高低电平经R41 连接三极管B 极，控制三极管的导通与截止，从而控制继电器的的吸合与断开。低电平时三极管导通，继电器得电吸合，电流还经R42 连接LED 灯亮（状态指示），D4 是继流二极管，起保护三极管的作用。高电平时三极管截止，继电器失电断开，指示灯灭。继电器的主要用途是用低电流或低电压控制高电流或高电压设备，以及它的隔离作用。（如上图）只要在线圈两端（4-1 脚）加上工作电压，线圈中就会流过电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点（5 脚）与静触点（2 脚）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点（5 脚）与原来的静触点（3 脚）接通。71.61.6、发光二极管（、发光二极管（LEDLED 灯）灯）二极管的两个引脚分别为阳极和阴极，电流从阳极入阴极出，多个发光二极管并列可接成共阳型或共阴型，共阳是将多个发光二极管的阳极接在一起，引出各阴极；共阴则是将多个发光二极管的阴极接在一起，引出各阳极。LED 数码管和LED 点阵屏都是使用这两种连接方式。如上图，本板的8 个发光二极管采用共阳接法，各阳极接限流电阻排到VCC 端，阴极接单片机的P2 口。因是共阳接法，要使LED 灯点亮，P2 口得输出低电平，如：要使LED（D20）灯亮，P2.0=0即P2=0XFE。1.71.7、数码管、数码管电路使用一个四位共阳型数码管，四个阳级公共端由三极管放大电流来驱动，三极管由P10-P13 控制开关。数码管的阴级由P0 口经电阻限流连接。8比如，要十位的数码管工作，P12 输出0，使三极管Q12 导通，8 脚得电，当P0 口相应位有输出0 时，相应位的LED 灯点亮组合各种字符数字。1.81.8、LCDLCD 液晶接口液晶接口16脚LCD液晶接口：可连接16 脚兼容的液晶，比如LCD1602，图形点阵LCD12232 等。1、2 两引脚是电源，1 负2 正，工作电压5V。3 脚是对比度控制由可调电阻RW2 控制，调节3 脚对地电阻值改变对比度。（默认3 脚已调节在最大对比值，如果对比度太强可微调电位器）。4-6 是控制引脚RS、R/W 和E，接P10-P12。7-14 引脚是并行数据总线接P0 口，这与数码管是共用脚。（因显示设备9有一种就可以了，所以共用，使用LCD 时可拆下数码管以减少电量。）15、16 引脚是背光灯电源，15 正16 负，工作电压5V。20脚LCD接口：这里多使用LCD12864，也可接其它LCD，只要20 个脚功能兼容就可以了。1、2 两引脚是电源，1 负2 正，工作电压5V。3 引脚是对比度由可调电阻RW1 控制，从18 脚引出与VCC 的分压调节，适合早期驱动芯片的负压驱动，现有的液晶屏对比度调节直接集成在液晶驱动板背面，此种液晶屏对比度不受RW1 控制。4-6 是控制引脚RS、R/W 和E，接P10-P12。7-14 引脚是并行数据总线接P0 口，这与数码管是共用脚。（因显示设备有一种就可以了，所以共用，使用LCD 时可拆下数码管以减少电量及对P0 口数据的影响。）15 脚和16 脚是功能选择，本板引入P16 和P17，大家可根据自己的LCD 来设置这两个脚位电平。比如LCD12864-12 接口是PSB 和NC（空脚），PSB 是串行与并行数据转换，高电平使用并行通讯，低电平使用串行通讯。还有的接口是CS1 和CS2，前半屏与后半屏的选择。17 引脚是复位，电路直接引入VCC，不使用复位功能。1019、20 引脚是背光灯电源，19 正20 负，工作电压5V。注：1.两个对比度电位器的位置。 2.使用液晶时，建议使用外电源（变压器等）供电，否则使用USB 电源电量的限制，液晶对比度达不到理想状态，电压过低则显示不清甚至看不到显示。3.使用液晶时，可将数码管取下，以减少电量消耗。 4.在使用LCD12864液晶屏时，需要拔下数码管，否则会对数据总线适成影响。1.91.9、独立键盘、独立键盘如下图，由六个按键组成，每个按键的一端连接IO 口，另一端直接连接GND（0 电位）。六个按键分别接入P37-P32，只要按下按键，相应位的IO 口位将被拉为低电平（0），程序可以判断相应位是否为0 来确认按键已按下。1.101.10、中断按钮、中断按钮IO 口P32 和P33 经一个按钮接入GND，如上图键盘电路中的5 键和6 键，当按下按钮时，P32或P33 口由高电平1 转到低电平0，CPU 产生中断（当然，芯片内部要开启中断才有作用）。做实验时使用，而实际应用就不用中断按键11的，直接做为键盘按键使用。1.111.11、红外接收头（、红外接收头（H1838H1838）接口）接口如下图：本接口电路将数据引脚直接引入P33，可使用中断接收，做红外接收实验，可用遥控器做发射器，配合相应的解码例子进行接收，扩展无线遥控键盘。可直接插接1838 类红外接收IC，内部带38K 检波电路，配合现多用的38K 载波发射遥控器，如电视，VCD 遥控器等。注意：请在关闭电源的状态下插接，确认引脚方向无误再通电。1.121.12、温感、温感 DS18B20DS18B20 接口接口如上图，此接口可连接DS18B20 温度传感芯片，学习“一线总线，1-Wire”通讯，可做温度计，温度控制及报警装置等。中间数据引脚接入P32，R4 为上拉电阻给数据线提升工作电流增加稳定。注意：请在关闭电源的状态下插接，确认引脚方向无误再通电。121.131.13、ISPISP 下载接口下载接口ISP 是一种串行下载接口，AT89S 或AVR 单片机可使用此接口通过下载器烧写程序，接口比较简单，除电源外一条复位线和三条数据线直接连接P1 相应接口。在使用USB-ISP 下载器时，这里的VCC 可由USB-ISP 下载器供给，这时板子可不接外电源，但要注意一点，USB 电量有限，做扩展外围电路时负载不能过大，否则加外电源。1.141.14、同步异步串行通讯、同步异步串行通讯单片机的同步异步串行通信接口是P3.0 和P3.1，接口输出的是TTL 电平。因TTL 电平的通讯距离有限，因此就出现了RS232 接口，此接口通讯距离大大提升。那么要使TTL 电平转为RS232电平，就必需通过转换电路，部份电路使用分立元件构成，现大部份使用MAX232 芯片。电脑上的COM 口就是RS232 接口了，STC 单片机也是通过此COM 口烧写程序的。如下图：电路中的MAX232 电平转换IC 外接四个电容，有电压泵的作用，可以将输出电位差拉高，与接口RS232 电平相符合。双机通讯也可通过此接口，13可大大加长连接距离。1.151.15、扩展接口插针、扩展接口插针P1 和P3 是两个单排八脚的插针。P0、PEA、ALE、PSEN、P2 组成19 引脚排针，此接口是以AT51 为原理设计，当使用STC 或AVR 单片机时PEA，ALE，PSEN 也可作为其它IO 口使用。14元器件明细表元器件明细表15焊接注意及成果焊接注意及成果16二、单片机控制系统的设计分析与调试二、单片机控制系统的设计分析与调试2 2、交通灯控制与设计、交通灯控制与设计2.12.1、任务描述、任务描述假设一个十字路口伟东西南北走向。信号灯按一下几个状态顺序工作：(1)初始状态 0，东西、南北红灯全亮，延时一定时间；(2)状态 1，南北绿灯亮通车，东西红灯延时一定时间；(3)状态 2，南北绿灯闪烁几次转黄灯，东西仍然红灯，延时一定时间；(4)状态 3，南北红灯，东西绿灯通车，延时一定时间；(5)状态 4，南北仍然红灯，东西绿灯闪烁几次转黄灯，延时一定时间；17(6)循环至状态 1，继续。2.22.2、任务分析、任务分析模拟交通灯控制器就是使用单片机来控制一些 LED 和数码管，模拟真实交通灯的功能。红.黄.绿交替闪亮，利用数码管倒计数显示间隔等，用于治理十字路口的车辆及行人交通，计时牌显示路口通行转换剩余时间等。(1)(1)参考程序参考程序 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP JJ ORG 0100H MAIN: SETB EA SETB EX0 MOV P2,#0FFHLOOP:MOV P2,#6FH ;东西红灯亮，南北红灯亮LCALL DELAY5SMOV P2,#77H ;东西红灯亮，南北绿灯亮LCALL DELAY5SMOV R3,#5L0: SETB P2.3 ;南北绿灯亮，并闪烁 5 次LCALL DELAY5S CLR P2.3LCALL DELAY5SDJNZ R3,L018MOV P2,#7BH ;东西红灯亮，南北黄灯亮LCALL DELAY5SMOV P2,#0AFH ;东西绿灯亮, 南北红灯亮LCALL DELAY5SMOV R4,#5L1: SETB P2.6 ;东西绿灯亮，并闪烁 5 次LCALL DELAY5SCLR P2.6 LCALL DELAY5SDJNZ R4,L1MOV P2,#0CFH ;南北红灯亮，东西黄灯亮 LCALL DELAY5SSJMP MAINJJ: MOV P2,#6FH LCALL DELAY5S MOV R4,#3L00:SETB P2.7 ;中断程序 SETB P2.4 LCALL DELAY5S CLR P2.7 CLR P2.4 LCALL DELAY5S DJNZ R4,L00 SJMP LOOP RETIDELAY5S: ;延时子程序 MOV R7,#50DL0:MOV R5,#20019DL1:MOV R6,#250 DJNZ R6,$ DJNZ R5,DL1DJNZ R7,DL0 RET END(2)(2)流程图流程图（3 3）系统调试）系统调试a.调试过程及调试结果调试过程：(1)将系统的所有芯片插好（包括单片机和 存储器） ，用万用表的二极管挡测量系统电源端与接地端是否短路。若短路，必须先检查硬件电路，找出短路原20因，否则不能上电。若不短路，进一步检查每块芯片的电源线、地线是否接好，尤其是 CPU 芯片。 (2)将单片机仿真器的仿真头替换系统中的 89C52 芯片 ，系统上电，并观察是否有异常现象 。若无异常现象，将单片机仿真器设置为单板机状态，即使用仿真器上的程序存储器。将目 标程序加载、运行。 (3)若首次运行没有达到预期目的，则需要进一步分块调试。首先调试硬件部分，编写一个简单的输出程序，观察运行结果，确定硬件部分是否有故障。同时也可以测试软件部分，看看程序运行过程是否有问题。根据调试现象分析原因,找出故障，直到系统软、硬件配合没有问题。 (4)确信控制程序无误后，插好 89C52，上电观察自动运行结果。若出现故障，将仿真头代替系统中的 89C52 芯片，利用设置断点、单步运行等调试手段进一步测试，直到系统调试成功。调试结果: P2.7 亮 5 秒，P2.4 亮 5 秒； 1P2.7 亮 5 秒，P2.3 亮 5 秒； 2 P2.3 闪烁 5S,转为 P2.2 亮 5 秒，P2.2 亮 5 秒； 3 P2.6 亮 5 秒，P2.4 亮 5 秒； 4 P2.6 闪烁 5S，转为 P2.5 亮 5 秒，P2.4 亮 5 秒完后转至。 5 21三、总结三、总结在本次单片机实训过程中我受益匪浅，通过本次实训大大提升了自己解决问题的能力，主要从以下几方面阐述。第一、在制作单片机原理开发板时使自己充分认识到扩展电源、复位电路、 同步异步串行通讯、扩展接口插针、ISP 下载接口、温感 DS18B20 接口、红外接收头（H1838）接口、中断按钮、独立键盘 LCD 液晶接口、数码管、发光二极管（LED 灯） 、继电器、蜂鸣器等一系列电路器件的用途，为自己在以后的单片机设计当中奠定了坚实的基础。第二、在进行焊接电路板的工程当中我们遇到了许多问题，比如：电源开关在焊接时一定要用万用表检测两端的接线图使得自己知道哪一端口和为一个端口为公共端；在进行程序传送的过程时一定要注意 TXD、RXD 是否调换了位置以及在焊接过程中如何掌握烙铁以及焊丝之间的温度、烙铁与焊点之间的距离等等第三、在进行交通灯程序的编程时要循序渐进不要一次性把所有程序写出来，这样既节省了时间又加强了程序的完整性和准确性。做完本次实训后在编写程序的过程中自己总结了一下几个问题：1.要注意中断程序和子程序的编写与调试；2.注意定时器的应用以及程序开始前首地址的命名；3.在调试程序时要有耐心和信心，当自己的程序出现问题时要冷静思考、反复观察程序、认真检查程序，这样我们一定会把自己所写的程序调试的更为完整。最后，感谢老师对我们的辛勤培育，这才使我们对单片机有了更深入的了解与学习。在以后的学习过程中，我们将积极发挥这次实训给我们所带来的经22验与教训，相信我们一定会成功。四、参考资料四、参考资料1 汪德彪.MCS-51 单片机原理及接口技术 M.北京：电子工业出版社，2007.2 李国兴.单片机开发应用技术 M.北京：北京大学出版社，2007.3 陈权昌，李兴富.单片机原理及应用 M.广州：华南理工大学出版社，2007.4 胡辉.单片机应用系统设计与训练 M.北京：中国水利水电出版社，2004.5 王守中.51 单片机开发入门与典型实例 M.人民邮电出版社，2007.6张靖武.单片机系统的 Proteus 设计与仿真 M.北京：电子工业出版社，2007.23五、实训成绩评定表五、实训成绩评定表优秀良好中等及格不及格编程能力操作能力出 勤实训报告总 评 指导老师：指导老师：等级成绩项目