洛阳理工学院单片机课程设计报告已修改.docx
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洛阳理工学院单片机课程设计报告已修改
洛阳理工学院
课程设计报告
课程名称单片机原理与接口技术
设计题目基于51系列单片机的实验平台开发设计
专业通信工程
班级B120509
学号B1*******
姓名徐国旗
完成日期2015年1月2日
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、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,数码管显示模块等程序设计;
4.按照要求撰写课程设计论文。
指导教师:
李传锋
2014年12月29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
单片机,全称单片微型计算机(英语:
Single-ChipMicrocomputer),又称微控制器(Microcontroller),是把中央处理器、存储器、定时/计数(Timer/Counter)、各种输入输出接口等都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。
与应用在个人电脑中的通用型微处理器相比,它更强调自供应(不用外接硬件)和节约成本。
它的最大优点是体积小,可放在仪表内部,但存储量小,输入输出接口简单,功能较低。
由于其发展非常迅速,旧的单片机的定义已不能满足,所以在很多应用场合被称为范围更广的微控制器;由于单芯片微电脑常用于当控制器故又名singlechipmicrocontroller,但是目前在中国大陆仍多沿用“单片机”的称呼。
主要特点:
1、主流单片机包括CPU、4KB容量的ROM、128B容量的RAM、2个16位定时/计数器、4个8位并行口、全双工串口行口、ADC/DAC、SPI、I2C、ISP、IAP。
2、系统结构简单,使用方便,实现模块化;
3、单片机可靠性高,可工作到10^6~10^7小时无故障;
4、处理功能强,速度快。
5、低电压,低功耗,便于生产便携式产品
6、控制功能强
7、环境适应能力强。
本次课程设计就是利用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,主要通过电路原理图,进行电路的焊接。
原理图主要包括集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。
这次单片机的课设它具有模块化硬件结构和简单的人机交互功能,硬件功能模块及部分演示程序。
该实验板具有降低设计成本,缩短开发周期,丰富学生知识,提高设计水平等优点。
第1章概述
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设计步骤
1.学习各元器件,弄清楚其工作原理;
2.Proteus软件仿真电路图的绘制;
3.根据电路图在开发板上进行焊接;
4.编写、调试开发板程序
5.下载到单片机中,查看实际运行效果。
1.3Proteus与KeilC51软件介绍
Proteus软件是英国LabCenterElectronics公司出版的EDA工具软件(该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司)。
它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能,还能仿真单片机及外围器件。
它是目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具。
虽然目前国内推广刚起步,但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。
Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件),从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真,一键切换到PCB设计,真正实现了从概念到产品的完整设计。
是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台,其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等,2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器,并持续增加其他系列处理器模型。
在编译方面,它也支持IAR、Keil和MATLAB等多种编译器。
KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统,与汇编相比,C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势,因而易学易用。
Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案,通过一个集成开发环境(μVision)将这些部分组合在一起。
运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。
如果你使用C语言编程,那么Keil几乎就是你的不二之选,即使不使用C语言而仅用汇编语言编程,其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍
第2章硬件电路设计
2.1电路各元器件介绍
2.1.1LCD1602液晶
液晶显示器,或称LCD(LiquidCrystalDisplay),为平面超薄的显示设备,它由一定数量的彩色或黑白像素组成,放置于光源或者反射面前方。
液晶显示器功耗很低,因此倍受工程师青睐,适用于使用电池的电子设备。
它的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面配合背部灯管构成画面。
1、LCD1602实物图
图1LCD外观及引脚
显示容量:
16个×2排字符;工作电流2.0mA(5.0V);字符尺寸:
2.95×4.35mm。
【能够看到的是2排,各16个字符,不是汉字】
2、LCD1602的读写
LCD1602的第5脚:
R/W,读写操作选择(1-读,0-写)。
表1LCD1602的读写
RS
R/W
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
LCD1602的第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。
【类似于74LS373,需要负跳变】执行一条命令或写入一个数据,都要使E有一个负跳变。
2.1.2两位一体共阴数码管
1
2
2.1
数码管是一种半导体发光器件,其基本单元是发光二极管。
共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管,共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上,当某一字段发光二极管的阳极为高电平时,相应字段就点亮,当某一字段的阳极为低电平时,相应字段就不亮。
同时数码管要正常显示,就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码,从而显示出我们要的数字
1、实物图
图2两位一体LED数码管
2、共阴极LED数码管的内部结构原理图:
图3共阴极LED数码管的内部结构原理图
表2共阴数码管字模表
显示
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
字模
0x3f
0x06
0x5b
0x4f
0x66
0x6d
0x7d
0x07
0x7f
0x6f
此次设计中两位一体数码管采用74LS374锁存器锁存,电路详见附录。
2.1.3其它元器件介绍
1、LED流水灯
流水灯中用8只LED发光二极管练成一排,作为流水灯。
二极管长引脚为正极短引脚为负极,也可用万用表测量。
发光二极管如图所示。
图4LED发光二极管
2、74LS138、74LS373芯片
图574LS138引脚及真值表
注:
1表示高电平,0表示低电平,×表示任意【C为高位,A为低位】
OE
LE
D
Q
0
1
1
1
0
1
0
0
0
0
×
不变
1
×
×
高阻态
图674LS373引脚及功能表
74LS373的三种工作方式:
跟随(OE=0,LE=1,输出跟随输入)
锁存(OE=0,LE从高变为低负跳变时,锁存D0~D7)
高阻(OE=1,Q0~Q7输出为高阻,相当于断开)
另外,此次设计中还用的排阻、色环电阻、电容、三极管等元件,在此不再做详细介绍。
2.2仿真电路连接与实物焊接
2.2.1protues仿真电路
在protues中连接各模块电路,注意各元器件的接法,各模块连接电路图如下:
图7液晶显示及流水灯模块
图8数码管及按键模块
其它模块的连接在此不再展示,详见附录。
2.2.2电路板焊接
1、焊接准备
根据电路原理图,焊接元器件。
先读出色环电阻的阻值,判断电容引脚的正负极,或用万用表测试。
检测各器件是否正常。
准备好电烙铁、焊锡、松香等必备物品。
2、焊接
给电烙铁加热,达到温度后按电路板上元件从低到高的顺序进行焊接,在焊接时要细心、仔细,在正确的位置焊上正确的元件,防止出现错误。
3、检测焊接电路
完成后检查是否有漏焊、连锡等问题。
在我们组用了一上午焊接电路,检查时发现LCD液晶显示不能显示、一个发光二极管不亮,经检测是器件损坏,经更换后故障解除。
焊接实物图如下:
图9焊接电路图
第3章软件设计
3.1程序整体思路
从电路着手编写程序,希望一个程序能把各模块连接起来,而不是用多个程序进行加载。
并且打开电源后能够重复进入各模块,而不是每次都需要复位。
所以可以先分开写各模块程序,然后连接起来。
可用while语句查询各标志位实现开电源后能够重复进入各模块。
程序的流程及各标志位含义如下:
图10程序流程图
表3各标志位含义
s
总标志位,1开,0关
b1
1写时计数器菜单
s1
每次进入主菜单时写主菜单
b2
更新计数值时重新显示
s2
刚通电或关闭时写关闭菜单
c
LCD模块总标志位
a
流水灯总标志位,1进入0退出
c0
1时写LCD菜单
a1
流水灯左循环标志位
c1
LCD显示姓名
a2
流水灯右循环标志位
c2
LCD显示学号
a3
流水灯暂停标志位
c3
LCD显示日期
b
计数器总标志位,1进入0退出
3.2程序编程实现
(1)流水灯函数程序(执行该模块的同时,LCD上显示流水灯菜单,详见附录):
voidledmod(){
writemenu(LEDmenu);//写菜单
for(i=0;i<3;i++)//先闪烁几下后全亮
{P2=0x55;
delay(150);
P2=0xaa;
delay(150);}
P2=0;
while
(1){
if(a1==1){
for(i=0;i<8;i++)//往左流
{
if(a==0)break;//a=0,跳出LED模块,下同
if(a2==1){a1=0;break;}
P2=led[i];
delay(200);
while(a3==1)if(a==0)break;}//a3=1,执行while循环,相当于暂停
}
if(a2==1){
for(i=0;i<8;i++)//往右流
{
if(a==0)break;
if(a1==1){a2=0;break;}
P2=led[7-i];
delay(200);
while(a3==1)if(a==0)break;
}
}if(a==0)break;}}
(2)计数器函数程序(执行该模块的同时,LCD上显示计数器菜单,详见附录):
voidcoutermod(){
if(b1==1){b1=0;//进入计数器后,写菜单并让数码管显示0,流水灯熄灭
writemenu(counter);
P0=0x3f;
P2=0xff;}
if(b2==1){b2=0;//按下按键数据改变时,数码管重新显示
p25=1;p26=0;p27=0;
P0=table[count/10];
p25=p26=p27=0;
P0=table[count%10];}}
(3)LCD液晶显示模块程序(执行该模块的同时,LCD上显示其菜单,详见附录):
voidLCDmod(){
if(c0==1){c0=0;writemenu(lcdmenu);}//写LCD菜单
if(c1==1){c1=0;//
wcmd(0x80+0x40);for(j=0;j<16;j++)wdat(name[j]);}
if(c2==1){c2=0;
wcmd(0x80+0x40);for(j=0;j<16;j++)wdat(num[j]);}
if(c3==1){c3=0;
wcmd(0x80+0x40);for(j=0;j<16;j++)wdat(date[j]);}}
(4)写各菜单函数(用于写各个模块的菜单):
voidwritemenu(unsignedcharp[])
{wcmd(0x01);
for(j=0;j<16;j++)
wdat(p[j]);
wcmd(0x80+0x40);
for(;j<32;j++)
wdat(p[j]);
(5)主函数
voidmain()
{
TCON=0x55;//01010101,TR1=TR0=IT1=IT0=1
TMOD=0x66;//01100110,两个都为计数方式2
TH0=TL0=0xff;
TH1=TL1=0xff;
IE=0x8f;
LCD_init();
writemenu(OFF);
P0=0;
while
(1){
if(s){//s=1,开始;s=0,关闭。
while
(1){
if(s1){s1=0;writemenu(mainmenu);}
if(a==1){ledmod();}
if(b==1){coutermod();}
if(c==1){LCDmod();}
if(s==0){writemenu(OFF);break;}
}}}}
(6)四个中断函数:
key0()interrupt1{delay(100);
if(a==0&&b==0&&c==0&&s){a=1;return;}//&&b==0&&c==0&&s,判断是否在主菜单中,下同
if(a==1)if(a1==0&&a3==0)a1=1;//&&a3==0,暂停时不能通过中断改变循环方向
if(b==1){count++;if(count==100)count=0;b2=1;}
if(c==1){if(c1==0){c1=1;}}
}
key1()interrupt3{delay(100);
if(b==0&&a==0&&c==0&&s){b=b1=1;return;}//b1=1,第一次进入计数器
if(a==1)if(a2==0&&a3==0)a2=1;
if(b==1){count--;if(count<0)count=0;b2=1;}
if(c==1){if(c2==0){c2=1;}}
}
key2()interrupt0{delay(100);
if(c==0&&b==0&&a==0&&s){c=1;c0=1;return;}
if(a==1&&(a1||a2)){a3=!
a3;}//&&(a1||a2),防止刚进入流水灯时,按下暂停键暂停
if(b==1){count=0;b2=1;}
if(c==1){if(c3==0){c3=1;}}
}
key3()interrupt2{delay(100);
if(a==0&&b==0&&c==0){s=!
s;}//在关闭或主菜单中按下key3开始或进入主菜单
if(a==1){a=0;a1=a2=a3=0;}
if(b==1){b=count=b2=0;}
if(c==1){c=c1=c2=c3=0;}
if(s)s1=1;//s=1,在每次由各模块返回到主菜单或由关闭到主菜单时写主菜单
elses2=1;//s=0,在刚通电或由主菜单关闭时写关闭菜单
}
此次编程和优化总共花费了十多个小时,最终达到自己预想的效果,其它如LCD驱动函数、定义变量等命令在此不再列出,详见附录中的源程序。
3.3程序的优缺点分析
优点:
(1)一个程序能把各模块连接起来,而不是用多个程序进行加载。
(2)打开电源后能够重复进入各模块,无需每次复位。
(3)每个模块都可以通过按键实现多种功能,功能丰富。
(4)可根据LCD提示操作,更加人性化。
(5)各模块单独为一个函数,使程序结构明朗。
缺点:
主要是标志位过于繁多,阅读困难,给程序的修改和优化带来麻烦。
所以程序还有待优化。
第4章仿真及实物效果展示
4.1关闭菜单与主菜单
关闭菜单与主菜单效果如下图所示:
图11仿真与实物的关闭菜单与主菜单
4.2流水灯模块
功能有左流、右流、清零、返回,部分功能展示如下:
图12流水灯模块仿真及实物部分效果
4.3计数器模块
功能有加计数、减计数、清零、返回,部分功能展示如下:
图13计数器模块部分效果
4.4LCD液晶显示模块
功能有显示姓名、学号、日期、返回,部分功能展示如下:
图14LCD模块部分效果
心得体会
参考文献
【1】林立,张俊亮编单片机原理及应用——基于Proteus和Keilc[M].北京:
电子工业出版社,2013.1
【2】谭浩强.C程序设计(第四版).北京:
清华大学出版社,2010.6
【3】周润景等.PROTEUS入门实用教程.北京:
机械工业出版社,2007.
【4】贾好来.MCS-51单片机原理及应用.北京:
机械工业出版社,2007.
附 录
1、源程序
#include
#defineucharunsignedchar
sbitRS=P1^6;
sbitRW=P1^7;
sbitp25=P2^5;
sbitp26=P2^6;
sbitp27=P2^7;
sbitp32=P3^2;
sbitp33=P3^3;
sbitp34=P3^4;
sbitp35=P3^5;
bits,s1,s2,a,a1,a2,a3,b,b1,b2,c,c0,c1,c2,c3;
charcount;
ucharLCD_Status,i,j;
ucharcodemainmenu[]="Mainmenu:
1LED2C3LCD4OFF";
ucharcodeLEDmenu[]={'','','','N','o','w','','i','s','','L','E','D',
':
','','','','1',':
',0x7f,'2',':
',0x7e,'3',':
','p','/','s','','4',':
','R'};
ucharcodecounter[]="Nowiscounter:
1:
+2:
-3:
'0'4:
R";
ucharcodelcdmenu[]="NowisLCD:
1name2num3date4R";
ucharcodename[]="XuGuoQi";
ucharcodenum[]="B12050923";
ucharcodedate[]="2014/12/18";
ucharcodeOFF[]="OFFPresskey4Start";
ucharcodeled[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f,0xff,0x7e,0x3c,0x18,0x00};
ucharcodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
voiddelay(unsignedintcount)
{unsignedchari;
while(count--)
for(i=0;i<120;i++);
}
/*************************LCD相关驱动函数*****************************/
unsignedcharBusy_Check()//检查忙函数
{RS=0;RW=1;//RS=0,控制寄存器,RW=1,读
p25=0;p26=1;p27=0;
delay
(1);
LCD_Status=P0;
delay
(1);
p25=1;p26=1;p27=0;
returnLCD_Status;
}
voidwcmd(unsignedcharcmd)//写命令函数,RS=0;RW=0
{while((Busy_Check()&0x80)==0x80);
RS=0;RW=0;
p25=0;p26=1;p27=0;
P0=cmd;
delay
(1);
p25=1;p26=1;p27=0;
}
voidwdat(unsignedchardat)//写数据函数,RS=1;RW=0
{
while((Busy_Check()&0x80)==0x80);
RS=1;RW=0;
p25=0;p26=1;p27=0;
P0=dat;
delay
(1);
p25=1;p26=1;p27=1;
P0=0;//每次写数据后熄灭LED数码管
P2=0xff;//每次写数据后熄灭LED流水灯
}
voidLCD_init()//初始化函数
{wcmd(0x38);//38H=00111000,使用8位,用5×7的字型,2行
delay
(1);//改为0x3C=00111100,就用5×10字型
wcmd(0x01);//01H=00000001,清屏【命令1】
delay
(1);
wcmd(0x06);//06H=00000110,字符不动,光标自动右移一格【命令3】
delay
(1);
wcmd(0x0c);//0eH=00001110,开显示,无光标,字符不闪烁【命令4】
delay
(1);
}
/***************************写各菜单函数******************************/
voidwritemenu(unsignedcharp[])
{wcmd(0x01);
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