单片机课程设计.docx

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单片机课程设计

目录

一、课题要求简介…………………………………………1

二、有关中断知识点回顾…………………………………6

三、设计方案………………………………………………7

四、硬件电路设计…………………………………………15

五、软件程序设计…………………………………………18

六、设计心得与体会………………………………………19

一、课题要求简介

设计要求：

以MCS51单片机为核心，辅以外围接口电路，实现一个外部中断响应、控制设计。

要求对外部4个硬件中断请求信号（下降沿信号），单片机能实时响应，并通过一位数码管分别显示1、2、3、4来反映中断信号来源。

控制软件设计与调试，包括中断系统相关初始化功能的设计、中断响应功能的实现以及显示程序的设计等。

二、有关中断知识点回顾

1.中断的定义

中断是指计算机暂时停止原程序执行转而为外部设备服务（执行中断服务程序），并在服务完后自动返回原程序执行的过程。

中断由中断源产生，中断源在需要时可以向CPU提出“中断请求”。

“中断请求”通常是一种电信号，CPU对这个电信号进行检测，一旦响应便可自动转入该中断源的中断服务程序执行，并在执行后自动返回原程序继续执行。

而且中断源不同，中断服务程序的功能也不同。

2.单片机的中断服务程序入口地址

表格2-1中断服务程序入口

3.中断请求源

图2-2中断请求

由图可见，MCS51中断系统共有5个中断请求源：

INT0*——外部中断请求0，中断请求信号由INT0*引脚输入，中断请求标志为IE0。

INT1*——外部中断请求1，中断请求信号由INT1*引脚输入，中断请求标志为IE1。

定时器/计数器T0计数溢出发出的中断请求，中断请求标志为TF0。

定时器/计数器T1计数溢出发出的中断请求，中断请求标志为TF1。

串行口中断请求，中断请求标志为发送中断TI或接收中断RI。

5个中断请求源的中断请求标志分别由TCON和SCON的相应位锁存。

4.TCON寄存器

为定时器/计数器的控制寄存器，字节地址为88H，可位寻址。

特殊功能寄存器TCON的格式如图所示。

图2-3TCON寄存器

TCON各标志位功能如下：

①TF1—定时器/计数器T1的溢出中断请求标志位。

当T1计数产生溢出时，由硬件使TF1置“1”，向CPU申请中断。

CPU响应TF1中断时，TF1标志由硬件自动清“0”，TF1也可由软件清“0”。

②TF0—定时器/计数器T0的溢出中断请求标志位，功能与TF1类似。

③IE1—外部中断请求1的中断请求标志位。

④IE0—外部中断请求0中断请求标志位，功能与IE1类似。

⑤IT1—选择外部中断请求1为跳沿触发还是电平触发。

IT1=0，电平触发方式，引脚上低电平有效，并把IE1置“1”。

转向中断服务程序时，由硬件自动把IE1清“0”。

IT1=1，跳沿触发方式，加到引脚上的外部中断请求输入信号电平从高到低的负跳变有效，并把IE1置“1”。

转向中断服务程序时，由硬件自动把IE1清“0”。

⑥IT0—选择外部中断请求0为跳沿触发方式还是电平触发方式，其意义与IT1类似。

5.SCON寄存器

串行口控制寄存器，字节地址为98H，可位寻址。

低二位锁存串行口的发送中断和接收中断的中断请求标志TI和RI，格式如图5-4所示。

图2-4SCON寄存器

各标志位的功能：

①TI—串行口的发送中断请求标志位。

每发送完一帧串行数据后，TI自动置“1”。

TI标志必须由软件清“0”。

②RI—串行口接收中断请求标志位。

串行口接收完一个串行数据帧，硬件自动使RI中断请求标志置“1”。

必须在中断服务程序中用指令对RI清“0”。

6.中断允许寄存器IE

MCS51的对各中断源的开放或屏蔽，是由中断允许寄存器IE控制的。

IE字节地址为A8H，可位寻址，格式如图所示。

图2-4中断允许寄存器IE

IE对中断的开放和关闭实现两级控制。

有一个总的开关中断控制位EA（IE.7位），EA=0时，所有的中断请求被屏蔽；EA=1时，开放中断，但5个中断源的中断请求是否允许，还要由IE中的低5位所对应的5个中断请求允许控制位的状态来决定。

IE中各位功能如下：

（1）EA—中断允许总开关控制位。

EA=0，所有的中断请求被屏蔽。

EA=1，所有的中断请求被开放。

（2）ES——串行口中断允许位。

ES=0，禁止串行口中断。

ES=1，允许串行口中断。

（3）ET1——定时器/计数器T1的溢出中断允许位。

ET1=0，禁止T1溢出中断。

ET1=1，允许T1溢出中断。

（4）EX1——外部中断1中断允许位。

EX1=0，禁止外部中断1中断。

EX1=1，允许外部中断1中断。

（5）ET0——定时器/计数器T0的溢出中断允许位。

ET0=0，禁止T0溢出中断。

ET0=1，允许T0溢出中断。

（6）EX0——外部中断0中断允许位。

EX0=0，禁止外部中断0中断。

EX0=1，允许外部中断0中断。

7.中断应用步骤及中断初始化

中断初始化应在产生中断请求前完成，一般放在主程序中，并常与主程序初始化综合考虑一起进行。

①开中断。

将控制寄存器IE中的中断控制位EA和相应的中断允许控制位置“1”。

②若是外中断，则要定义外中断触发方式，将控制寄存器TCON中相关的控制位置“1”。

③定义中断优先级。

将中断优先级控制寄存器IP中相关的控制位置“1”。

中断服务程序中除包含中断处理的程序段外，还包括以下几个方面的内容，编程时予以注意。

在相应的中断入口地址处设置一条跳转指令（SJMP、AJMP或LJMP），将中断服务程序转到合适的ROM空间。

若中断服务程序长度不大于8个字节时，可直接放置在中断入口地址处。

现场保护。

为减轻堆栈负担，保护现场的数据存储单元数量力求少。

CPU响应中断后，其硬件不能自动清除其中断请求标志位时，应考虑清除中断请求标志位的其他操作。

恢复现场最后一条指令必须是中断返回指令RETI。

8.有关单片机类型的引脚的介绍

（1）VCC（40脚）：

+5V电源。

（2）VSS（20脚）：

数字地。

（3）XTAL1（19脚）：

片内振荡器反相放大器和时钟发生器电路输入端。

用片内振荡器时，该脚接外部石英晶体和微调电容。

外接时钟源时，该脚接外部时钟振荡器的信号。

（4）XTAL2（18脚）：

片内振荡器反相放大器的输出端。

当使用片内振荡器，该脚连接外部石英晶体和微调电容。

当使用外部时钟源时，本脚悬空。

（5）RST（RESET，9脚）：

复位信号输入，在引脚加上持续时间大于2个机器周期的高电平，可使单片机复位。

正常工作，此脚电平应≤0.5V。

当看门狗定时器溢出输出时，该脚将输出长达96个时钟振荡周期的高电平。

（6）EA*/VPP（31脚）：

引脚第一功能：

外部程序存储器访问允许控制端。

EA*=1，在PC值不超出0FFFH（即不超出片内4KBFlash存储器的地址范围）时，单片机读片内程序存储器（4KB）中的程序，但PC值超出0FFFH（即超出片内4KBFlash地址范围）时，将自动转向读取片外60KB（1000H-FFFFH）程序存储器空间中的程序。

EA*=0，只读取外部的程序存储器中的内容，读取的地址范围为0000H～FFFFH，片内的4KBFlash程序存储器不起作用。

VPP：

引脚第二功能，对片内Flash编程，接编程电压。

（7）ALE/PROG*（30脚）：

ALE为CPU访问外部程序存储器或外部数据存储器提供地址锁存信号，将低8位地址锁存在片外的地址锁存器中。

此外，单片机正常运行时，ALE端一直有正脉冲信号输出，此频率为时钟振荡器频率fosc的1/6。

可用作外部定时或触发信号。

注意，每当AT89S51访问外部RAM时（执行MOVX类指令），要丢失一个ALE脉冲。

如需要，可将特殊功能寄存器AUXR（地址为8EH，将在后面介绍）的第0位（ALE禁止位）置1，来禁止ALE操作，但执行访问外部程序存储器或外部数据存储器指令“MOVC”或“MOVX”时，ALE仍然有效。

即ALE禁止位不影响对外部存储器的访问。

PROG*:

引脚第二功能，对片内Flash编程，为编程脉冲输入脚。

（8）PSEN*（29脚）：

片外程序存储器读选通信号，低电平有效。

（9）①P0口：

8位，漏极开路的双向I/O口，当外扩存储器及I/O接口芯片时，P0口作为低8位地址总线及数据总线的分时复用端口。

P0口也可用作通用的I/O口，需加上拉电阻，这时为准双向口。

作为通用I/O输入，应先向端口写入1。

可驱动8个LS型TTL负载。

②P1口：

8位，准双向I/O口，具有内部上拉电阻。

准双向I/O口，作为通用I/O输入时，应先向端口锁存器写1。

P1口可驱动4个LS型TTL负载。

P1.5/MOSI、P1.6/MISO和P1.7/SCK，可用于对片内Flash存储器串行编程和校验，它们分别是串行数据输入、输出和移位脉冲引脚。

③P2口：

8位，准双向I/O口，具有内部上拉电阻。

当AT89S51扩展外部存储器及I/O口时，P2口作为高8位地址总线用，输出高8位地址。

P2口也可作为普通的I/O口使用。

当作为通用I/O输入时，应先向端口输出锁存器写1。

P2口可驱动4个LS型TTL负载。

④P3口：

8位，准双向I/O口，具有内部上拉电阻。

可作为通用的I/O口使用。

作为通用I/O输入，应先向端口输出锁存器写入1。

可驱动4个LS型TTL负载。

图2-5单片机

三、设计方案

1、概述

设计包括硬件和软件两个部分。

就电路而言，即硬件由单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成，因实验箱上已经含有各部分电路，只需用导线对其进行正确的连接即可。

软件是各种工作程序的总称，通过硬件和软件实现设计需求。

 系统上电运行后，若需要复位，一般是通过手动复位来实现的。

通常采用手动复位和上电自动复位结合。

复位电路虽然简单，但其作用十分重要。

一个单片机系统能否正常运行，首先要检查是否能复位成功。

初步检查可用示波器探头监视RST引脚，按下复位键，观察是否有足够幅度的波形输出（瞬时的），还可以通过改变复位电路阻容值的方法进行检测。

2.Keil C51开发系统基本知识 

图3-1keilc51的运行程序

系统概述 ：

Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。

用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。

Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。

另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。

在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。

下面详细介绍Keil C51开发系统各部分功能和使用。

 Keil C51单片机软件开发系统的整体结构 C51工具包的整体结构，其中uVision与Ishell分别是C51 for Windows和for Dos的集成开发环境（IDE），可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。

开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。

然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件（.OBJ）。

目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件（.ABS）。

ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。

使