利用AT89C51单片机来制作一个手动计数器-嵌入式课程设计.doc

得分评卷教师嵌入式课程设计 姓 名： 分院： 机器人科学与技术学院 专业： 电子信息工程 学 号： xxxx理工学院二一四 年 十 一 月 二十五 日-1-摘 要单片机，全称单片微型计算机（英语：Single-Chip Microcomputer），又称微控制器（Microcontroller），是把中央处理器、存储器、定时/计数器（Timer/Counter）、各种输入输出接口等都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。与应用在个人电脑中的通用型微处理器相比，它更强调自供应（不用外接硬件）和节约成本。它的最大优点是体积小，可放在仪表内部，但存储量小，输入输出接口简单，功能较低。由于其发展非常迅速，旧的单片机的定义已不能满足，所以在很多应用场合被称为范围更广的微控制器；由于单芯片微电脑常用于当控制器故又名single chip microcontroller，但是目前在中国大陆仍多沿用“单片机”的称呼。单片机是一种集成在电路芯片，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/计时器等功能（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计算机系统。单片机内部包含有中央处理器(CPU)、时钟电路和中断系统、程序存贮器、数据存贮器、并行口、定时器以及特殊I/O部件，CPU通过内部总线和其余的模块相连。其具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、电流、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。关键词：单片机，集成电路，寄存器，Proteus仿真，AT90S8252AbstractsFull name single-chip computer, Single Chip Microcomputer (English: Single - Chip Microcomputer), also known as micro-controller (Microcontroller), is the central processor, memory, Timer/Counter (Timer/Counter) and various input/output interface are integrated on a Chip Microcomputer. With the general-purpose microprocessor applications in personal computers, compared to more emphasis on the supply (without external hardware) and cost savings. Its the biggest advantage is small size, can be put in inside the instrument, but less memory, input/output interface is simple, low function. Due to its development very quickly, the old can not meet the definition of the SCM, so in many applications is known as a wider range of micro controller; Because of the single chip microcomputer used to when the controller is also known as single chip microcontroller, but are still more used at present in mainland China MCU.SCM is an integrated circuit chips, is to use very large scale integrated circuit technology with data processing ability of the central processor CPU RAM RAM), read-only memory ROM, A variety of I/O mouth and interrupt system, timer/timer function (may include display driver circuit, pulse width modulation circuit, analog multiplexer and A/D converter circuit) integrated into A silicon wafer that constitutes A small and perfect computer system. MCU internal contains a central processing unit (CPU), clock circuit and interrupt system, program memory, data memory, parallel port, timer and special I/O components, through internal bus and the rest of the CPU module.It has small volume, low power consumption, strong control function, flexible extension and the advantages of miniaturization and easy to use, widely used in instruments and meters, the combination of different types of sensors, which can realize such as voltage, current, power, frequency, humidity, temperature, flow, speed, length, thickness, Angle, hardness, elements, physical quantities such as pressure measurement. Controlled by single chip microcomputer instrument digital, intelligent, miniaturization, and compared with the use of electronic or digital circuit is more powerful.Key words: single chip, integrated circuit, register, Proteus simulation, AT90S8252目录摘 要1Abstracts2目录3前 言4一、09数秒器51.1系统设计要求51.2 设计目的5二、计算器72.3设计步骤7三.、数字电压表93.1 数字电压表概述93.2数字电压表的实现9四.、LCD1602仿真电子广告牌设计114.1设计目的114.2设计思路114.3功能说明11五.、LED点阵显示屏135.2 LED显示屏控制技术13六、步进电机的控制设计156.1 设计目的156.2系统硬件电路选择与设计15七、频率计的设计177.1 设计理念177.2 设计的实现17八、专用接口芯片HD7279实现的键盘/显示器设计19九、小带警报功能的温度测量仪的设计219.1 设计目的219.2设计方案21十、单片机实现音乐盒的设计2310.1 实验概述及目的2310.2 设计方案23总 结25致 谢26参考文献27前 言 二十世纪跨越了三个“电”的时代,即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过,这种电脑,通常是指个人计算机,简称PC机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机,大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机(亦称微控制器)。顾名思义,这种计算机的最小系统只用了一片集成电路,即可进行简单运算和控制。因为它体积小,通常都藏在被控机械的“肚子”里。 单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。 单片机也被称为微控制器(Microcontroller)，由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。单片机是70年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯片，是CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统集成于同一硅片的器件。单片机用于控制有利于实现系统控制的最小化和单片化，简化一些专用接口电路，如编程计数器、锁相环（PLL）、模拟开关、A/D和D/A变换器、电压比较器等组成的专用控制处理功能的单板式微系统。 单片机是所有微处理机中性价比最高的一种，随着种类的不断全面，功能不断完善，其应用领域也迅速扩大。单片机在智能仪表、实时控制、机电一体化、办公机械、家用电器等方面都有相当的应用领域。当前，8位单片机主要用于工业控制，如温度、压力、流量、计量和机械加工的测量和控制场合；高效能的16位单片机（如MCS-96、MK-68200）可用在更复杂的计算机网络。可以说，微机测控技术的应用已渗透到国民经济的各个部门，微机测控技术的应用是产品提高档次和推陈出新的有效途径。一、09数秒器1.1系统设计要求1、上电时，数码管显示为0 2、利用单片机来制作一个手动计数器，在单片机的管脚上接一个轻触开关，作为手动计数的按钮，用单片机的I/O口接数码管，作为计数器，进行加计数显示。 3、计数器计数到9后，再按计数按钮，则数码光从0重新开始计数。 采用单片机程序设计制作，它是利用芯片AT89S51的特殊功能，上电两个数码管将显示99，P3口控制4X4矩阵按键开关，输入数字。通过P0口对两片74HC273进行控制，一片输出字型码，一片输出字位码。P2.4和P2.5控制74HC02，来确定字位和字形码地址。1.2 设计目的 利用AT89C51单片机来制作一个手动计数器。通过具体的项目设计包括确定控制任务、系统总体方案设计、硬件系统设计、控制程序的设计等，以便掌握单片机系统设计的总体思路和方法，掌握基于单片机控制的电子产品开发的技术方法,培养个人的创新意识和动手能力。课程设计是提高学生单片机技术应用能力以及文字总结能力的综合训练环节，是配合单片机课程内容掌握、应用得的专门性实践类课程。通过典型实际问题的实际，训练学生的软硬件的综合设计、调试能力以及文字组织能力，建立系统设计概念，加强工程应用思维方式的训练。对于单片机控制的数秒器要求如下：（1）用单片机AT89C51的定时器实现09的数秒过程。本例中用两位数码管静态显示，从0到9。（2）用PROTEUS软件设计，仿真基于AT89c51单片机的09数秒实验。09数秒器总体电路设计仿真图二、计算器2.1设计要求：实现普通十进制计算器的功能，按键采用实验箱上的44键盘，显示采用实验箱上162点阵式字符LCD，键盘符号定义如下：左下角的“-”表示退格，即删除键，按一次删除LCD的最后一个数字。LCD的第一行显示运算式，第二行显示运算结果。比如要计算机12+34，在键盘上按下相应键后，LCD的第一行显示“12+34”，按下“=”号后，LCD的第二行显示“=46”。其他功能同普通计算器相同（只实现加减乘除四则运算功能）。扩展功能：负数、小数运算。复合运算。连续运算。2进制、8进制运算。2.2设计思路键盘作为输入，按下不同的按键通过设计扫描程序来获得不同的按键的键值，然后显示在LCD指定的位置上，通过调用运算模块获得运算结果，最后把结果显示在LCD上的另一个位置，选择好硬件模块后就在CW下建立相应的工程编写程序部分。2.3设计步骤按照设计要求，找到相应的硬件，熟悉它的功能、引脚以及使用的方法。本课题中使用到的硬件模块有44键盘，162点阵式字符LCD。选择好硬件并把硬件连接好以后就开始着手软件方面的工作：设计在LCD上显示的界面，在CW环境下建立一个工程，把要用到的硬件模块的功能函数文件添加到工程里，然后就根据所要求的功能编写程序。程序编写完成并经过软件仿真无误后，把代码下载到实验箱上调试，通过反复的调试、修改，最后得到预期的效果，完成设计。计算机整体电路图仿真电路图三.、数字电压表3.1 数字电压表概述 数字电压表的基本工作原理是利用A/D转换电路将待测的模拟信号转换成数字信号，通过相应换算后将测试结果以数字形式显示出来的一种电压表。较之于一般的模拟电压表，数字电压表具有精度高、测量准确、读数直观、使用方便等优点。3.2数字电压表的实现电压表的数字化测量，关键在于如何把随时连续变化的模拟量转化成数字量，完成这种转换的电路叫模数转换器（A/D）。数字电压表的核心部件就是A/D转换器，由于各种不同的A/D转换原理构成了各种不同类型的DVM。一般说来，A/D转换的方式可分为两类：积分式和逐次逼近式。 积分式A/D转换器是先用积分器将输入的模拟电压转换成时间或频率，再将其数字化。根据转化的中间量不同，它又分为U-T（电压-时间）式和U-F（电压-频率）式两种。 逐次逼近式A/D转换器分为比较式和斜坡电压式，根据不同的工作原理，比较式又分为逐次比较式及零平衡式等。斜坡电压式又分为线性斜坡式和阶梯斜坡式两种。 在高精度数字电压表中，常采用由积分式和比较式相结合起来的复合式A/D转换器。本设计以8051单片机为核心，以逐次比较型A/D转换器ADC0809、数码管显示为主体，构造了一款简易的数字电压表，能够测量1路05V直流电压，最小分辨率0.02V。、 数字电压表总体电路数字电压表仿真结果四.、LCD1602仿真电子广告牌设计4.1设计目的单片机控制的LCD1062电子广告牌设计，AT89C51单片机芯片及LCD液晶屏幕等元器件，通过硬件及软件程序的编写来实现，在LCD液晶屏幕上显示出“yuandongxueyuan”和“dianzi wangfw”。4.2设计思路液晶模块用命令控制显示由模块本身已经给出，AVR、LCD 的VSS、VDD、VEE 不需连接，默认VSS=0V、VDD=5V、VEE= -5V、GND=0V，液晶模块与单片机的连接不采用添加多个与非门的方式，而采用更直接、清晰的方式，使WR、RD直接与LCD的R/W、RS相连，使能端与P35相连，由软件给出下降沿。4.3功能说明 （1）给LCD写命令、送数据等均需要进行选中寄存器、发送命令或数据代码、 使能端有效等过程，若逐一写出会使程序混乱冗长，因此将写命令、写数据、初始化等分别封装在子函数中，方便随时调用。 （2）为实现滚动显示，使用命令打开整体显示移动。 （3）显示字母只需将相应的ASCII代码发送给即可，将需要显示的字符直 接设为数组中的元素，显示时逐一写入液晶。 （4）若数组中只有相应的字符，显示的末尾会出现预料之外的字符，因此加入足 够 的空格避免这种现象发生。电路设计总图仿真图五.、LED点阵显示屏5.2 LED显示屏控制技术 显示屏的控制系统包括输入接口电路、信号控制、转换和数字化处理电路及输出接口电路等，涉及的具体技术很多，其关键技术包括串行传输与并行传输技术、动态扫描与静态锁存技术、自动检测及远程控制技术等。1、串行传输与并行传输技术 LED显示屏的数据传输方式主要有串行和并行两种。日前普遍采用串行控制技术，显示屏每个单元内部的不同驱动电路和各级联单元之间，每个时钟仅传送一位数据。采用这种方式的驱动IC种类较多，不同显示单元之间的联线较少，可减少显示单元的数据传输驱动元件，从而提高整个系统的可靠性和性价比，具体工程实现也较为容易。2、动态扫描与静态锁存技术 LED显示屏控制系统实现显示信息的刷新技术有动态扫描和静态锁存两种方式。一般室内显示屏多采用动态扫描技术，即一行发光二极管共用一行驱动寄存器，根据共用一行驱动寄存器的发光二极管像素数目，分为1/4,1/16扫描等。室外显示屏基本上采用静态锁存技术，即每一个发光一极管都对应有一个驱动寄存器，无需时分工作，从而保证了每一个发光一极管的亮度占空比为100%。动态扫描法可以大大减少控制器的I/O口，因此应用较广。3、自动检测及远程控制技术 LED显示屏的构成复杂，特别是室外显示屏，供电、环境亮度、环境温度条件等都直接影响显示屏的正常运行。在LED显示屏的控制系统中，因根据需要对温度、亮度、电源等进行自动检测控制，也可根据需要，远程实现对显示屏的亮度、色度调节、图像水平和垂直位置的调节以及工作方式的转换等。设计总电路图 仿真图六、步进电机的控制设计6.1 设计目的步进电机广泛应用在生产实践的各个领域。它最大的应用是在数控机床的制造中，因为步进电机不需要A/D转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，所以被认为是理想的数控机床的执行元件。本设计利用proteus仿真软件进行电路仿真，系统通过设置三个按键分别控制步进电机的左转、右转和停止，使用不同的灯来指示不同的转向和停止。整个系统具有稳定性好，实用性强，操作界面友好等优点。6.2系统硬件电路选择与设计按照题目要求本次主控单元使用C51单片机对整个系统进行控制。STC89C51RC包含512字节RAM 、32条I/O口线、3个16位定时/计数器、8输入4优先级嵌套中断结构、1个串行I/O口（可用于多机通信、I/O扩展或全双工UART）以及片内振荡器和时钟电路。此外，由于器件采用了静态设计，可提供很宽的操作频率范围（频率可降至0）。可实现两个由软件选择的节电模式、空闲模式和掉电模式。空闲模式冻结CPU，但RAM、定时器、串口和中断系统仍然工作。掉电模式保存RAM的内容，但是冻结振荡器，导致所有其它的片内功能停止工作。由于设计是静态的，时钟可停止而不会丢失用户数据。运行可从时钟停止处恢复。所以该单片机可以满足系统要求。设计总电路图 仿真图七、频率计的设计7.1 设计理念所谓“频率”，就是周期性信号在单位时间（1s）内变化的次数。若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数N，则其频率可表示为f=N/T。其中脉冲形成电路的作用是将被测信号变成脉冲信号，其重复频率等于被测频率fx。被测脉冲信号整形放大电路，被测频率fx=NHz。根据所学及得出的设计原理确定如图2-1整体模块。7.2 设计的实现数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率，转速，声音的频率以及产品的计件等等。因此，数字频率计是一种应用很广泛的仪器 系统实现包括硬件系统的实现和软件系统的实现。硬件系统五个电路单元和一个AT89C51单片机：软件系统设计的实现包括两个部分，主程序的设计和中断服务子程序的设计。软硬件的紧密配合，才能使频率计稳定、精确的工作。设计总电路图仿真图八、专用接口芯片HD7279实现的键盘/显示器设计8.1系统总体方案设计采用一种是用以AT89C51为核心的单片机控制方案。利用单片机灵活的编程设计和丰富的IO端口，及其控制的准确性，不但能实现基本的键盘显示功能，还能添加任意数加减、闪烁功能。其原理如图所示设计总电路图仿真图九、小带警报功能的温度测量仪的设计9.1 设计目的温度计量是计量学的一个重要分支，它在国民经济各领域中占有重要的地位。人们的日常生活、工农业生产和科学实验等许多方面都与温度测量有着十分密切的关系。1871年，西门子(Sir william Siemens)发现了铂电阻测温原理，制造出第一支铂电阻温度计。1887年，卡伦德(Hugh Callendar)改进了铂电阻温度计的工艺和研制测温电桥并得到了著名的卡伦德公式。之后，铂电阻温度计成为国际温标的标准仪器，并一直沿用至今。本文在查阅、分析了现有的几种不同的测温原理，分析确定了热敏电阻测温，并对基于热敏电阻pt100的数字温度计的设计进行了深入探讨和研究。该系统分为测温模块、信号放大模块、A/D转换模块和控制显示模块，并分别对其进行方案分析，最终确定数字温度计系统的系统构架和设计方案；在硬件电路中，详细阐述了各模块电路的工作原理，分析了以AT89C51单片机为主控单元的系统硬件和软件设计，并对该系统进行误差分析，使我们对于系统的各种性能有了进一步认识。本文用protues进行仿真，采用at89c51单片机作为处理的核心部分；用pt100作为温度传感器，把采集到的温度经放大后送到adc0804进行A/D转换，经过at89c51单片机处理后送到显示器，显示器将显示采集的温度。9.2设计方案该方案设计采用AT89c51的单片机芯片、液晶显示屏、热敏元器件、蜂鸣报警器等元器件，该系统当温度达到40摄氏度的时候启动蜂鸣报警器，并且此时所处环境的温度在液晶屏幕上进行显示，清晰明了的将温度测试体现在人们的面前，蜂鸣报警器给人们的生命财产提供的有力的保障。设计总电路图仿真图十、单片机实现音乐盒的设计10.1 实验概述及目的 本设计是以AT89C51芯片的电路为基础，外部加上放音设备，以此来实现音乐演奏控制器的硬件电路，通过软件程序来控制单片机内部的定时器使其演奏出优美动听的音乐。用户可以按照自己的喜好选择音乐并将其转化成机器码存入单片机的存储器中。对于不同型号的单片机只需要相应的改变一下地址即可。该软、硬件系统具有很好的通用性，很高的实际使用价值，为广大的单片机和音乐爱好者提供了很好的借鉴。 随着现代社会的发展，人们越来越追求审美和新颖，而单片机实现音乐盒的设计就是其中一种，以前简单的程序及硬件设计来完成，可以根据自己的爱好来进行歌曲的更改，用起来有趣并且有意义。我们用单片机AT89C51来实现，因为其相对于电子电路有明显的优越性，控制硬件电路比较简单，软件方面程序也不复杂，因此制作的远离简单，但功能作用并不低于电子电路设计的，它小巧方便、通俗易懂。10.2 设计方案本系统采用AT89c51单片机芯片、蜂鸣器等元器件，本系统元器件使用简单，一目了然，将蜂鸣器与AT89c51单片机芯片的P37管脚连接，通过正确的软件编程与各元器件的相互配合运行，可播放处自己喜欢的音乐。 方案设计总电路图仿真图总 结此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关单片机方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过不断思考和检查终于找出了原因所在，也暴露出我在这方面的知识欠缺。实践出真知，通过亲自动手设计，我掌握的知识不再是纸上谈兵。在课程设计过程中，我不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦！课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，给了我很多思考，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我学到了很多书本上学不到的东西。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。 回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。 实验过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在