毕业设计（论文）-多功能实验板设计.doc

本科生实习论文(设计)题目：多功能实验板 姓名： 学号： 0310401039 系别： 物理与电子信息科学系 专业： 电子信息科学与技术指导教师： 起止日期： 2006年10月2006年11月 2006年11月 3 日目录引言.3关键词.31总体设计方案.32硬件电路.3 21 芯片说明3 211 at89c513 212 ds18b205 22 八位数码直读显示电路7 23 4*4矩阵十六键键盘电路.7 24 电源电路83制板过程.831 基本流程.832 注意的问题.84实现功能.841 电子时钟.8 42 秒表.14 43 温度测量.14 44 计算器.195总结.206致谢.207参考文献.20附录.21 附录一：总电路原理图21附录二：pcb板图21附录三：电路板实物图22附录四：元件清单22引言：单片微机简称单片机，其为可编程芯片，应用范围非常广泛。本设计将用单片机有主体，制作一个简单的系统。关键词：动态扫描，单线技术1总体方案设计：本设计主要用单片机at89c51来实现,单片机为可编程的,在单片机能正常工作的基础之上,用其并口进行扩展,接入两个四位的数码管,并用74ls245驱动,4*4的十六键矩阵键盘,这样就基本上构成了一个简单的系统.l 输入单元-十六键键盘.l 处理单元-at89c51.l 输出显示单元-两个四位数码管.2硬件结构： 21 芯片说明 211 at89c51at89c51是一个低电压，高性能cmos 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准mcs-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和flash存储单元，内置功能强大的微型计算机的at89c51提供了高性价比的解决方案。 at89c51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（i/o）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，at89c51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的flash存储器可有效地降低开发成本。p0口:p0口是一组8位漏极开路型双向i/o口,也即地址/数据总线复用口.作为输出口用时,每位能吸收电流的方式驱动8个ttl逻辑门电路,对端口写1可作为高阻抗输入端用.p1口:p1是一个带内部上拉电阻的8位双向i/o口,p1的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个ttl逻辑门电路.对端口写1,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作为输入口.作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(ill).p2口:p2是1个带有内部上拉电阻的8位双向i/o口,p2的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个ttl逻辑门电路.对端口写1,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作为输入口,作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(ill).p3口:p3口除了作为一般的i/o口线外,更重要的用途是它的第二功能,如下表所示:p3口还接收一些用于flash闪速存储器编程和程序效验的控制信号.rst:复位输入.当振荡器工作时,rst引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位. ale/prog:当访问外部程序存储器或数据存储器时,ale(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节.即使不访问外部存储器,ale仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于定时目的.要注意的是:每当访问外部数据存储器时将跳过一个ale脉冲.psen:程序储存允许(psen)输出是外部程序存储器的读选通信号,当at89c51由外部程序存储器取指令(或数 据)时,每个机器周期两次psen有效,即输出两个脉冲.在此期间,当访问外部数据存储器,这两次有效的psen信号不出现.ea/vpp:外部访问允许.欲使cpu仅访问外部程序存储器(地址为0000h-ffffh),ea端必须保持低电平(接地).需注意的是:如果加密位lb1被编程,复位时内部会锁存ea端状态.xtal1:振荡器反向放大器的及内部时钟发生器的输入端.xtal2:振荡器反向放大器的输出端.时钟振荡器:at89c51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反向放大器,引脚xtal1和xtal2分别是该放大器的输入端和输出端.这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体一起构成自激振荡器.外接石英晶体及电容c1.c2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路.对外接电容c1.c2虽然没有十分严格的要求,但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低.振荡器工作的稳定性.起振的难易程度及温度稳定性,如果使用石英晶体,我们推荐电容使用30pf+-10pf212 温度传感器ds18b20ds18b20温度传感器是美国dallas半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现位的数字值读数方式。ds18b20的性能特点如下：l 独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；l 多个ds18b20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；l 无须外部器件；l 可通过数据线供电，电压范围为3.05.5；l 零待机功耗；l 温度以或位数字；l 用户可定义报警设置；l 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；l 负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作； ds18b20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例:用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625/lsb形式表达，其中s为符号位。这是12位转化后得到的12位数据，存储在18b20的两个8比特的ram中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。例如+125的数字输出为07d0h，+25.0625的数字输出为0191h，-25.0625的数字输出为ff6fh，-55的数字输出为fc90h。ds18b20温度传感器的存储器ds18b20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存ram和一个非易失性的可电擦除的e2ram,后者存放高温度和低温度触发器th、tl和结构寄存器。暂存存储器包含了8个连续字节，前两个字节是测得的温度信息，第一个字节的内容是温度的低八位，第二个字节是温度的高八位。第三个和第四个字节是th、tl的易失性拷贝，第五个字节是结构寄存器的易失性拷贝，这三个字节的内容在每一次上电复位时被刷新。第六、七、八个字节用于内部计算。第九个字节是冗余检验字节。该字节各位的意义如下： tm r1 r0 1 1 1 1 1 低五位一直都是1 ，tm是测试模式位，用于设置ds18b20在工作模式还是在测试模式。在ds18b20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。r1和r0用来设置分辨率，如下表所示：（ds18b20出厂时被设置为12位）分辨率设置表: r1r0分辨率温度最大转换时间009位93.75ms 0110位187.5ms 1011位375ms 1112位750ms 根据ds18b20的通讯协议，主机控制ds18b20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对ds18b20进行复位，复位成功后发送一条rom指令，最后发送ram指令，这样才能对ds18b20进行预定的操作。复位要求主cpu将数据线下拉500微秒，然后释放，ds18b20收到信号后等待1660微秒左右，后发出60240微秒的存在低脉冲，主cpu收到此信号表示复位成功。22 八位数码管直读显示八位数码显示是由两个四位数码管构成。八字段接在p0口，p0口接入了1k的上拉电阻，而八个位选端经驱动芯片74ls245接入p2口，如下两表：数码管字段码显示表(对应p0口代码表)如下：（不带小数点）显示数学p0.7p0.6p0.5p0.4p0.3p0.2p0.1p0.0p1gchdefab00101111105fh101000001041h21001101109bh3110100110d3h4110001010c5h5110101100d6h6110111100deh701000011043h8110111110dfh9110101110d7h（注：1.数码管为共阴极的 2.带小数点7fh,61h,0bbh,0f3h,0e5h,0f6h,0feh,63h,0ffh,0f7h）数码管位选表：（对应p2口）数码管1数码管2千百十个千百十个p2.7p2.6p2.5p2.4p2.3p2.2p2.1p2.0 （注：p2口低电平有效）23 十六键键盘4*4矩阵分部键盘有十六个微动开关，以4*4矩阵分部，接入p1口，这种接入文法可以有效的利用并口，因为at89c51单片机的并口是有限的。具体电路见总原理图。 24 电源电路 如下图： 该电路只有稳压的作用，输入电压为直流，范围在7.515v之间。3电路制板过程： 31 基本流程 本次电路的pcb板制作用到的是protel 99软件。用该软件做好pcb电子模板后，然后转印到敷铜板上，经过腐蚀，电路板就制成。 32 遇到的问题 制板的关键就在于转印到敷铜板上是否成功。在这一步中要我们有耐心。通过转印机后，一定要等其冷却。4实现功能： 41 电子时钟时钟由六位八字段数码显示，依次为小时，分钟，秒钟，各有两位显示。上电初始化时为零时零分零秒,并开始运行.小时,分钟,秒钟都可调.由四个微动开关控制,分别为:1.时,分,秒选择键-由小数点跟踪确定.2.确认键-时间调好后,按该键可以退出调整,继续进行记时.3.加,减两键-在时,分,秒选择好后,分别对其进行加,减操作(精度为1).程序如下：org 0000hajmp mainorg 000bhajmp timeorg 0030hmain:mov 20h,#00hmov 21h,#00hmov 22h,#00hmov 23h,#00hmov ip,#02h ;ip,ie初始化mov ie,#82hmov tmod,#01h ;设定定时器工作方式?mov tl0,#0b0hmov th0,#3chsetb tr0 ;启动定时?mov sp,#40h ;重设堆栈指针next: lcall disp ;调用显示子程序?lcall key ;调用按键检测子程序jz next ;lcall ankey ;调用按键处理子程序sjmp next ;重新循环nopnopnop;定时中断处理程序：time: push acc ;保护现场push pswmov tl0,#0b4h ;赋定时初值mov th0,#3chinc 20h ;mov a,20hcjne a,#20,reti1mov 20h,#00h ;一秒钟时间到mov a,21hadd a,#01hda amov 21h,acjne a,#60h,reti1mov 21h,#00h ;一分钟时间到mov a,22hadd a,#01hda amov 22h,acjne a,#60h,reti1mov 22h,#00h ;一小时时间到mov a,23hadd a,#01hda amov 23h,acjne a,#24h,reti1mov 23h,#00h ;到时间达到24小时,清零.reti1: pop psw ;恢复现场pop accreti ;中断返回?nopnop;显示子程序disp: anl 2fh,#10h ;处理小数点mov a,21h ;处理秒21h-2dh,2ehanl a,#0fhorl a,2fhmov 2fh,amov a,21hanl a,#0f0hswap amov 2eh,aanl 2dh,#10hmov a,22h ;处理分钟22h-2ch,2dhanl a,#0fhorl a,2dhmov 2dh,amov a,22hanl a,#0f0hswap amov 2ch,aanl 2bh,#10hmov a,23h ;处理小时23h-2ah,2bhanl a,#0fhorl a,2bhmov 2bh,amov a,23hanl a,#0f0hswap amov 2ah,amov r0,#2fh ;显示偏移量mov r3,#06hmov dptr,#tablemov a,#11111110bloop1: mov b,a ;mov p2,amov a,r0movc a,a+dptrmov p0,a ;送显示mov r2,#80h ;延时djnz r2,$dec r0mov a,brl adjnz r3,loop1 ;循环显示rettable: db 05fh,41h,09bh,0d3h,0c5h,0d6h,0deh, ;不带小数点db 043h,0dfh,0d7h,00,00,00,00,00,00db 07fh,61h,0bbh,0f3h,0e5h,0f6h,00feh,63h ;带小数点db 0ffh,0f7h,00,00,00,00,00,00nopnop;按键判断程序key: mov p1,#0fh ;mov a,p1cpl aanl a,#0fhjz retx ;无键按下则返回lcall disp ;lcall dispmov a,p1cpl aanl a,#0fhjz retx ;键盘去抖动。mov r6,a ;将键值存入r6。loop2: lcall disp ;mov a,p1cpl aanl a,#0fhjnz loop2 ;等待键释放mov a,r6retx: retnopnop;按键处理子程序ankey: clr ea ;关中断lx: mov a,r6jb acc.0,l1 ;是功能键转l1jb acc.1,l2 ;是确认键转l2jb acc.2,l3 ;是减1键转l3jnb acc.3,l12 ;不是增1键，转l12jb 2bh.4,l6 ;判断使哪一位（时、分、秒）的值加1jb 2dh.4,l8jb 2fh.4,l9l12: lcall displcall displcall key ;判断有无键按下。jz l12ljmp lxl2: mov 25h,#00h ;确认键处理程序clr 2bh.4clr 2dh.4clr 2fh.4setb earetl3: jb 2bh.4,l61 ;增一键处理程序jb 2dh.4,l81jb 2fh.4,l91ajmp l12l1: mov a,25h ;功能键处理程序jz lb1jb acc.0,lb2jb acc.1,lb3jnb acc.2,l12lb1: mov 25h,#01h ;25h单元是标志位，（25h）=01h调节时单元的值setb 2bh.4clr 2dh.4clr 2fh.4ajmp l12lb3: mov 25h,#04h ;25h单元是标志位，（25h）=01h调节秒单元的值setb 2fh.4clr 2dh.4clr 2bh.4ajmp l12lb2: mov 25h,#02h ;25h单元是标志位，（25h）=01h调节分单元的值setb 2dh.4clr 2bh.4clr 2fh.4ajmp l12l61: ajmp l611 ;l81: ajmp l811 ;l91: ajmp l911l6: mov a,23h ;时加一add a,#01hda amov 23h,acjne a,#24h,l15l15: jc l112mov 23h,#00hl112: ajmp l12l8: mov a,22h ;分加一add a,#01hda amov 22h,acjne a,#60h,l16l16: jc l112mov 22h,#00hajmp l12l9: mov a,21h ;秒加一add a,#01hda amov 21h,acjne a,#60h,l17l17: jc l112mov 21h,#00hajmp l12l611: mov a,23h ;时减一add a,#99hda amov 23h,acjne a,#99h,l112mov 23h,#23hajmp l12l811: mov a,22h ;分减一add a,#99hda amov 22h,acjne a,#99h,l112mov 22h,#59hajmp l12l911: mov a,21h ;秒减一add a,#99hda amov 21h,acjne a,#99h,l112mov 21h,#59hajmp l12nopnopend42 秒表秒表的程序设计跟时钟差不多，这里就不再说明了。43 温度测量 主要用到ds1820以及单总线技术，硬件的接入非常的简单（见测温硬件）。由于硬件的一线结构，单线传输，因此，在软件编程就会有比较严格的时序要求。 以下程序可测量显示精度为0.06的温度值。用四位数码管显示，前两位是整数部分，后两位是小数部分。显示范围为0100摄氏度。dat bit p3.1 ;数据通信口wdlsb data 30h ;读出的温度低字节wdmsb data 31h ;读出的温度高字节;*org 0000hljmp mainorg 000bhsjmp timer0 ;定时显示;*;定时显示子程序，采用循环扫描方式;显示缓冲区40h47horg 0040htimer0:mov dptr,#tabmov a,40hmovc a,a+dptrmov p0,a;最后一位值送p0mov p2,#11111110b; 点亮最后一位call t1msmov dptr,#tabmov a,41hmovc a,a+dptrmov p0,amov p2,#11111101bcall t1msmov dptr,#tab1mov a,42hmovc a,a+dptrmov p0,amov p2,#11111011bcall t1msmov dptr,#tabmov a,43hmovc a,a+dptrmov p0,amov p2,#11110111bmov th0,#low(65536-10000) ;定时器10ms中断mov tl0,#high(65536-10000)retit1ms: mov r5,#00h ;延时子程序tt: mov r6,#9djnz r6,$djnz r5,ttrettab:db 5fh,41h,9bh,0d3h,0c5h,0d6h,0deh,43h,0dfh,0d7htab1:db 7fh,61h,0bbh,0f3h,0e5h,0f6h,0feh,63h,0ffh,0f7h;*;主程序:main: mov sp,#60hmov p1,#0ffhmov r2,#8mov r0,#40h ;over: mov r0,#00hinc r0djnz r2,overmov tmod,#01hmov th0,#low(65536-10000)mov tl0,#high(65536-10000)setb easetb et0setb tr0loop: lcall dswd ;调用读出ds18b20温度程序sjmp loop ; 读出ds18b20温度程序dswd:clr ealcall rstjnb f0,kend ;如果没有应答，返回主程序mov r0,#0cchlcall send_byte ;跳过rom匹配mov r0,#44h ;发出温度转换命令lcall send_bytesetb eamov p1,#00001111bmov 48h,#1 ;廷时75ms以上准备读ss2: mov 49h,#255ss1: mov 4ah,#255ss0: djnz 4ah,ss0djnz 49h,ss1djnz 48h,ss2mov p1,#11111100bclr ealcall rstjnb f0,kendmov r0,#0cch ;跳过rom匹配lcall send_bytemov r0,#0beh ;发出读温度命令lcall send_bytelcall read_bytemov wdlsb,alcall read_bytemov wdmsb,alcall trans12kend: mov p1,#01010101bsetb earet;*;温度转换程序：精确到：0.06 ;trans12:mov a,30hanl a,#0f0hmov 3ah,amov a,31hanl a,#0fhorl a,3ahswap amov b,#10div abmov 43h,amov 42h,b ;mov dptr,#tabbmov a,30hanl a,#0fhmov b,#2mul abmovc a,a+dptrmov 41h,amov a,30hanl a,#0fhmov b,#2mul abinc amovc a,a+dptrmov 40h,arettabb: db 0,0,0,6,1,2,1,8,2,5,3,1,3,7,4,3,5,0db 5,6,6,2,6,8,7,5,8,1,8,7,9,3;*send_byte: ;发送一个字节程序mov a,r0mov r5,#8sen3: clr crrc ajc sen1lcall write_0sjmp sen2sen1: lcall write_1sen2: djnz r5,sen3 ; 循环8次，写一个字节retread_byte: ;读一个字节程序mov r5,#8read1: lcall readrrc adjnz r5,read1 ; 循环8次，读一个字节mov r0,aret;复位程序，如果复位置位f0,没有就复位f0rst: setb datnopnopclr datmov r6,#250 ;主机发复位脉冲持续3s200=600sdjnz r6,$mov r6,#50djnz r6,$setb dat ;主机释放总线，口线改为输入mov r6,#15djnz r6,$call chck ;调用应答检查程序mov r6,#60djnz r6,$setb datretchck: mov c,datjc rst0setb f0 ;检测到信号，置位f0sjmp chck0rst0: clr f0 ;未准备好f0复位chck0: retwrite_0: ;写0clr datmov r6,#30djnz r6,$setb datretwrite_1:clr dat ;写1nopnopnopnopnopsetb datmov r6,#30djnz r6,$ret;读一位数据程序read: setb dat ;先复位至少1us产生读起始信号nopnopclr datnopnopsetb dat ;置位dat准备接收数据nopnopnopnopnopnopnopmov c,datmov r6,#23djnz r6,$retend44 计算器对计算器的设计我把它分为四个部分:l 键盘输入.l 储存.l 运算.l 显示.在这