基于STC89C52单片机的实验系统开发与设计.docx
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基于STC89C52单片机的实验系统开发与设计
洛阳理工学院
课程设计报告
课程名称单片机原理与应用
设计题目基于STC89C52单片机的实验系统开发与设计
专业计算机科学与技术
班级B120505
学号
姓名
完成日期2014年6月27日
课程设计任务书
设计题目：
基于STC89C52单片机的实验系统开发与设计
一、设计内容
利用STC系列单片机作为微控制器开发一套软、硬件相结合的单片机实验系统，主要包括以下内容：
1.电路原理图设计，主要包括集LCD显示模块、串口通信模块、数码管显示模块、LED发光二极管、键盘等接口电路的设计；
2.学习集成电路等芯片的焊接方法与技巧，进行实际元器件的识别，进行电路板焊接；
3.在KeilC环境下，进行软件设计。
主要包括流水灯、计数器、定时器、LCD字符显示、键盘的控制等功能程序设计；
4.针对所开发的实验板，结合器件选择、原理图设计、硬件焊接、软件编程调试、软硬件联调等方面写出课程设计报告。
二、设计要求
1.完成综合实验系统的电路结构分析，进行模块分解，掌握各部分电路的工作原理；
2.每组协作完成电路板的焊接，掌握故障排除方法，完成实验系统的硬件设计及开发；
3.结合KeiluVision4软件在焊接无误的单片机实验系统上开发出流水灯、计数器、LCD显示等程序；
4.根据分组情况，从硬件、软件方面对学生进行逐一答辩考核；
5.按照要求撰写课程设计论文。
指导教师：
舒云星、李传锋
2014年6月10日
课程设计评语
成绩：
指导教师：
_______________
年月日
基于STC89C52单片机的实验系统开发与设计
摘要
STC单片机在8位的MCS51内核单片机行列中逐渐被认可，在单片机教学实验系统中普遍应用．由于STC单片机问世时间短，大部分写录器不能支持或仅支持它的部分功能．STC单片机在出厂时已经为用户写入程序做了充分的准备，在单片机内部设计了ISP在线下载模块，使得用户可以自行设计程序下载器．但其提供的PC机程序下载软件只能通过Rs232串口下载程序，而目前一般的计算机特别是笔记本大多数没有配置RS232串行接口而只配置了USB串口．为此设计了STC单片机程序下载器，它利用F'1232BM组成串口转换器，将USB串口虚拟成RS232串121，解决了此问题。
TC89C52是S一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有以下标准功能：
8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。
本次课程设计就是利用STC系列单片机作为微控制器开发一套软、硬件相结合的单片机实验平台。
利用STC89C52单片机作为微控制器开发一套软、硬件相结合的单片机实验平台，在KeilC环境下进行软件设计，主要包括流水灯、数码管显示以及LCD显示模块，在Protues中仿真成功，下载到电路板中验证成功。
实现流水灯的跳转显示流动，应用中断实现数码管60之内计数以及LCD显示不同字符的功能。
关键词：
STC单片机，仿真设计，实验系统，计数器，串行通信
ExperimentPlatformDevelopmentDesignBasedon
STCMicrocontroller
ABSTRACT
STCmicrocontrollergraduallybeingrecognizedintheranksofeightMCS51microcontrollercore,theteachingsystemintheSCMcommonlyused.STCmicrocontrollerhasbeenwrittenfortheuserprogramatthefactorymadefullpreparations,theinteriordesignofthemicrocontrollerISPonlinedownloadmoduleallowsuserstodesigntheirownprogramdownloader.ButitprovidesaPCdownloadsoftwareonlythroughRs232serialdownload,andinparticularcurrentgeneralnotebookcomputerisnotconfiguredformostRS232serialinterfaceandonlyequippedwithaUSBport.ForthisdesigntheSTCmicrocontrollerprogramdownloader,whichusesF'1232BMcomposedofserialconverter,USBtoRS232serialvirtualstring121,solvesthisproblem.STC89C52isalow-power,high-performanceCMOS8bitmicrocontrollerwiththefollowingstandardfeatures:
8kbytesofFlash,512bytesofRAM,32digitalI/Olines,Watchdogtimer,built-in4KBEEPROM,MAX810resetcircuit,three16-bittimer/counter,fourexternalinterrupts,a7-vectorinterruptstructure4（compatiblewithtraditional5125vectorinterruptstructure）,full-duplexserialport.ThecurriculumdesignistheuseofSTCSeriesMCUmicrocontrollerdevelopmentasasoftwareandhardwarecombinationofsingle-chipexperimentplatform.
Astheuseofsingle-chipmicrocontrollerSTC89C52developasoftwareandhardwareplatformcombiningsingle-chipexperimentinKeilCenvironmentforsoftwaredesign,includingwaterlights,digitaldisplayandLCDdisplaymodule,thesimulationsuccessfullyProtuesdownloadedtosuccessfullyverifythecircuitboard.Jumptoachievewaterlightsdisplayflowachievedwithintheapplicationinterruptsthecount,and60digitalLCDdisplaydifferentcharacter
.KEYWORDS:
STCmicrocontroller,Simulationdesign,Experimentplatform,Counter,Serialcommunication
前言
单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域的广泛应用。
从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的32位300M的高速单片机。
随着电子技术的发展，单片机在电讯技术、工业控制、汽车自动化、家用电器等领域得到了广泛的应用，而单片机由于其实用性好、可靠性高、便于扩展等特点得到了广泛的应用。
为了更好的学习和应用单片机，可以将经常应用到的单片机外围电路集成到一个学习/开发板上以供使用者方便使用。
同时应提供常用的移植性较好的模块代码（本设计选用C作为源代码的编写工具）。
市场上现存的单片机开发板很多，因此，要求设计尽量能够达到资源丰富、易用性好、设计美观等特点。
而STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
本系统是基于STC89C52单片机的学习开发板，集成了单片机应用过程中常用到的硬件资源，数码管、LCD显示器、流水灯。
为学习和开发单片机产品提供平台。
第1章实验系统概述
1.1设计题目
基于STC89C52单片机的实验系统开发与设计
1.2系统设计目的和内容
1.2.1设计目的
利用学习的知识，编写不同模块的程序。
熟悉理论知识，复习与巩固所学习的知识，并且将所学到的东西，应用到实际的操作过程当中。
1.2.2设计内容
利用STC系列单片机作为微控制器开发一套软、硬件相结合的单片机实验平台，主要包括以下内容：
1.电路原理图设计，主要包括集LCD显示模块、串口通信模块、数码管显示模块、LED发光二极管、键盘等接口电路的设计；
2.学习集成电路等芯片的焊接方法与技巧，进行实际元器件的识别，进行电路板焊接；
3.在KeilC环境下，进行软件设计。
主要包括流水灯、计数器、计数器、LCD字符显示、键盘的控制等功能程序设计；
4.针对所开发的实验板，结合器件选择、原理图设计、硬件焊接、软件编程调试、软硬件联调等方面写出课程设计报告。
1.2.3设计要求
1.完成综合实验平台的电路结构分析，进行模块分解，掌握各部分电路的工作原理；
2.独立完成电路板的焊接，掌握故障排除方法，完成实验平台的硬件设计及开发；
3.结合KeilC软件在焊接无误的单片机实验平台上开发出流水灯、LCD显示模块，通信模块等程序设计；
4.按照要求撰写课程设计论文。
1.2.4设计步骤
1.研究讨论纸质电路图，弄清楚各个元器件的用途及可以实现的功能；
2.根据电路图在开发板上进行焊接；
3.在仿真软件上绘制仿真电路图；
4.根据要实现的功能编写程序，先在仿真软件上运行，无误的话下载到单片机上查看运行效果；
5.根据课程设计的要求撰写实验报告。
第2章整体设计方案
1
2
2.1开发板整体外观
2.2
整板电路PROTUES仿真电路
2.3软件功能描述
1.Protues
Protues软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件。
它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。
它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。
虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。
Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。
迄今为止是世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051，HC11PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33，AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。
在编译方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多种编译.
超过27000种元器件，可方便地创建新元件；智能的器件搜索：
通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件；智能化的连线功能：
自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘图时间；支持总线结构：
使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰；可输出高质量图纸：
通过个性化设置，可以生成印刷质量的BMP图纸，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多种文档使用。
支持主流的CPU类型：
如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430等，CPU类型随着版本升级还在继续增加，如即将支持CORTEX、DSP处理器；支持通用外设模型：
如字符LCD模块、图形LCD模块、LED点阵、LED七段显示模块、键盘/按键、直流/步进/伺服电机、RS232虚拟终端、电子温度计等等，其COMPIM（COM口物理接口模型）还可以使仿真电路通过PC机串口和外部电路实现双向异步串行通信；实时仿真：
支持UART/USART/EUSARTs仿真、中断仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真。
编译及调试：
支持单片机汇编语言的编辑/编译/源码级仿真，内带8051、AVR、PIC的汇编编译器，也可以与第三方集成编译环境（如IAR、Keil和Hitech）结合，进行高级语言的源码级仿真和调试。
2.KeilC51uVision4
KeilC51是美国KeilSoftware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。
Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。
运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。
如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。
2.4仿真软件PROTUES中的效果图
1.流水灯模块
2.LCD显示模块
3.计数器和定时器
第3章硬件电路设计
3.1两位一体共阴数码管
2
3
3.1
3.1.1数码管概述
数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。
共阳极数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极（COM）的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段发光二极管的阴极为高电平时，相应字段就不亮。
共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极（COM）的数码管。
共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。
3.1.2数码管内部结构
led数码管（LEDSegmentDisplays）是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。
led数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。
位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等，led数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。
图2是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。
颜色有红，绿，蓝，黄等几种。
led数码管广泛用于仪表，时钟，车站，家电等场合。
选用时要注意产品尺寸颜色，功耗，亮度，波长等。
下面将介绍常用LED数码管内部引脚图片。
3.1.3两位一体共阴数码管和74LS373锁存器接口电路
3.2LCD1602液晶
3.2.1LCD1602液晶简介
工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。
（16列2行）
1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。
它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。
1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。
其特性：
●3.3V或5V工作电压，对比度可调
●内含复位电路
●提供控制命令如：
清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能
●有80字节显示数据存储器DDRAM
●内建有192个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM
●8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRA
3.2.2LCD1602液晶引脚介绍
1602采用标准的16脚接口，其中：
第1脚：
VSS为电源地
第2脚：
VCC接5V电源正极
第3脚：
V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。
第4脚：
RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。
第5脚：
RW为读写信号线，高电平
（1）时进行读操作，低电平（0）时进行写操作。
第6脚：
E（或EN）端为使能（enable）端,高电平
（1）时读取信息，负跳变时执行指令。
第7～14脚：
D0～D7为8位双向数据端。
第15～16脚：
空脚或背灯电源。
15脚背光正极，16脚背光负极。
3.2.3LCD1602液晶外围接口电路
3.3串口通信
3.3.1串口通讯概述
串口通信（SerialCommunications）的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节。
尽管比按字节（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。
它很简单并且能够实现远距离通信。
比如IEEE488定义并行通行状态时，规定设备线总长不得超过20米，并且任意两个设备间的长度不得超过2米；而对于串口而言，长度可达1200米。
典型地，串口用于ASCII码字符的传输。
通信使用3根线完成，分别是地线、发送、接收。
由于串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。
其他线用于握手，但不是必须的。
串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。
对于两个进行通信的端口，这些参数必须匹配。
3.3.2MAX232接口电路
第4章软件设计
4.1程序整体流程图
4.2程序清单
#include"reg51.h"
unsignedcharled[]={0x7f,0xbf,0xdf,0xef,0xf7,0xfb,0xfd,0xfe};//流水灯花样
charled_mod[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//LED显示字模
unsignedcharname_mod[]="wangzhen";
unsignedcharnum_mod[]="B12050510";
unsignedcharcount=0;
unsignedcharcount1=0;
sbitRS=P1^6;
sbitRW=P1^7;
sbitE=P1^5;
sbitP34=P3^4;
voiddelay（unsignedintcount）//延时1ms
{unsignedchari;
while（count--）
for（i=0;i<120;i++）;
}
key（）interrupt0//流水灯
{unsignedchari;
P2=0xff;
delay（500）;
P2=0x00;
delay（500）;
for（i=0;i<=7;i++）{
P2=led[i];
delay（200）;
}
P2=0xff;
delay（200）;
for（i=7;i>0;i--）
{
P2=led[i];
delay（200）;
}
P2=0xff;
delay（500）;
P2=0x00;
delay（500）;
P2=0xff;
for（i=0;i<=3;i++）
{
P2=0xE7;
delay（200）;
P2=0xC3;
delay（200）;
P2=0x00;
delay（200）;
P2=0xff;
delay（200）;
}}
unsignedcharbusy_check（）//查忙函数
{unsignedcharLCD_status;
RS=0;
RW=1;
E=1;
P2=0x40;
delay
（2）;
P2=0x00;
returnLCD_status;}
voidwcmd（unsignedcharcmd）//写指令
{while（（busy_check（）&0x80）==0x80）;
RS=0;
RW=0;
E=1;
P2=0X40;
P0=cmd;
delay（5）;
P2=0x00;
delay（5）;
}
voidwdat（unsignedchardat）//写数据函数
{while（（busy_check（）&0x80）==0x80）;
RS=1;
RW=0;
E=1;
P2=0x40;
delay（5）;
P0=dat;
P2=0x00;
delay（5）;
}
voidInit_LCD（）//初始化LCD
{wcmd（0x38）;//8位，2行显示，5*7点阵
delay
（1）;
wcmd（0x01）;//清屏
delay
（1）;
wcmd（0x06）;//字符不动，光标右移一位
delay
（1）;
wcmd（0x0e）;//开显示，有光标，字符不闪烁
delay
（1）;}
voidtimer（）interrupt1//计数器T0
{
P2=0x00;//判断送字模
count1++;
P0=led_mod[count1%10];//求模
P2=0x20;
P0=led_mod[count1/10];//整除
delay（1000）;
}
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