单片机课程设计报告63664.docx

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单片机课程设计报告63664

《单片机原理与接口技术》

课程设计报告

设计题目:

基于80C51单片机系统实验板的制作

与程序设计

专业：

电子与信息工程技术

班级：

姓名：

指导教师：

2011年4月

第1节引言………………………………………………………3

第2节系统主要硬件电路设计……………………………………5

第3节系统软件设计………………………………………………10

第4节结束语………………………………………………………11

参考文献

附录

基于80C51单片机系统实验板的制作与程序设计

第1节引言

单片微型计算机简称单片机，又称微控制器（MCU），它的出现是计算机发展史上的一个重要的里程碑，它以体积小、功能全、性价比高等诸多优点独具特色，在工业控制、尖端武器、通信设备、信息处理、家用电器等嵌入式应用领域中独占鳌头。

本次课设采用的STC89C51单片机是51系列单片机的一种代表，目前51系列单片机是国内目前应用最广泛的一种单片机之一。

单片机以其系统硬件构架完整、价格低廉、学生能动手等特点，成为工科学生硬件设计的基础课。

1.1本设计任务和主要内容

本设计以单片机STC89C51为控制核心，由八路LED模块、八路按钮模块、四位一体共阳数显模块、语音模块等部分组成。

可实现花样流水灯、简易电子琴、外部中断控制、时间显示等功能。

要求在将硬件电路准确无误地安装后进行软件调试，至少完成以下三个程序设计及调试任务

1.1.1花样流水灯：

程序循环输出到单片机P1口，控制LED灯从LED1向LED8依次亮，到全部亮然后LED 灯从LED1向LED8依次前进单个亮，类似跑马情形。

1.1.2．简易电子琴：

向蜂鸣器发送一定频率的方波可以使蜂鸣器发出相应的音调，该实验使蜂鸣器发出类似"多来咪发梭拉西"的音调。

1.1．3数码管动态扫描数显：

单片机P1端口用于数码管显示数值，P2端口部分用于选择4位数码管中的一位，从而实现一下现象：

4位数码管从第一位到第四位由0到F依次循环显示

1.2基于80C51单片机系统实验板概述

本次课设所使用的单片机最小系统板包括以下器件：

电源端子（DC+5V），可以USB供电，也可独立电源供电。

通用异步串口,采用MAX232做电平转换。

STC89C51单片机。

各种颜色的LED发光二极管共9个，其中8个接于P1口做LED显示，还有一个做电源灯显示。

四位一体共阳数码管可以实现时钟电路及动态扫描显示。

还有其他电阻电容若干，系统板一个，大按键开关两个，用于中断控制和通信开关。

利用STC51系列特有的ISP在线编程，方便我们初学者的二次开发，省去大量芯片烧写时间。

USB电源线供电和外接供电并存，方便学生在寝室使用.板上提供ISP 接口并将单片机的全部I/O 引脚引出。

51开发板使用ISP 在线下载技术, 直接把程序写到单片机中，使用当前最流行的KEILC51 软件，用户无需再购买任何仿真器或编程器等开发工具，只要有一台计算机，就可以实践学习单片机方面的知识；同时引出的单片机的32个I/O口可全部用于扩展，用户可把自己设计的电路通过这32 个I/O口与单片机连接，方便用户开发自己的产品，最大限度的为用户节约学习成本和加快学习速度。

1.2.1Stc89C51单片机开发板硬件配置情况

1）stc89c51

2）MAX232

3）8个LED灯

4）8个按键

5）4位8段数码管

6）蜂鸣器

7）11.0592M晶振

1.2.2、stc89C51单片机实验板配套实验

1）51开发板预烧程序

2）按键查询

3）按键中断

4）蜂鸣器

5）蜂鸣器音乐

6）花样灯

7）流水灯

8）跑马灯

9）数码管

10）数码管扫描

第2节系统主要硬件电路设计

2.1STC89C51单片机简介

MCS-51是美国Intel公司生产的一系列单片机的总称，包括多个品种，如8031、8051、8751、8032、80C52、8752等。

其中8051是最典型的产品，其他单片机都是在其基础上进行功能增减而来的，所以人们习惯于用8051来称呼MCS-51系列单片机。

Intel公司将MCS-51的核心技术授权给了多家公司，这些厂家生产的单片机在功能上或多或少有些改变，以满足不同的需求，其中美国的ATMEL公司生产的AT89C51是曾经在我国非常流行的51单片机。

当前AT89C51/52已经停产，其替代产品为AT89S51/52。

深圳宏晶公司出品的STC89C51可以直接代替传统的AT89S51和AT89C51芯片，也可以代替菲利普、华帮等其他公司的89C51，由于时代的发展，工艺的进步，STC89C51功能更强，寿命更长（4K字节Flash存储器、128字节片内RAM、支持ISP下载编程）

图2.1STC89c51单片机

单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种微操作的时间基准，时钟信号通常用两种电路形式得到:

内部振荡和外部振荡。

MCS-51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，引脚XTALl和XTAL2分别是此放大电器的输入端和输出端，由于采用内部方式时，电路简单，所得的时钟信号比较稳定，实际使用中常采用这种方式，如图2-2所示在其外接晶体振荡器（简称晶振）或陶瓷谐振器就构成了内部振荡方式，片内高增益反向放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起可构成一个自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。

图2-2中外接晶体以及电容C2和C1构成并联谐振电路，它们起稳定振荡频率、快速起振的作用，其值均为30P左右，晶振频率选11.0592MHz。

为了初始化单片机内部的某些特殊功能寄存器，必须采用复位的方式，复位后可使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初始状态开始正常工作。

单片机的复位是靠外电路来实现的，在正常运行情况下，只要RST引脚上出现两个机器周期时间以上的高电平，即可引起系统复位，但如果RST引脚上持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。

复位后系统将输入/输出（1/0）端口寄存器置为FFH，堆栈指针SP置为07H,SBUF内置为不定值，其余的寄存器全部清0，内部RAM的状态不受复位的影响，在系统上电时RAM的内容是不定的。

复位操作有两种情况，即上电复位和手动（开关）复位。

本系统采用上电复位方式。

图2-2中R9和Cl组成上电复位电路，其值R取为10K,C取为10μF.

图2.2最小系统结构图

2．2电源转换芯片MAX232

Max232产品是由德州仪器公司（TI）推出的一款兼容RS232标准的芯片。

该器件包含2驱动器、2接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。

    该器件符合TIA/EIA-232-F标准，每一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成5-VTTL/CMOS电平。

每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。

下图为MX232双串口的连接图，可以分别接单片机的串行通信口或者实验板的其它串行通信接口：

图2.3max232电平转换电路

2．3四位一体共阳LED数显

8 段数码管属于LED 发光器件的一种，分为8 段：

A、B、C、D、E、F、G、DP，其中DP 是小数点位，还包括一个公共端COM 端。

从电气上，8 段数码管又分为共阴和共阳两种。

共阴指数码管的公共端接负极，而各段接正极；共阳则正好相反。

如果有多个数码管，它们的各段输入一般都分别接在一起，公共端分开。

开发板上采用的是4位一体的共阳数码管。

数码管显示方法可分为静态显示和动态显示两种。

静态显示就是每个数码管的8 段输入各自分开，其COM 口电平一直有效。

它的优点是控制方便，显示稳定，但要占用较多的I/O口。

动态显示的原理是，各个数码管的段输入相应位接在一起，共同占用8 位数据线；公共端分开，利用扫描和人视觉上的短暂停留性，依次给出各个数码管COM 端使能信号，并同时给出各数码管的数据。

它的优点是占用I/O 口少，但控制较静态显示复杂。

一般在数码管较多的情况下都采用动态显示。

本实验板使用的是4位一体的共阳数码管，共12脚，其中8脚公用是8段显示，另4脚是对应于4个数码管。

图2.4四位一体共阳数显电路

2.4LED 灯电路

一般发光二极管的工作电流是十几毫安至几十毫安，正向压降为1.3V-2.5V。

有一些低电流的发光二极管的工作电流可以降至2MA，而亮度与正常发光二极相同，当然价格会高一些。

所有发光二极管在电路中一般都要串一个电阻用来限流。

发光二极管的电流不同，亮度也不同，并且寿命也会受到影响，这个电流通常就是由接入的电阻来调整。

51开发板的发光二极管串联了一个1kΩ的电阻后接在5V 的电压上。

LED 灯电路接在单片机的P1口上。

LED灯的阳极接电源，阴级接单片机的I/0 口，因此是低电平驱动，只要单片机在相应引脚给出低电平，LED 就会发光。

2.5按键电路

实验板按键电路如下图，通过电阻接电源正级，并将按键所接的单片机的I/O口作为输出端。

这样，当按键没有按下时，所有的I/O输出端都是高电平，代表无键按下；当按键按下时，I/O口输出就变成低电平。

由于按键属于机械开关，按动过程不可避免存在抖动的现象。

因此必须去抖动才能避免误判断。

可以在程序中采用软件延时的办法，即每次检测到有键按下时延时20ms 再判断是否按键还是处于按下状态，是则表示确实有键按下，不是则表示是按键误动作。

用户按下按键的时间可以稍微长一点。

2.6蜂鸣器

蜂鸣器俗称喇叭，是广泛应用于各种电子产品的一种元器件，它用于提示、报警、音乐等许多应用场合。

蜂鸣器与家用电器上面的喇叭在用法上也有相似的地方，通常工作电流比较大，电路上的TTL 电平基本上驱动不了蜂鸣器，需要增加一个电流放大的电路才可以，这一点与家用电器中的功放有相似之处。

蜂鸣器使用很方便，电流通过时蜂鸣器就发出响声，只要将蜂鸣器与单片机相连的I/O 口置为低电平，就可以驱动蜂鸣器发声。

第3节实验系统软件设计（写出程序清单）

1.LED程序设计：

试编程按下列顺序要求每隔0.5秒循环操作

（1）从左到右依次点亮，每次增加一个，直至全亮；

（2）从左到右依次暗灭，每次减少一个，直至全灭；

（3）从右向左依次点亮，每次亮一个；

（4）从左到右依次点亮，每次亮一个；

（5）8个发光二极管闪烁三次；

（6）两个二极管前后追逐循环三次；

（7）引入两个按键控制，K1按下停止循环，K2按下继续循环。

2.按键识别程序：

（1）按下某一按键，对应发光二极管点亮，当手松开时发光二极管熄灭；

（2）按下某一按键，发光二极管点亮且蜂鸣器发出对应音阶声响，形成简易电子琴。

3.数码管显示设计练习:

（1）0-9数字递增计数,然后9-0数字递减计数,循环

（2）实现0.0-9.9数字秒表,K0按键暂停,K1按键清零重新计数

第四节结束语

写出此次实训的感受和收获，经验与教训，

为期一周的单片机实训已经圆满结束了，通过这次实训，我对单片机的用途有了一定的了解并且熟悉了单片机各个管脚的功能。

此次实训我做的电路没有取得预期的效果，辜负了老师对我的期望，自己也感觉挺失望的。

在这期间，我深刻地认识到实践操作的重要性，同时理论知识必须与实践操作紧密相结合，两者缺一不可，这也是教学环节中的一个重要环节，只有坚持理论与实践相结合，才能更好的提高自己的动手操作能力，并且可以从中培养自己独立思考问题以及解决问题的能力。

这次实训实现了软件与硬件的有效结合，将书本知识运用到实践中，让我受益匪浅。

单片机的确很重要，我们一定要努力把它学好，以便适应社会的需要。

参考文献

[1]张伟，《单片机原理及应用》，机械工业出版社，2005

[2]张鑫，《单片机原理及应用》，电子工业出版社，2005

[3]曹国清，《数学电路与逻辑设计》,中国矿业大学出版社，2004

[4]任致程，《经典集成电路400例》,机械工业出版社，2002

[5]薛栋梁，《单片机原理及应用》，中国水利水电出版社，2001

[6]吴金戎,沈庆阳等，《8051单片机实践与应用》，清华大学出版社，2001

[7]谢筑森,张辉等，《单片机开发与典型应用设计》，中国科学技术大学出版社，1997

附录

（贴出实验板正面及背面图片）