多台设备自动循环控制系统单片机课程设计报告.docx
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多台设备自动循环控制系统单片机课程设计报告
1.课题目的和意义
目的：
本课题为“多台设备自动循环控制”，目的在于用发光二极管模拟工厂里的机器设备，通过编程控制8052系列单片机，让这些设备按照要求循环运行。
意义：
1有助于加深我们对操作系统这门课程的理解，我们在课堂上学的都是基础理论知识，对于如何用程序语言来描述所学知识还是有一定难度。
通过课程设计，我们可以真正理解其内涵。
2.有利于我们逻辑思维的锻炼，程序设计能直接有效地训练学生的创新思维、培养分析问题、解决问题能力。
即使是一个简单的程序，依然需要学生有条不理的构思。
3.有利于培养严谨认真的学习态度，在程序设计过程里，当我们输入程序代码的时候，如果不够认真或细心，那么可能就导致语法错误，从而无法得出运行结果。
那么，这个我们反复调试，反复修改的过程，其实也是对我们认真严谨治学的一个锻炼。
2.方案的论证
设计任务
用单片机控制二极管（代替现实设备），使其按要求循环运行。
设计要求
1.用8只发光二极管代替8台设备，接在P1口上。
和为控制口，用导线连接开关，用开关控制设备的运行与停止。
3.没有按钮按下时，8台设备全部运行，按钮按下时8只发光二极管以0、1、23、4、5、6、7、5、3、1、7、5、3、1、7为一个过程开始循环运行，当按钮按下时8只发光二极管全部点亮。
创新部分
用一只8段LED数码管同步显示正在运行的设备的编号。
各部分元器件选用方案论证
单片机的选用
本课题由于要求使用8052系列单片机，故在此系列中选择。
市场上现使用较多的52系列单片机有Atmel公司生产的AT89C52、AT89S52，以及STC公司生产的STC89C52、STC89S52，对比两家公司的产品可知，STC公司的产品可多次擦写，一个机械周期只要6个时钟周期，且支持USB在线读写，处理速度优于Atmel公司生产的产品。
所以对比后选择使用STC89C52单片机芯片。
显示元器件的选用
通过学习和调查市场行情，我们发现，能够用来做显示器使用的有8段数码管、液晶显示屏以及点阵模块等。
其中，八段数码管成本低廉、使用方便、显示明亮，适合显示位数少、线路不复杂的电路；液晶显示屏价格较高，引线较多，不但可以显示数字还能显示文字，可显示范围广，一般多用于需要显示文字或字母的电路；点阵模块不适合做静态显示。
因为本课题只需要控制8台设备，位数少且用数码管显示方便，所以我们的显示元器件选用8段LED数码管。
限流电阻的选用
由于本课题要求在P1口控制8只LED发光二极管，故需要选用限流电阻来限制流过发光二极管的电流，若选用电阻过小，则二极管容易因过流而烧掉，若选用电阻过大，则二极管容易因电流过小而发光暗淡，所以选用电阻不能太大或太小。
查阅发光二极管各项参数后发现，发光二极管正常发光时电流约为10mA，发光二极管导通电阻很小可忽略不计，则根据公式R=（E-U）/I-R0可算出，限流电阻阻值在500Ω左右。
故选用阻值为５１０Ω的电阻。
电源的选用
要想使单片机正常运行，可靠、稳定的电源必不可少，在以往的电子设计中，我们一般制作5V电源，这样可以选择用变压器降日常所用２２０Ｖ电压降至５Ｖ供我们所用，但此方法耗时且需要更多成本故放弃。
因为我们一般都用到笔记本做课程设计，所以我们选择ＵＳＢ烧录器作为电源。
其他元器件的选用
在确定了单片机芯片、8段LED数码管、限流电阻、电源后，我们还确定选用8只直径３mm的LED发光二极管、3只按钮、排针、排阻、导线若干以及用于单片机最小系统的电容、晶振、电阻等。
3.系统硬件设计
总体设计
总体设计框架图如图3-1所示：
图3-1
本设计采用STC89C52RC单片机作为系统控制芯片，单片机接收INT0、RXD传来的中断信号并转变为对8台设备的控制，以8段LED数码管为显示模块，将正在运行的设备编号同步地显示出来，在控制电路中，主要是由两个按钮来指挥设备的运行方式。
单片机最小系统
最小系统包括晶振电路、复位电路和电源部分。
图3-2为单片机最小系统。
图3–2单片机最小系统电路图
中断控制模块
中断控制模块如图3-3所示。
图3–3中断控制模块
该模块主要由两个按钮组成，其中一个按钮与口相连，另一按钮与口相连，两个按钮的公共端接地。
当按钮被按下时，与该按钮所接的单片机端口变为低电平，信号传入单片机内，申请中断。
单片机将响应中断，根据中断程序控制8台设备的运行方式。
设备模块
设备模块如图3-4所示。
图3–4设备模块
设备模块主要由8只LED发光二极管代替工业现场的8台设备，通过控制发光二极管的亮暗方式从而达到模拟控制工业现场8台设备的目的。
8只发光二极管分别于一只500Ω的电阻串联，电阻起限流作用，防止发光二极管因电流过大而烧掉，也防止可能因电流过小而无法正常显示。
每只电阻除与发光二极管相连外，另一端与单片机对应P0口相连，从而被单片机所控制。
8只发光二极管有一公共端，且接高电平。
当P0口输出低电平时，对应的发光二极管点亮。
显示模块
显示模块如图3-5所示。
图3–5显示模块
该模块主要由102排阻和一只8段LED数码管组成。
P0口为双向I/o口，要想保证端口能正确地输出高电平，需要在外部加上拉电阻，故使用102排阻作为上拉电阻。
在单片机处于输出状态时排阻将P0口电位拉高。
由于共阳极数码管使用时需加驱动电路，增加了电路的复杂度和成本，故我们选用共阴极数码管，其公共端接地。
在实际使用时，共阳、共阴极数码管需要用万用表进行区分，且编程时显示代码亦不相同，在这里须注意。
整体电路
系统整体电路如图3-6所示。
图3–6整体电路图
4.系统软件设计
主程序流程图及程序
主程序如下：
#include<>
硬件联调
软硬件调试中出现的问题及解决措施
◎问题1：
将USB烧写器尾部的短路帽子摘掉后插上电脑，程序无法烧写进芯片。
解决措施：
将烧写器的RX线与芯片上的TXD相连，TX线与芯片上RXD相连后，程序即可烧写进去。
◎问题2：
数码管焊接在万能板上后，在8只LED发光二极管正常运行情况下，数码管无法同步正常显示。
解决措施：
用万用表重新测量数码管的参数后发现勿用了共阳极数码管，在重新换上共阴极数码管后即可。
◎问题3：
数码管显示出的数字是乱码。
解决措施：
检查程序后发现参考代码是用于共阳极数码管的，在更改为共阴极数码管程序后即可。
◎问题4：
LED发光二极管发光暗淡。
解决措施：
自己原配的限流电阻过大，换用学校发的500Ω电阻后，发光强度刚好。
◎问题5：
使用AltiumDesigner软件画PCB时找不到目标元件如排针、排阻、STC89C52单片机、晶振相对应的元件库或封装。
解决措施：
用其他元件库代替目标元件，实在无法代替的自己制作元件库或封装。
◎问题6：
将PCB图中的导线加粗后始终显示绿色错误状态。
解决措施：
在菜单栏的Design下点击Rules→Routing→Width→Width，在Constraints栏中修改MaxWidth和PreferredWidth两个值即可。
实物图
万能板搭电路并测试正确后的实物图如图5-1、图5-2所示。
图5–1实物图（正面）图5–2实物图（背面）
运行结果
运行效果如图5-3所示。
图5–3运行效果图
结束语
经过10多天的设计与制作，我终于较圆满地完成了《多台设备自动循环控制》这一课题。
虽然整体看来，一个不怎么复杂的电路花了10多天时间，效率比较低下，但对于第一次经历这种完整的过程的我来说，其结果还是令人欣慰的。
从设计电路到仿真，再到购买元器件，在万能板上搭电路模拟，到用软件画PCB图，再到发送原理图给印制电路板厂家生产PCB板，最终再在做好的PCB板上焊元器件直至完工，其中的艰辛只有我们团队的同学们能够体会得到。
我们首先要感谢陆广平老师对我们的悉心指导，她对我们的课题给予了较为详细的讲解，对我们的元器件选择给予了帮助，作为个人，我要感谢我的同学，正是由于每一个人的共同努力才有了我们最终的结果。
单片机是很重要的一门课程，老师和一些工作的朋友都曾说过，如果学好一门单片机，就凭这个技术这门手艺找一个好工作也不成问题。
尽管我们在课堂学到的内容很有限，但在以后的学习中单片机还需要好好的深入研究和学习，学好了单片机也就多了一项生存的本钱。
最后感谢老师对我们的精心指导和帮助，感谢同学们对我的帮助。
课题终究会结束，但我们的单片机生涯才刚刚开始，今后一定还将遇到更复杂的课题和更难以解决的问题，我相信，只有依靠团队的力量，我们才能取得成功，只有依靠坚忍不拔的毅力我们才能战无不胜！
参考文献
1.《单片机控制实训指导及综合应用实例》张大明主编机械工业出版社
2.《单片机原理及应用技术》陈益飞主编国防工业出版社
3.《AltiumDesigner原理图与PCB设计》周润景张丽敏王伟编著电子工业出版社
4.《电工电子实习教程》（第3版）宋学瑞主编中南大学出版社
5.《基于Proteus的8051单片机实例教程》李学礼主编电子工业出版社
6.《Proteus教程——电子线路设计、制版与仿真》朱清慧张凤蕊翟天嵩王志奎编著清华大学出版社
7.《21天学通C语言》王正仲等编著电子工业出版社
8.《新概念51单片机C语言教程——入门、提高、开发、拓展全攻略》郭天翔编著电子工业出版社
9.《电子线路CAD实用教程》（第3版）潘永顺沙河编著西安电子科技大学出版社
附录
附录一：
多台设备自动循环控制系统设计电路原理图（图附录-1）
图附录–1多台设备自动循环控制系统设计电路原理图
附录二：
Proteus仿真效果图（图附录-4）
图附录–4Proteus仿真效果图
附录三：
多台设备自动循环控制系统设计C语言程序清单
#include<>//包含52系列单片机头文件
#include<>//包含左右移函数的头文件
#defineucharunsignedchar
ucharcodeDSY_CODE[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//共阴0~9显示
uchardataflag;//设标志位
inti,y;
sbitaa=P3^0;//口为循环控制位，低电平时各设备循环运行
sbitbb=P3^2;//口为全部工作位，低电平时所有设备均运行
voiddelay（y）//延时子程序
{
intz;
while（y--）
{
for（z=120;z>0;z--）
if（flag==0）break;//主程序运行过程中当产生中断时跳出延时子程序
}
}
voidint0（）interrupt0//外部中断0
{
P1=0x00;
P0=0x7f;
flag=0;
while（aa）;//只有口为低电平时才跳出中断
}
voidmain（）
{
uchark;
IE=0x81;//EA=1开总中断;Ex0=1开外部中断0;
P1=0x00;
P0=0x7f;
SP=0x7B;//堆栈指针复位
while（aa）;//当所接按钮按下时开始对设备循环控制
while
（1）//若外部中断不产生，则一直不跳出该部分
{
flag=1;
if（flag==0）
{break;}
P1=0x7f;
for（i=8;i>0;i--）
{
P1=_crol_（P1,1）;//左移函数
k=P1;
switch（k）//数码管显示正在运行的设备编号
{
case0xfe:
P0=0x06;break;
case0xfd:
P0=0x5b;break;
case0xfb:
P0=0x4f;break;
case0xf7:
P0=0x66;break;
case0xef:
P0=0x6d;break;
case0xdf:
P0=0x7d;break;
case0xbf:
P0=0x07;break;
default:
P0=0x7f;break;
}
delay（500）;
}
for（i=8;i>0;i--）
{
P1=_cror_（P1,2）;
k=P1;
switch（k）
{
case0xfe:
P0=0x06;break;
case0xfd:
P0=0x5b;break;
case0xfb:
P0=0x4f;break;
case0xf7:
P0=0x66;break;
case0xef:
P0=0x6d;break;
case0xdf:
P0=0x7d;break;
case0xbf:
P0=0x07;break;
default:
P0=0x7f;break;
}
delay（500）;
}
}
}
附录四：
多台设备自动循环控制系统设计元器件目录表
序号
元器件名称
数量
１
STC89C52单片机
1块
２
8段1位LED数码管
1个
３
红色蓝光LED发光二极管
8只
４
５１０Ω限流电阻
8只
５
1kΩ电阻
1只
６
102排阻
1个
７
12M晶振
1个
８
30pF电容
2只
９
10μF电解电容
1只
１０
排针、导线
若干
１１
轻触按钮
3个
升级会员 