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