单片机课程设计报告完整版word.docx
《单片机课程设计报告完整版word.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机课程设计报告完整版word.docx（38页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
单片机课程设计报告完整版word
目录
第一章系统概要1
1.1系统背景1
1.2系统功能框图1
第二章系统硬件设计2
2.1系统原理图2
2.2单片机（MCU）模块2
2.2.1MC908GP32单片机性能概述2
2.2.2内部结构简图与引脚功能3
2.2.3GP32最小系统4
2.3传感器模块4
2.4信号放大模块5
2.5A/D转换模块5
2.5.1进行A/D转换的基本问题5
2.5.2A/D转换模块的基本编程方法5
2.5.3A/D芯片TCL2543概述6
2.6串行通信模块8
2.6.1串行通信常用概念8
2.6.2RS-232C总线标准9
2.6.3串口通信的主要功能10
第三章系统软件设计10
3.1MCU方（C）程序10
3.1.1系统主函数模块11
3.1.2GP32系统初始化程序11
3.1.3A／D转换模块12
3.1.4串行口初始化子程序15
3.1.5串口通行程序段15
3.2PC方（VB）程序17
3.3PC方（VB）程序19
3.4PC方界面24
第四章系统测试25
第五章总结展望25
5.1总结25
5.2展望25
参考文献25
第一章系统概要
1.1系统背景
随着电子技术和微型计算机的迅速发展，单片机应用与控制技术得到了迅速的发展和广泛的应用。
温度则是系统常需要测量、控制和保持的一个量。
本设计的目的是以MC908GP32单片机为核心设计出一个温度测量采样传感系统。
具体设计是将温度传感器采样得到的模拟信号转换成数字信号，通过串口在PC的界面显示出来。
用温度传感器将被测温度转换为电量，经过放大滤波电路处理后，由模数转换器将模拟量转换为数字量，再与单片机相连，通过可编程键盘显示接口芯片实现温度限值的设定。
.被测量经过温度传感器转换为电量，再放大后送给A/D转换器。
电量经过A/D转换为二进制数值，单片机根据设计目的完成相应的软件处理。
处理完毕后，送键盘显示处理芯片，然后再由数码管显示。
一个完整的A/D转换过程中，必须包括取样、保持、量化与编码等几部分电路。
在两次取样之间，应将取样的模拟信号暂时储存到下个取样脉冲到来，这个动作称之为保持。
量化与编码电路是A/D转换器的核心组成的部分，一般对取样值的量化方式有只舍去不进位和有舍去有进位两种。
基于温度传感器的采样系统就是利用集成电路温度传感器和A/D转换器两个主要模块完成。
这是一种低成本的利用单片机I/O口实现的温度检测电路,该电路非常简单,易于实现,并且适用于几乎所有类型的单片机。
因此它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感器,典型产品有AD590、AD592、TMP17、LM135等；
1.2系统功能框图
MCU工作支撑电路保障MCU能正常运行，如电源电路、晶振电路及必要的滤波电路等。
实际模拟信号一般来自相应的传感器。
例如，要测量室内的温度，就需要温度传感器。
但是，一般传感器将实际的模拟信号转成的电信号都比较弱，MCU无法直接获得该信号，需要将其放大，然后经过模/数（A/D）转换变为数字信号，进行处理。
目前许多MCU内部包含A/D转换模块，实际应用时也可根据需要外接A/D转换芯片。
对MCU来说，模拟信号通过A/D转换变成相应的数字序列进行处理。
常用的通信方式有：
异步串行（SCI）通信方式、串行外设接口（SPI）通信方式、并行通信方式、USB通信方式、网络通信（uIP）方式等。
最后设计将温度传感器采样得到的模拟信号转换成数字信号，通过串口在PC的界面显示出来。
第二章系统硬件设计
2.1系统原理图
2.2单片机（MCU）模块
2.2.1MC908GP32单片机性能概述
MC908GP32是MC908GP系列中的一个型号，MC68HC908GP32有40脚、42脚、44脚三种封装形式；MC68HC908GP32的主要特点概述如下：
（1）512B片内RAM；32K片内Flash程序存储器，具有在线编程能力和保密功能。
（2）时钟发生器模块，具有32KHz晶振PLL电路,可产生各种工作频率；8MHz内部总线频率。
（3）增强的HC05CPU结构；16种寻址方式（比HC05多8种）；16位变址寄存器和堆栈指针；存储器至存储器数据传送；快速8×8乘法指令；快速16/8除法指令；扩展的循环控制功能；BCD功能。
（4）33根通用I/O脚，包括26根多功能I/O脚和5或7根专用I/O脚；PTA、PTC和PTD的输入口有可选择的上拉电阻；PTC0—PTC4有15mA吸流和放流能力，其他口有10mA吸流和放流能力（总体驱动电流应小于150mA）；所有口有最高5mA输入电流保护功能。
（5）增强型串行通讯口SCI；串行外围接口SPI；两个16位双通道定时器接口模块（TIM1和TIM2），每个通道可选择为输入捕捉、输出比较和PWM，其时钟可分别选为内部时钟的1、2、4、8、6、32和64的分频值；带时钟预分频的定时基模块有8种周期性实时中断（1、4、16、256、512、1024、2048和4096Hz），可在STOP方式时使用外部32KHz晶振周期性唤醒CPU；8位键盘唤醒口。
（6）系统保护特性：
计算机工作正常（COP）复位；低电压检测复位，可选为3V或5V操作；非法指令码检测复位；非法地址检测复位。
（7）具有PDIP40、SDIP42和QFP44封装形式。
（8）优化用于控制应用；优化支持C语言。
2.2.2内部结构简图与引脚功能
1.内部结构简图（44引脚）
单片机（以下简称GP32单片机）的三种封装形式只是引脚数量和形式有所区别，其它方面是一致的。
图中I/O口是按44引脚的GP32给出的。
从内部结构简图可以看出，GP32内部有以下主要部分：
CPU08、存储器、定时器接口
模块、定时基模块、看门狗模块、通用I/O接口、串行通信接口SCI、串行外设接口SPI、断点模块、A/D转换模块、键盘中断模块、时钟发生模块及锁相环电路、低电压禁止模块、复位与中断模块、监控模块MON和系统设置模块。
2.GP32单片机的引脚功能
（1）电源类引脚：
VDD、VSS（20引脚、19引脚）：
电源供给端。
VDDAD/VREFH、VSSAD/VREFL（31引脚、32引脚）：
内部A/D转换模块的电源供给及参考电压输入端。
VDDA、VSSA（1引脚、2引脚）：
时钟发生器模块（CGM）的电源供给端。
（2）控制类引脚：
（6引脚）：
外部低有效复位输入或输出引脚，有内部上拉电阻。
（14引脚）：
外部中断输入引脚，有内部上拉电阻。
（4）I/O类引脚：
PTA7/KBD7-PTA0/KBD0（42-35引脚）：
8位通用双向I/O接口，每个可编程为键盘输入引脚。
PTB7/AD7-PTBO/AD0（32-25引脚）：
8位通用双向I/O接口，也可作为8位A/D转换输入引脚。
PTC4-PTC0（11-7引脚）：
5位通用双向I/O接口。
PTD7/T2CH1-PTD0/SS（24-21引脚、18-15引脚）：
8种特殊功能、双向I/O接口，其中PTD4-PTD7用于定时器模块（TIM1和TIM2）。
SPSCK、MOSI、MISO、SS用语串行外围接口（SPI）。
PTE1/TxD、PTE0/RxD（12引脚、13引脚）：
2位双向I/O接口或串行通信。
（4）其他：
CGMXFC（3引脚）：
CGM的外部滤波电容连接引脚。
OSC1、OSC2（5引脚、4引脚）：
芯片内振荡器引脚。
2.2.3GP32最小系统
文字叙述（最小系统介绍，自己输入）
硬件结构，但仅有一个MCU是无法工作的，它必须与上节讲述了以MC908GP32单片机为原型的HC08系列MCU的其他相应的外围电路一起，才能构成一个最小系统。
MC908GP32芯片（以40脚封装为例）最小系统的外围支撑电路包括电源与滤波电路、晶振电路和复位电路，其中各个部分的功能如下：
1.电源供给与滤波
GP32芯片的20、19脚（VDD、VSS）为芯片的电源输入端，1、2脚（VDDA、VSSA）为内部PLL模块的电源供给。
接在电源与地之间的0.1µF电容为滤波电容。
PLL电路目的在于由频率小的外部晶振产生较大频率的内部总线时钟，提高芯片的抗干扰性。
由于这部分内容涉及的编程内容很少，但原理较难理解，所以放入第14章介绍。
这里只要知道GP32内有PLL电路就可以了，而且GP32内的PLL电路模块需要外接电源。
在MCU的第3脚，接有内部PLL模块的外部滤波电路。
滤波电路的作用主要是增强电路工作稳定性。
2.晶振电路
接MCU第4、5脚（OSC2、OSC1）之间的电路为晶振电路，这里选用的晶振频率为f=32.768KHz。
通过内部PLL电路模块，可获得小于等于8MHz的内部总线频率。
电路及其元件参数是由GP32参考手册确定的。
实际开发中，嵌入式应用工程师往往根据参考手册提供的电路及参数，通过自己的实践，构筑MCU的外围支撑电路，而不深究其工作原理。
3.复位电路
接在MCU第6脚（）的电路为芯片硬件复位电路。
正常工作时该脚通过10K电阻接到电源正极（这里设为5V电源供电），所以应为高电平。
若按下复位按钮RST，则第6脚通过51Ω接地，为低电平，芯片复位。
2.3传感器模块
温度传感器采用的是NS公司生产的LM35。
LM35是NS公司生产的集成电路温度传感器系列产品之一。
它具有很高的工作精度和较宽的线性工作范围，该器件输出电压与摄氏温度线性成比例。
因而，从使用角度来说，LM35与用开尔文标准的线性温度传感器相比更有优越之处，LM35无需外部校准或微调，可以提供±1/4℃的常用的室温精度。
其部分参数如下：
工作电压：
直流4～30V；
工作电流：
小于133μA
输出电压：
+6V～-1.0V
输出阻抗：
1mA负载时0.1Ω；
精度：
0.5℃精度（在+25℃时）；
漏泄电流：
小于60μA；
比例因数：
线性+10.0mV/℃；
非线性值：
±1/4℃；
校准方式：
直接用摄氏温度校准；
封装：
密封TO-46晶体管封装或塑料TO-92晶体管封装；图1
使用温度范围：
-55～+150℃额定范围。
引脚介绍：
①正电源Vcc；②输出；③输出地/电源地。
LM35外部电路图如图2所示
图2
2.4信号放大模块
由于温度传感器LM35输出的电压范围为0～0.99V，虽然该电压范围在A／D转换器的输入允许电压范围内，但该电压信号较弱，如果不进行放大直接进行A／D转换则会导致转换成的数字量太小、精度低。
系统中选用通用型放大器μA741对LM35输出的电压信号进行幅度放大，还可对其进行阻抗匹配、波形变换、噪声抑制等处理。
系统采取同相输入，电压放大倍数为5倍，电路图如图3所示。
2.5A/D转换模块
A/D转换模块（AnalogToDigitalConvertModule）,即模/数转换模块,是将电压信号转换为对应的数字信号。
这个电压量是由压力传感器把压力转换过来，传到MCU处理。
2.5.1进行A/D转换的基本问题
（1）采样精度：
是指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量,即通常所说的采样位数。
（2）采样速率：
是指完成一次A/D采样所要花费的时间。
（3）滤波：
为了使采样的数据更准确，对采样的数据进行筛选去掉误差较大的毛刺。
通常采用中值滤波和均值滤波来提高采样精度。
中值滤波是取3次采样的中间值，均值滤波是取多次采样的算术平均值。
（4）物理量回归：
把A/D采样值与实际物理量对应起来。
2.5.2A/D转换模块的基本编程方法
（1）A/D转换初始化：
对ADCLK写入控制字节，决定时钟输入源是内部总线还是外部晶振，决定分频系数等。
（2）启动A/D转换：
对ADSCR写入控制字节，选取要转换的通道、决定转换结束数据获取的方式、设置是连续转换还是一次转换等。
（3）获A/D转换结果：
若是中断方式，在A/D中断程序中取得，若是查询方式，通过ADSCR的第7位（COCO位）取得，当COCO=1时可从ADR中取数。
（A/D芯片TCL2543概述，上网找一些资料）
A/D芯片TCL2543概述
A/D、D/A转换器是过程及仪器仪表、设备等检测与控制装置中应用比较广泛的器件。
随着大规模集成电路技术的发展，各种高精度、低功耗、可编程、低成本的A/D转换器不断推出，使得微机控制系统的电路更加简洁，可靠性更高。
TLC2543与外围电路的连线简单，三个控制输入端为CS（片选）、输入/输出时钟（I/OCLOCK）以及串行数据输入端（DATAINPUT）。
片内的14通道多路器可以选择11个输入中的任何一个或3个内部自测试电压中的一个，采样－保持是自动的，转换结束，EOC输出变高。
TLC2543的主要特性如下：
●11个模拟输入通道；
●66ksps的采样速率；
●最大转换时间为10μs；
●SPI串行接口；
●线性度误差最大为±1LSB；
●低供电电流（1mA典型值）；
●掉电模式电流为4μA。
2.5.3A/D芯片TCL2543概述
1.TLC2543的引脚排列如图4所示。
引脚功能说明如下：
AIN0～AIN10：
模拟输入端，由内部多路器选择。
对4.1MHz的I/OCLOCK，驱动源阻抗必须小于或等于50Ω；
CS：
片选端，CS由高到低变化将复位内部计数器，并控制和使能DATAOUT、DATAINPUT和I/OCLOCK。
CS由低到高的变化将在一个设置时间内禁止DATAINPUT和I/OCLOCK；图4
DATAINPUT：
串行数据输入端，串行数据以MSB为前导并在I/OCLOCK的前4个上升沿移入4位地址，用来选择下一个要转换的模拟输入信号或测试电压，之后I/OCLOCK将余下的几位依次输入；
DATAOUT：
A/D转换结果三态输出端，在CS为高时，该引脚处于高阻状态；当CS为低时，该引脚由前一次转换结果的MSB值置成相应的逻辑电平；EOC：
转换结束端。
在最后的I/OCLOCK下降沿之后，EOC由高电平变为低电平并保持到转换完成及数据准备传输；
VCC、GND：
电源正端、地；
REF＋、REF－：
正、负基准电压端。
通常REF＋接VCC，REF－接GND。
最大输入电压范围取决于两端电压差；
I/OCLOCK：
时钟输入/输出端。
2.TLC2543的工作时序
TLC2543每次转换和数据传送使用16个时钟周期，且在每次传送周期之间插入CS的时序。
时序如图2所示。
从时序图可以看出，在TLC2543的CS变低时开始转换和传送过程，I/OCLOCK的前8个上升沿将8个输入数据位键入输入数据寄存器，同时它将前一次转换的数据的其余11位移出DATAOUT端，在I/OCLOCK下降沿时数据变化。
当CS为高时，I/OCLOCK和DATAINPUT被禁止，DATAOUT为高阻态。
3.TLC2543与AT89S51的连接
由于MCU—51系列单片机不具有SPI或相同能力的接口，为了便于与TLC2543接口，采用软件合成SPI操作，为减少数据传送受微处理器的时钟频率的影响，尽可能选用较高时钟频率。
接口电路如图6所示。
图6
4.接口程序
设通道/方式控制字存放在R4中，程序在读出前一次转换结果的同时，将该通道/方式控制字发送到TLC2543中去，转换结果存放在相邻地址的存储器中。
存储器地址从30H～45H，且高字节在前，低字节在后。
ORG100H
START：
MOVSP，＃50H ；堆栈指针初始化
MOVP1，＃04H ；P1口引脚初始化
CLRP1.0
SETBP1.3
ACALLTLC2543
ACALLSTORE
JMPSTART
TLC2543：
MOVA，R4
CLRP1.3
JBACC.1，LSB ；如果A的位1为1，先做低字节
MSB：
MOVR5，＃08
LOOP1：
MOVC，P1.2 ；数据位读入进位位RLCA
MOVP1.1，C ；输出方式/通道位
SETBP1.0 ；产生I/O时钟
CLRP1.0
DJNZR5，LOOP1 ；输入/输出另一位
MOVR2，A ；高字节送入R2
MOVA，R4
JBACC.1，RETURN
LSB：
MOVR5，＃08
LOOP2：
MOVC，P1.2
RLCA
MOVP1.1，C
SETBP1.0
CLRP1.0
DJNZR5，LOOP2
MOVR3，A
MOVA，R4
JBACC.1，MSB
RETURN：
RET
STORE：
MOVA，R4
ANLA，＃0F0H
SWAPA
MOVB，＃02
MULAB
ADDA，＃030H
MOVR1，A
MOVA，R2
MOV@R1，A
INCR1
MOVA，R3
MOV@R1，A
RET
END
以上程序用累加器和带进位的左循环移位的指令来合成SPI功能，读入转换结果的第一个字节的第一位到进位（C）位。
累加器内容通过进位位左移，通道选择和方式数据的第一位通过P1.1输出。
然后由P1.0先高后低的翻转来提供串行时钟。
这个时序再重复7次，完成转换数据的第一个字节的传送。
第二个字节由重复8次时钟脉冲和数据传送的整个序列来传送。
2.6串行通信模块
2.6.1串行通信常用概念
（１）异步串行通信的格式
SCI通常采用NRZ数据格式，即：
standardnon-return-zeromark/spacedataformat，译为：
“标准不归零传号/空号数据格式”。
“不归零”的最初含义是：
用正、负电平表示二进制值，不使用零电平。
“mark/space”即“传号/空号”分别是表示两种状态的物理名称，逻辑名称记为“1/0”。
下图给出了8位数据、无校验情况的传送格式。
（2）串行通信的波特率
波特率（baudrate）：
每秒内传送的位数。
波特率单位是位/秒，记为bps。
通常情况下，波特率的单位可以省略。
通常使用的波特率有300、600、900、1200、1800、2400、4800、9600、19200、38400。
（3）奇偶校验
字符奇偶校验检查（characterparitychecking）称为垂直冗余检查（verticalredundancychecking，VRC），它是每个字符增加一个额外位使字符中“1”的个数为奇数或偶数。
奇校验：
如果字符数据位中“1”的数目是偶数，校验位应为“1”，如果“1”的数目是奇数，校验位应为“0”。
偶校验：
如果字符数据位中“1”的数目是偶数，则校验位应为“0”，如果是奇数则为“1”。
（4）串行通信的传输方式
单工（Simplex）：
数据传送是单向的，一端为发送端，另一端为接收端。
这种传输方式中，除了地线之外，只要一根数据线就可以了。
有线广播就是单工的。
全双工（Full-duplex）：
数据传送是双向的，且可以同时接收与发送数据。
这种传输方式中，除了地线之外，需要两根数据线，站在任何一端的角度看，一根为发送线，另一根为接收线。
一般情况下，MCU的异步串行通信接口均是全双工的。
半双工（Half-duplex）：
数据传送也是双向的，但是在这种传输方式中，除了地线之外，一般只有一根数据线。
任何一个时刻，只能由一方发送数据，另一方接收数据，不能同时收发。
2.6.2RS-232C总线标准
MCU引脚一般输入/输出使用TTL电平，而TTL电平的“1”和“0”的特征电压分别为2.4V和0.4V，适用于板内数据传输。
为了使信号传输得更远，美国电子工业协会EIA（ElectronicIndustryAssociation）制订了串行物理接口标准RS-232C。
RS-232C采用负逻辑，-3V～-15V为逻辑“1”，+3V～+15V为逻辑“0”。
RS-232C最大的传输距离是30m，通信速率一般低于20Kbps。
RS-232接口，简称“串口”，它主要用于连接具有同样接口的室内设备。
目前几乎所有计算机上的串行口都是9芯接口。
图7给出了9芯串行接口的排列位置，相应引脚含义见表。
引脚号
功能
1
接收线信号检测（载波检测DCD）
2
接收数据线（RxD）
3
发送数据线（TxD）
4
数据终端准备就绪（DTR）
5
信号地（SG）
6
数据通信设备准备就绪（DSR）
7
请求发送（RTS）
8
清除发送
9
振铃指示
表1芯串行接口引脚含义表
图7芯串行接口排列图MAX232芯片引脚图
在MCU中，若用RS-232C总线进行串行通信，则需要外接电路实现电平转换。
在发送端需要用驱动电路将TTL电平转换成RS-232C电平，在接收端需要用接收电路将RS-232C电平转换成TTL电平。
电平转换器不仅可以由晶体管分立元件构成，也可以直接使用集成电路。
该系统使用MAX232芯片，该芯片使用单一+5V电源供电实现电平转换。
图给出了MAX232的引脚。
MAX232芯片引脚含义说明如下：
•VCC（16脚）：
正电源端，一般接+5V
•GND（15脚）：
地
•VS+（2脚）：
VS+=2VCC-1.5V
•VS-（6脚）：
VS-=-2VCC-1.5V
•C2+、C2-（4、5脚）：
一般接1μF的电解电容
•C1+、C1-（1、3脚）：
一般接1μF的电解电容
输入输出引脚分两组，基本含义见表2。
在实际使用时，若只需要一路SCI，可以使用起中的任何一组。
组别
TTL电平引脚
方向
典型接口
RS-232电平引脚
方向
典型接口
1
11
12
输入
输出
接MCU的TxD
接MCU的RxD
13
14
输入
输出
连接到接口与其他设备通过RS-232相接
2
10
9
输入
输出
接MCU的TxD
接MCU的RxD
8
7
输入
输出
连接到接口与其他设备通过RS-232相接
表2MAX232芯片I/O引脚分类与基本接法
2.6.3串口通信的主要功能
接收时，把外部单线输入的数据变成一个字节的并行数据送入MCU内部；发送时，把需要发送的一个字节的并行数据转为单线输出。
图8给出了普遍意义上的SCI的编程模型。
在比特寄存器中可设置比特率，在控制寄存器中设置通信格式、是否效验、是否中断等。
SCI数据寄存器既做接收数据寄存器，也可做发送数据寄存器，这并不冲突，因为发送与接收的实际工作是通过“发送移位寄存器”和“接收移位寄存器”完成。
图9为串口通信模块，该模块包括：
单字节接收、多字节接收、单字节发送、多字节发送等子程序。
图9串口通信
第三章系统软
升级会员 