单片机原理与应用（C语言版）（微课版）课件 项目8 单片机应用系统综合设计

项目8单片机应用系统综合设计目录任务8-1LCD1602调试工具任务8-2设计制作游客流量计数器任务8-3单片机生产计数检测系统设计任务8-4家居照明蓝牙控制设计任务8-5红外遥控项目导读本项目涵盖多个实用任务，旨在掌握单片机开发技能。LCD1602调试工具显示字符、数字；游客流量计数器统计景区人数；生产计数检测系统计数饮料生产；家居照明蓝牙控制远程操控家居灯；红外遥控任务接收解码红外信号。任务涵盖硬件搭建与软件编程，锻炼单片机开发能力，适于电子工程、自动化等专业学习参考。思维导图任务8-1LCD1602调试工具8-1-1任务目的本任务旨在深入掌握LCD1602液晶显示屏的工作原理和应用开发技巧，使用LCD1602液晶屏作为调试窗口，提供类似printf函数的功能，可实时观察单片机内部数据的变换情况，便于调试和演示。通过实际编程与硬件连接，实现对LCD1602的基本操作控制，包括字符显示、数字显示以及不同进制数据的显示转换，从而提升对嵌入式系统中人机交互界面设计的理解和实践能力，为后续复杂显示控制任务奠定基础。1.硬件搭建：使用8051单片机最小系统板，正确连接LCD1602的数据线（P0口）与控制线（P2.5-P2.7）。2.软件功能实现：完成LCD初始化，支持两行显示、光标关闭等配置，实现字符、字符串及十进制/十六进制/二进制数字的动态显示，并设计主程序循环每秒更新自增变量显示其值。3.调试验证：确保LCD显示内容清晰稳定，无乱码或闪烁现象。8-1-2任务要求8-1-3系统方案选择1602液晶也叫1602字符型液晶，它能显示2行字符信息，每行又能显示16个字符。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5x10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。实物图如图所示：大家手上拿到的LCD1602外观可能和上图不一样，这是由于不同厂家设计所致，使用方法是一样的。在上图中可以看到有16个管脚孔，从左至右管脚编号顺序是1-16，其功能定义如下所示：8-1-4系统硬件设计本实验使用到硬件资源如下：（1）LCD1602液晶一般开发板上集成了一个LCD1602液晶接口，下面我们来看下开发板上LCD1602液晶接口电路，如图所示：8-1-5系统软件设计Delay.c模块的参考程序如下。Delay.h头文件的参考程序如下。LCD1602.c模块的参考程序如下。LCD1602.h头文件的参考程序如下。基于51单片机的main的参考程序如下。8-1-6系统调试与脱机运行在KeilC51集成开发环境中搭建项目，将编写好的程序代码进行编译，检查并修正语法错误和警告。然后使用STC-ISP下载工具将编译生成的hex文件烧录到单片机中。将硬件电路连接好，接通电源，观察LCD1602的显示情况。如果出现显示异常，如字符乱码、显示不全等问题，通过检查硬件连接是否正确、程序代码是否存在逻辑错误、延时设置是否合理等方面进行调试。可使用示波器等工具检测信号波形，分析数据传输过程中的问题。经过反复调试，确保系统能够稳定、准确地运行，达到预期的显示效果后，可将系统脱机运行，进行长时间的稳定性测试。通过本次任务，深入理解了LCD1602的工作原理和控制方法，掌握了单片机与LCD1602的硬件连接和软件编程技巧，能够实现字符、数字等多种信息的显示。在任务过程中，学会了运用模块化编程思想进行程序设计，提高了代码的可读性和可维护性。同时，在系统调试过程中，积累了硬件故障排查和软件调试的经验，提升了综合实践能力。然而，在任务中也发现了一些不足之处，如对LCD1602的一些高级功能（如自定义字符显示等）尚未深入探索，程序的优化空间还有待进一步挖掘等。在今后的学习中，将继续深入研究LCD1602的其他功能，探索更高效的编程方法，提升嵌入式系统开发的水平。8-1-7

任务小结任务8-2设计制作游客流量计数器8-2-1目的与要求用AT89C51单片机控制。能自动统计游客流量总人数与景区实时人数，游客流量人数范围为0～1000，并用数码管显示。使用外部中断响应。发挥扩充功能，如消隐功能（高位为0则不显示）等。要求拟订总体设计制作方案。设计硬件电路。编制软件流程图及设计源程序。仿真调试游客流量计数器，安装元件，制作游客流量计数器，调试功能。完成项目报告。8-2-2系统方案选择计数器基本功能实现思路是：用AT89C51单片机构建最小系统；它的两个外部中断源分别作为加1与减1计数请求端口。人口感应装置与出口感应装置在有人通过时输出低电平信号，无人通过时输出高电平信号，产生的低电平和下降沿可作为外部中断触发信号。每进出1人中断一次，人数计算值进行加1或减1，游客在内人数为人口人数与出口人数之差，用数码管显示，2位数码管显示入口总人数，2位数码管显示游客出来后内部总人数。总体框图如图所示。8-2-3系统硬件设计

AT89C51单片机采用上电复位形式，时钟电路采用12MHz的振荡频率，22pF电容作微调电容，P1口作为显示段码输出端口，P2口作为位码输出端口，高4位数码管显示进人景区总人数，低4位显示景区内人数，人口感应装置和出口感应装置分别与外部中断源0、中断1相接口，游客流量人数计数器电路如图所示。8-2-4系统软件设计1）编程思路外部中断0作为人口人数计数请求中断源，外部中断1作为出口人数计数请求中断源，均采用边沿触发方式，每进出1人则中断一次，在外部中断0服务程序里完成人数加1计算，在外部中断1服务程序里完成人数减1计算。显示采用动态显示方式。中断服务程序流程如图所示，主程序流程如图所示。2）程序设计根据程序流程，参考程序如下：8-2-5仿真系统设计1、仿真游客流量人数计数器按照硬件电路，用按键代替入口与出口感应装置，用Proteus建立如图所示仿真模型。2、调试游客流量人数计数器（1）仿真调试成功后，按硬件电路在实验板上安装元件并进行检测。（2）烧录hex文件，运行程序。（3）以按键代替进出入感应装置，进行模拟游客流量人数计数，观察程序是否正常运行。（4）根据运行情况，调整电路或元件参数、优化程序，重新调试，达到较好的效果。8-2-6任务小结此程序是一个基于8051微控制器的简单计数和显示程序，使用了两个外部中断INT0和INT1来进行计数操作，并通过数码管显示计数值。1、变量定义：seg_dm：定义了一个数组，用于存储0-9的数码管段码。bit_line：定义了一个数组，用于选择数码管的显示位。data_disply：定义了一个数组，用于存储待显示的每一位数字。Total_number和Inside_number：用于存储总的计数和内部计数。2、函数定义：delay：一个简单的延时函数，通过循环来消耗时间。data_change：一个数据处理函数，用于将总的计数和内部计数转换为数码管可以显示的每一位数字。INT0_init和INT1_init：分别用于初始化外部中断INT0和INT1。display：用于在数码管上显示一位数字。3、中断处理：Init0：INT0的中断服务程序。当INT0被触发时，Total_number和Inside_number都会加1。Init1：INT1的中断服务程序。当INT1被触发时，Inside_number会减1。4、主函数：首先初始化INT0和INT1。然后进入一个无限循环，在循环中：调用data_change函数更新data_disply数组。遍历data_disply数组，通过display函数将每一位数字显示在数码管上。5、程序特点：使用外部中断进行计数操作，使得计数操作可以由外部信号触发，增加了程序的灵活性。任务8-3单片机生产计数检测系统设计8-3-1目的和要求设计制作饮料生产计数器，AT89C51单片机控制，数码管作为显示器，用4位数码管显示箱数，2位数码管显示当前箱瓶数。能测试某饮料装箱装置每检测到一瓶饮料输出一个脉冲，以12瓶为1箱计算，统计饮料的箱数与散装瓶数。发挥扩充功能，如高位消隐等。要求拟订总体设计制作方案。设计硬件电路，编制软件流程图及设计相应源程序。仿真调试饮料生产计数器，安装元件，制作饮料生产计数器，调试功能指标。完成项目报告。8-3-2系统方案选择

饮料生产计数器基本功能实现思路是：用AT89C51单片机构建最小系统；用一个定时/计数器作为计数器，对饮料生产线计数脉冲信号进行计数。每1个脉冲对应1瓶饮料数，把总瓶数转换为箱数和散装瓶数。经译码用数码管显示，总体框图如图所示。8-3-3系统硬件设计AT89C51单片机采用上电复位形式，时钟电路采用12MHz的振荡频率，22pF电容作微调电容，P1口作显示段码输出端口，P2口作位码输出端口，饮料生产线计数脉冲输出信号通过T0输入计数，饮料生产计数器电路如图所示。8-3-4系统软件整体设计1）编程思路用一个定时/计数器作为计数器使用，用方式1对饮料装箱装置输出的计数脉冲计数，然后再计数出箱数与散装瓶数，主程序流程如图所示。2）设计程序根据流程图设计程序，参考程序如下：8-3-5仿真系统设计按照硬件电路用Proteus软件，选择數数码管7SEG-MPX8-CC-BLUE、瓷片电容CERAMIC22P、10μF电解电容、电阻RES、晶振CRYSTAL.CPUAT89C51、用信号源代替生产线上饮料瓶经过所产生的脉冲信号如图所示，建立如图所示的仿真模型。8-3-6系统调试与脱机运行（1）仿真调试成功后，按硬件电路在实验板上安装元件并进行检测。（2）烧录hex文件，运行程序。（3）以信号源代替生产线饮料瓶数检测输出信号，进行生产饮料瓶数计数，观察程序是否正常运行并测试计数精度与显示效果。（4）根据运行情况，调整电路或元件参数、优化程序，重新调试，达到较好的效果。8-3-7任务小结1、系统方案：采用AT89C51单片机为核心控制器，配置了12MHz的时钟频率，利用定时/计数器T0对外部脉冲信号进行计数，以此来记录饮料瓶数。系统设计中，P1口负责驱动数码管的段码，P2口控制数码管的位选，实现数字的动态显示。2、

硬件设计特点复位电路：确保单片机上电后能够正确初始化。时钟电路：稳定提供12MHz的时钟信号，保证单片机运行的准确性。信号输入：生产线的脉冲信号直接连接至T0，实现计数功能。显示模块：通过译码驱动4位数码管显示箱数，2位数码管显示瓶数，增强直观性。3、

软件设计亮点程序结构清晰：主程序、功能子程序（如延时函数、读计数值、计算箱数瓶数、数据显示等）模块化设计，便于阅读与维护。数据处理逻辑：有效地将累计脉冲数转换为箱数与散装瓶数，并通过数据处理函数分配至各数码管显示。显示控制：通过循环调用显示函数，实现了动态更新显示内容，提高了显示的实时性和交互性。4、

仿真与调试过程仿真验证：使用Proteus软件搭建仿真模型，验证系统设计的正确性，包括硬件连接与软件逻辑，确保无误后再进行实物组装。系统调试：经历了从仿真环境到实际硬件平台的过渡，通过信号源模拟生产线信号，对系统的计数精度与显示效果进行了全面测试与优化。该项目成功实现了饮料生产计数器的设计与制作，不仅展示了AT89C51单片机在工业计数应用中的灵活性与可靠性，也体现了软硬件协同设计的重要性。通过综合运用电子技术、单片机编程与系统调试方法，该系统有效满足了饮料生产计数的需求，提升了生产管理的自动化水平，具有一定的实用价值与推广意义。任务8-4家居照明蓝牙控制设计8-4-1目的与要求随着科技的进步，一些无线通信技术已经成熟并迅速普及，比如大家熟知的蓝牙技术已成为众多智能终端的标配，这极大地提高了通信的便捷性。本任务就来开发一个家居照明的蓝牙控制系统。本任务首先在手机端安装已开发好的蓝牙串口APP，通过这个APP并利用手机内的蓝牙模块可发送控制命令，从机蓝牙模块接收到控制信号后，通过51单片机的串行通信接口将控制信号传给单片机，单片机判断控制信号并以此点亮或者熄灭家居中不同的灯，如此就可实现家居照明的无线控制。8-4-2电路设计基于51单片机的家居照明蓝牙控制系统硬件电路如图所示。电路中采用了HC-06蓝牙模块（如图），该模块共有四个引出端：Vcc为电源，其输入电压范围为3.6～6V，GND为地，TX为信号输出端，RX为信号输入端。由于HC-06模块支持UART接口，因此把HC-06的TX、RX分别和51单片机的RXD，TXD相连，通电后即可进行二者之间的串口通信。HC-06嵌入式蓝牙串口通信模块是专为智能无线数据传输而打造的，采用英国CSR公司BlueCore4-Ext芯片，遵循V2.0+EDR蓝牙规范。该模块支持UART、USB、SPI等接口，具有成本低、体积小、功耗低、收发灵敏等优点。该模块主要用于短距离的数据无线传输领域，可方便地与手机等智能终端的蓝牙设备相连，也可实现两个模块之间的数据互通。8-4-3程序设计本设计中的单片机只是以串口方式从蓝牙模块接收控制信号，而且这个控制信号是随机出现的，因此最有效的方式就是采用串口中断方式来接收控制信号。整个系统的控制程序采用模块化的设计方法。基于51单片机的家居照明蓝牙控制系统的参考程序如下。8-4-4蓝牙APP设置及系统运行调试开启手机蓝牙，启动“蓝牙串口”APP，点击“连接”。若未见单片机上的蓝牙模块（如“SZPT”），点击“搜索”，找到并配对“SZPT”，输入密码“1234”完成连接。进入聊天页面，点击至“开关”页面，长按按钮弹出“按钮编辑器”。编辑4个按钮，输入“客厅灯”、“0”等信息，选择“字符”，点击“确定”。其他按钮分别对应卧室、厨房、卫生间灯。设置完成如图。8-4-5任务小结

该程序是一个用于单片机通过蓝牙模块接收信号并控制家居照明灯亮灭的示例。1.程序功能：该程序通过单片机与蓝牙模块的连接，实现了家居照明灯的远程控制。用户可以通过发送特定的字符（'0'至'3'）到蓝牙模块来控制客厅灯、卧室灯、厨房灯和卫生间灯的亮灭。2.初始化设置：在main函数中，首先通过P1=0x00;将所有灯熄灭。调用Com_Init函数进行串口初始化，设置串口工作于方式1并允许接收，定时器T1用于生成波特率，并开启串口中断和总中断。3.主循环：在main函数的主循环中，程序持续检测rok标志位，即检查是否有接收到的控制信号。若rok为1，即成功接收到控制信号，则调用id_signal函数处理接收到的信号。4.信号处理：id_signal函数根据接收到的字符（保存在rev变量中）来判断应该控制哪盏灯。使用switch语句和case分支来处理不同的控制信号，并通过取反操作LEDx=~LEDx来实现灯的亮灭切换。处理完信号后，将rok标志位复位为0，以便下一次接收信号。5.中断服务：程序中定义了一个串口中断服务函数Com_Int，该函数在接收到数据时被调用。在中断服务函数中，首先关闭串口中断以避免嵌套中断，然后检查接收中断标志位RI。如果RI为1，表示接收到数据，将接收到的数据保存到rev变量中，并清除中断标志位RI。最后，将rok标志位置为1，表示成功接收到控制信号，并重新开启串口中断。6.注意事项：程序中的reg51.h头文件是特定于51单片机的，包含了该单片机所需的寄存器定义。程序中使用了位定义（sbit）来方便地访问单片机的IO端口位。程序使用了中断来处理蓝牙模块的接收数据，提高了程序的响应速度和效率。该程序是一个简单而实用的家居照明灯控制程序，通过蓝牙模块实现了远程无线控制功能。任务8-5红外遥控8-5-1任务目的1、理解红外遥控信号的基本原理与编码机制（如NEC协议）。2、掌握8051单片机外部中断（INT0）和定时器的使用方法。3、学习通过红外接收模块（如HS0038）解码遥控信号，并在LCD1602上显示数据。

4、熟悉多模块协同开发的流程，包括中断处理、数据解析和显示驱动。1、功能要求：能够正确接收红外遥控器发送的信号，区分数据帧和连发帧。解析接收到的红外信号，提取出遥控器的地址码和命令码。根据接收到的命令码执行相应的操作2、代码要求：代码必须采用模块化编程，将不同功能封装成独立的函数，如定时器初始化、红外遥控初始化、LCD显示等。代码中要有必要的注释，解释关键部分的功能和实现思路。代码要具有一定的健壮性，能够处理可能出现的异常情况，如红外信号接收错误。3、硬件要求：正确连接单片机、红外接收头和LCD1602液晶显示屏，确保硬件电路正常工作。保证红外遥控器能够正常发送信号，并且红外接收头能够准确接收信号。8-5-2

任务要求

8-5-3电路设计通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成。现在的红外遥控系统一般应用编码/解码专用集成电路芯片进行控制操作，其系统框图如图所示。在实际的系统中，发射部分就是红外遥控器。而接收部分中的光敏元件、光电放大器、解调电路都集成在一体化的红外接收头中。从图5-17中可以看出单片机在整个红外遥控系统中的作用就是进行解码。一、红外遥控在红外遥控中使用的器件主要有发射器和一体化红外接收头，下面就分别介绍一下这两个设备。1．发射器及其编码红外遥控系统的发射部分就是红外遥控器，其核心部分是编码调制芯片。

红外遥控器

遥控码“0”波形图

遥控码“1”波形图红外通信编码格式

遥控连发信号波形2．接收器接收电路可用一体化红外线接收器，无需外接元件，即可完成红外接收到TTL电平信号输出，体积如塑封三极管，适于红外遥控和数据传输。如图所示，接收器对外只有3个引脚：OUT、GND、VCC，与单片机连接十分简单方便。二、硬件电路的设计两种发射电路如图所示。

接收电路2如图所示。接收器示意图

发射电路

接收电路8-5-4程序设计Delay.c模块和LCD1602模块的参考程序见任务8-1。Int0.c模块的参考程序如下。Int0.h头文件的参考程序如下。

Timer0.c模块的参考程序如下。Timer0.h头文件的参考程序如下。IR.c模块的参考程序如下。IR.h头文件的参考程序如下。main.c模块的参考程序如下。8-5-5红外遥控电机调速PWM信号生成，新增文件PWM.c模块的参考程序如下。PWM.