单片机课实训说明书-测控系统微处理器原理及应用课程实训.docx

目录摘要1一、引言1二、设计任务1三、设计方案11.基本原理12.STC89C52基本介绍23.数码管基本介绍34.矩阵键盘基本介绍35.LCD1602基本介绍36.ADC0832基本介绍3四、单元电路设计41.最小系统41)复位电路42)振荡电路42.LED电路53.数码管电路55.ADC转换电路6五、程序设计61.调试程序62.中断定时程序63.串口驱动程序74.LCD滚动程序75.ADC转换程序7六、心得体会7七、参考文献7全套设计加扣3012250582 摘要本次课程设计说明书主要讲述了STC89C52的基本知识以及其外围扩展电路。具体讲述了如何根据具体的硬件电路来编程实现特定的功能，如通过键盘控制数码管的显示等等。关键字：单片机、数码管显示、矩阵键盘扫描、串口串行通信一、 引言单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的300M的高速单片机。 单片机机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成应用到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词“智能型”，如智能型洗衣机等。二、 设计任务1基本系统：在51单片机开发系统PCB电路板上完成电子元器件的焊接、调试、程序下载，并实现数码管显示、矩阵键盘扫描、中断程序、定时器程序、串口通讯等基本功能；2显示功能：焊接电路并实现对1602液晶屏的显示功能，要求能滚动显示字符；3输出控制：焊接电路并实现对继电器的控制功能；4数据采集：焊接电路并实现对AD0832的数据采集功能；三、 设计方案1. 基本原理单片机最小系统或者称为最小应用系统，是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对51系列单片机来说，最小系统一般应该包括：单片机、晶振电路、复位电路、按键输入、显示输出等。单片机接口电路主要用来连接计算机和其它外部设备。本次设计主要完成的扩展电路包括矩阵键盘、数码管显示电路和串口电路。其原理图如下图所示：STC89C52显示电路复位电路矩阵键盘电路震荡电路串口电路2. STC89C52基本介绍STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C52具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构(兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外STC89C52可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。其芯片引脚图如下图所示：P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向IO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“l”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）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向IO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“l”，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。P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向IO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“l”，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。P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向IO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“l”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。XTAL1、XTAL2分别与晶体两端相连接。当采用外部时钟信号时，XTAL2接振荡信号，XTAL1接地。RST/Vpd、ALE/-PROG、/PSEN、/EA/Vpp组成了MSC-51的控制总线。RST/Vpd（9脚）：复位信号输入端（高电平有效）。 第二功能：加+5V备用电源，可以实现掉电保护RAM信息不丢失。ALE/-PROG(30脚）：地址锁存信号输出端。 第二功能：编程脉冲输入。/PSEN（29脚）：外部程序存储器读选通信号。/EA/Vpp(31脚）：外部程序存储器使能端，接地选择外部程序存储器。 第二功能：编程电压输入端（+21V）。3. 数码管基本介绍方案一：通过锁存器来实现管脚的复用，首先输出数码管的位选信号，通过锁存器来锁存，然后再输入段选信号。这样做的好处是节省了管脚，但是在编程时增加了编程的难度。在外围器件较多时采用这种结构。方案二：用单片机的P0口直接控制段选，P2口直接控制位选，这样做的好处是电路简单，但增加了大量的管脚，使得管脚的利用率低。由于本次设计所用到的外围电路不多，管脚够用，故采用第二种方案，使得本次设计的电路连接简单。4. 矩阵键盘基本介绍本次课设采用4*4矩阵式键盘。这种键盘的硬件简单，使用的I/O口也不多，而且这种键盘的编程方法已很成熟。计算器的键盘布局如下图2-3所示：一般有16个键组成，在单片机中正好有一个P端口实现16个按键功能，这种形式在单片机系统中最常用。5. LCD1602基本介绍1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号的点阵型液晶模块。它是由若干个5x7或者5x11的点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以用显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此，所以它不能很好的显示图片。6. ADC0832基本介绍ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。其输入输出电平与TTL/CMOS相兼容，5V电源供电时输入电压在05V之间，工作频率为250KHZ，转换时间为32S。四、 单元电路设计1. 最小系统1) 复位电路复位电路，就是利用它把电路恢复到起始状态。以便回到原始状态，重新进行计算。单片机复位电路主要有四种类型：微分型复位电路；积分型复位电路；比较器型复位电路；看门狗型复位电路。其最小系统复位电路如图下图所示:51单片机最小系统复位电路的极性电容的大小直接影响单片机的复位时间，一般采用10到30uF,51单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。2) 振荡电路51单片机有两种振荡方式，为内部振荡和外部振荡，内部振荡方式所得到时钟信号比较稳定，在实际电路中，一般是选用内部振荡方式。单片机的XTAL1脚和XTAL2脚间并接一个晶体振荡器就构成内部振荡方式，STC89C52单片机内部有一个高增益的反相放大器，XTAL1为内部反相放大器的输入端，XTAL2为内部反相放大器的输出端，在其两端接上晶振后，就构成了自激振荡电路，并产生振荡脉冲，振荡电路输出的脉冲信号的频率就是晶振的固有频率。在实际应用中通常还需要在晶振的两端和地之间各并上一个小电容。其内部振荡电路如下所示：2. LED电路3. 数码管电路数码管电路如上图所示，电路中采用了一个74LS573锁存器，有4个数码管，数码管为位选段输入低电平有效，段选段为输入高电平有效，数码管显示原理为8段发光二极管依次排列，通过引脚一次使不同的发光二极管点亮就可以显示不同的数字。4. 矩阵键盘电路矩阵键盘电路如图所示，这是一个4*4的电路。可以通过行扫描和列扫描确定是那个键盘按下。具体过程为：首先行扫描，将1、2、3、4分别置1，5、6、7、8分别置0，当哪一行有键按下则该行值变为0；列扫描为将1、2、3、4分别置0，5、6、7、8分别置1，哪一行有键按下则该行值变为0。5. ADC转换电路本次课程设计采用ADC0832芯片，通过改变电位计的值就可以改变模拟电压的值，讲过AD转换后通过STC89C52在LCD1602进行显示。具体电路图如下：五、 程序设计1. 调试程序由于板子是由自己按照电路图焊接而成，在焊接完毕后要对其进行检验。因此编制了简单的跑马灯，键值显示程序来检验板子是否正常工作。由于程序比较简单所以未保存。2. 中断定时程序本程序利用中断实现数码管自动计数，而且可以通过键盘控制计数的开始和结束也即是中断的开关，同时也可以通过键盘进行手动加一减一，以实现键盘对数码管的控制。具体程序见附录。3. 串口驱动程序该程序是为了实现单片机与上位机之间的通信。只要通过程序打开相应的中断开关和使SCON中相关位置一，使定时器1工作在方式2（自动重装初值）、串口工作在方式1，根据波特率计算T1定时器的初值。当以上条件通过代码设计好后，就可通过SBUF在PC端发送和接收数据。本次程序是简单的实现了从PC传送数据到单片机上然后再送回给PC的功能。具体程序见附录。4. LCD滚动程序查阅LCD1602相关资料可知：LCD1602能两行显示，第一行首地址为80H，第二行首地址为80+40H，每显示一个数后光标会自动向右移一位，根据其3个控制端接口可写出其写入数据函数、写入指令函数、初始化函数。通过这三个函数就可以实LCD1602的显示。然后通过整屏左移指令0X18令其在屏幕上向左整屏滚动。5. ADC转换程序根据ADC0832的工作原理，应先将使能端置低电平，使其有效。然后由单片机从时钟信号输入端CLK输入时钟信号，在第一个时钟下沉之前DI端必须是高电平表示起始信号。在第二个和第三个时钟下沉之前分别置1、0，表示单通道CH0进行转换。在第四个时钟下沉之后，DO开始接收数据，为D7，其后每一个时钟下沉后都会由DO接收一个数据，直到最低位D0为止。在此后紧接的下一个时钟下沉后开始反向接收数据，即从D0到D7。至此一次AD转换结束，CS置一。将转换后的数据进行标度变换后再通过两位数码管显示。六、 心得体会通过本次课程设计，我第一次动手焊接。虽然焊的不怎么样，但是焊完还是觉得挺有成就感的。接触了焊接后让我有对其产生了比较浓厚的兴趣。在课设的后半段编程过程中，虽然很累