工业顺序控制及显示设计单片机课程设计报告.doc

单片机及控制系统课程设计报告题 目： 工业顺序控制及显示设计 院 （系）： 机电与自动化学院 专业班级： 电气工程及其自动化11XX班 学生姓名： 科 比 学 号： 20111131* 指导教师： 梅秋燕 2014年06月15日至2014年06月28日 华中科技大学武昌分校单片机及控制系统课程设计任务书一、设计题目工业顺序控制及显示设计 二、设计主要内容（1）掌握51单片机在工业顺序控制中的应用，学习单片机的控制程序的设计及中断程序的编程应用。（2）用七只发光二极模拟工业控制中的7道工序，高电平点亮，每道工序用定时器进行工序间的顺序转换。（3）与此同时运用动态扫描和定时器1在数码管上显示出从765432开始以1/10秒的速度递减至765398，并保持显示此数。（4）按规范撰写课程设计说明书，包括硬件和软件设计。三、原始资料（1） 单片机接口8051 P1.0-P1.6控制工业生产的七道工序，现模拟控制七只发光二极管的点亮，高电平点亮。设定每道工序时间转换为延时， P3.4为开工启动开关，高电平启动。P3.3为外部故障输入模拟开关，低电平报警，P1.7为报警声音输出。设定7道工序只有一位输出。（2） LCD显示电路 LCD显示电路LCD显示电路，由U33的74HC245驱动，以显示电平状态。高电平为“1”状态，点亮发光二极管。（3） 主程序和中断程序流程图（4）数码管显示电路显示电路结构图八段数码管显示电路由8155的PB0、PB1经74LS164“串转并”后输出得到。6位位码由8155 的PA0口输出，经uA2003反向驱动后，选择相应显示位。74LS164是串行输入并行输出转换电路，串行输入的数据位由8155的PB0控制，时钟位由8155的PB1控制输出。写程序时，只要向数据位地址输出数据，然后向时钟位地址输出一高一低两个电平就可以将数据位置到74LS164中，并且实现移位。向显示位选通地址输出高电平就可以点亮相应的显示位。 数码管数字代码表四、要求的设计成果（1）根据控制要求，进行控制系统硬件电路设计。（2）控制及显示程序设计。（3）利用实验室设备进行模拟调试。（4）编写单片机及控制系统报告，课程设计报告内容包括： 设计方案、课程设计过程和设计思想、方法、原理。 绘制系统的原理图（可用绘图软件也可手绘）。 单片机控制程序，有程序说明。 参考资料、参考书及参考手册。其他需要说明的问题，例如操作说明、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。单片机及控制系统报告可以手写，也可以用电脑编排打印，报告格式按照华中科技大学武昌分校课程设计管理办法执行。课程设计报告要求内容正确完整，图表清晰，叙述简明，语句通顺，字数不得少于2000汉字。课程设计报告按封面、任务书、设计说明书、图纸、实物照片贴页（实物照片贴在A4复印纸上）、成绩评定表的顺序装订。五、进程安排内容时间下达课程设计任务书。讲解课程设计的任务与要求、进度安排、指导时间、注意事项、提供参考资料。学生到实验室熟悉设备。1天搜集资料、方案论证、初步设计。1天系统设计、绘制系统控制原理图及软件编程。2天利用实验室设备完成控制系统的硬件接线工作，运行控制程序，进行运行调试。3天方案优化、总结完善、整理资料、撰写课程设计报告2天答辩、课程设计总结。1天共计10天（2周）六、主要参考资料1 李广弟单片机基础北京：北京航空航天大学，20092 李群芳微型计算机与接口技术北京：电子工业出版社，20123 单片机综合仿真实验系统Keil C实验指导书深圳：深圳市雷迈特科技有限公司，20124 沈庆阳8051单片机实践与应用机电一体化系统设计北京：化学工业出版社，20095 朱定华单片微机原理与应用北京：清华大学出版社，2006指导教师（签名）： 20 年 月 日目 录1.课程设计任务及要求21.1设计目的21.2控制要求21.3系统总体方案设计22.控制系统原理分析42.1硬件部分分析42.1.1 89C51单片机引脚图及引脚功能介绍42.1.2显示系统工作原理52.2软件设计流程图83.程序分析103.1顺序控制程序103.2数码管显示程序114.运行调试144.1软件调试过程144.2安装调试及方法164.3 结果分析175.总结186.参考文献197.附录20附录1 程序清单20附录2实物照片(现场接线及调试显示照片)24 1.课程设计任务及要求1.1设计目的（1）加强对单片机和C语言的认识，充分掌握和理解设计各部分的工作原理、设计过程、选择芯片器件、模块化编程等多项知识。（2）用单片机模拟实现具体应用，使个人设计能够真正使用。（3）把理论知识与实践相结合，充分发挥个人能力，并在实践中锻炼。（4）提高利用已学知识分析和解决问题的能力。（5）提高实践动手能力。1.2控制要求（1）用七只发光二极模拟工业控制中的7道工序，高电平点亮，每道工序用定时器进行工序间的顺序转换。（2）与此同时运用动态扫描和定时器1在数码管上显示出从765432开始以1/10秒的速度递减至765398，并保持显示此数。1.3系统总体方案设计设计主要内容： （1）掌握51单片机在工业顺序控制中的应用，学习单片机的控制程序的设计及中断程序的编程应用。 （2）用七只发光二极模拟工业控制中的7道工序，高电平点亮，每道工序用定时器进行工序间的顺序转换。 （3）与此同时运用动态扫描和定时器1在数码管上显示出从765432开始以1/10秒的速度递减至765398，并保持显示此数。 （4）按规范撰写课程设计说明书，包括硬件和软件设计。（1）根据控制要求，进行控制系统硬件电路设计。 （2）控制及显示程序设计。 （3）利用实验室设备进行模拟调试。 （4）编写单片机原理及应用课程设计报告，课程设计报告内容包括：设计主要流程： （1）设计方案、课程设计过程和设计思想、方法、原理。 （2）绘制系统的原理图（可用绘图软件也可手绘）。 （3）单片机控制程序，有程序说明。 （4）参考资料、参考书及参考手册。 （5）其他需要说明的问题，例如操作说明、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。 （6）单片机原理及应用课程设计报告可以手写，也可以用电脑编排打印，报告格式按照华中科技大学武昌分校课程设计管理办法执行。课程设计报告要求内容正确完整，图表清晰，叙述简明，语句通顺，字数不得少于2000汉字。 （7）课程设计报告按封面、任务书、设计说明书、图纸、实物照片贴页（实物照片贴在A4复印纸上）、成绩评定表的顺序装订。 设计主要流程图如下图。图1-1 课程设计总流9 2.控制系统原理分析2.1硬件部分分析2.1.1 89C51单片机引脚图及引脚功能介绍本次实习的中断功能就是基于89C51单片机的基础上实现的，首先来简单认识一下，它的引脚如图2-1所示：图2-1 89C51引脚示意图单片机89C51的39个引脚大致可分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚。1.电源:（1）VCC：芯片电源，接+5V；（2）VSS：接地端；2.时钟:XTAL1、XTAL2 ：晶体振荡电路反相输入端和输出端。3.控制线:控制线共有4根，（1）ALE/PROG：地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。（2） PSEN:外ROM读选通信号。（3）RST/VPD:复位/备用电源。RST（Reset）功能：复位信号输入端。VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。（4）EA/Vpp：内外ROM选择/片内EPROM编程电源。EA功能：内外ROM选择端。Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。4.I/O线89C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。2.1.2显示系统工作原理LED显示电路: 图2-2 LCD显示电路 LCD显示电路，由U33的74HC245驱动，以显示电平状态。高电平为“1”状态，点亮发光二极管。对于74HC245，实物图如下 图2-3 74HC24实物图 图2-4 74LS245结构图引脚定义：第1脚DIR，为输入输出端口转换用，DIR=“1”高电平时信号由“A”端输入“B”端输出，DIR=“0”低电平时信号由“B”端输入“A”端输出。第29脚“A”信号输入输出端，A0=B0，A7=B7，A0与B0是一组，如果DIR=“1”OE=“0”则A1输入B1输出，其它类同。如果DIR=“0”OE=“0”则B1输入A1输出，其它类同。第1118脚“B”信号输入输出端，功能与“A”端一样，不再描述。第19脚OE，若该脚为“1”A/B端的信号将不导通，只有为“0”时A/B端才被启用，该脚也就是起到开关的作用。第10脚GND，电源地。 第20脚VCC，电源正极。 图2-5 显示电路结构图八段数码管显示电路由8155的PB0、PB1经74LS164“串转并”后输出得到。6位位码由8155 的PA0口输出，经uA2003反向驱动后，选择相应显示位。74LS164是串行输入并行输出转换电路，串行输入的数据位由8155的PB0控制，时钟位由8155的PB1控制输出。写程序时，只要向数据位地址输出数据，然后向时钟位地址输出一高一低两个电平就可以将数据位置到74LS164中，并且实现移位。向显示位选通地址输出高电平就可以点亮相应的显示位。 图2-6 74LS164引脚结构图 引脚信息： 符号引脚说明DSA1数据输入DSB2数据输入Q0Q336输出GND7地 (0 V)CP8时钟输入（低电平到高电平边沿触发）/M/R9中央复位输入（低电平有效）Q4Q71013输出VCC14正电源功能概述： 74LS164是8位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据，然后并行输出。数据通过两个输入端（DSA 或 DSB）之一串行输入；任一输入端可以用作高电平使能端，控制另一输入端的数据输入。两个输入端或者连接在一起，或者把不用的输入端接高电平，一定不要悬空。时钟 (CP) 每次由低变高时，数据右移一位，输入到 Q0， Q0 是两个数据输入端（DSA和 DSB）的逻辑与，它将上升时钟沿之前保持一个建立时间的长度。主复位 (MR) 输入端上的一个低电平将使其它所有输入端都无效，非同步地清除寄存器，强制所有的输出为低电平。字段码: 图2-7 数码管数字代码表2.2软件设计流程图 图2-8 设计流程图 P1口的P1.0P1.6接七只发光二极管，P1.7接报警器，P3.4接开工启动开关，P3.2接外部故障输入模拟开关。 主程序流程图：当程序启动，开启中断，并使P1、P3口初始化，当给start开始信号即P3.4得电时，运行主程序中使发光二极管得电的程序，从L0至L7，按顺序每次只点亮一只二极管，并延时一段时间，然后点亮下一只二极管，当第七只二极管得电延时完成后，程序跳转到工序1开始的地方，按此规律从工序1到工序7依次循环进行下去。 中断服务子程序：当外部故障输入模拟开关即P3.3得电时，运行中断子程序，先使P1=0x00即关闭输出保护现场，speak=1使报警器报警。然后判断故障情况，如果故障清除，则恢复现场跳出中断子程序回到主程序；如果故障没有清除，则报警器继续报警直至故障清除。3.程序分析3.1顺序控制程序#include reg51.h#define WORD unsigned int#define BYTE unsigned charsbit Speak=P17; P1.7对应报警开关，用P1.7对应的得电信号来改变是否故障sbit Start=P34; 定义P3口的P3.4为启动开关sbit test=P10; /*定义变量，报警P1.7；启动P3.4；外部故障开关P3.3*/void delay(WORD time)WORD i;for(i=0;i=time;i+); /*延时中断程序*/void ErroBl (void) interrupt 2 using 1 P1=0X00;Speak=1;delay(200);Speak=0;delay(100); /*外部故障中断报警程序，循环报警*/void main() 主函数IE=0x84;IP=0x04; PSW=0x00; /*辅助继电器赋值，允许外部中断；优先级别最高*/while(1) 循环 if(Start=1) /*启动信号*/ P1=0X01; /*工序一*/给P1口赋值为00000001，即工序1对应的灯得电，灯亮。 delay(6000); /*工序一延时*/采用延时程序，是得电信号延时，即灯亮延时6000后灭。 其他灯的亮灭只是对赋值进行更改，来达到让7个灯互相交替亮灭。程序分析说明： P3.4为开工启动开关，高电平启动。在主程序中P1 = 0xff表示高电平有效启动；IT0 = 0;表示Enable EX0，外部中断INT0低电平有效；EX0 = 1;表示中断标志位为1时，允许INT0中断；EA = 1;表示中断总控制开关，为1时CPU允许中断；在while语句中，P1 = 0xfe;表示从右第一个灯亮；Delay(1000);表示延时1S；往后以此类推。但是在Delay(1000);表示进入延时函数调用。其中while (cnt- !=0)表示从1000往下减1。3.2数码管显示程序显示设计程序是在八段数码显示设计程序的基础上加以修改得到的。按要求高三位是固定不变的，只需要变化低三位。在低三位递减到指定数据时，保持固定不变。#include#define LEDLen 6#define mode 0x03;#define CAddr XBYTE0xe100/* 控制字地址 */#define OUTBIT XBYTE0xe101/* 位控制口 */#define CLK164 XBYTE0xe102/* 段控制口(接164时钟位) */#define DAT164 XBYTE0xe102 /* 段控制口(接164数据位) */#define IN XBYTE0xe103 /* 键盘读入口 */ unsigned char LEDBufLEDLen; /* 显示缓冲 */code unsigned char LEDMAP = /* 八段管显示码 */ 0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07, 0x7f, 0x6f, 0x77, 0x7c, 0x39, 0x5e, 0x79, 0x71;void Delay(unsigned char CNT) /*延时中断程序*/ unsigned char i; while (CNT- !=0) for (i=100; i !=0; i-);如何保证最后停在7654398，在前面建立一个无限循环程序，当满足一定条件是跳入该程序就能保证显示数码管把持不变，下面是该程序。 void display() /*按要求最后显示765398，并用无限循环保持不变*/ while(1) unsigned char j; LEDBuf0 = LEDMAP(7) & 0x0f; /*六个八段数码管依次赋值*/ LEDBuf1 = LEDMAP(6) & 0x0f; LEDBuf2 = LEDMAP(5) & 0x0f; LEDBuf3 = LEDMAP(3) & 0x0f; LEDBuf4 = LEDMAP(9) & 0x0f; LEDBuf5 = LEDMAP(8) & 0x0f; for(j=0; j30; j+) /*延时*/ DisplayLED(); /*显示上面赋值数据*/ 如何让数码管由765432逐渐递减到7654398，下面是主函数的编写，循环的编写，来满足要求。void main() 主函数 unsigned char i=2; unsigned char m; unsigned char j; unsigned char n=3; unsigned char k=4; /*定义变量*/ CAddr = mode; while(1) LEDBuf0 = LEDMAP(m+7) & 0x0f; /*八段数码管依次赋值*/ LEDBuf1 = LEDMAP(m+6) & 0x0f; LEDBuf2 = LEDMAP(m+5) & 0x0f; LEDBuf3 = LEDMAP(k) & 0x0f; i-; /*个位逐渐减1*/LEDBuf4 = LEDMAP(n) & 0x0f; /*十位八段数码管赋值*/ if(i=0) /*当个位减小为0时，十位减1。同时给个 位赋值9*/n-; i=9; LEDBuf5 = LEDMAP(i) & 0x0f; if(n=0&i=1) /*当十位个位同时减小到0时，百位减1； k-; 同时给个位和十位赋值9*/ i=9; n=9; for(j=0; j30; j+) DisplayLED(); /* 显示该次循环所得数据 */ if(k=3&i=8) /*当减小到765398时，进去子程序display无限循环显示 display(); 765398*/ 4.运行调试4.1软件调试过程 点开软件，进入程序编译系统。点击菜单栏“项目”，选择下拉框里面的“新项目”。如下图4-1所示。 图 4-1 新建项目 新建项目是要选择“Atmel”下拉框中的“AT89C51”然后点击确定。如下图 图4-2 目标选择设备 新建项目之后，需要点击“新建一个文件”在项目目录下新建程序编译文件。之后点击保存，需要注意的是保存时文档名称后面要加“.c”。如下图。 图4-3 新建程序编译文件文件建好之后，就可以开始编写程序了。编写程序时注意减少不必要的编写错误，注意语句后面的分号是否需要；每个程序段的前大括号和后大括号相对应。这样在编译过程中能减少很多工作。 添加文件到组，编写程序完成后。右键单击源代码组1。选择添加文件到组“源代码组1”，出现如图所示对话框，选择刚建立的编译程序文件到源代码组1，完成添加。 图 4-4 编译重建目标文编写完程序添加到组之后开始调试，首先检查程序是否有错误，单击“编译当前文件”，如果输出窗口中显示没有错误，那么接着单击“重建所有目标文件”；如果编译过程中出现错误，那么需要按照输出窗口中提示的错误改正之后再重建文件。图 4-5 设置调试接口重建目标文件之后需要先设置好通讯借口，计算机需要与硬件设备向通讯，需要设置合理的通讯方式。本调试中使用（U）：Keil Monitor-51 driver,保护接口选择Com3，波特率选用38400，其他默认。 图 4-6 启动调试 通讯方式选择后启动调试，单击菜单栏中“启动/停止调试（D）”开始调试。然后可选择运行到指定位置来检验程序是否能正常运行。一直检查无误后，可直接点击“运行”观察实验现象。4.2安装调试及方法（1）P3.4连K1，P3.3连K2，P1.0P1.6分别连到L1L7，P1.7连SIN（电子音响输入端）。（2）K1开关拨在上面，K2拨在上面。（3）用连续方式从起始地址0580H开始运行程序（输入0580后按EXEC键），此时应在等待开工状态。（4）K1拨至下面（显低电平），各道工序应正常运行。（5）K2拨至下面（低电平），应有声音报警（人为设置故障）。（6）K2拨至上面（高电平），即排除故障，程序应从刚才报警的那道工序继续执行。4.3 结果分析实验中延时的时间的计算为DELAY1t=20*125*200*12*2/12000000=1S;分别代表的含义为：20、125、200是循环的次数相乘，12代表一个指令周期为12个机器周期，2代表该指令周期为双指令周期，12000000表示晶振的频率，也是机器周期。在实验中可以观察到VL1VL7依次按照1秒间隔循环亮起。在故障出现时能够保护现场，待故障消除后从现场又开始循环。数码管上显示出从765432开始以1/10秒的速度递减至765398，并保持显示此数。5.总结 通过本课程设计，我们大家对单片机的工作原理以及运用要求有了更进一步的了解，对我们的动手能力，编程能力都有很大的帮助。这次课程设计的控制要求有两个，一个是用七只发光二极管模拟工业控制中的7道工序，高电平点亮，每道工序用定时器进行工序间的顺序转换。另一个是在第一个的基础上运用动态扫描和定时器1在数码管上显示出从765432开始以1/10秒的速度递减至765398，并保持显示此数。我们首先收集了大量的资料，查找有关集成芯片和器件的文献，只有对各种元器件有了充分的了解之后我们在实际的操作才会更快。在完成第一个发光二极管的控制要求时，程序全部正确在走，硬件连接也全部正确，但是灯却一直是全亮的，搞不懂怎么回事。把老师请来了才知道，是我们设置的灯的闪光时间太短，就是说灯是按照要求在点亮，但是由于点亮的速度太快，肉眼分辨不出它是否熄灭过，看起来就像一直在亮。可见如果不对整个设计的每一个细节都了解的清清楚楚的话，哪怕你做对了，你都搞不懂这是怎么回事。这告诉我们，以后无论在工作还是在生活中，都要认真对待每一个细节，不能得过且过，不求甚解。在编程方面一直是我的弱项，好多程序我都搞不明白，这个时候我都会尽量去问同学，在课程设计的过程中，同学之间的相互帮助是相当重要的，有时自己的一个坎半天都过不去，但是说不定同学的一个点拨，我们就通了。所以，我们要学会团结协作，这样，才会事半功倍。这次的课程设计教会我们的不止是专业知识，在生活道理上也教会了很多，让我们终生受益。6.参考文献1 李广弟单片机基础北京：北京航空航天大学，20092 李群芳微型计算机与接口技术北京：电子工业出版社，20123 单片机综合仿真实验系统Keil C实验指导书深圳：深圳市雷迈特科技有限公司，20124 沈庆阳8051单片机实践与应用机电一体化系统设计北京：化学工业出版社，20095 朱定华单片微机原理与应用北京：清华大学出版社，20067.附录附录1 程序清单工业顺控#includesbit start = P34;sbit bell = P17;unsigned char bellcnt;unsigned int i;void Delay(unsigned int cnt);int main()P1 = 0xff;IT0 = 0;/Enable EX0EX0 = 1;EA = 1;while(!start);while(1)P1 = 0xfe;Delay(1000);P1 = 0xfd;Delay(1000);P1 = 0xfb;Delay(1000);P1 = 0xf7;Delay(1000);P1 = 0xef;Delay(1000);P1 = 0xdf;Delay(1000);P1 = 0xbf;Delay(1000); void Delay(unsigned int cnt)unsigned char i; while (cnt- !=0) for (i=100; i !=0; i-);void int0() interrupt 0EA = 0;for(bellcnt = 0;bellcnt20;bellcnt+)bell = 1;Delay(2);bell = 0;Delay(2);EA = 1;数码管显示程序#include#define LEDLen 6#define mode 0x03;#define CAddr XBYTE0xe100/* 控制字地址 */#define OUTBIT XBYTE0xe101/* 位控制口 */#define CLK164 XBYTE0xe102/* 段控制口(接164时钟位) */#define DAT164 XBYTE0xe102 /* 段控制口(接164数据位) */#define IN XBYTE0xe103 /* 键盘读入口 */ unsigned char LEDBufLEDLen; /* 显示缓冲 */code unsigned char LEDMAP = /* 八段管显示码 */ 0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07, 0x7f, 0x6f, 0x77, 0x7c, 0x39, 0x5e, 0x79, 0x71;void Delay(unsigned char CNT) unsigned char i; while (CNT- !=0) for