单片机控制系统设计.doc

成都大学工业制造学院实习报告课程名称：单片机实习班级名称：测控1班姓名：李金汉实习时间：2010-5-202010-5-26学号：200810114103指导老师:吴老师一、系统工作原理图1、AT89C51工作原理AT89C51(1) AT89C51引脚介绍40只引脚按功能分为四类：电源引脚：VCC、GND时钟引脚：XTAL1、XTAL2输入/输出端口引脚：P0口：做双向I/O口使用；接片外存储器或扩展I/O接口时，分时复用为低8位地址总线和双向数据总线P1口：做双向I/O口使用P2口：做双向I/O口使用；接片外存储器或扩展I/O接口时，做高8位地址总线P3口：做双向I/O口使用，还具有第二功能控制引脚：PSEN、EA等单片机中受引脚数目的限制，许多引脚都具有第二功能单片机依然是三总线形式（ 地址总线、数据总线、控制总线 ）：P0和P2组成16位地址总线；P0分时复用为数据总线；由ALE、PSEN、EA、RST组成控制总线。因为地址总线为16位，数据总线为8位，所以扩展片外存储器的寻址范围可达21664KB（2）AT89C51内部结构AT89C51系列单片机内部CPU是一个字长为二进制8位的中央处理单元，也就是说它对数据的处理是按字节为单位进行的。 与微型计算机CPU类似，51系列单片机的CPU也是由运算器（ALU）、控制器和专用寄存器组三部分电路组成的。运算器ALU（又称算术逻辑部件）作用进行加、减、乘、除的算术运算和与、或、非、异或等的逻辑运算。控制器（又称定时控制部件）作用控制指令的译码和时钟的产生。专用寄存器组作用指示当前要执行指令的内存地址、存放操作数和指示指令执行后的状态。专用寄存器组包括：程序计数器PC、累加器A、通用寄存器B、程序状态字PSW、堆栈指针SP、数据指针DPTR等。（3）AT89C51工作原理AT89C51系列单片机的RST引脚为复位引脚，只要在RST引脚上出现一段时间的高电平，就可进行复位。 上电开机时，或者因为程序本身错误，又或者运行中受到外部干扰而“死机”，都需要对计算机进行复位；AT89C51系列单片机芯片有4个8位准双向输入输出接口：P0、P1、P2、P3。属特殊功能寄存器，其口地址为80H、90H、A0H、B0H。AT89C51单片机有P0、P1、P2和P3 4个8位并行I/O端口，每个端口各有8条I/O口线，每条I/O口线都能独立地用作输入或输出。各端口的功能不同，且结构上也有差异，通常P2口作为高8位地址线，P0口分时复用作为低8位地址线和8位数据线，P3口使用第二功能，P1口只能作为通用I/O口使用。P0口的输出级与P1P3口的输出级在结构上不同，其输出级无上拉电阻，因此它们的负载能力和接口要求也不相同。时序就是CPU在执行指令时所需控制信号的时间顺序，其单位有振荡周期、时钟周期、机器周期和指令周期。时钟信号产生方式有内部振荡方式和外部时钟方式两种。复位是单片机的初始化操作，复位操作对PC和部分特殊功能寄存器有影响，但对内部RAM没有影响。2、 ADC0809工作原理（1）主要特性1）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。 2）具有转换起停控制端。 3）转换时间为100s(时钟为640kHz时)，130s（时钟为500kHz时） 4）单个+5V电源供电 5）模拟输入电压范围0+5V，不需零点和满刻度校准。 6）工作温度范围为-40+85摄氏度 7）低功耗，约15mW。 （2）内部结构ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，内部结构如图1322所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。 （3）外部特性（引脚功能）ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如上图所示。下面说明各引脚功能。 IN0IN7：8路模拟量输入端。 2-12-8：8位数字量输出端。 ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路 ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。 EOC： A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基准电压。 Vcc：电源，单一+5V。 GND：地。 （4）判断转换结束的方法软件延时等待（比如延时1ms），此时不用EOC信号，CPU效率最低，软件查询EOC状态，把EOC作为中断申请信号，接到8259的IN端，在中断服务程序中读入转换结果。（5）ADC0809 的工作原理IN0IN7：8 条模拟量输入通道 ADC0809 对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是 0 5V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换 过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入 前增加采样保持电路。 地址输入和控制线：4 条 ALE 为地址锁存允许输入线，高电平有效。当 ALE 线为高电平时，地址锁存与译 码器将 A，B，C 三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟 量进转换器进行转换。A，B 和 C 为地址输入线，用于选通 IN0IN7 上的一路模 拟量输入。数字量输出及控制线：11 条 ST 为转换启动信号。当 ST 上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进 行 A/D 转换；在转换期间，ST 应保持低电平。EOC 为转换结束信号。当 EOC 为高 电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行 A/D 转换。OE 为输出允许信号， 用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE1，输出转换得到 的数据；OE0，输出数据线呈高阻状态。D7D0 为数字量输出线。 CLK 为时钟输入信号线。因 ADC0809 的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由 外界提供，通常使用频率为 500KHZ， VREF（），VREF（）为参考电压输入。 选择的通道 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 。ADC0809 内部带有输出锁存器，可以与 AT89C51 单片机直接相连。初始化时，使 ST 和 OE 信号全为低电平。 送要转换的哪一通道的地址到 A，B，C 端口上。 在 ST 端给出一个至少有 100ns 宽的正脉冲信号。 是否转换完毕，我们根据 EOC 信号来判断。当 EOC 变为高电平时，这时给 OE 为高电平，转换的数据就输出 给单片机了。 AD0809 的应用了解完 A/D 转换芯片，AD0809 的启动方式为脉冲启动方式，启动信号 START 启动后开始转换，EOC 信号在 START 的下降沿 10us 后才变为无效的低电平。这要求查询程序待 EOC 无 效后再开始查询，转换完成后，EOC 输出高电平，再由 OE 变为高电平来输出转 换数据。我们在设计程序时可以利用 EOC 信号来通知单片机（查询法或中断法） 读入已转换的数据， 也可以在启动 AD0809 后经适当的延时再读入已转换的数据。MC14543引脚功能MC1454为4线-七段译码/驱动电路，具有4位二进 制锁存、BCD-七段译码和驱动功能。M：输入线，用来控制输出状态的正反向； BI：输入线，用来消隐显示； LD：输入线，用来锁存BCD码； D0-D3：显示数据输入端（BCD码）； Ya-Yg：BCD-七段码的译码/驱动 输出端； VDD接电源，VSS接地。发光二极管（LED）是一种能把电能转化为光能的固体器件，它的结构主要由 PN 结芯片、 电极和光学系统等组成。常用的LED显示器为8段（或7段，8段比7段多了一个小数点“dp”段）。使用时，共阴极数码管公共端接地，共阳极数码管公共端接电源。每段发光二极管需510mA的驱动电流才能正常发光，一般需加限流电阻控制电流的大小。3、LED显示器工作原理（1）LED内部结构段码线：控制显示的字型；位选线：控制该显示位的亮或暗（即选中该LED显示块）N个LED显示块有N位位选线和8N根段码线。用单片机驱动LED数码管显示有很多方法，按显示方式分有静态显示和动态显示。1、静态显示各位的公共端连接在一起（接地或+5V）； 每位的段码线（adp）分别与一个8位的锁存器输出相连。显示字符一确定，相应锁存器的段码输出将维持不变，直到送入另一个段码为止。2、动态显示所有位的段码线相应段并在一起，由一个8位I/O口控制，形成段码线的多路复用，各位的公共端分别由相应的I/O线控制，形成各位的分时选通。（2）LED工作原理LED 的基本的工作原理是一个电光转换过程， 当一个正向偏压施加 于 PN 结两端，由于 PN 结势垒的降低，P 区的正电荷将向 N 区扩散，N 区的电子也向 P 区 扩散， 同时在两个区域形成非平衡电荷的积累。 由于电流注入产生的少数载流子是不稳定的， 对于 PN 结系统，注入到价带中的非平衡空穴要与导带中的电子复合，其中多余的能量将以 光的形式向外辐射，电子和空穴的能量差越大，产生的光子的能量就越高。能量级差大小不 同，产生光的频率和波长就不同，相应的光的颜色就不同。二、系统设计程序ORG 0000H AJMP 0500H ORG 0003H AJMP 0100H ORG 000BH AJMP 0200H oRG 0013H AJMP 0300H oRG 0500H MOV SP,#70H MOV TMOD,#01H MOV TH0,#4BH MOV TL0,#00H MOV 20H,#100 SETB TR0 SETB EA SETB EX0 SETB EX1 SETB ET0 SETB PT0 SETB IT0 SETB IT1BIGAN: MOV DPTR,#0BFFFH MOV A,#80HMOVX DPTR,AMOV DPTR,#7FFFHMOV A,#30HMOVX DPTR,ALCALL DEL100MOV DPTR,#0BFFFHMOV A,#81HMOVX DPTR,AMOV DPTR,#7FFFHMOV A,#30HMOVX DPTR,ALCALL DEL100MOV DPTR,#0BFFFHMOV A,#82HMOVX DPTR,AMOV DPTR,#7FFFHMOV A,#30HMOVX DPTR,ALCALL DEL100SJMP BIGANORG 0100HMOV P1,#0FHJB P1.0, KZ4SETB P1.4SJMP JC1KZ4: CLR P1.4JC1: JB P1.1, KZ5SETB P1.5SJMP JC2KZ5: CLR P1.5JC2: JB P1.2, KZ6SETB P1.6SJMP JC3KZ6: CLR P1.6JC3: JB P1.3, KZ7SETB P1.7SJMP JZRETKZ7: CLR P1.7JZRET: RETIORG 0200HCLR EAPUSH DPLPUSH DPHSETB EAMOV TH0,#4BHMOV TL0,#00HDJNZ 20H,T0ENDMOV 20H,#100MOV DPTR,#0E8FFHMOVX DPTR,AT0END:CLR EAPOP DPHPOP DPLSETB EARETIORG 0300HCLR EAPUSH ACCPUSH DPLPUSH DPHSETB EAMOV DPTR,#0E8FFHMOV R0,#30HMOV R2,#08HLP1:MOVX A,DPTRMOV R0,AINC R0DJNZ R2,LP1MOV R0,#30HMOV R2,#08HCLR ALP5:MOV A,R0ANL A,#01HRR AMOV 41H,AMOV A,R0ANL A,#80HRL AMOV 42H,AMOV A,R0ANL A,#40HRL ARL ARL AMOV 43H,AMOV A,R0ANL A,#20HRR ARR ARR AMOV 44H,AMOV A,R0ANL A,#10HRR AMOV 45H,AMOV A,R0ANL A,#08HRL AMOV 46H,AMOV A,R0ANL A,#04HRL ARL ARL AMOV 47H,AMOV A,R0ANL A,#02HRR ARR ARR AMOV 48H,AMOV A,41HMOV B,AMOV A,42H ORL A,BMOV 49H,AMOV A,43HMOV B,AMOV A,44H ORL A,BMOV 50H,AMOV A,45HMOV B,AMOV A,46H ORL A,BMOV 51H,AMOV A,47HMOV B,AMOV A,48H ORL A,BMOV 52H,AMOV A,49HMOV B,AMOV A,50H ORL A,BMOV 53H,AMOV A,51HMOV B,AMOV A,52H ORL A,BMOV 54H,AMOV A,53HMOV B,AMOV A,54H ORL A,BMOV R0,AINC R0DJNZ R2,LP5MOV R0,#30HMOV R2,#08HMOV R5,#00HCLR ALP2:ADD A,R0 JNC LP3INC R5LP3:INC R0DJNZ R2,LP2MOV R4,AMOV R2,#03HLP4:MOV A,R5RRC AMOV R5,AMOV A,R4RRC AMOV R4,ADJNZ R2,LP4MOV 55H,R4MOV A,55HMOV B,#100DIV ABMOV DPTR,#7FFFHMOVX DPTR,AMOV A,BMOV B,#10DIV ABSWAP AORL A,BMOV DPTR,#0BFFFHMOVX DPTR,ALCALL DEL100LCALL DEL100LCALL DEL100CLR EAPOP DPHPOP DPLPOP ACCSETB EARETIDEL100:MOV R6,#0FAHDEL1:MOV R7,#0D0HDJNZ R7,$DJNZ R6,DEL1RETEND三、进行硬件电路的设计、焊接与调试电路板设计原则布局考虑大小，布线注意平行，尽可能缩短连线，孔、焊盘都需要留足空间，防止元器件的干扰，达到紧密有序，充分利用空间。四、电路板焊接问题反映出来的原则 应该按照先焊接小低元件，再焊接大高元件，排针元件最好是依次焊接，使用的烙铁尖锥侧面温度高可更容易融化锡，不然焊接出来的引脚不整齐，也容易出现实习过程中短路或者断路的问题。五、