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洛 阳 理 工 学 院课 程 设 计 报 告 课程名称 单片机原理与应用 设计题目 基于STC89C52单片机的实验平台开发设计 专 业 计算机科学与技术 班 级 B110507 学 号 B11050725 姓 名 舒灿 完成日期 2013年12月24日 课 程 设 计 任 务 书设计题目： 基于STC89C52单片机的实验平台开发设计 设计内容与要求：一、设计内容利用STC系列单片机作为微控制器开发一套软、硬件相结合的单片机实验平台，主要包括以下内容：1. 电路原理图设计，主要包括集LCD显示模块、串口通信模块、数码管显示模块、LED发光二极管、键盘等接口电路的设计；2. 学习集成电路等芯片的焊接方法与技巧，进行实际元器件的识别，进行电路板焊接；3. 在Keil C环境下，进行软件设计。主要包括流水灯、计数器、定时器、LCD字符显示、键盘的控制等功能程序设计；4. 针对所开发的实验板，结合器件选择、原理图设计、硬件焊接、软件编程调试、软硬件联调等方面写出课程设计报告。二、设计要求1. 完成综合实验平台的电路结构分析，进行模块分解，掌握各部分电路的工作原理；2. 独立完成电路板的焊接，掌握故障排除方法，完成实验平台的硬件设计及开发；3. 结合Keil C软件在焊接无误的单片机实验平台上开发出流水灯、LCD显示模块，通信模块等程序设计；4. 按照要求撰写课程设计论文。 指导教师： 舒云星、李传锋 2013年 12 月 24 日课 程 设 计 评 语 成绩： 指导教师：_ 年 月 日基于STC89C52单片机的实验平台开发设计摘 要利用STC89C52单片机控制器为核心，开发一种体积小、使用方便、实用性强的单片机综合实验实平台。在Keil C环境下进行软件设计，主要包括流水灯、数码管显示以及LCD显示模块，在Protues中仿真成功，下载到电路板中验证成功。主要包括集LCD显示模块、串口通信模块、数码管显示模块、LED发光二极管、键盘等接口电路的设计该系统主要应用于高等学校、中等职业学校单片机技术的教学、实验、实训、综合设计和电子设计竞赛等，利用实训平台增加学生学习单片机技术的兴趣，从而提高学生单片机技术的实际应用能力。关键词： STC89C52单片机，实验平台，数码管，流水灯，串口通信ABSTRACTUsing STC89C52 single-chip controller as the core, the development of a small volume, convenient to use, practical single-chip experiment training platform, and introduces in detail the experimental training platform hardware design ideas and function.Under the environment of Keil C software design, mainly including the water lights, digital tube display and LCD display module, successful in Protues simulation, validation successful downloaded onto a circuit board.Implement forward and reverse flow, water lamp interruption is applied to implement digital tube within 60 count and LCD displays different features of the characters.This system is mainly used in institutions of higher learning and secondary vocational school singlechip technology teaching, experiment, practical training, comprehensive design and electronic design contest, etc., using the training platform to increase students interest in learning microcontroller technology, so as to improve the practical application ability of students microcontroller technology.KEYWORDS: STC89C52 microcontroller, comprehensive experimental board, software and hardware combined with, and the program development design目 录摘 要1目 录3前 言4第1章系统概述51.1设计题目51.2系统设计目的和内容51.2.1设计目的51.2.2设计内容51.2.3设计要求51.2.4设计步骤6第2章整体设计方案72.1开发板整体外观72.2整板电路PROTUES仿真电路82.3软件功能描述92.4仿真软件PROTUES中的效果图10第3章硬件电路设计113.1两位一体共阴数码管113.1.1数码管概述113.1.2数码管内部结构113.1.3两位一体共阴数码管和74LS374锁存器接口电路123.2LCD1602液晶143.2.1LCD1602液晶简介143.2.2LCD1602液晶引脚介绍133.2.3LCD1602液晶外围接口电路153.3 串口通信153.3.1串口通讯概述163.3.2MAX232接口电路17第4章软件设计184.1程序整体流程图184.2程序清单18第5章调试及故障分析225.1 焊接准备阶段元器件测试、电路原理图故障分析225.2 电路焊接过程中的故障分析225.3 程序编写过程中的故障分析225.4 实物演示效果22结论23谢辞24参考文献25附录26前 言高科技产品盛行的今天单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿 车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用 与智能化控制的科学家、工程师。随着计算机科学与技术的飞速发展,计算机的应用已经渗透到国民经济与人们生活的各个角落,正在日益改变着传统的人类工作方式和生活方式, 而单片机技术又作为计算机技术中的一个独立分支,有着性价比高,集成度高,体积小,可靠性高,控制功能强大,低功耗,低电压,便于生产,便于携带等特点,所以得到越来越广泛的应用单片机应用的意义不仅在于它的广阔范围及所带来的经济效益，更重要的意义在于，单片机的应用从根本上改变了控制系统传统的设计思想和设计方法。以前采用硬件电路实现的大部分控制功能，正在用单片机通过软件方法来实现。所以学好单片机对以后的发展有重大意义。第1章 系统概述1.1 设计题目基于51系列单片机的实验平台开发设计1.2 系统设计目的和内容1.2.1 设计目的利用STC系列单片机作为微控制器开发一套软、硬件相结合的单片机实验平台。锻炼学生的设计思维和动手能力，使其具备独立完成设计的能力。1.2.2 设计内容1. 电路原理图设计，主要包括集LCD显示模块、串口通信模块、数码管显示模块、LED发光二极管、键盘等接口电路的设计；2. 学习集成电路等芯片的焊接方法与技巧，进行实际元器件的识别，进行电路板焊接；3. 在Keil C环境下，进行软件设计并进行仿真。主要包括流水灯、计数器、定时器、LCD字符显示、键盘的控制等功能程序设计；4. 针对所开发的实验板，结合器件选择、原理图设计、硬件焊接、软件编程调试、软硬件联调等方面写出课程设计报告。1.2.3 设计要求1. 完成综合实验平台的电路结构分析，进行模块分解，掌握各部分电路的工作原理；2. 独立完成电路板的焊接，掌握故障排除方法，完成实验平台的硬件设计及开发；3. 结合Keil C软件在焊接无误的单片机实验平台上开发出流水灯、LCD显示模块，通信模块等程序设计；4. 按照要求撰写课程设计论文。1.2.4 设计步骤1. 完成每一个模块的C51程序，包括数码管显示模块，LCD模块，流水灯模块；并在仿真软件中运行仿真；2. 按照电路原理图完成电路板的焊接；3. 下载验证第2章 整体设计方案122.1 开发板整体外观 图2-12.2 整板电路PROTUES仿真电路图2-2-1图2-2-22.3 软件功能描述1. Keil Keil C51 Vision3集成开发环境是Keil Software，Inc/Keil Elektronik GmbH开发的基于80C51内核的微处理器软件开发平台，内嵌多种符合当前工业标准的开发工具，可以完成从工程建立到管理、编译、链接、目标代码的生成、软件仿真、硬件仿真等完整的开发流程尤其是C编译工具在产生代码的准确性和效率方面达到了较高的水平，而且可以附加灵活的控制选项，在开发大型项目时非常理想。Keil C51集成开发环境的主要功能有以下几点：l Vision3 for Windows：是一个集成开发环境，它将项目管理、源代码编辑和程序调试等组合在一个功能强大的环境中； l C51国际际准化C交叉编译器：从C源代码产生可重定位的目标模块； l BL51链接器/定位器：组合由C51和A51产生的可重定位的目标模块，生成绝对目标模块；l LIB51库管理器：从目标模块生成连接器可以使用的库文件； OH51目标文件至HEX格式的转换器，从绝对目标模块生成Intel Hex文件；l RTX-51实时操作系统：简化了复杂的实时应用软件项目的设计。这个工具套件是为专业软件开发人员设计的，但任何层次的编程人员都可以使用，并获得80C51单片机的绝大部分应用。2. ISIS ProtuesProtues ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。该软件可以对模拟电路、数字电路、模数混合电路、单片机及外围电路进行绘制、分析、仿真，并提供了简便易用的印刷电路板设计工具。 Protues软件有如下几个特点：l 强大的原理绘图功能。l 支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。l 提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点的等调试功能，同时在仿真系统中也加入了观察各个变量、寄存器等的当前状态的功能；它还支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C51 m Vision2等软件。l 丰富的元器件库。提供30多个元器件库，数千种元器件。包括：电阻、电容、二极管、三极管、MOS管、变压器、继电器、各种激励、各种微控制器、各种门电路和终端等。l 软件包中提供各种仪表。包括：交直流电压表、交直流电流表、逻辑分析仪、定时计数器和信号发生器等，它们通过图形显示功能，将线路中的变化的信号以图形方式实时显示出来。Protues中主要包括ISIS和ARES两个基本模块，其中ISIS集单片机电路图绘制、汇编语言编程、调试和仿真运行等功能于一体；ARES模块则可根据ISIS原理图实现印刷电路板的设计功能。总之，在Protues中，从原理图设计、单片机编程、系统仿真到PCB设计可以一气呵成，具有从概念到产品的完整设计能力。2.4 仿真软件PROTUES中的效果图图2-3第3章 硬件电路设计3.1两位一体共阴数码管233.13.1.1 数码管概述LED数码管是由发光二极管构成的,具有显示亮度高、响应速度快的特点。常见的是七段LED显示器为“8”字型，该显示器内部有7个条形发光二级管和一个小圆点发光二级管，共计8段 ，每段对应一个发光二级管。有共阴极和共阳极两种，共阴极发光二极管的阴极连在一起，通常公共阴极接地。当阳极为高电平时发光二级管发光。共阳极发光二极管的阳极连在一起，通常公共阳极接正电压。当阴极为低电平时发光二级管发光。3.1.2 数码管内部结构8段LED数码管如图3-1所示：图3-1 8段LED数码管结构及外形LED数码管通过7个发光二极管亮暗的不同组合可以显示各种数字，另外一个圆的型发光二级管（图3-1（a）中以dp显示）显示小数点。只要为LED数码管提供了段码就可以显示不同的符号和数字。LED数码管共计8段。正好是一个字节。习惯上是以“a”段对应段码字节的最低位。各段与字节中各位对应关系如表3-1所示。表3-1 段码与字节中各位对应关系代码位D7D6D5D4D3D2D1D0显示段dpgfedcba按照表3-1中的格式，显示各种字符的8段LED数码管的段码如表3-2所示（以共阴极为例）。表3-2 8段LED数码管段码显示字符段符号十六进制代码dpgfedcba共阴极共阳极0001111113FHC0H10000011006HF9H2010110115BHA4H3010011114FHB0H40110011066H99H5011011016DH92H6011111017DH82H70000011107HF8H8011111117FH80H9011011116FH90H3.1.3 两位一体共阴数码管和74LS374锁存器接口电路图3-2 两位一体共阴数码管和74LS374锁存器接口电路3.2 LCD1602液晶3.2.1 LCD1602液晶简介1602LCD，工业字符型液晶，能够同时显示162即32个字符（16列2行）每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个57或者510等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形。3.2.2 LCD1602液晶引脚介绍 图3-3 LCD1602外观 图3-4 LCD1602引脚显示容量：16个2排字符；工作电流2.0mA(5.0V)；字符尺寸：2.954.35mm。LCD1602C采用标准的16脚接口，各引脚情况如下：第1脚：VSS为电源地；第2脚：VDD为+5V电源；第3脚：VEE为液晶显示对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时，会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为数据/命令选择端，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择命令寄存器。RS：Register Selection 第5脚：RW，读写操作选择（1读，0写）。如表3-1所示：表3-3 读写操作选择RSRW寄存器及操作00指令寄存器写入01忙信号和地址计数器读出10数据寄存器写入11数据寄存器读出第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时（负跳变），液晶模块执行命令。执行一条命令，都要使E有一个负跳变。第714脚：D0D7，为8位双向数据总线，与单片机的数据总线相连，三态。第15脚：BLA，背光电源，通常为5V，并联一个电位器，调节背光亮度。第16脚：BLK，背光电源地。3.2.3 LCD1602液晶外围接口电路 图3-5 LCD1602液晶外围接口电路3.3 串口通信3.3.1 串口通讯概述单片机构成的控制系统，由于设计需求，往往需要和外部的微处理器进行数据交流，实现两个或多个处理器之间的数据通信。常用的数据通信包括两种形式：并行通信和串行通信。分别如图3-6（a）和图3-1（b）所示。 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7D0D1D2D3D4D5D6D7计算机控制线信号线计算机或外设计算机计算机或外设 （a） （b）图3-6 并行通信与串行通信1. 串行通信与并行通信的优缺点对比，如表3-1所示。表3-4 串并行通信对比并行数据传送串行数据传送原理各位数据同时传送数据按位顺序传送优点传送速度快、效率高最少需要一对传输线即可完成：成本低缺点数据位数传输线根数：成本高速度慢，成本低应用传送距离30米，用于近距离或内部几米几千公里，用于计算机与外设之间2. 串行通信按信息的格式可分为异步通信和同步通信两种方式；根据信息传送3. 的方向，串行通信可以分为单工、半双工和全双工3种，如图3-2所示。图3-7 串行通信的3种传输形式3.3.2 MAX232接口电路MAX232接口电路如图3-3所示。图3-8 MAX232接口电路第4章 软件设计4.1程序整体流程图YNNNYYY外中断1计数器从0计数到99并清0；LCD显示姓名，学号开始初始化P3.4按下P3.5按下外中断0流水灯从右向左流动流水灯从左向右流动主函数LCD显示WELCOMENN流水灯停止流动4.2程序清单 #include #include unsigned char led=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f; unsigned char table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; unsigned char count=0; unsigned char m; bit dir=0,run=0; sbit P1_5=P15; sbit P3_4=P34; sbit RS=P16; sbit RW=P17; sbit P3_5=P35; unsigned char LCD_Statues; unsigned char xuehao=b11050725; unsigned char name=shucan; void delay(unsigned char count) unsigned char i; while(count-) for(i=0;i120;i+); void jishuqi()ET0=1;EA=1;TMOD=0x01;TH0=60;TL0=176;TR0=1;P1_5=1;while(1) m+; P2=0x1f; P0=tablem%10; delay(1000); P2=0x3f; P0=tablem/10; delay(1000); if(m=100) m=0; int0() interrupt 1count+; if(count=20) count=0; delay(100); TH0=60;TL0=176;unsigned char Busy_Check()RS=0;RW=1;P2=0x5f;delay(2);LCD_Statues=P0;delay(2);P2=0xff;return LCD_Statues;void wcmd(unsigned char cmd) while(Busy_Check()&0x80)=0x80);RS=0;RW=0;P2=0x5f;delay(2);P0=cmd;delay(2);P2=0xff;void wdat(unsigned char dat) while(Busy_Check()&0x80)=0x80);RS=1;RW=0;P2=0x5f;delay(2);P0=dat; delay(2);P2=0xff;void init()wcmd(0x38);delay(2);wcmd(0x01);delay(2);wcmd(0x06);delay(2);wcmd(0x0c);delay(2);void LCD() unsigned char i;init();wcmd(0x80+0x00);for(i=0;i9;i+) wdat(xuehaoi);wcmd(0x80+0x40); for(i=0;i7;i+) wdat(namei);void main() unsigned char i; P0=0x00;while(1)if(P3_4=0) delay(100); if(P3_4=0) jishuqi();if(P3_5=0) delay(100); if(P3_5=0) LCD(); switch(P3&0x3c)case 0x34:run=1,dir=1;break;case 0x38:run=0,dir=0;break;if(run) if(dir) for(i=0;i=0;i-) P2=ledi; delay(200); else P2=0xff;第5章 调试及故障分析5.1 焊接准备阶段元器件测试、电路原理图故障分析先测试各器件是否完好，包括二极管、数码管、单片机、LED、电容等等。然后按照所给的电路图正确焊接。利用万用表进行逐步排查、找出电路中错误的地方、然后进行修改。5.2 电路焊接过程中的故障分析在焊接中需要注意的几点：l 电解电容的正负极；l 单片机、373锁存器等元器件在电路板的插入方向；l LED正负极；l 避免虚焊。l 二极管的正负极区分l 五环电阻的区别5.3 程序编写过程中的故障分析监控流水灯的设计在刚开始的时候不能正常运行，原因在于启停标志位没有设置好，改过以后就能正常显示了；LCD显示模块原来怎么也不能显示，检查了好几遍程序也没有错，最终是因为亮度没调好。5.4 实物演示效果 图 5-1 图5-2结论本次课程设计安排在期末考试之前，确实对我们帮助很大，之前总归是在书本上作文章，没有实践的机会，对实际应用的印象并不是很深刻通过为期一星期的课程设计，深刻理解了书本上的内容，也从纸上谈兵变成了实际的操作和理解从理论和实践结合的基础上进行不断的学习向来是我们领悟力提高的最基本也是最有效的方法，在跟着李老师和舒老师学习的过程中也锻炼了我们动手的能力，从书本课堂走向实践课堂在下一阶段的复习中，这些学习到的知识将会更加深刻地在我们的脑海中一一浮现，相信对我们的帮助一定很大总而言之，一次特别的课程设计可以加深我们对单片机本身的认识同时也让我们在不断修改改正的过程中学到更多东西，这是对我们以后的路很有帮助的谢辞首先非常感谢李老师和舒老师这一星期课程设计的辛苦指导，虽然时间有些紧迫，但是李老师也是想让我们更加亲近的感受一下单片机的魅力以及让我们更加清楚动手实践的好处，书本上的东西终究是死的，跟着老师一步步走向实践才是我们的最终目的，特别感谢老师平时严格的教导和耳提面命的劝诫，没有一个强大的灯塔，小船再怎么努力也无法在海浪中前行我们的课程设计是三人一组，感谢老师的同时也必须谢谢我的小伙伴们，正是他们让我知道的团队协作的重要性，焊接的时候大家齐心协力为每一个部件的正确位置和正确方向而努力，让我们的工作轻松了很多，看着最后焊接的成果，大家都很开心很有成就感，衷心感谢大家，感谢每个人都让我学会了很多，谢谢！参考文献1 李蒙 毛建东编 单片机原理及应用M. 北京：中国轻工业出版社, 2010。2 林立 张俊亮 曹旭东等编 单片机原理及应用M. 北京：电子工业出版社, 2012.3 张齐，朱宁西.单片机应用系统设计技术.北京：电子工业出版社，20094 张道龙，杨光友.单片机接口技术.北京：中国水利水电出版社，20075 周润景.PROTEUS入门使用教程.北京：机械工业出版社，2007附录 实习元件清单元器件型号需求量单片机89C52174HC373274HC1381MAX2321芯片底座DIP-401DIP-202DIP-162晶振11.059M1九引脚排阻5.1K11K1电阻470175.1K28.2K110K5电位器10K1电容0.17332电解电容101471开关按键式5自锁式1二极管红色发光LED91N40011电源座1USB座1串口座1共阴极数码管5261AS 181三极管S90131排座引脚间距2.54mm3排插引脚间距2.54mm3跳冒1铜柱3mm61602液晶1
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