单片机实习课设报告.docx
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单片机实习课设报告
实习执行大纲
一、实习目的
1、巩固《单片机原理与应用》理论课的理论知识；
2、熟悉单片机应用系统的硬件设计及软件设计的基本方法；
3、将《单片机原理与应用》理论课的理论知识应用于实际的应用系统中；
4、训练单片机应用技术，锻炼实际动手能力。
二、实习纪律与要求
1、实习纪律
1）参加实习的学生必须按照实习大纲的要求，在指导教师的指导下，全面完成实习任务；
2）听从指导教师安排，严格遵守实习纪律；
3）因故在实习期间缺勤累计超过规定时间的三分之一，不得参加本次实习考核，但可在补足所缺天数后再给予考核并评定实习成绩。
2、基本要求
1）利用PROTEL等软件进行硬件设计；
2）利用KeiluV2软件完成应用系统软件设计；
3）利用PROTEUS软件进行仿真设计；
4）完成单片机最小系统和应用系统电路板的焊接；
5）对电路进行调试；
6）利用stc-isp软件完成在系统编程、下载，并完成系统软件调试；
7）题目由指导教师提供；
8）要求每个学生单独完成硬件软件设计、仿真、焊接、调试任务；
9）写出实习报告，实习报告主要包括以下内容：
目录、摘要、关键词、基本原理、方案论证、硬件设计、软件设计（带流程图、程序清单）、仿真
结果、实物运行结果照片、结论、参考文献等；
10）实习完成后通过答辩；
11）答辩时交实习报告电子文档，通过答辩后根据修改意见修改并打印、装订成册。
三、实习地点
四、实习时间
19-20周
五、实习内容
1、实习所需主要材料（供参考）
（1）单片机最小系统部分
序
号
名称
数量
1
万能实验电路板
1块
2
单片机STC89C52
1只
3
晶振12MHz
1只
4
30PF瓷片电容
2只
5
10k/0.25W电阻
1只
6
10uF/16V电解电容
1只
7
2k/0.25W电阻
1只
8
10k/9脚排阻
1只
9
5V/500mA直流电源
1个
10
排针、按钮、LED、导线等
若干
（2）下载电路部分
序
号
名称
数量
1
万能实验电路板
1块
2
MAX232
1片
3
0.1uF瓷片电容
4只
4
DB9插座
1只
5
RS-232C串口电缆（9针）
1根
（3）扩展电路部分
扩展电路部分材料根据设计方案确定。
（4）软件部分
序
号
名称
数量
1
电路设计软件PROTEL
1套
2
编程软件KeiluV2
1套
3
仿真软件PROTEUS
1套
4
下载软件stc-isp
1套
（5）工具
序
号
名称
数量
1
PC（带RS-232C口）
1台
2
万用表
1块
3
电烙铁
1只
4
焊锡、松香等
若干
2、任务
1）利用上述材料完成包含如下系统功能组件的单片机最小系统的设计、焊接、调试
（1）键盘
一个4X4的矩阵键盘，其中，10个按键是0~9数字键；另外6个是功能键，用于功能选择和控制。
（2）显示电路
由6个7段LED数码管组成的显示电路。
（3）温度检测
利用DS18B20可编程1-Wire数字温度传感器芯片，或利用AD590温度传感器芯片和A/D转换器芯片采集温度温度信号。
（4）串口串行通信
利用51的串口实现串行通信接口电路。
2）完成ISP下载电路的设计、焊接
3）完成系统软件的设计，包括程序结构设计、流程图绘制、程序设计，实现如下功能
（1）功能选择
通过功能选择键，使得单片机处于不同的工作状态并通过LED显示相应的内容。
（2）温度显示
通过功能选择键选择温度检测、显示后，LED显示温度值。
（3）数据输入
通过功能选择键选择数据输入后，将通过键盘键入的0~9按键值显示在LED上，其中，最后输入的显示在最左边，之前键入向右移动一位。
（4）数据通信
将两个单片机最小系统通过串口连接起来，其中一个作为主系统，另一个作为辅系统。
当通过功能选择键选择数据通信后，当在主系统上进行功能
（2）、功能（3）的操作时，辅系统的LED上显示与主系统同样的内容。
4）利用仿真软件完成系统仿真工作
5）在单片机最小系统硬件上实现任务3中规定的功能
实习报告
单片机应用实习
MicrocomputerApplicationPractice
摘要
本次设计是以单片机STC89C52为核心，在最小系统的基础上完成扩展部分的设计。
扩展电路包括4个部分，分别是矩阵键盘、显示电路、数字温度计、串口通信。
其中硬件部分由最小系统、矩阵键盘、温度传感器和数码管显示电路组成，所有的算法都在软件程序实现。
整个设计可以完成键盘的扫描、通信、温度和的显示的功能，温度和键盘数据还可以通过串口送至另一个单片机显示。
本设计的目的是通过在对单片机原理及应用的学习，以及查阅资料，培养自学与动手能力，把学到的知识应用到日常生活当中。
在设计的过程中，不断的补充不知道的内容、巩固所学，和队友的分工合作、相互讨论，运用科学的分析问题的方法解决遇到的困难，掌握单片机系统一般的开发流程，学会对常见问题的处理方法，积累设计系统的经验，充分发挥教学与实践的结合。
关键字：
单片机、键盘、温度传感器、显示
Abstract
ThisdesignisbasedonmicrocontrollerSTC89C52asthecore,onthebasisoftheminimumsystemtocompletethedesignoftheextension.Extensioncircuitconsistsoffourparts,respectivelyismatrixkeyboard,displaycircuit,digitalthermometer,aserialportcommunication.Thehardwarepartbyminimumsystem,matrixkeyboard,temperaturesensorandthedigitaltubedisplaycircuit,allthealgorithmsarerealizedinsoftwareprograms.Cancompletethewholedesignofthekeyboardscanning,communications,temperature,andthedisplayofthefunction,thetemperatureandthekeyboardcanalsobeviaaserialporttosenddatatoanothersinglechipmicrocomputer.
Thepurposeofthisdesignisbythesinglechipmicrocomputerprincipleandapplicationoflearning,andaccesstoinformation,cultivatingself-studyandpracticalability,theapplicationofknowledgetothedailylife.Intheprocessofdesign,andcontinuouslysupplementsdon'tknowthecontentandconsolidatewhattheyhavelearned,andteammate'sdivisionoflaborcooperation,mutualdiscussion,usescientificmethodstoanalyzetheproblemsolvedifficulties,masterthesingle-chipmicrocomputersystemdevelopmentprocess,tolearntheprocessingmethodofcommonproblems,systemofexperienceaccumulation,andgivefullplaytothecombinationofteachingandpractice.
Keyword:
singlechipmicrocomputer,keyboard,temperaturesensors,display
1设计任务及要求
1.1设计任务
1）利用上述材料完成包含如下系统功能组件的单片机最小系统的设计、焊接、调试
（1）键盘
一个4X4的矩阵键盘，其中，10个按键是0~9数字键；另外6个是功能键，用于功能选择和控制。
（2）显示电路
由6个7段LED数码管组成的显示电路。
（3）温度检测
利用DS18B20可编程1-Wire数字温度传感器芯片，或利用AD590温度传感器芯片和A/D转换器芯片采集温度温度信号。
（4）串口串行通信
利用51的串口实现串行通信接口电路。
2）完成ISP下载电路的设计、焊接
3）完成系统软件的设计，包括程序结构设计、流程图绘制、程序设计，实现如下功能
（1）功能选择
通过功能选择键，使得单片机处于不同的工作状态并通过LED显示相应的内容。
（2）温度显示
通过功能选择键选择温度检测、显示后，LED显示温度值。
（3）数据输入
通过功能选择键选择数据输入后，将通过键盘键入的0~9按键值显示在LED上，其中，最后输入的显示在最左边，之前键入向右移动一位。
（4）数据通信
将两个单片机最小系统通过串口连接起来，其中一个作为主系统，另一个作为辅系统。
当通过功能选择键选择数据通信后，当在主系统上进行功能
（2）、功能（3）的操作时，辅系统的LED上显示与主系统同样的内容。
4）利用仿真软件完成系统仿真工作
5）在单片机最小系统硬件上实现任务3中规定的功能
1.2任务分析
键盘电路是4X4矩阵键盘，共12个按键组成，通过与单片机I/O口相连来完成键盘扫描，扫描时按照逐行扫描方式来进行的。
数字温度计主要使用了温度传感器芯片DS18B20，将传感器的温度送至单片机，通过单片机控制在数码管上显示出来。
还可以通过串行通信的方式，在第二个单片机上显示出来。
串行通信是指数据按位顺序传送的通信。
串行数据传送的特点是：
通信线路简单，最多只需一对传输线即可实现通信，成本低但速度慢，其通信线路既能传送数据信息，又能传送控制信息。
它对信息的传送格式有固定要求，具体分为异步和同步两种信息格式．与此相应有异步通信和同步通信两种方式.
2基本原理
2.1AT89C51简介
2.1.1AT89C51概述
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
外形及引脚排列如图所示。
图2-1
2.1.2管脚功能
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
口管脚备选功能
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2/INT0（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）
P3.4T0（计时器0外部输入）
P3.5T1（计时器1外部输入）
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
振荡器特性:
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器可以配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。
有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
2.2DS18B20介绍及原理
2.2.1DS18B20概述
DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢
封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等。
主要根据应用场合的不同而改变其外观。
封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。
耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。
2.2.3DS18B20工作原理及应用
DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。
其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。
在讲解其工作流程之前我们有必要了解18B20的内部存储器资源。
18B20共有三种形态的存储器资源，它们分别是：
ROM只读存储器，用于存放DS18B20ID编码，其前8位是单线系列编码（DS18B20的编码是19H），后面48位是芯片唯一的序列号，最后8位是以上56的位的CRC码（冗余校验）。
数据在出产时设置不由用户更改。
DS18B20共64位ROM。
RAM数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失，DS18B20共9个字节RAM，每个字节为8位。
第1、2个字节是温度转换后的数据值信息，第3、4个字节是用户EEPROM（常用于温度报警值储存）的镜像。
在上电复位时其值将被刷新。
第5个字节则是用户第3个EEPROM的镜像。
第6、7、8个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。
第9个字节为前8个字节的CRC码。
EEPROM非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和校验数据，DS18B20共3位EEPROM，并在RAM都存在镜像，以方便用户操作。
3方案论证
3.1总体系统框图
系统原理方框图如图所示：
图3-1
3.2显示方案的选择
方案一：
通过软件把所要的数据转化为七段显示的数据，直接通过单片机接口来显示.
方案二：
通过液晶1602显示。
该液晶是工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。
（16列2行）
通过比较，决定使用数码管来进行显示。
数码管成像效果好，硬件电路简单。
3.3按键状态读取方案的选择
方案1：
把按键接到单片机的中断口，若有按键按下，单片机接收到中断信号，再通过软件编写的中断服务程序来执行中断，优点是接线简单，简化了电路，但软件编写较为复杂，不易掌握。
方案2：
不使用中断，直接把开关分别接在单片机的接口上，通过查询端口信号来动作。
其优点是程序得到简化，可读性加强。
通过对方案的比较，选择方案2通过查询方式来读取端口信号，相对来说编程和硬件电路都比较简单。
3.4方案说明
本设计是以AT89C52单片机为主要的控制核心，通过外接16个键盘作为控制源输入端，通过不同的按键来观看和调节各种数据，七段数码管作为显示器件，DS18B20温度传感器用于感应外界温度，传送给单片机进行处理。
4硬件电路的设计
4.1矩阵键盘单元
4.1.1矩阵键盘的原理与检测方式
原理说明：
列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。
这样，当按键没有按下时，所有的输入端都是高电平，代表无键按下。
行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。
键盘的工作方式一般有循环扫描和中断扫描两种。
循环扫描方式利用CPU在完成其他工作的空余，调用键盘扫描子程序来响应键输入要求。
在执行键功能程序时，CPU不再响应键输入要求。
键盘扫描程序通常具备4项功能：
第一，判断键盘上有无键按下。
第二，去除键抖动影响。
在判断有键按下，软件延时一段时间后，再判断键盘状态。
如果仍为有键按下状态，则确定；否则按键抖动处理。
第三，扫描键盘，得到按键的键号。
第四，判别闭合的键是否释放。
在系统初始化后，CPU必须反复轮流调用扫描式显示子程序和键盘输入程序。
在识别有键闭合后，执行规定的操作，然后再重新进人上述循环。
循环工作方式采用扫描键盘的工作方式，虽然能响应键输人的命令或数据，但是这种方式不管键盘上有无键按下，CPU总要定时扫描键盘；而应用系统在工作时，并不经常需要按键输入，因此，CPU常处于空扫描状态。
为了提高CPU的工作效率，可采用中断扫描工作方式，即只在键盘有键按下时发中断请求，CPU响应中断请求后，转中断服务程序，进行键盘扫描，识别键码。
中断扫描工作方式的一种简易键盘接口电路。
其直接由P1口中高、低字节构成4x4行列式键盘。
键盘的列线与P1口的低4位相接，键盘的行线接到Pl口的高4位。
图5中“与”门的4输入端分别与各列线相连，而输出端接单片机外部中断输入INT0。
初始化时，键盘行输出口全部置0。
当有键按下时，1NT0端为低电平，向CPU发出中断请求，若CPU开放外部中断，则响应该中断请求，进人中断服务程序。
此外还须注意保护与恢复现场。
4.1.2矩阵键盘电路部分及其说明
图4-1
说明：
本次设计采用循环扫描的方法，每次检测有按键按下，由于行列电平的变化，便开始查询此时行列电平值所对应的键盘编码，再由键盘编码输出到液晶显示编码并显示键值，由此按下一个按键，便可以得到相应的显示部分。
本设计可实现要求。
4.2数字温度计电路
数字温度计采用温度敏感元件也就是温度传感器（如铂电阻，热电偶，半导体，热敏电阻等），将温度的变化转换成电信号的变化，如电压和电流的变化，温度变化和电信号的变化有一定的关系，如线性关系，一定的曲线关系等，这个电信号可以使用模数转换的电路即AD转换电路将模拟信号转换为数字信号，数字信号再送给处理单元，如单片机或者PC机等，处理单元经过内部的软件计算将这个数字信号和温度联系起来，成为可以显示出来的温度数值，如32.3摄氏度，然后通过显示单元，如LED显示出来给人观察。
这样就完成了数字温度计的基本测温功能。
还可以通过串行通信的方式在第二个单片机上显示出来。
硬件电路如下：
图4-2
4.3单片机最小系统电路
TC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
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。
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，2个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。
另外STC89X52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
最高运作频率35MHz，6T/12T可选。
图4-3
5软件设计
5.1发送方程序设计
在设计出了三个分支程序：
串口通信函数，按键识别函数，温度计函数，现在要设计一个main（）函数，将它们的功能整合到一起，在一个完整的大程序里实现所有功能。
为了使得程序显得简洁，可读性强，我使用了程序嵌套的方法，从而实现了三个程序之间的相互切换，在一个大程序中，实现了三个子函数的功能。
需要注意的是，在不同的程序中，其相应的寄存器工作状态是不相同的，所以在转入下一个循环时，必须先进行初始化。
总程序设计的程序流程图如图所示：
图14总程序设计
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