单片机.docx

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单片机

中北大学

单片机及其接口技术

课程设计说明书

学生姓名：

学号：

学院：

信息与通信工程学院

专业：

自动化

题目：

MCS-51单片机应用系统设计

指导教师：

沈小林职称:

副教授

2012年6月17日

中北大学

单片机及其接口技术

课程设计任务书

11/12学年第二学期

学院：

信息与通信工程学院

专业：

自动化

学生姓名：

学号：

课程设计题目：

MCS-51单片机应用系统设计

起迄日期：

6月11日～6月17日

课程设计地点：

中北大学

指导教师：

沈小林

系主任：

王忠庆

下达任务书日期:

2012年06月11日

课程设计任务书

1．设计目的：

通过本设计，掌握单片机应用系统的设计。

2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：

1、设计技术要求

（1）外部晶振：

11.0592MHz

（2）外部数据RAM：

2KB

（3）外部程序ROM：

8KB

2、设计内容

（1）设计地址译码电路、读写控制电路；

（2）选择存储器器件和必要译码控制器件；

（3）用PROTEL（或手工绘制）电原理图。

（4）写出设计总结报告。

设计报告主要内容包括：

设计目的与要求、系统技术指标或设计要求、设计方案、有关参数计算，主要参考资料及心得体会等

3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等〕：

设计总结；原理图；结构框图；参考文献等。

课程设计任务书

4．主要参考文献：

●要求按国标GB7714—87《文后参考文献著录规则》书写，例：

1傅承义，陈运泰，祁贵中.地球物理学基础.北京：

科学出版社，1985

参考资料不得少于10篇

5．设计成果形式及要求：

设计总结；系统电原理图；参考文献等。

6．工作计划及进度：

6月11日～6月12日

6月13日～6月13日

6月14日～6月15日

6月16日～6月16日

调研、资料收集；

确定设计方案（选择器件等）；

设计电路；

撰写总结、设计报告答辩

系主任审查意见：

签字：

年月日

1、概述

由于单片机具有体积小、功耗低、功能强、可靠性高、实时性强、简单易学、使用方便灵巧、易于维护和操作、性能价格比高、易于推广应用、可实现网络通信等技术特点。

因此，单片机在自动化装置、智能仪表、家用电器，乃至数据采集、工业控制、计算机通信、汽车电子、机器人等领域得到了日益广泛的应用。

单片机应用系统设计应当考虑其主要技术性能（速度精度功耗可靠性驱动能力等），还应当考虑功能需求，应用需求，开发条件，市场情况，可靠性需求，成本需求，尽量以软件代替硬件等。

二、总体设计

1．明确设计任务

认真进行目标分析，根据应用场合、工作环境、具体用途，考虑系统的可靠性、通用性、可维护性、先进性，以及成本等，提出合理的、详尽的功能技术指标。

2．器件选择

（1）单片机选择

主要从性能指标如字长、主频、寻址能力、指令系统、内部寄存器状况、存储器容量、有无A/D、D/A通道、功耗、价能比等方面进行选择。

对于一般的测控系统，选择8位机即能满足要求。

（2）外围器件的选择

外围器件应符合系统的精度、速度和可靠性、功耗、抗干扰等方面的要求。

应考虑功耗、电压、温度、价格、封装形式等其他方面的指标，应尽可能选择标准化、模块化、功能强、集成度高的典型电路。

3．总体设计

总体设计就是根据设计任务、指标要求和给定条件，设计出符合现场条件的软、硬件方案。

并进行方案优化。

应划分硬件、软件任务，画出系统结构框图。

要合理分配系统内部的硬件、软件资源。

包括以下几个方面：

（1）从系统功能需求出发设计功能模块。

包括显示器、键盘、数据采集、检测、通信、控制、驱动、供电方式等

（2）从系统应用需求分配元器件资源。

包括定时器/计数器、中断系统、串行口、I/O接口、A/D、D/A、信号调理、时钟发生器等。

（3）从开发条件与市场情况出发选择元器件。

包括仿真器、编程器、元器件、语言、程序设计的简易等。

（4）从系统可靠性需求确定系统设计工艺。

包括去耦、光隔、屏蔽、印制板、低功耗、散热、传输距离/速度、节电方式、掉电保护、软件措施等。

3、硬件设计和软件设计

1、硬件设计

由总体设计所给出的硬件框图所规定的硬件功能，在确定单片机类型的基础上进行硬件设计、实验。

进行必要的工艺结构设计，制作出印刷电路板，组装后即完成了硬件设计。

一个单片机应用系统的硬件设计包含系统扩展和系统的配置（按照系统功能要求配置外围设备）两部分。

2、软件设计

（1）．总体规划

结合硬件结构，明确软件任务，确定具体实施的方法，合理分配资源。

定义输入/输出、确定信息交换的方式（数据速率、数据格式、校验方法、状态信号等）、时间要求，检查与纠正错误。

（2）．程序设计技术

软件结构实现结构化，各功能程序实行模块化、子程序化。

一般有以下两种设计方法：

模块程序设计：

优点是单个功能明确的程序模块的设计和调试比较方便，容易完成，一个模块可以为多个程序所共享。

其缺点是各个模块的连接有时有一定难度。

自顶向下的程序设计：

优点是比较符合于人们的日常思维，设计、调试和连接同时按一个线索进行，程序错误可以较早的发现。

缺点是上一级的程序错误将对整个程序产生影响，一处修改可能引起对整个程序的全面修改。

（3）、程序设计

建立数学模型：

描述出各输入变量和各输出变量之间的数学关系。

绘制程序流程图：

以简明直观的方式对任务进行描述。

程序的编制：

选择语数据结构、控制算法、存储空间分配，系统硬件资源的合理分配与使用，子程序的入/出口参数的设置与传递。

（4）、软件装配

各程序模块编辑之后，需进行汇编或编译、调试，当满足设计要求后，将各程序模块按照软件结构设计的要求连接起来，即为软件装配。

在软件装配时，应注意软件接口。

4、设计要求：

利用单片机实现的自行车里程/速度计能自动显示自行车行驶的总里程数及自行车行驶速度，具有超速信号提醒功能，里程数据自动记忆。

也可应用于电动自行车、摩托车、汽车等机动车仪表上。

1.总体设计

控制器采用AT89C52单片机，速度及里程传感器采用霍尔元件，显示器通过AT89C52的P0口和P2口扩展。

外部存储器采用E2PROM存储器AT24C01，用于存储里程和速度等数据。

并用控制器来控制里程/速度指示灯，里程指示灯亮时，显示里程；速度指示灯亮时，显示速度。

超速报警采用扬声器，用一个发光二极管来配合扬声器，扬声器响时，二极管亮，表明超速。

2.硬件电路设计

电路原理图如下页图所示。

P0口和P2口用于七段LED显示器的段码及扫描输出。

在显示里程时，第三位小数点用P3.7口（）控制点亮。

P1.0口和P1.1口分别用于显示里程状态和速度状态。

P1.2，P1.3，P1.6和P1.7口分别用于设置轮圈的大小。

P3.0口的开关用于确定显示的方式。

当开关闭合时，显示速度；断开时，显示里程。

外中断用于对轮子圈数的计数输入，轮子每转一圈，霍尔传感器输出一个低电平脉冲。

外中断用于控制定时器T1的启停，当输入为0时关闭定时器。

此控制信号是将轮子圈数的计数脉冲经二分频后形成，这样，每次定时器T1的开启时间正好为轮子转一圈的时间，根据轮子的周长就可以计算出自动车的速度。

P1.4口和P1.5口用于E2PROM存储器24C01的存取控制。

11脚（TXD）输出用于速度超速时的报警。

3.软件设计

件主要包括：

主程序、初始化程序、里程计数子程序、数据处理子程序、计数器中断服务程序、E2PROM存取程序、显示子程序。

（1）主程序

根据P0口的开关状态切换显示状态，即选择里程显示和速度显示。

（2）初始化程序

初始化程序主要功能是将T1设为外部控制定时器方式，外中断及设为边沿触发方式，将部分内存单元清0，设置车轮周长值，开中断、启动定时器，将AT24C01中的数据调入内存中，设置车轮圈出错处理程序。

（3）里程计数子程序

外中断服务程序用于对输入的车轮圈数脉冲进行计数，为十六进制计数，用片内RAM的60H单元存储计数值的低位，62H存储高位，计数一次后，对里程数据进行一次存储。

（4）数据处理子程序

外中断服务程序用于处理轮子转动一圈后的计时数据，当标志位（00H）为1时，说明计数器溢出，放入最大值0FFH；当标志位为0时，将计数单元（TL1,TH1,6CH,60H）的值放入68H～6BH单元。

（5）计数器中断服务程序

T1计数单元由外中断进行控制，当计数器溢出时置溢出标志，不溢出时，使计时单元计数，存入存储器。

程序略。

（6）E2PROM存取程序

将外部信息写入AT24C01存储器，存入从50H起的单元中；把外部信息从AT24C01存储器中读出，送CPU进行处理。

程序略。

（7）显示子程序

当显示里程时，先要将计数器中的数据进行运算，求出总里程，并送入里程显示缓冲区；当要显示速度时，要将轮子的周长和转一圈的时间相除，然后换算成km/h（千米/小时），存入70H～73H单元，进行数据显示。

5、心得体会