11电信赵仵龙51_课设报告1.docx

目 录一、设计任务要求2 1.1、任务选择2 1.2、任务要求分析及实现2二、设计方案与原理2 2.1.硬件电路方案选择2 2.2、硬件电路设计原理 2 2.3软件部分的设计11三、运行结果及分析17 3.1.电子钟仿真结果17 3.2.ad转换器仿真结果18四、设计总结18五、参考文献18一、设计任务及要求 1.1、任务选择 按照老师要求，必须完成课程设计任务书的两项任务，任务书中总共有30项任务，可任选两项。经仔细阅读任务书，结合自己对stc89c51的掌握情况，我选择任务24和任务30。分别如下： （1）、任务 24：可调数字钟系统，要求支持小时、分、秒数字显示，并且支持小时、分手动调节与复位功能。 （2）、任务 30：设计单片机外接 a/d 控制器，并将 ad 转换的数据送数码管显示。 1.2、任务要求分析及实现： （1）、任务24分析：本任务要求制作简易电子钟，并且时、分、秒可手动调节，可用stc89c51内部定时器t0或t1实现准确定时，用6位数码管分别显示时、分、秒，也可用1602液晶显时间。 （2）、任务30分析：由于硬件电路限制，此a/d转换器只能用stc89c51开发板上的adc0804芯片结合数码管来完成8位a/d转换。二、设计方案与原理 2.1.硬件电路方案选择 (1)、可调数字钟方案选择与论证： 方案一：用内部定时器t1通过计算初值和循环实现定时1秒，用六位数码管分别显示时、分、秒。 方案二：用内部定时器t1通过计算初值和循环实现定时1秒，用1602液晶显示屏显示时间。 用六位数码管虽然可以分别显示时、分、秒，但是的stc89c51i/o口并不是直接和数码管的7段相连，来传输数据。由于stc89c51的i/o较少，为了节省i/o，通过74ls573做扩展同时对i/o输出数据进行锁存。所以数码管的片选和段选均要经过74ls573来进行数据锁存，而，电子钟要求显示时、分、秒用到的数码管较多，编写程序就比较麻烦。而，1602液晶显示屏只要求定义好写地址和写命令即可显示时间，方便快捷，美观。 综上所述：可调数字钟选用方案二进行设计。 （2）、a/d转换电路设计思路： 选用stc89c51开发板上的adc0804进行ad采样，并将采样结果量化后送到51的p1口，然后通过控制锁存器打开数码管的片选和段选将采样值显示出来。 2.2、硬件电路设计原理 1、stc89c51简介： stc系列单片机是美国stc公司最新推出的一种新型51内核的单片机。片内含有flash程序存储器、sram、uart、spi、ad、pwm等模块。该器件的基本功能与普通的51单片机完全兼容。主要功能、性能参数：（1）.内置标准51内核，机器周期：增强型为6时钟，普通型为12时钟;（2）.工作频率范围：040mhz，相当于普通8051的080mhz;（3）.stc89c5xrc对应flash空间：4kb8kb15kb;（4）.内部存储器（ram)：512b;（5）.定时器计数器：3个16位；（6）.通用异步通信口（uart）1个；（7）.中断源:8个；（8）.有isp(在系统可编程）iap(在应用可编程),无需专用编程器仿真器；（9）.通用io口：3236个；（10）.工作电压：3.85.5v；（11）.外形封装：40脚pdip、44脚plcc和pqfp等2. 89c51单片机的引脚功能说明（1）vcc:电源电压（2）gnd:地（3）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p0写“1”时可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址(低8位)和数据总线复位，在访问期间激活内部上拉电阻。 （4）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tte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)。与at89c51不同之处是，p1.0和p1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入(p 1.0/t2)和输入(p 1.1/t2ex ), flash编程和程序校验期间，p1接收低8位地址。表2-2-1 p1.0和p1.1的第二功能引 脚 号 功能特性p1.0t2（定时/计数器2外部计数脉冲输入），时钟输出p1.1t2ex（定时/计数2捕获/重装载触发和方向控制） 表2-2-1（5）p2口:p2是一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p2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，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)。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器(例如执行movx dptr指令)时，p2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器(如执行movx ri指令)时，p2口输出p2锁存器的内容。（6）p3口:p3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向i/o口。p3口输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个ttl逻辑门电路。对p3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的p3口将用上拉电阻输出电流(ill)。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，如表4-2所示。 (7) 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。表2-2-2 p3口的第二功能：端口引脚第二功能p3.0rxd（串行输入口）p3.1txd（串行输出口）p3.2（外中断0）p3.3（外中断1）p3.4t0（定时/计数0）p3.5t1（定时/计数1）p3.6（外部数据存储器写选通）p3.7（外部数据存储器读选通） 表2-2-2（8）/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 ) 。端必须保持低电平(接地)。需注意的是:如果加密位lb1被编程，复位时内部会锁存端状态。如端为高电平(接vcc端)，cpu则执行内部程序存储器中的指令。flash存储器编程时，该引脚加上+12v的编程允许电源vpp，当然这必须是该器件是使用12v编程电压vcc 。（9）xtal1:振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。（10）xtal2:振荡器反相放大器的输出端。3、74ls573锁存器工作原理： （1）、74ls573 的八个锁存器都是透明的d 型锁存器，当使能（g）为高时，q 输出将随数据（d）输入而变。当使能为低时，输出将锁存在已建立的数据电平上。输出控制不影响锁存器的内部工作，即老数据可以保持，甚至当输出被关闭时，新的数据也可以置入。这种电路可以驱动大电容或低阻抗负载，可以直接与系统总线接口并驱动总线，而不需要外接口。特别适用于缓冲寄存器，i/o 通道，双向总线驱动器和工作寄存器。 真值表： 输出 enablelatch enable启用d输出olhhhlhllllxqohxxz 表2-2-3h=高电平 l=低电平 =不定 z=高阻态qo=建立稳态输入条件前q的电平引脚功能表： pin names管脚号 description 功能d0d7 data inputs数据输入le latch enable input (active high) 锁存使能输入（高电平有效） oe 3-state output enable input (active low) 3态输出使能输入（低电平有效）o0o7 3-state latch outputs 3态锁存输出 表2-2-4（2）51开发板的原理图： 表2-2-54、7段数码管工作原理及原理图： （1）、7段数码管一般由8个发光二极管组成，其中由7个细长的发光二极管组成数字显示，另外一个圆形的发光二极管显示小数点。当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画发光。控制相应的二极管导通，就能显示出各种字符，尽管显示的字符形状有些失真，能显示的数符数量也有限，但其控制简单，使有也方便。发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极数码管，阴极连在一起的称为共阴极数码管。 （2）、硬件电路原理图： 表2-2-65、1602液晶显示原理 (1)、液晶显示原理 液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、pda移动通信工具等众多领域。 （2）、液晶显示器的分类 液晶显示的分类方法有很多种，通常可按其显示方式分为段式、字符式、点阵式等。除了黑白显示外，液晶显示器还有多灰度有彩色显示等。如果根据驱动方式来分，可以分为静态驱动（static）、单纯矩阵驱动（simplematrix）和主动矩阵驱动（activematrix）三种。液晶显示器各种图形的显示原理:线段的显示点阵图形式液晶由mn个显示单元组成，假设lcd显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共168=128个点组成，屏上6416个显示单元与显示ram区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由ram区的000h00fh的16字节的内容决定，当（000h）=ffh时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3ffh）=ffh时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000h）=ffh，（001h）=00h，（002h）=00h，（00eh）=00h，（00fh）=00h时，则在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。这就是lcd显示的基本原理。字符的显示用lcd显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由68或88点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示ram区的8字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在lcd上开始显示的行列号及每行的列数找出显示ram对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。 （3）原理图如下： 表2-2-77、a/d转换模块： adc0804工作原理： （1）、（a/d转换概念：即模数转换（analog to digital），输入模拟量（比如电压信号），输出一个与模拟量相对应的数字量（常为二进制形式）。例如参考电压vref为5v，采用8位的模数转换器时，当输入电压为0v时，输出的数字量为0000 0000，当输入的电压为5v时，输出的数字量为1111 1111。当输入的电压从从0v到5v变化时，输出的数字量从0000 0000到1111 1111变化。这样每个输入电压值对应一个输出数字量，即实现了模数转换。 （3）、分辨率概念：分辨率是指使输出数字量变化1时的输入模拟量，也就是使输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟量的变化值。分辨率与a/d转换器的位数有确定的关系，可以表示成fs / 2 n 。fs表示满量程输入值，n为a/d转换器的位数。例如，对于5v的满量程，采用4位的adc时，分辨率为5v/16=0.3125v (也就是说当输入的电压值每增加0.3125v，输出的数字量增加；采用8位的adc时，分辨率为5v/25619.5mv（也就是说当输入的电压值每增加19.5mv，则输出的数字量增加1）；当采用12位的adc时，分辨率则为5v/40961.22mv（也就是说当输入的电压值每增加1.22mv ，则输出的数字量增加1）。显然，位数越多,分辨率就越高。 （4）、adc0804引脚功能:cs：芯片片选信号，低电平有效。即cs=0时,该芯片才能正常工作，高电平时芯片不工作。在外接多个adc0804芯片时，该信号可以作为选择地址使用，通过不同的地址信号使能不同的adc0804芯片，从而可以实现多个adc通道的分时复用。wr：启动adc0804进行adc采样，该信号低电平有效，即wr信号由低电平变成高电平时，触发一次adc转换。rd：低电平有效，即rd=0时，dac0804把转换完成的数据加载到db口，可以通过数据端口db0db7读出本次的采样结果。vin（+）和vin（-）：模拟电压输入端，单边输入时模拟电压输入接vin（+）端，vin（-）端接地。双边输入时vin（+）、vin（-）分别接模拟电压信号的正端和负端。当输入的模拟电压信号存在“零点漂移电压”时，可在vin（-）接一等值的零点补偿电压，变换时将自动从vin（+）中减去这一电压。vref/2：参考电压接入引脚，该引脚可外接电压也可悬空，若外接电压，则adc的参考电压为该外界电压的两倍，如不外接，则vref与vcc共用电源电压，此时adc的参考电压即为电源电压vcc的值。clkin和clkr：外接rc振荡电路产生模数转换器所需的时钟信号，时钟频率clk = 1/1.1rc，一般要求频率范围100khz1460khz。agnd和dgnd：分别接模拟地和数字地。 intr：转换结束输出信号，低电平有效，当一次a/d转换完成后，将引起intr=0，实际应用时，该引脚应与微处理器的外部中断输入引脚相连（如51单片机的int0，int1脚），当产生intr信号有效时，还需等待rd=0才能正确读出a/d转换结果，若adc0804单独使用，则可以将intr引脚悬空。db0db7：输出a/d转换后的8位二进制结果。 （5）、 adc0804工作过程： a.启动转换：由图2-2-8中的上部“figure 10a”可知，在cs信号为低电平的情况下，将wr引脚先由高电平变成低电平，经过至少tw(wr)i 延时后，再将wr引脚拉成高电平，即启动了一次ad转换。 b延时等待转换结束：依然由图6中的上部“figure 10a”可知，由拉低wr信号启动ad采样后，经过1到8个tclk+internal tc延时后，ad转换结束，因此，启动转换后必须加入一个延时以等待ad采样结束。 c.读取转换结果：由图2-2-8的下部“figure 10b”可知，采样转换完毕后，在cs信号为低的前提下，将rd脚由高电平拉成低电平后，经过tacc的延时即可从db脚读出有效的采样结果。图2-2-8：adc0804手册给出的adc转换时序图（6）原理图如下： 图2-2-98、矩阵键盘原理及电路图 （1）、矩阵键盘又称为行列式键盘，它是用4条i/o线作为行线，4条i/o线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每一个交叉点上，设置一个按键。这样键盘中按键的个数是44个。这种行列式键盘结构能够有效地提高单片机系统中i/o口的利用率。 （2）、44矩阵键盘的编程方法：先读取键盘的状态，得到按键的特征编码。先从p1口的高四位输出低电平，低四位输出高电平，从p1口的低四位读取键盘状态。再从p1口的低四位输出低电平，高四位输出高电平，从p1口的高四位读取键盘状态。将两次读取结果组合起来就可以得到当前按键的特征编码。使用上述方法我们得到16个键的特征编码。举例说明如何得到按键的特征编码： 假设“1”键被按下，找其按键的特征编码。从p1口的高四位输出低电平，即p1.4p1.7为输出口。低四位输出高电平，即p1.0p1.3为输入口。读p1口的低四位状态为“1101”，其值为“0dh”。再从p1口的高四位输出高电平，即p1.4p1.7为输入口。低四位输出低电平，即p10p13为输出口，读p1口的高四位状态为“1110”，其值为“e0h”。将两次读出的p0口状态值进行逻辑或运算就得到其按键的特征编码为“edh”。用同样的方法可以得到其它15个按键的特征编码。 （3）原理图如下： 图2-2-102.3软件部分的设计： 1、计时模块流程图如下图所示。保护现场重装定时器初值循环次数减1否满20次？是秒单元加1否60s到？是秒单元清0，分单元加1否60分到？是分单元清0，时单元加1否24小时到？是时单元清0恢复现场返回 2、电子钟c语言程序如下： /*lcd数字中显示，时，分，秒手动按键可调，按下s4时，光标第一次显示到秒，此刻再按s8秒加1，按s12秒减1，同来可调时，分，当时调节完后，再按s4依次，光标消失，数字钟开始走*/#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit dula=p26;/关闭所有数码管和二极管sbit wela=p27;sbit lcdrs=p35; /申明lcd使能端sbit lcden=p34;sbit s1=p30;sbit s2=p31;sbit s3=p32;sbit rd=p37;uchar code table=dx zhao-wu-long;uchar code table1= 00:00:00;uchar count,num,s1num; char shi,fen,miao;void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void write_com(uchar com)/写指令lcdrs=0; p0=com; delay(5); lcden=1; delay(5); lcden=0;void write_date(uchar date) /写数据lcdrs=1; p0=date; delay(5); lcden=1; delay(5);lcden=0;void init() /初始化函数dula=0;wela=0;lcden=0; write_com(0x38); /设置显示16*2,5*7点阵，8位数据接口 write_com(0x0c); /设置光标 write_com(0x06); /设置移位 write_com(0x01); /显示清屏 write_com(0x80); for(num=0;num15;num+) /第一行显示的数组 write_date(tablenum);delay(5); write_com(0x80+0x40);/第二行显示数组 for(num=0;num12;num+) write_date(table1num);delay(5);tmod=0x01; /选择定时器t0，工作方式1th0=(65536-50000)/256; /初始化tl0=(65536-50000)%256;ea=1; /开总中断et0=1; /打开t0中断tr0=1; /启动t0void write_sfm(uchar add,uchar date)/定位显示数据函数 uchar shi,ge; shi=date/10; ge=date%10; write_com(0x80+0x40+add); write_date(0x30+shi); write_date(0x30+ge);void keyscan() /键盘扫描函数rd=0; if(s1=0) delay(1);if(s1=0); s1num+; while(!s1); /松手检测 if(s1num=1) tr0=0; write_com(0x80+0x40+10); /时间调整 write_com(0x0f); if(s1num=2) /调整分 write_com(0x80+0x40+7); if(s1num=3) /调整秒 write_com(0x80+0x40+4); if(s1num=4) tr0=1; write_com(0x0c); s1num=0; if(s1num!=0) if(s2=0) /s2按下时时分秒相应的加1 delay(5);if(s2=0) while(!s2); if(s1num=1) miao+; /按s2秒加1 if(miao=60)miao=0; write_sfm(10,miao); write_com(0x80+0x40+10); 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rd=p37;sbit wela=p27;sbit dula=p26;sbit dio=p25;uchar dispbuf6;uchar code disptab=0x3f,0x6,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x27,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x0;uchar code dispbit=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf;uchar a;void delay(uint x)uchar i,j;for(i=x;i0;i-)for(j=110;j0;j-);void init_timer0()tmod=0x01;th0=(65535-5000)/256;tl0=(65535-5000)%256;ea=1;et0=1;tr0=1;void timer0() interrupt 1uchar tmp;staticuchar count;p0|=0x3f; /关闭所有数码管，wela=1;tmp=dispbitcount; /数码管位选数组p0&=tmp;wela=0;dula=1;t