单片机课程设计.docx
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单片机课程设计
目录
一．前言…………………………………………………………2
二．功能概述……………………………………………………2
三．设计思路……………………………………………………2
四．硬件介绍……………………………………………………3
五．软件程序设计………………………………………………7
六．芯片器件属性………………………………………………8
七．电路图设计…………………………………………………9
八．实物图…………………………………………………11
九．程序调试及感想……………………………………………12
十．汇编程序………………………………………………………13
参考文献…………………………………………………………17
一．前言
近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。
在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。
十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。
那么靠什么来实现这井然秩序呢？
靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。
交通信号灯控制方式很多，在学习了单片机的有关知识之后，运用相关知识来设计完成交通信号灯。
二．功能概述
2.1设计任务：
交通灯的硬件和软件设计
2.2设计目的
1.进一步熟悉和掌握单片机的结构和工作原理。
2.掌握单片机的接口技术及相关外围芯片的外特性，控制方法。
3.通过课程设计，掌握以单片机为核心的电路设计的基本方法和技术，了解有关电路参数的计算方法。
4.通过实际程序设计和调试，逐步掌握模块化程序设计方法和调试技术。
5.通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，为我们今后从事相应工作打下基础。
三．设计思路
交通灯的变化规律
按照常规我们假设一个十字路口为东西南北走向。
初始状态为状态1，南北方向绿灯通车，东西方向红灯。
经过过一段时间（25S）转换状态2，南北方向绿灯闪几次转亮黄灯，延时5S，东西方向仍然红灯。
再转换到状态3，东西方向绿灯通车，南北方向红灯。
过一段时间（25S）转换到状态4，东西方向绿灯闪几次转亮黄等，延时5S，南北方向仍然红灯。
最后循环至南北绿灯，东西红灯。
在这些状态下，有时钟倒数计时。
四．硬件介绍
基础知识
交通灯控制器实例主要使用了89C51单片机的定时器／计数器，基础知识主要包括交通灯的变化规律、定时器／计数器的概念、定时器／计数器的相关寄存器、定时器／计数器的4种工作方式、以及定时器／计数器的变成。
4.1定时器/计数器
定时器／计数器是单片机中最常用、最重要的功能模块之一，本节通过交通灯控制器实例来演示定时器的使用，并复习如何使用散转程序。
首先介绍交通灯以及定时器／计数器的基础知识，接着介绍本实例的硬件电路构成，然后逐步分析定时器的变成以及程序的全貌，最后总结一下本实例的技巧与注意点。
4.2定时器／计数器的概念
89C51单片机内有两个可编程的定时器／计数器T0、T1。
当定时器／计数器用作“定时器”时，每经过1个机器周期（12个时钟周期），计数器加1。
当定时器／计数器用作“计数器”时，计数器在对应的外部输入管脚（T0为P3.4引脚，T1为P3.5引脚）上每发生一次1到0的跳变时加1。
使用“计数器”功能时，外部输入每个机器周期被采样一次。
当某一周期管脚状态采样为高电平而下一周期采样为低电平时，计数器加1。
由于检测下降沿跳变需要两个机器周期（24个时钟周期）的时间，所以技术频率最大值只能为时钟周期的1／24。
计数器对外部输入信号的占空比并无限制，但为了保证给定的电平信号在其改变之前至少被采样一次，外部输入信号必须至少保持一个完整的机器周期。
4.3定时器／计数器的相关寄存器
与定时器／计数器相关的寄存器有定时器／计数器工作方式寄存器（TMOD）、定时器／计数器控制寄存器（TCON）。
TCON已经在2.5节受控输出实例中介绍过，因此，在本例中主要介绍TMOD寄存器。
定时器／计数器工作方式寄存器（TMOD），字节地址89H，不可进行位寻址。
定时器／计数器工作方式寄存器（TMOD）的8位分为两组，高4位控制T1，低4位控制T0。
TMOD每一位的功能如下。
GATE：
门控位。
GATE＝0，仅由运行控制位TRX（X＝0，1）＝1来启动定时器／计数器运行；
GATE＝1，由运行控制位TRX（X＝0，1）＝1和外部中断引脚上的高电平共同来启动定时器／计数器运行。
C／T：
定时器模式和计数器模式选择位。
C／T＝0，为定时器模式；
C／T＝1，为计数器模式。
M1、M0：
工作方式选择位。
M1、M0的4中编码对应4种工作方式，对应关系见表2－10。
4.5定时器／计数器的4种工作方式
定时器／计数器的4种工作方式下的逻辑结构如表所示。
M1
M2
工作方式
0
0
方式0，为13位定时器/计数器
0
1
方式1，为16位定时器/计数器
1
0
方式2，为初值自动重装的8位定时器/计数器
1
1
方式3，仅T0有效，将T0分为两个8位定时器/计数器
（1）方式0。
定时器／计数器的工作方式0称为13位定时器／计数器的。
它由TLX的低5位和TLX的8位构成13位的计数器，此时TLX的高3位未使用。
改工作方式是为了和48系列单片机兼容而设计的一种工作方式，一般情况不使用方式0进行定时／计数。
方式0的控制方式与方式1完全相同，下面重点介绍方式1的控制方式。
（2）方式1
定时器／计数器的工作方式1称为16位定时器／计数器。
它由TLX和THX构成，TLX计数溢出向THX进位，THX计数溢出置位TCON中溢出标志位TFX。
GATE位的状态定时器／计数器运行控制取决于TRX一个条件还是TRX和INTX引脚这两个条件。
当GATE=0时，则只要TRX被置为1，定时器／计数器即被允许计数（定时器／计数器的计数控制仅由TRX的状态确定，TRX=1计数，TRX=0停止计数）。
当GATE=1时，定时器／计数器是否计数由INTX输入的电平和TRX的状态共同确定：
当TRX=1，且INTX=1时，才允许定时器／计数器计数（定时器／计数器的计数控制由TRX和INTX两个条件控制）。
（3）方式2
定时器／计数器的工作方式0和方式1再计数溢出后，计数器的值为0，需要通过程序重新装入计数初值。
定时器／计数器的工作方式1称为初值自动重装的8位定时器／计数器。
在该工作方式下，TLX作为计数器，当TLX计数溢出时，在置1溢出标志TFX的同时，还自动的将THX中的常数送至TLX，使TLX从该常数开始重新计数。
这种工作方式可以省去用户软件中重装常数的程序，简化定时常数的计算方法（确定计数初值），可以相当精确地确定定时时间。
（4）方式3
工作方式3仅对定时器／计数器0有效，在该工作方式之下，定时器／计数器的0被拆成2个独立的定时器／计数器：
TL0、TF1。
TL0使用T0的状态控制C／T、GATE、TR0、INT0，而TH0被固定位一个8位定时器（不能作外部计数方式），并使用定时器／计数器1的状态控制位TR1、和TF1，同时占用定时器T1的中断源。
此时，定时器／计数器1可设定为方式0、方式1和方式2，作为串行口的波特率发生器。
4.5定时器／计数器的编程
（1）初始化
定时器／计数器的初始化编程包括以下几个部分。
根据要求给定时器／计数器方式寄存器（TMOD）送一个方式控制字，以设定定时器／计数器的工作方式。
根据需要给TH和TL寄存器送初值，以确定需要的定时时间或计数的初值。
根据需要给中断允许寄存器（IE）送中断控制字，以开放相应的中断和设定中断优先级。
给TCON寄存器送命令字以启动或禁止定时／计数器的运行。
（2）定时器／计数器初值的计算。
计数器初值：
设计算器的模值位M，所需的计数值为C，计数初值设定为TC，则TC=M-C（M等于2的13次方，16次方，8次方）。
定时器初值：
设定时器的模值为M，需要的定时时间为T，定时器的初值设定为TC，则TC=M-T/t（M等于2的13次方，16次方，8次方）。
五．软件程序设计
六．芯片器件属性
3261BS共阳数码管
74HC245
七．电路图设计
原理图如下
1.时钟电路
在设计时钟电路之前，让我们先了解下51单片机上的时钟管脚：
XTAL1（19脚）：
芯片内部振荡电路输入端。
XTAL2（18脚）：
芯片内部振荡电路输出端。
XTAL1和XTAL2是独立的输入和输出反相放大器，它们可以被配置为使用石英晶振的片内振荡器，或者是器件直接由外部时钟驱动。
图2中采用的是内时钟模式，即采用利用芯片内部的振荡电路，在XTAL1、XTAL2的引脚上外接定时元件（一个石英晶体和两个电容），内部振荡器便能产生自激振荡。
一般来说晶振可以在1.2～12MHz之间任选，甚至可以达到24MHz或者更高，但是频率越高功耗也就越大。
在本实验套件中采用的11.0592M的石英晶振。
和晶振并联的两个电容的大小对振荡频率有微小影响，可以起到频率微调作用。
当采用石英晶振时，电容可以在20～40pF之间选择（本实验套件使用30pF）；当采用陶瓷谐振器件时，电容要适当地增大一些，在30～50pF之间。
通常选取33pF的陶瓷电容就可以了。
另外值得一提的是如果读者自己在设计单片机系统的印刷电路板（PCB）时，晶体和电容应尽可能与单片机芯片靠近，以减少引线的寄生电容，保证振荡器可靠工作。
检测晶振是否起振的方法可以用示波器可以观察到XTAL2输出的十分漂亮的正弦波，也可以使用万用表测量（把挡位打到直流挡，这个时候测得的是有效值）XTAL2和地之间的电压时，可以看到2V左右一点的电压。
2.复位电路
在单片机系统中，复位电路是非常关键的，当程序跑飞（运行不正常）或死机（停止运行）时，就需要进行复位。
MCS-5l系列单片机的复位引脚RST（第9管脚）出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。
如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。
复位操作通常有两种基本形式：
上电自动复位和开关复位。
图2中所示的复位电路就包括了这两种复位方式。
上电瞬间，电容两端电压不能突变，此时电容的负极和RESET相连，电压全部加在了电阻上，RESET的输入为高，芯片被复位。
随之+5V电源给电容充电，电阻上的电压逐渐减小，最后约等于0，芯片正常工作。
并联在电容的两端为复位按键，当复位按键没有被按下的时候电路实现上电复位，在芯片正常工作后，通过按下按键使RST管脚出现高电平达到手动复位的效果。
一般来说，只要RST管脚上保持10ms以上的高电平，就能使单片机有效的复位。
图中所示的复位电阻和电容为经典值，实际制作是可以用同一数量级的电阻和电容代替，读者也可自行计算RC充电时间或在工作环境实际测量，以确保单片机的复位电路可靠。
3.EA/VPP（31脚）的功能和接法
51单片机的EA/VPP（31脚）是内部和外部程序存储器的选择管脚。
当EA保持高电平时，单片机访问内部程序存储器；当EA保持低电平时，则不管是否有内部程序存储器，只访问外部存储器。
对于现今的绝大部分单片机来说，其内部的程序存储器（一般为flash）容量都很大，因此基本上不需要外接程序存储器，而是直接使用内部的存储器。
在本实验套件中，EA管脚接到了VCC上，只使用内部的程序存储器。
这一点一定要注意，若EA管脚悬空，从而导致程序执行不正常。
八．实物图
九．程序调试及感想
程序调试过程中，出现过点问题。
首先焊好电路我马上把之前已经用手写好的程序下载进去。
结果整个系统没有反应。
我然后用C语言来调试，因为C比较好检查错误。
先从点亮一盏灯开始，再到一步步的点亮数码管。
但我的数码管出现过错误，就是有一段d不能亮，然后我又反复检测是不是自己程序编码错了，还有焊接焊错了，都没有结果。
后来我一步步的把不能亮的d段写下来，如9,5,3的d段不能亮，但8,0的d段能亮，我又排除了是数码管的坏的问题。
认真检查程序也排除了是程序的问题。
剩下的是硬件问题。
比较能亮和不能量的d段，发现e段亮d段就亮，e段灭d段也灭，所以我肯定是e和d短路了，但是肉眼看不出，而且用万用表也不好检测的，因为万用表要用手去碰接的，手微抖就很松的断开了。
所以我用电烙铁推开了e和d，重新焊好，问题解决了。
还有就是晶振要尽量靠近单片机，可以减少干扰。
调试过程也出现数码管不够亮，而且我用的74hc245驱动数码管，我本来就是XX看到有人说数码管要驱动，所以我不管太多就加上了74hc245，但我用的是共阳的2位数码管。
而在245输出只用到低电平，而数码管的公共端我接在P3口上，我后来才发现245芯片是多余的，因为我不是用共阴的数码管，只要把数码管的公共端接在三极管作开关作用的VCC上，电流就很大就能驱动数码管很亮。
所以我接的245是多余的，还有原先打算每个数码管的每一段对应一个电阻，还有每一个二极管灯接一个电阻，都做限流作用。
后来我发现手工很难焊，然后我把这些端接在一起共用一个电阻，从而节省了点点功夫。
程序我用C写出并下载没有问题后，我再用李老师要求的我们用的汇编写，很快就写出了，并下载运行正常。
因为汇编和C都差不多，只要把汇编的转移指令用好其实和C也是一样的了。
十．汇编程序
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG000BH
LJMPINTT0
ORG100H
MAIN:
CLREA
MOVTMOD,#01
MOVTH0,#3CH
MOVTL0,#0B0H
MOVR7,#0
MOVR6,#0
SETBTR0
SETBET0
SETBEA
SJMP$
ORG200H
INTT0:
MOVTH0,#3CH
MOVTL0,#0B0H
INCR6
MOVB,#61
MOVA,R7
DIVAB
MOVR7,B
MOVA,R6
CJNEA,#20,PANDUAN
INCR7
MOVR6,#0
PANDUAN:
CLRC
MOVA,#24
SUBBA,R7
JCE25
MOVP2,#1EH
SJMPSHUMA
E25:
CLRC
MOVA,#27
SUBBA,R7
JCE28
MOVP2,#1DH
SJMPSHUMA
E28:
CLRC
MOVA,#29
SUBBA,R7
JCE30
MOVP2,#1BH
SJMPSHUMA
E30:
CLRC
MOVA,#54
SUBBA,R7
JCE55
MOVP2,#33H
SJMPSHUMA
E55:
CLRC
MOVA,#57
SUBBA,R7
JCE58
MOVP2,#2BH
SJMPSHUMA
E58:
MOVP2,#1BH
SHUMA:
MOVA,R7
MOVB,#10
DIVAB
MOVDPTR,#TAB1
MOVP3,#3EH
MOVCA,@A+DPTR
MOVP1,A
MOVR4,#40
MOVR5,#10
DE:
DJNZR4,LAY
LAY:
DJNZR5,$
MOVA,R4
JNZDE
MOVDPTR,#TAB2
MOVP3,#01H
MOVA,B
MOVCA,@A+DPTR
MOVP1,A
RETI
TAB1:
DB48H,0F3H,81H,48H,0F3H,81H,48H,0F3H,81H
TAB2:
DB20H,00H,0F1H,04H,24H,33H,61H,48H,0F3H,81H
END
参考文献
单片机原理与接口技术编著：
肖金球
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