单片机原理及其应用.doc

单片机原理及其应用课程设计指导书南通大学电气工程学院自动化教研室2007年12月目 录第一章 集成开发环境简介1.1 Keil C51简介.11.2 uVision2 集成开发环境1第二章 设计内容2.1 键盘和LED数码管显示设计82.2 电子琴设计92.3 步进电机控制设计112.4 数字电压表设计122.5 直流电机控制设计13附录一 相关流程图14附录二 HD7279A操作控制16附录三 实验仪电路原理图19另：HD7279A、TLC549的详细使用手册可到下列网址下载HD7279A：/pdf/hd7279a.pdfTLC549：/pdf/TI/TI18190106.pdf第一章 集成开发环境简介Super ICES-51 80C51单片机实验仪使用当前流行的Keil C51开发软件，采用uVision2集成开发环境。1.1 Keil C51简介 Keil C51软件是德国Keil 公司开发的功能完善的C51开发软件，近年来在国内得到了迅速普及。Keil包括以下几个部分：uVision2 IDE、C51编译器、A51汇编器、LIB库管理器、BL51连接器/定位器、uVision硬件调试器、RTX51实时多任务操作系统。Keil软件的最新版本是7.50。用户可以向Keil公司或国内代理商购买正版软件或索取Demo版本，也可以直接到Keil公司网站（）下载。1.2 uVision2 集成开发环境uVision2集成开发环境如图1-1所示，有编辑、项目、输出等3个大窗口和File、Edit、View、Project、Debug、Periherals、Tools、SVCS、Windows、Help等下拉菜单。变量观察区存储器观察区输出信息窗口编辑区工程项目窗口项目名称栏工具菜单栏快捷图标图1-1 uVision2 集成开发环境1.2.1 创建、保存工程文件在uVision2环境下，使用工程来管理各个文件。为了开始新的工程，选择“Project/New Projiect”选项，出现如图1-2所示界面。图1-2 创建新工程然后选择此新工程要保存的路径，键入项目名称并保存，项目名称将会出现在集成环境的左上端，名称后缀为“.uv2”，如图1-3所示。注意项目名称最好不要超过8个字符、尽量不采用中文，与软件编程时变量的命名习惯一致。图1-3 保存新工程1.2.2 MCU选择接着系统出现“Select Device for Target”界面，要求选择目标硬件系统的MCU，如图1-4所示。选择要开发的目标硬件系统的MCU，点击“确定”即可。对于Super ICES-51实验仪，应选择Atlmel的AT89C51。图1-4 MCU选择1.2.3 添加源文件如图1-5所示，在“Target 1/Source Group 1”上点击右键，选择“/Add Files to Group Source Group 1” 后，出现如图1-6所示界面，添加所要的源程序。图1-5 添加源文件源程序包括“*.C”、“*.ASM”、“*.LIB”、“*.A51”等。图1-6 选择待添加的源文件1.2.4 目标硬件系统配置图1-7 目标硬件系统配置源程序添加完毕后，进行“Option for Target”的设定。在菜单栏中，选择“Project/Option for Target”，出现如图1-7所示界面。点击Target选项卡，输入目标硬件系统的晶振频率，本实验仪为11.0592 MHz；点击Output选项卡，选中Crest Hex File 选项，在编译时系统将会自动生成目标代码文件*.HEX；图1-8 debug配置点击 Debug选项卡，如图1-8所示，选择仿真模式等。uVision2的仿真模式分为Use Simulator（软件仿真）和Use（硬件仿真）2种。其中Use Simulator选项是将uVision2调试器设置成软件模拟仿真模式，在此模式下不需要实际的目标硬件就可以模拟8051单片机的很多功能。Use Simulator中的“Load Application at Start”是装入程序的复选框，“Go till main()”是表示从应用程序的主函数开始执行的复选框。除非有特殊情况，一般都同时使用这两复选框。Use选项有高级的GDI驱动（ICES仿真器）和Keil Monitor-51驱动。运用此功能可以把Keil C51 嵌入到自己的系统中去，从而实现在目标硬件上调试程序。实验仪选择“use keil Monitor-51 Driver”。选择 “load Application at start”，在启动时直接装载程序，选择“Go till main”，C51开发时，装载后直接运行到main函数。图1-9 串口等配置硬件仿真模式下还需配置波特率等，点击“Settings”选项，如图1-9所示。选择“serial interrupt”，在前面打勾，否则装载过程中，仿真器会发出“嘀”一声长声报警，仿真结果将可能不正确。选择正确的串口号，波特率最高为38400；建议只选cache code。1.2.5 程序编译、连接与下载使用“Project”下拉菜单中的编译命令，“Build Target”（）只编译和连接在项目窗口中的修改过的程序；“Rebuild all Target File”（）编译和连接项目里所有的源程序文件。编译等无误后，使用菜单栏中的“Debug”下“/start/stop Debug Session”或使用快捷方式()进入硬件调试系统，如图1-10所示。图1-10 硬件调试系统界面“Debug”下“Step”或用快捷方式()进行单步（进子程序）调试；“Debug”下“Step Over”或用快捷方式()进行单步（不进子程序）调试；“Debug”下“Run to cursor line”或用快捷方式()进行运行到当前光标处调试；“Debug”下“Go”或用快捷方式()进行全速运行，直到下一个有效断点；“Debug”下“/start/stop Debug Session”进入、退出硬件调试系统环境。另外，“Debug”下还有“stop running”、“rst”等操作。第二章 设计内容2.1 键盘和LED数码管显示设计按键和显示（通常称为人机接口）是单片机系统的最基础部分，实验仪采用当前应用广泛的HD7279A串行接口8位LED及64键键盘智能控制芯片，可同时驱动8位共阴式数码管（或64只独立LED）以及连接多达64键的键盘矩阵，单片即可完成LED显示、键盘接口的全部功能。一、预备知识有关HD7279A的详细使用说明见使用手册。二、设计目的掌握HD7279A的使用，熟悉单片机人机接口设计，熟悉I2C总线的应用，提高用户实际应用的能力。三、设计内容1、设计键盘、LED显示电路原理图；2、设计程序流程图；3、编程调试，利用HD7279A控制键盘和显示，要求任意按下键，在LED最右位显示对应键号值，其余显示值左移一位。四、参考接线1、使用跳线器连接JP211；2、使用导线连接MON51仿真模块与键盘显示模块的相应的点，如A8和 DAT，A9和CLK，A10和CS，INT0和KEY。2.2电子琴设计用14个按键作为琴键，弹奏出一段音乐。一、预备知识：乐曲是由许多不同的音阶组成的，各音阶都有对应的频率，频率不同的方波加在扬声器上，就产生一个持续的音阶。利用不同的音阶组合，就可产生想要的音乐。对于单片机来说，利用其定时器产生不同频率的方波非常方便，现以11.0592MHZ晶振为例，例出高中低音阶与单片机定时器初值如下表所示：音符频率(Hz)T初值音符频率(Hz)T初值低1D026263777中5SO78464948低2RE29463968中6LA88065012低3M33064139中7SI98865069低4FA34964215低5S039264360高1DO104665095低6LA44064488高2RE117565143低7SI49464603高3M131865186中1D052364654高4FA139765206中2RE58764750高5SO156865242中3M65964836高6LA176065274中4FA69864875高7SI196765301二、设计目的了解扬声器的发声原理，进一步熟悉定时器、键盘扫描、LED显示电路的工作原理及编程方法。三、设计内容1、设计键盘、LED显示、扬声器驱动电路原理图；2、设计程序流程图；3、编程调试，利用按键作为琴键，按下不同的键发出相应的音调，同时在LED最右位显示对应键号值。四、参考接线1、将跳线器插在JP4上；2、使用导线连接MON51仿真模块与键盘显示模块的相应的点，如A8和 DAT，A9和CLK，A10和CS，INT0和KEY。3、扬声器的SPK+接VCC，SPK连接到I/O口，如A15，2.3 步进电机控制设计利用按键来控制电机的转动方向和转动速度。一、预备知识：步进电动机是通过对它的每一相线圈中的电流的顺序切换使得电机作步进旋转，驱动脉冲信号由单片机控制。本实验仪步进电机为四相八拍，步距角为9。二、设计目的了解步进电机的控制原理，掌握步进电机调速控制的编程。三、设计内容1、设计键盘、LED显示、电机控制电路的原理图；2、设计程序流程图；3、编程调试，通过单片机的I/O口控制步进电机的转动，设置“加速”、“减速”键控制电机的转动速度，设置“正转”、“反转”键控制电机的转动方向；同时在LED上显示电机方向和速度。四、参考接线1、将跳线器插在JP33_1上；2、使用导线连接MON51仿真模块与键盘显示模块的相应的点，如A8和 DAT，A9和CLK，A10和CS，INT0和KEY；3、连接电机四相控制端，如P10与BA、P11与BB、P12与BC、 P13与BD。2.4 数字电压表设计利用A/D转换器得到电压值并显示，实现数字电压表功能。一、预备知识当前串行A/D转换器的使用越来越广泛，本设计利用TLC549串行A/D转换器转换输入模拟电压，有关TLC549的详细使用说明见使用手册。二、设计目的熟悉A/D转换原理，掌握串行A/D、键盘扫描、LED显示电路的工作原理及编程方法，提高用户实际应用的能力。三、设计内容1、设计键盘、LED显示、A/D转换电路的原理图；2、设计程序流程图；3、编程调试，利用单片机和TLC549串行A/D转换器设计一个数字电压表，能够测量0到5V之间的直流电压值，并在LED上显示。四、参考接线1、将跳线器插在JP20_2上，JP20_1连接左面两脚；2、连接MON51仿真模块与键盘显示模块的相应的点，如A8和 DAT，A9和CLK，A10和CS，INT0和KEY；3、连接MON51仿真模块与串行A/D模块的相应的点，如CS接A12，DAT接A13，CLK接A14；4、IN接电位器的VW端，电位器VH接VCC，VL接GND，通过调节电位器来调节输入电压的值。2.5 直流电机控制设计利用按键来控制电机的启动停止和转动速度。一、预备知识：本实验仪所用直流电机，其调速方法是在电机控制端上产生PWM波形，调整高电平的占空比来达到电机调速的目的。二、设计目的了解直流电机的控制原理，掌握直流电机调速控制的编程。三、设计内容1、设计键盘、LED显示、电机控制电路的原理图；2、设计程序流程图；3、编程调试，设置“加速”、“减速”键，在单片机的I/O口产生不同占空比波形，控制直流电机的转动速度；设置“启动”、“停止”键控制电机的启停；同时在LED上显示电机启停状态和速度。四、参考接线1、使用导线连接MON51仿真模块与键盘显示模块的相应的点，如A8和 DAT，A9和CLK，A10和CS，INT0和KEY；2、连接直流电机控制端，如P17与DCDJ。附录一 相关流程图附录二 HD7279A操作控制以下介绍HD7279A操作控制，有关HD7279A的详细使用说明见手册。一：指令类型l 纯指令（单字节）1、复位(A4H)：使所有显示设置清除,恢复到系统上电后所处状态；2、测试(BFH)：使所有LED点亮并闪烁，主要用于硬件电路测试；3、左移(A1H)：所有LED显示自右向左（第1位为最右）移动一位；4、右移(A0H)：所有LED显示自左向右（第8位为最左）)移动一位；5、循环左移(A3H)：类似左移，只不过原最左位(第8位)移到最右位（第1位）；6、循环右移(A2H)：类似右移，只不过原最右位(第1位)移到最左位（第8位）；l 带数据指令（2字节）1、下载数据且按方式0译码： 格式：10000 a2 a1 a0；dp x x x d3 d2 d1 d0 前1字节a2a1a0指定显示位置：(000第1位，最右位)，(111第8位，最左位)。后1字节dp指定小数点亮否：1亮，0灭；d3d2d1d0则指定LED的显示内容。2、下载数据且按方式1译码： 格式：11001 a2 a1 a0；dp x x x d3 d2 d1 d0 前1字节a2a1a0指定显示位置； (000第1位，最右位)，(111第8位，最左位)。 后1字节dp指定小数点亮否； 1亮，0灭；d3d2d1d0则指定LED的显示内容。3、下载数据但不译码： 格式：10010 a2 a1 a0；dp a b c d e f g 前1字节a2a1a0指定显示位置； (000第1位，最右位)， (111第8位，最左位)； 后1字节各位分别对应LED的8段亮否，1亮，0灭；4、闪烁控制： 格式：88H；d8 d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0 后1字节dx分别对应相应数码管闪烁与否，1闪，0不闪；5、消隐控制： 格式：98H；d8 d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0 后1字节dx分别对应相应数码管消隐与否，1隐，0不隐；6、段点亮： 7、段关闭：l 读键盘数据指令（2字节，1字节写，1字节读） 格式：15H；键盘键号数据 控制器送出15H，然后读入HD7279A送出的键号数据。二、上述操作控制指令示例程序l 纯指令（单字节）片选信号有效后，DATA引脚上的数据在CLK上升沿被写入HD7279，因此应在CLK低电平期间改变DATA引脚上数据；子程序WRITE_SUB：送HD7279A一个字节(在DATA_OUT单元中)WRITE_SUB:MOVBIT_COUNT, #8CLRCLKLCALLLONG_DELAYMOVA, DATA_OUTWRITE_LOOP:RLCAMOVDAT, CLCALLSHORT_DELAYSETBCLKLCALLSHORT_DELAYCLRCLKDJNZBIT_COUNT, WRITE_LOOPRETl 带数据指令（2字节）片选信号有效后，送2字节数据给HD7279A，中间间隔T4为指令与数据间隔（典型8us）在第1位数码管（最右边位）显示5：MOVDATA_OUT, #11001000B;特征位11001，方式1译码 ;a2a1a0=000，显示位置为0(最右边位)LCALLWRITE_SUBMOVDATA_OUT, #0000101B;dp=0, d3d2d1d0 = 0101，;不显示小数点，显示数据为5LCALLWRITE_SUBl 读键盘数据指令（2字节，1字节写，1字节读）片选信号有效后，先送“读键盘指令(15H)”给HD7279A，接着读出HD7279A送出的键号信息，中间间隔T5为指令与输出数据间隔（典型25us）。子程序READ_SUB:读入HD7279A一个字节(在DATA_IN单元中)READ_SUB:MOVBIT_COUNT, #8SETBDATLCALLLONG_DELAYREAD_LOOP:SETBCLKLCALLSHORT_DELAYMOVC, DATRLCACLRCLKLCALLSHORT_DELAYDJNZBIT_COUNT, READ_LOOPMOVDATA_IN, ARET“读键盘键号数据”程序MOVDATA_OUT, #15H;读键盘指令LCALLWRITE_SUBLCALLREAD_SUB袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅