单片机课程设计实验LED显示游戏机.docx
《单片机课程设计实验LED显示游戏机.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机课程设计实验LED显示游戏机.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
单片机课程设计实验LED显示游戏机
上海电机学院课程设计任务书
课程名称
微机原理及接口技术课程设计
课程代码
013084P1
设计题目
LED显示游戏机
设计时间
2013年12月16日－2013年12月20日
院（系）
电气学院
专业
自动化
班级
BG1108
一、课程设计任务
题目4：
LED显示游戏机
功能描述：
设定开关1启动游戏，开关2停止游戏。
编程使8个LED发光二极管随机亮灭（不能有规律亮灭）。
利用开关3作为自锁控制按钮，当按钮被按下，8个LED发光二极管固定在当前的亮灭状态上，再次按下开关3，重新开始。
二、课程设计成果要求（包括课程设计说明书、图纸、图表、软硬件等要求）
1，课程设计报告；
2，系统方案，画出系统框图；
3，分析工作原理、画出硬件电路原理图；
4，画出程序框图，给出程序清单；
5，写出系统调试分析结果
三、课程设计工作进度计划
星期一：
设计硬件电路，焊接电路板；
星期二：
编写程序，调试并编译生成.hex文件；
星期三：
烧录程序，结合硬件调试程序；
星期四：
演示结果，撰写课程设计报告；
星期五：
修改报告，打印并答辩。
四、主要参考资料
1．《单片机原理及应用》张毅刚主编，高教出版社，2012.11
2．C51单片机有关教材和文献资料
指导教师（签名）：
李皎洁系主任（签名）：
高桂革
2013年12月20日2013年12月20日
目录
一、摘要1
二、设计要求1
三、正文1
1.单片机AT89S511
1.1AT89S51的引脚说明2
2、Keil工程的建立4
2.1编辑4
2.2Keil的调试命令、在线汇编与断点设置5
2.3常用调试命令6
3系统软件设计8
3.1.程序流程图8
3.2参考程序9
4系统硬件设计11
4.1硬件结构图11
4.2电路图12
5.硬件调试13
5.1硬件实物图13
5.2检验是否短路13
5.3、电路焊接顺序13
5.4调试现象14
四、心得体会15
LED显示的游戏机
一.摘要
单片机即单片微型计算机，由RAM、ROM、CPU构成，定时、计数和多种接口于一体的微控制器。
它体积小、成本低、功能强，广泛应用于智能产业和工业自动化上。
这次课程设计通过对它的学习、设计、开发软、硬的能力。
对于此课题项目整个过程就是先设计和焊接好硬件电路，再通过汇编语言编写应用程序并下载到单片机上实现我们需要的功能。
由于本实验的硬件电路的结构简单、直观，所以软件的编程及调试是本次课程设计的重点和难点。
关键字：
AT89S51、LED显示、无规律亮灭
二.设计要求
LED显示游戏机功能描述：
设定开关1启动游戏，开关2停止游戏。
编程使8个LED发光二极管随机亮灭（不能有规律亮灭）。
利用开关3作为自锁控制按钮，当按钮被按下，8个LED发光二极管固定在当前的亮灭状态上，再次按下开关3，重新开始。
三.正文
1.单片机AT89S51
经综合分析选用单片机AT89S51适合。
AT89S51是一种低功耗高性能的8位单片机，片内带有一个4KB的Flash在线可编擦除只读存储器，它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的高密度非易失性存储器技术，而且其输出引脚和指令系统和51系列单片机兼容。
片内的存储器允许在线重新编程或用常规的非易失性存储器编程器来编程。
同时已具有三级程序存储器保密的性能。
在众多的51系列单片机中，要算ATMEL公司的AT89S51更实用，因为它不仅和MCU-51系列单片机指令、管脚完全兼容，而且它将通用CPU和在线可编程Flash集成在一个芯片上。
这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。
1.1AT89S51的引脚说明
AT89S51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT89S51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。
其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
图2-1AT89S51引脚图
VCC（40脚）：
供电电压。
GND（20脚）：
接地。
P0口（32脚～39脚）：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写“1”时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口（1脚～8脚）：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入“1”后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口（21脚～28脚）：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口（10脚～17脚）：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89S51的一些特殊功能口，P3口管脚备选功能如下表所示：
表2-1P3口第二功能
引脚
第2功能
P3.0
RXD（串行口输入端）
P3.1
TXD（串行口输出端）
P3.2
/INT0（外部中断0请求输入端，低电平有效）
P3.3
/INT1（外部中断1请求输入端，低电平有效）
P3.4
T0（定时器/计数器0计数脉冲输入端）
P3.5
T1（定时器/计数器1计数脉冲输入端）
P3.6
/WR（外部数据存储器写选通信号输出端，低电平有效）
P3.7
/RD（外部数据存储器读选通信号输出端，低电平有效）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST（9脚）：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG（30脚）：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN（29脚）：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP（31脚）：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1（19脚）：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2（18脚）：
来自反向振荡器的输出。
2、Keil工程的建立
2.1编辑
首先启动Keil软件的集成开发环境，这里假设读者已正确安装了该软件，可以从桌面上直接双击uVision的图标以启动该软件。
UVison启动后，程序窗口的左边有一个工程管理窗口，该窗口有3个标签，分别是Files、Regs、和Books，这三个标签页分别显示当前项目的文件结构、CPU的寄存器及部份特殊功能寄存器的值（调试时才出现）和所选CPU的附加说明文件，如果是第一次启动Keil，那么这三个标签页全是空的。
在项目开发中，并不是仅有一个源程序就行了，还要为这个项目选择CPU（Keil支持数百种CPU，而这些CPU的特性并不完全相同），确定编译、汇编、连接的参数，指定调试的方式，有一些项目还会有多个文件组成等，为管理和使用方便，Keil使用工程（Project）这一概念，将这些参数设置和所需的所有文件都加在一个工程中，只能对工程而不能对单一的源程序进行编译（汇编）和连接等操作，下面我们就一步一步地来建立工程。
图2选择目标CPU
点击“Project->NewProject…”菜单，出现一个对话框，要求给将要建立的工程起一个名字，你可以在编缉框中输入一个名字（设为exam1），不需要扩展名。
点击“保存”按钮，出现第二个对话框，如图2所示，这个对话框要求选择目标CPU（即你所用芯片的型号），Keil支持的CPU很多，我们选择Atmel公司的89C51芯片。
点击ATMEL前面的“+”号，展开该层，点击其中的89C51，然后再点击“确定”按钮，回到主界面，此时，在工程窗口的文件页中，出现了“Target1”，前面有“+”号，点击“+”号展开，可以看到下一层的“SourceGroup1”，这时的工程还是一个空的工程，里面什么文件也没有，需要手动把刚才编写好的源程序加入，点击“SourceGroup1”使其反白显示，然后，点击鼠标右键，出现一个下拉菜单，如图3所示。
选中其中的“AddfiletoGroup”SourceGroup1”，出现一个对话框，要求寻找源文件，注意，该对话框下面的“文件类型”默认为Csourcefile（*.c），也就是以C为扩展名的文件，而我们的文件是以asm为扩展名的，所以在列表框中找不到exam1.asm，要将文件类型改掉，点击对话框中“文件类型”后的下拉列表，找到并选中“AsmSourceFile（*.a51,*.asm），这样，在列表框中就可以找到exam1.asm文件了。
双击exam1.asm文件，将文件加入项目，注意，在文件加入项目后，该对话框并不消失，等待继续加入其它文件，但初学时常会误认为操作没有成功而再次双击同一文件，这时会出现如图4所示的对话框，提示你所选文件已在列表中，此时应点击“确定”，返回前一对话框，然后点击“Close”即可返回主界面，返回后，点击“SourceGroup1”前的加号，会发现exam1.asm文件已在其中。
双击文件名，即打开该源程序。
图3加入文件
2.2Keil的调试命令、在线汇编与断点设置
我们学习了如何建立工程、汇编、连接工程，并获得目标代码，但是做到这一步仅仅代表你的源程序没有语法错误，至于源程序中存在着的其它错误，必须通过调试才能发现并解决，事实上，除了极简单的程序以外，绝大部份的程序都要通过反复调试才能得到正确的结果，因此，调试是软件开发中重要的一个环节，这一讲将介绍常用的调试命令、利用在线汇编、各种设置断点进行程序调试的方法，并通过实例介绍这些方法的使用。
2.3常用调试命令
在对工程成功地进行汇编、连接以后，按Ctrl+F5或者使用菜单Debug->Start/StopDebugSession即可进入调试状态，Keil内建了一个仿真CPU用来模拟执行程序，该仿真CPU功能强大，可以在没有硬件和仿真机的情况下进行程序的调试，下面将要学的就是该模拟调试功能。
不过在学习之前必须明确，模拟毕竟只是模拟，与真实的硬件执行程序肯定还是有区别的，其中最明显的就是时序，软件模拟是不可能和真实的硬件具有相同的时序的，具体的表现就是程序执行的速度和各人使用的计算机有关，计算机性能越好，运行速度越快。
进入调试状态后，界面与编缉状态相比有明显的变化，Debug菜单项中原来不能用的命令现在已可以使用了，工具栏会多出一个用于运行和调试的工具条，如图1所示，Debug菜单上的大部份命令可以在此找到对应的快捷按钮，从左到右依次是复位、运行、暂停、单步、过程单步、执行完当前子程序、运行到当前行、下一状态、打开跟踪、观察跟踪、反汇编窗口、观察窗口、代码作用范围分析、1＃串行窗口、内存窗口、性能分析、工具按钮等命令。
图1调试工具条
学习程序调试，必须明确两个重要的概念，即单步执行与全速运行。
全速执行是指一行程序执行完以后紧接着执行下一行程序，中间不停止，这样程序执行的速度很快，并可以看到该段程序执行的总体效果，即最终结果正确还是错误，但如果程序有错，则难以确认错误出现在哪些程序行。
单步执行是每次执行一行程序，执行完该行程序以后即停止，等待命令执行下一行程序，此时可以观察该行程序执行完以后得到的结果，是否与我们写该行程序所想要得到的结果相同，借此可以找到程序中问题所在。
程序调试中，这两种运行方式都要用到。
使用菜单STEP或相应的命令按钮或使用快捷键F11可以单步执行程序，使用菜单STEPOVER或功能键F10可以以过程单步形式执行命令，所谓过程单步，是指将汇编语言中的子程序或高级语言中的函数作为一个语句来全速执行。
图2调试窗口
按下F11键，可以看到源程序窗口的左边出现了一个黄色调试箭头，指向源程序的第一行，如图2所示。
每按一次F11，即执行该箭头所指程序行，然后箭头指向下一行，当箭头指向LCALLDELAY行时，再次按下F11，会发现，箭头指向了延时子程序DELAY的第一行。
不断按F11键，即可逐步执行延时子程序。
通过单步执行程序，可以找出一些问题的所在，但是仅依靠单步执行来查错有时是困难的，或虽能查出错误但效率很低，为此必须辅之以其它的方法，如本例中的延时程序是通过将D2：
DJNZR6,D2这一行程序执行六万多次来达到延时的目的，如果用按F11六万多次的方法来执行完该程序行，显然不合适，为此，可以采取以下一些方法，第一，用鼠标在子程序的最后一行（ret）点一下，把光标定位于该行，然后用菜单Debug->RuntoCursorline（执行到光标所在行），即可全速执行完黄色箭头与光标之间的程序行。
第二，在进入该子程序后，使用菜单Debug->StepOutofCurrentFunction（单步执行到该函数外），使用该命令后，即全速执行完调试光标所在的子程序或子函数并指向主程序中的下一行程序（这里是JMPLOOP行）。
第三种方法，在开始调试的，按F10而非F11，程序也将单步执行，不同的是，执行到lcalldelay行时，按下F10键，调试光标不进入子程序的内部，而是全速执行完该子程序，然后直接指向下一行“JMPLOOP”。
灵活应用这几种方法，可以大大提高查错的效率。
3系统软件设计
3.1.程序流程图
3.2参考程序
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#defineledP1
sbitbuzzer=P3^7;
sbitswitch1=P3^0;//起始开关
sbitswitch2=P3^1;//停止开关
sbitswitch3=P3^2;//自锁控制开关
sbitsegon1=P3^5;//十位控制开关
sbitsegon2=P3^4;//个位控制开关
voiddelayms（uintj）;//延时函数声明
ucharnumber;
voidmain（）
{
buzzer=0;
EA=1;//开启外部中断0；
EX0=1;
IT0=0;
while
（1）
{
if（switch1==0）//启动开关打开
{
if（switch2==0）//当按下定时开关swithc2时
{
led=0xff;
}
else
{
number=rand（）%256;//随机数放在变量data中
led=number;//显示随机数
delayms（100）;
}
}
else
{
led=0xff;
}
}
}
voiddelayms（uintj）//延时函数
{
uinti;
for（;j>0;j--）
{
i=250;
while（--i）;
i=249;
while（--i）;
}
}
voidint0（）interrupt0
{
EX0=0;
while
（1）
{
if（switch3==1）//暂停开关松开时
{
EX0=1;
break;
}
led=number;
}
}
4系统硬件设计
4.1硬件结构图
4.2电路图
5.硬件调试
5.1硬件实物图
5.2检验是否短路
用万用表检查P2两端是短路。
电阻为0，则短路，电阻为一适值，电路正常。
5.3、电路焊接顺序
焊接的顺序很重要，按功能划分的器件进行焊接，顺序是功能部件的焊接--调试--另一功能部件的焊接，这样容易找到问题的所在。
3、器件功能
1）检查原理图连接是否正确
2）检查原理图与电路图是否一致
3）检查原理图与器件的DATASHEET上引脚是否一致
4）用万用表检查是否有虚焊，引脚短路现象
5）查询器件的DATASHEET，分析一下时序是否一致，同时分析一下命令字是否正确
6）通过示波器对芯片各个引脚进行检查，检查地址线是否有信号的
7）飞线。
用别的的口线进行控制，看看能不能对其进行正常操作，多试验，才能找到问题出现在什么地方。
5.4调试现象
四.心得体会
单片机课程设计很快就结束了，在课程设计的这段时间里，我不仅学到了许多新的知识，而且加深了我对以前学习的理论知识的掌握。
以前我们学的东西仅限于课本，对实实在在的应用还比较模糊，这次课程设计有利于同学们学习目的的明确性和主动性。
通过这次课程设计，我们知道了哪些东西是应该确实掌握的，在学校里，没有实实在在的实习，我们总以为学的东西没太多用，当我们在课程设计过程中了解到我们学的东西是如此重要时，我们学习的积极性有了，目的性提高了。
通过单片机课程设计，我不仅加深了对单片机理论的理解，将理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。
创新，是要我们学会将理论很好地联系实际，并不断地去开动自己的大脑，从为人类造福的意愿出发，做自己力所能及的，别人却没想到的事。
使之不断地战胜别人，超越前人。
同时，更重要的是，我在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不轻易言弃。
设计过程，也好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，也许这就是在对我们提出了挑战，勇敢过，也战胜了，胜利的钟声也就一定会为我们而敲响。
这个设计过程中，我们遇到过许多次失败的考验，就比如，自己对实际生活中的交通秩序的不了解给整个设计带来的困扰，真想要就此罢休，然而，就在想要放弃的那一刻，我们明白了，原来结果并不那么重要，我们更应该注重的是这一整个过程。
于是，我们坚持了下来。
当然最终，这个设计很成功，主要体现在，这一整个系统，几乎没有课本以外的参考书，程序由我们自己独立完成，制作的交通灯控制系统程序简单易读，结构清楚，最重要的是成本低。
在设计一个系统，除了达到所要求的性能指标以外，成本也是很重要的一个指标。
成本的高低也决定了产品的适用性。
升级会员 