99秒马表课程设计说明书VIP

2015 毕业论文专题百手起驾 整理为您信息与电气工程学院课程设计说明书（2013/2014 学年第 二 学期）课程名称 ： 单片机应用课程设计 题 目 ： 99 秒马表 专业班级 ： 电气工程及其自动化 0000 班 学生姓名 ： 0000 学 号： 000000 指导教师 ：刘增环、岑毅南、高敬格、郭佳设计周数 ： 2 周 设计成绩 ： 2015 年 6 月 26 日信息与电气工程学院1百手起驾 整理为您目录一、课程设计目的 .21.1 概述 .21.2 设计要求 .2二、课程设计正文 .22.1 整体设计 .22.2 器件清单 .32.3 主要器件说明 .42.3.1 STC90C52AD 的功能参数介绍 .42.3.2 译码单元 .62.3.3 共阴极数码管 .72.4 单元电路设计 .82.4.1 时钟模块 .82.4.2 复位电路模块 .82.4.3 控制模块 .82.4.4 显示模块 .92.5 系统调试 .92.4 系统分析 .102.5 系统设计 .102.5.1 程序流程图 .102.5.2 T0 中断服务程序框图 .112.6 系统实施 .11三、总结： .12四、参考文献 .13附录一：C 语言设计程序代码： .14附录二： 设计原理图及 PCB 图 .16附录三、课程设计评语及成 绩 .18信息与电气工程学院2百手起驾 整理为您99 秒马表单片机设计一、 课程设计目的1.1. 概述单片机原理及应用课程设计是学生综合运用所学知识，全面掌握单片微型计算机及其接口的工作原理、编程和使用方法的重要实践环节。通过独立或协作提出并论证设计方案，进行软、硬件调试，最后获得正确的运行结果，可以加深和巩固对理论教学和实验教学内容的掌握，进一步建立计算机应用系统整体概念，初步掌握单片机软、硬件开发方法，为以后进行实际单片机软、硬件应用开发奠定良好的基础。课程设计的主要内容：根据单片机原理及应用课程的要求，主要进行两个方面的设计，即单片机最小系统和接口技术应用设计。其中，单片机最小系统主要要求学生熟悉单片机的内部结构和引脚功能、引脚的使用、复位电路、时钟电路、4 个并行接口和一个串行接口的实际应用，从而可构成最小应用系统，并编程进行简单使用。接口技术应用设计主要要求学生能综合运用单片机、存储器、常用接口芯片构成单片机应用系统，有针对性地进行软、硬件设计与开发。1.2. 设计要求设计并制作出一个以单片机为核心的计时控制系统：设计方案；设计键盘输入电路；设计显示电路；合理分配地址，编写系统程序；用 Protel 设计硬件电路原理图和 PCB 图；软硬件联机调试（1）开始时，显示“00”，第 1 次按下按键后开始计时。（2）第 2 次按下按键后，计时停止。 （3）第 3 次按下按键后，计时归零。（4）程序循环。二、课程设计正文2.1 整体设计采用单片机的 TO 定时器，使其工作在方式 1，产生一个 100ms 定时中断，循环 10 次，到 1s时，秒加 1；到 99 秒时清零，循环显示。显示数码管只需两个两个，I/O 口足够用，但为了更好的学习和以后工作时单片机的使用，本次课程设计数码管用 CD4511 译码器译码，属于动态显示。信息与电气工程学院3百手起驾 整理为您（1）在“单片机系统”区域中，把单片机的 P0.0P0.3 端口分别连接到一个 CD4511 的 a-d端口上；要求：P0.0 对应着 A（7），P0.1 对应着 B（1），P0.2 对应着 C（2），P0.3 对应着D（3）。（2）在“单片机系统”区域中，把单片机的 P2.0P2.1 端口连接到数码管的 2 位位选线上，在某一时刻，只让某一位的位选线处于选通状态，其他各位的位选线处于关闭状态，同时，段码线上输出相应位要显示的字符段码。如此循环下去，就可以使各位显示出将要显示的字符，虽然这些字符是在不同时刻出现的，而在同一时刻，只有一位显示，其他各位熄灭，但由于 LED 显示器的余辉和人眼的视觉暂留作用，只要每位显示间隔足够短，则可以造成多位同时亮的假象，达到同时显示的效果。（3）按键设计：单片机的 P1.7 管脚通过按键开关接地，不按下开关时 P1.7 口保持高电平。单片机显示电路时钟电路复位电路控制电路总体设计思路图2.2 器件清单万能板器件：电阻：1K (9 个) 360（7 个） 4.7K（2 个）按键开关：1 个CD4511: (1 个）三极管（NPN 型）9014:2 个共阴极数码管：（2 个）万能电路板：1 个导线若干 信息与电气工程学院4百手起驾 整理为您课程设计配发的小电路板（ISP-MCU Basic circuit）电路板器件：标识符 器件名称 规格型号 数量 标识符 器件名称 规格型号 数量U1 单片机 STC90C52AD 1 C11 C12 瓷片电容 22p 或 30p 2U2 RS232 驱动 MAX232 1 C13-C17 独石电容 0.22uF(224) 5C1 C2 电解电容 1.0uF / 50V 2J1-J4, CRYLsts Hsts接线插孔座 排母 86针C3 C4 C0 电解电容 10uF / 50V 3CRY 晶体谐振器 6MHz 1 C5-C8 电解电容 47uF(22uF) 4High,Low,PS 发光二极管 3 3 JPS 接线端子 电源用 1R1 金属膜电阻 200 1 RST 按钮小（0.20.3） 1R0 金属膜电阻 6.8K 1 JDB DB9 插座 DB9 针形座 1R2 R3 R4 金属膜电阻 3.3K 3 U1 DIP 插座 DIP40 1R9 金属膜电阻 1M 1 U2 DIP 插座 DIP16 12.3 主要器件说明2.3.1 STC90C52AD 的功能参数介绍STC90C52AD 是由宏晶公司生产的高性能八位单片机。 如图一所示。该芯片采用 FLASH 存储技术，内部具有 8KB 字 节快闪存存储器，采用 DIP 封装，是目前在中小系统中应用 最为普及的单片机。 STC90C52AD 可构成真正的单片机最小应用系统，缩 小系统体积，增加系统的可靠性，降低系统的成本。只要程 序长度小于 8K，四个 I/O 口全部提供给用户。可用 5V 电压 编程，而且擦写时间仅需 10 毫秒，仅为 8751/87C51 的擦除 时间的百分之一，与 8751/87C51 的 12V 电压擦写相比， 不易损坏器件，没有两种电源的要求，改写时不拔下芯片， STC90C52AD适合许多嵌入式控制领域。工作电压范围（2.7V6V） ，全静态工作，工作频率宽在 0Hz24MHz 之间，比 8751/87C51 等 51 系列的 6MHz12MHz 更具有灵活性，系统能快能慢。STC90C52AD 芯片提供三级程序存储器加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。P0 口是三态双向口，通称数据总线口，因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。STC90C52AD 单片机为 40 引脚芯片如图一所示，在本设计中，主要用到 P0 口、P2 口、P1.0口及 P3.0、P3.1、P3.2 口。P0 口可作为通用 I/O 口，但须外接上拉电阻，所以在设计显示数码管我们避免了使用 P0 口信息与电气工程学院5百手起驾 整理为您这样大大简化了动态显示电路。P1 口：8 位、双向 I/0 口，内部含有上拉电阻。P1 口可作普通 I/O 口。输出缓冲器可驱动四个 TTL 负载；用作输入时，先将引脚置 1，由片内上拉电阻将其抬到高电平。P1 口的引脚可由外部负载拉到低电平，通过上拉电阻提供电流。在 FLASH 并行编程和校验时，P1 口可输入低字节地址。在串行编程和效验时，P1.5/MO-SI,P1.6/MISO 和 P1.7/SCK 分别是串行数据输入、输出和移位脉冲引脚。 P2 口：具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。P2 口用做输出口时，可驱动 4 各 TTL 负载；用做输入口时，先将引脚置 1，由内部上拉电阻将其提高到高电平。若负载为低电平，则通过内部上拉电阻向外部输出电流。在 FLASH 并行编程和校验时，P2 口可输入高字节地址和某些控制信号。P3 口：具有内部上拉电阻的 8 位双向口。P3 口用做输出口时，输出缓冲器可吸收 4 各 TTL 的灌电流；用做输入口时，首先将引脚置1，由内部上拉电阻抬位高电平。若外部的负载是低电平，则通过内部上拉电阻向输出电流。在本设计中，P3 口作为时间设置的 4 按键输入，因为有上拉电阻，所以可以通过按键直接接地，简化了电路。在与 FLASH 并行编程和校验时，P3 口可输入某些控制信号。P3 口除了通用 I/O 口功能外，还有替代功能如表 1 所示。表 1 P3 口的第二功能端口引脚各个功能P3.0 RXD(串行口输入端)P3.1 TXD(串行口输出端)P3.2 INT0(外部中断 0 请求输入端，低电平有效)P3.3 INT1(外部中断 1 请求输入端，低电平有效)P3.4 T0(定时/计数器 0 计数脉冲输入端)P3.5 T1(定时/计数器 1 计数脉冲输入端)P3.6 WR(外部数据存储器写选通信号输出端，低电平有效)P3.7 RD(外部数据存储器读选通信号输出端，低电平有效)信息与电气工程学院6百手起驾 整理为您单片机使用宏晶公司支持串口下载程序（ISP）的单片机，为 STC90C52AD 课程设计配发的小电路板（ISP-MCU Basic circuit）电路原理图见下图。该板作为课程设计的核心电路板使用，板上有单片机及附属电路，RS-232 通信驱动电路，高低电平测试电路等。课程设计电路中需要的其他电路在此基础上扩展，通过插孔连接。课程设计配发的小电路板（ISP-MCU Basic circuit）电路原理图见下图。12JPSGND1011DCD 1RXD 2TXD 3DTR 4GND 5DSR 6RTS 7CTS 8RI 9JDBRS232-DB9C1+1 C1-3C2+4 C2-5 Vs+2Vs- 6Vcc 16GND 15T1in11 T1out 14T2in10 T2out 7R1out12 R1in 13R2out9 R2in 8U2 MAX232C1 1 uFC21 uFC310 uFC410 uFC5 47uFGNDGNDTXDRXDC13 224C14 224EA/P46 31XT119XT218RESET9P37/RD17 P36/WR16P32/INT012 P33/INT113P34/CT014 P35/CT115P10/T2/ADC01 P11/T2E/ADC12P12/ADC23 P13/ADC34P14/ADC45 P15/ADC56P16/RxD/ADC67 P17/TxD/ADC78AD0/P00 39AD1/P01 38AD2/P02 37AD3/P03 36AD4/P04 35AD5/P05 34AD6/P06 33AD7/P07 32A8/P20 21A9/P21 22A10/P22 23A11/P23 24A12/P24 25A13/P25 26A14/P26 27A15/P27 28PSEN/P44 29ALE/P4530P31/TxD11 P30/RxD10VCC 40GND20U1STC90C52ADCRYC1122pC1222pC010uFRST *C6 47uFC7 47uFC8 47uFC15 224C16 224RXDTXDR1200R06.8KR91MLowR2 3.3KVCCVCCVCC123456789101112131415161721222324252627282930313233343536373839PSR43.3KGNDVCC低低低低低低低低VCCHighR3 3.3KHtstLtstC17 224GND低低低低低低 低低低低低低 低低低低低2.3.2 译码单元其功能介绍如下： BI：4 脚是消隐输入控制端，当 BI=0 时， 不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。LT：3 脚是测试输入端，当 BI=1，LT=0 时，译码输出全为 1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。 LE：锁定控制端，当 LE=0 时，允许译码输出。 LE=1 时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在 LE=0 时的数值。A1、A2、A3、A4、为 8421BCD 码输入端。 a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平 1 有效。信息与电气工程学院7百手起驾 整理为您2.3.3 共阴极数码管共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极 COM 接到地线 GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的 8 个显示笔划“a, b, c, d, e, f, g, dp“的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极 COM 增加位选通控制电路，位选通由各自独立的 I/O 线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通 COM 端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的 COM 端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为 12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组CD4511 真值表LG6011AH 数码管引脚图信息与电气工程学院8百手起驾 整理为您稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的 I/O 端口，而且功耗更低。这次课程设计，由于所用数码管较少，I/O 口完全够用，所以采用静态显示。2.4 单元电路设计本设计主要分为时钟电路模块，复位电路模块，显示模块和控制模块。设计方案如下 2.4.1 时钟模块 如上图所示 89C51 单片机的时钟信号通常用内部振荡方法得到，在引脚 XTAL1 和 XTAL2外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器，就构成了内部振荡方法。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。晶振通常选择6MHz、 12MHz、24MHz。本设计采用 12MHz 晶振。图中电容 C1、C2 起到稳固振荡频率、快速起振的作用。电容值一般为 530pF。本设计选用 30pF 电容。2.4.2 复位电路模块 复位操作完成电路的初始化，使单片机从一种确定的状态开始运行。 由上图可知，控制模块实际上就是单片机的最小系统。本设计采用常用的上电且开关复位电路。上电后，由于电容的充电，使 RST 持续一段高电平