单片机原理与接口技术课程设计报告.docx
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单片机原理与接口技术课程设计报告
洛阳理工学院
课程设计报告
课程名称
设计题目
专业
班级
学号
姓名
完成日期
课程设计任务书
设计题目：
基于51系列单片机的实验平台开发设计
设计内容与要求：
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、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。
指导教师：
年月日
课程设计评语
成绩：
指导教师：
_______________
年月日
基于51系列单片机的实验平台开发设计
摘要
本设计是根据我们所学习的单片机课程，按照大纲要求对我们进行的一次课程检验，是进行单片机课程训练的必要任务，也对我们掌握单片机应用有很大的帮助。
掌握单片机技术是一门不可或缺的技术，对我们将来的工作以及生活和学习都有很密切的联系。
近年来，随着电子技术和微机计算机的迅速发展，单片机的档次不断提高，其应用领域也在不断的扩大，已在工业控制、尖端科学、智能仪器仪表、日用家电、汽车电子系统、办公自动化设备、个人信息终端及通信产品中得到了广泛的应用，成为现代电子系统中最重要的智能化的核心部件。
单片机即单片微型计算机。
（Single-ChipMicrocomputer）,是集CPU,RAM,ROM,定时，计数和多种接口于一体的微控制器。
他体积小，成本低，功能强，广泛应用于工业自动化上和智能产品。
在信息技术急速发展的今天，计算机科学日新月异。
而单片机作为计算机科学的一个分支，在微机控制领域得到长足的发展。
随着单片机的发展与科学技术的提高，单片机已经成为人类生产生活中不可缺少的工具。
现在，单片机的应用已经渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。
单片机要解决的问题多数仍是老问题，新颖之处是比以前用较少的元件。
尤其是设计逻辑关系复杂的控制系统，过去用通用的逻辑门集成电路芯片将需要几十片甚至上百片，而现在只用几片就能够实现，而且方便灵活，做设计修改或改动功能时，只需改写软件，硬件几乎不需要改动，这样就大大减少芯片个数主要是靠单片机的可编程性和高度集成化。
使开发周期更短，制造成本更低，用电更省和可靠性更高。
关键词：
STC单片机，实验平台，数码管，流水灯
51seriesmicrocontrollercomprehensiveexperimentalboarddevelopmentdesign
ABSTRACT
Thedesignisbasedonwhatwelearnthecoursesyllabus,accordingtotherequirementsofourfirstcourseexamination,isthenecessarytrainingcourseofourmission,andSCMareofgreathelp.Mastermicrocontrollertechnologyisoneoftheindispensabletoourfuturetechnology,theworkandthelifeandlearningareverycloseconnection.Inrecentyears,withtheelectronictechnologyandtherapiddevelopmentofthemicrocomputerchip,continuouslyimprovethegrade,itsapplicationsareconstantlyexpandinginindustrialcontrol,hasadvancedscience,intelligentinstrument,electricalappliances,automobileelectronicsystem,officeautomationequipment,personalinformationterminalsandcommunicationproductshasbeenwidelyusedinmodernelectronicsystem,becomethemostimportantcorecomponentsofintelligence.Inthisdesign,processandnouseoriginallearninbooks,buttheassemblerlanguageusingClanguageprogram,usingthesimulationsoftware,andpopularPROTEUSkeiljointsimulation,convenientdebugprogramandmodifythehardware,theresultsshowthattheschemedesignofhardwarecorrectproceduresalsomeetstherequirement.
Microcontrollerchipmicrocomputer.（Single-ChipMicrocomputer）,issettotheCPU,RAM,ROM,timing,countingandavarietyofinterfacesinoneofthemicro-controller.Hissmallsize,lowcost,functional,andarewidelyusedinindustrialautomationandsmartproducts.Intherapiddevelopmentofinformationtechnology,computerscience,witheachpassingday.Microcontrollerasabranchofcomputerscience,beenconsiderabledevelopmentinthefieldofcomputercontrol.Withtheimprovementofmicrocontrollerdevelopmentwithscienceandtechnology,SCMhasbecomeanindispensabletoolforhumanproductionandlife.Themicrocontrollerapplicationshasnowpenetratedintoallareasofourlives,almostdifficulttofindwhichareasofthetrailwithoutmicrocontroller.Problemstobesolvedbythemicrocontrollermajorityisanoldproblem,thenoveltyisthatwithfewercomponentsthanbefore.Especiallycomplexrelationshipsofdesignlogiccontrolsystem,inthepast,thecommonlogicgateintegratedcircuitchipwillrequiredozensoftabletsorevenhundredsofsheet,andnowonlyafewpiecescanbeachieved,andconvenientandflexible,dothedesignismodifiedoralteredfunctionsimplyrewritealmostdonotneedtochangethesoftware,hardware,thusgreatlyreducingthenumberofchipsbysingle-chipprogrammableandhighlyintegrated.Shorterdevelopmentcycle,lowermanufacturingcosts,electricitycheaperandmorereliable.
KEYWORDS:
STCmicrocontroller,comprehensiveexperimentalboard,softwareandhardwarecombinedwith,andtheprogramdevelopmentdesign
前言
“单片机原理及应用”是工科院校及机械系、电气与电子信息类、计算机类各专业的重要技术基础课程。
而本次课程设计就是加强同学们对单片机的具体应用能力，巩固基础知识的掌握，以提升大家的应用能力为目的，掌握独立进行软件程序的设计能力，通过在电路板上进行验证程序是否能够正常运行，不断进行调试和修改，是设计更加完善，更加方便快捷。
而单片机的具体应用是比较广泛的，在家用电器领域、办公自动化领域、商业营销领域、工业自动化领域、、智能仪表与集成智能传感器传统的控制电路、汽车电子与航空航天电子系统等领域都有涉及，应用防伪很广，实用性较强，对于大家对单片机的学习热情有很大的提升。
在本次课程设计中，主要通过在集成电路板上，将各个模块进行实物焊接，并注意焊接过程中的注意事项，通过大家的亲身经历，更进一步的了解其工作原理和设计思路，在可设过程中学习电路的排布，尽管本次课设所用电路板线路是设计好的，只需将各元器件正确的插入进行焊接就可以了，但是我们要学习其电路排布的能力，自己要设计个实物，实现一些功能，在焊接时自己就会遇到电路如何排布的问题；其次，本次课设主要实现以下一些功能：
如流水灯、数码显示（自动加1）、LCD液晶显示一些字符等功能，这些都需要通过按键进行控制，还有一些其他的功能，如计数器、中断和定时等，由于课程设计时间有限，就不在进行设计验证，而流水灯、数码显示和LCD液晶显示是本次课设的重点，主要是通过软件设计实现其具体功能。
实物的设计焊接是比较简单的，主要是程序的设计，是检验大家能力重点，不仅实现单个功能的程序要能够设计，而且实现多个功能的综合程序也要学会设计，进行编写，这就牵涉到两个软件：
Protues和KeilC软件，通过一学期的学习，大家对这两个软件的使用也比较熟悉，在本课程设计中就得到了很好的运用，通过对课设内容的具体设计和程序编写，提高了大家的编程能力，对单片机的应用有了更深的理解。
课程设计是检验大家对书本知识学习的具体应用能力，是检验大家是否能够独立进行学习的能力和动手能力，相信通过本次课设，我们的各种能力都会有很大的提升，所学知识也会有很好的巩固。
第1章系统概述
1.1设计题目
基于51系列单片机的实验平台开发设计
1.2系统设计目的和内容
1.2.1设计目的
（1）通过课程设计最为主要的是提升大家的应用能力，要学以致用，通过对课本知识的学习，经过课设进行检验学习成果，检验大家是否真正掌握，是否能够理论联系实际，是否能够通过课设改善大家对单片机具体应用的认识。
（2）通过在课程设计的过程中，检验大家综合应能力，包括：
软件的仿真技术、电路焊接技术、元器件的选用以及对其的辨认能力、程序的编写能力、程序下载之电路板中进行综合验证的技术等。
（3）通过课程设计加强大家对书本上基础知识的巩固，了解自身的掌握程度，然后根据自己的具体情况进行不断的完善，弥补自身的不足，提升对基础知识的掌握深度，为今后的进一步学习打下坚实的基础。
（4）通过本次单片机课程设计的全部过程，使大家了解其具体过程，增长经验，并检验大家的综合能力，查找不足，不断的完善自身我，提高我们的综合运用能力，提升大家的技术水平，真正地掌握所学知识，并要能够灵活运用，实现其自身的价值，并要开发期还未开发出的价值，不断深化对其研究与学习，加强自身的能力。
1.2.2设计内容
基于51系列单片机实验平台，实现流水灯、数码管显示、LCD液晶显示一些字符等具体功能。
课设中的51单片机电路板集成度较高，通过具体设计，由按键进行控制，能够实现多种功能，其应用范围较广，研发价值较高，具有很广的可开发能力。
流水灯主要通过与单片机的P2口连接，由按键进行控制，并运用并行I/O口扩展技术，有延时函数进行等时间间隔依次循环闪亮，这些都需要通过软件来实现，具体过程在整体设计方案中具体描述。
数码管显示是运用LED数码管来实现的，LED数码管具有显示亮度高、响应速度快的特点。
最常用的是七段LED显示器，该显示器内部有七个条形发光二极管和一个小圆点发光二级管。
这种显示器分为共阴极和共阳极两种，共阳极LED显示器的发光二级管的所有阳极连接在一起，为公共端；共阴极LED显示器的发光二级管的所有阳极连接在一起，为公共端；一般共阴极较为常用。
本次课程设计采用两个数码管相连，依次显示0-60的数字，到59时，在下一次显示时，自动清零，从0再次开始显示，采用自动加1措施，有延时函数进行设置延时间隔。
LCD液晶显示一些字符，而液晶显示器（LCD）具有体积小、重量轻、功耗低、可以显示图形图像、便于用集成电路直接驱动、易于实现全彩色等特点，因此在仪器仪表、便携工具、监控系统及消费电子等领域有着广泛的应用。
液晶显示器分为段式、字符式、点阵式等。
段式只能显示固定的一些符号或字符，价格低廉；字符式可以显示数字和字符，驱动方便，但无法显示汉字。
点阵式可以显示汉字，但价格较高。
汉字液晶显示器又分为带字库和不带字库的两种。
字符型液晶显示器是一种用5×7点阵图形来显示字符的液晶显示器，根据显示的容量可以分为1行16个字、2行16个字、2行20个字等，最常用的为2行16个字，RT1602C液晶模块就属于此类型。
课设中设计的显示字符是”HELLOBOY”。
1.2.3设计要求
（1）根据指导老师的要求，设计过程中要注意一些元器件的正负极不要接错；此外，焊接时要注意焊接的要领，尽可能地将焊接点焊的规范一些，美观一些。
（2）设计过程要独立完成，而电路焊接时有三个人为一组进行焊接，通过自己所学的知识，设计自己的程序进行验证，获得属于自己的劳动成果。
（3）在进行计算机平台上的仿真实验时，要找准所需的元器件，而晶振电路、电源电路和串路接口不用再画，Protues软件中51单片机内部已经含有。
（4）仔细总结课程设计过程所遇问题，以及解决方案，尽可能的实现较多的功能，综合应用所学知识，灵活应变。
1.2.4设计步骤
（1）首先要预习老师所发的电路图，了解各个模块是实现的具体功能，掌握各种元器件的构造和功能，并通过Protues软件在计算机上进行仿真。
（2）其次通过仿真，熟悉了课设的具体内容，接下来就是进行实物焊接，大家要在焊接室进行，老师将各种元器件发给大家，然后注意一些注意事项，接着就是在老师的指导下，开始进行焊接，电路板上的电路都是现成的，只需照着将各元器件插入焊牢固即可。
（3）接着要要用万用表对焊好的电路板进行测量，检测电路是否有短路或是否有一些节点没有焊好，而USB接口并不需要焊接，要将与其连接的线路隔断，避免发生短路。
（4）最为重要的就是程序设计，要根据电路的设计，进行程序设计，实现各种功能的程序可以分开写，也可以写综合程序，有一个程序实现多种功能，这种是较为复杂和麻烦的，考验大家的综合应用能力，大家可以先分模块设计，然后根据各模块的程序，综合到一块就可以成为综合程序。
（5）下载验证，将编写的没有错误的程序下载到电路板上进行验证，看是否能够事先预定的目标，通过按键进行控制，然后根据验证的情况进行修改或完善。
（6）答辩，各组的同学要带上本组焊接的电路板，到老师的办公室进行答辩，大家要根据自己设计的程序回答老师提出的问题，并当场在电路板上进行验证。
（7）书写课程设计报告，总结本次课程设计的收获与得失，作为本学期的一次宝贵的经验，为以后的学习奠定基础，巩固基础，完善自我。
第2章整体设计方案
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
软件主要实现流水灯、数码管显示（自动加1）和LCD液晶显示一些字符的功能，程序设计在第四章将有详细介绍。
2.4仿真软件PROTUES中
（1）流水灯仿真效果：
（2）数码显示器仿真效果：
（3）ＬＣＤ液晶显示一些字符：
第3章硬件电路设计
3.1两位一体共阴数码管
3.1.1数码管概述
大多数的单片机应用系统，都要配置输入和输出设备。
常用的输入外设有键盘、BCD码拨盘等；常用的输出外设有LED数码管、LCD显示器、打印机等。
LED（LightEmittingDiode）数码管是由发光二极管构成的。
常见的LED数码管为“8”字型的，共计8段。
每一段对应一个发光二极管。
有共阳极和共阴极两种，如图8-1所示。
共阴极发光二极管的阴极连在一起，通常公共阴极接地。
当阳极为高电平时，发光二极管发光。
同样，共阳极发光二极管的阳极连接在一起，公共阳极接正电压，当某个发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管发光，显示相应的段。
LED数码管中还有一个圆点型发光二极管（在图中以dp表示），用于显示小数点。
通过七个发光二极管亮暗的不同组合，可以显示各种数字。
为了使数码管显示不同的符号或数字，实际上是确定哪些段发光、哪些段不发光，就要为LED数码管提供段码（字型码）。
表1段码与字节中各位对应关系
代码位
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
显示段
dp
g
f
e
d
c
b
a
除“8”字型的LED数码管外，还有“±1”型、“米”字型和“点阵”型LED显示器，如图8-2所示。
本章均以“8”字型的LED数码管为例。
图8-2其他各种字型的LED显示器
3.1.2数码管内部结构
3.1.3两位一体共阴数码管和74LS373锁存器接口电路
74LS273高电平输出电流为6.5mA，低电平灌入电流为20mA
74LS373高电平输出电流为6.5mA，低电平灌入电流为20mA
3.2LCD1602液晶
3.2.1LCD1602液晶简介
具有体积小、重量轻、功耗低、可以显示图形图像、便于用集成电路直接驱动、易于实现全彩色等特点，因此在仪器仪表、便携工具、监控系统及消费电子等领域有着广泛的应用。
液晶显示器分为段式、字符式、点阵式等。
段式只能显示固定的一些符号或字符，价格低廉；字符式可以显示数字和字符，驱动方便，但无法显示汉字。
点阵式可以显示汉字，但价格较高。
汉字液晶显示器又分为带字库和不带字库的两种。
字符型液晶显示器（LCD1602）是典型的代表，字符型液晶显示器是一种用5×7点阵图形来显示字符的液晶显示器，根据显示的容量可以分为1行16个字、2行16个字、2行20个字等，最常用的为2行16个字，RT1602C液晶模块就属于此类型。
3.2.2LCD1602液晶引脚介绍
显示容量：
16×2个字符；工作电流2.0mA（5.0V）；字符尺寸：
2.95×4.35mm。
RT-1602C采用标准的16脚接口，各引脚情况如下：
第1脚：
VSS为电源地；
第2脚：
VDD为+5V电源；
第3脚：
VL为液晶显示对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，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为数据/命令选择端，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择命令寄存器。
[RS：
RegisterSelection]
第5脚：
，读写操作选择（1－读，0－写）。
RS
寄存器及操作
0
0
指令寄存器写入
0
1
忙信号和地址计数器读出
1
0
数据寄存器写入
1
1
数据寄存器读出
第6脚：
E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时（负跳变），液晶模块执行命令。
第7～14脚：
D0～D7，为8位双向数据总线，与单片机的数据总线相连，三态。
第15脚：
BLA，背光电源，通常为＋5V，并联一个电位器，调节背光亮度。
第16脚：
BLK，背光电源地。
3.2.3LCD1602液晶外围接口电路
LCD1602与单片机接口的具体连接方式，LCD1602液晶连接插槽位JP4。
在使用液晶时，在第三引脚连接了一个10K的电位器用来调整对比度，若程序运行后液晶无显示，则可调整此电位器。
LCD1602与单片机接口
3.3串口通信
3.3.1串口通讯概述
（1）串行通信是一种能把二进制数据按位（逐位）进行传送的一种通信方式。
计算机与外界的通信有两种基本方式：
并行通信和串行通信。
并行数据传送
串行数据传送
原理
各位数据同时传送
数据按位顺序传送
优点
传送速度快、效率高
最少需要一对传输线即可完成：
成本低
缺点
数据位数→传输线根数：
成本高
速度慢，成本低
应用
传送距离<30米，用于近距离或内部
几米～几千公里，用于计算机与外设之间
（2）串行通信按信息的格式又可分为异步通信和同步通信两种方式。
在异步通信中，每一个字符要用起始位和停止位作为字符开始和结束的标志，它是以字符为单位一个个地发送和接收。
串行异步通信方式的特点是：
数据在线路上传送时是以一个字符（字节）为单位，未传送时线路处于空闲状态，空闲线路约定为高电平“1”。
传送一个字符又称为一帧信息，传送一帧信息时，每一个字符前加一个低电平的起始位，然后是数据位，数据位可以是5~8位，低位在前，高位在后，数据位后可以带（也可以不带）一个奇偶校验位，最后是停止位，停止位用高电平表示，它可以是1位、1位半或2位（通常采用1位）
（3）串行口工作方式：
方式0：
移位寄存器方式
方式0为移位寄存器输入/输出方式，用于扩展并行I/O接口。
该方式并不用于两个单片机之间的异步串行通信，而是用于串行口外接移位寄存器，扩展并行I/O口。
在方式0时，8位数据为一帧，无起始位和停止位，先发送或
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