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单片机
苏州市职业大学
课程实训
名称单片机原理及应用课程实训
2012年6月11日至2012年6月17日共1周
院 系
班级
姓名
学号
系 主 任
教研室主任
指导教师
目录
第1章概述1
1.1单片机1
1.2单片机的应用1
第2章芯片介绍2
2.1AT89S51芯片2
2.274LS164芯片3
2.3共阳极LED4
第3章系统硬件设计5
3.1交通管理的方案论证5
3.2系统硬件设计5
3.2.1硬件材料名称规格数量5
3.2.2硬件电路图5
3.2.3系统硬件实现效果6
第4章系统软件设计7
4.1编程7
4.1.1流程图7
4.1.2LED和数码管同时显示程序8
第5章实验小结10
5.1设计结论10
5.2心得体会10
第1章概述
1.1单片机
单片机是一种集成在电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。
单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。
相当于一个微型的计算机,和计算机相比,单片机只缺少了I/O设备。
概括的讲:
一块芯片就成了一台计算机。
它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。
同时,学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。
1.2单片机的应用
目前单片机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。
导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能IC卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片机。
更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。
因此,单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。
单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。
此外,单片机在工商、金融、科研、教育、电力、通信、物流和国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。
第2章芯片介绍
2.1AT89S51芯片
AT89S51单片机是一种低功耗,高性能CMOS8位微控制器与4K字节的系统内可编程闪存。
该装置是采用Atmel的高密度非易失性内存技术,并与业界标准的80C51指令集和引脚兼容。
片上闪存允许程序内存被重新编程在系统或由传统的非易失性存储器编程。
通过结合系统内可编程闪存一个多功能的8位CPU上单片芯片,Atmel的单片机AT89S51是一个功能强大的微控制器提供了一个高度灵活和成本有效的解决方案为许多嵌入式控制应用。
AT89S51具有以下标准特性:
4K字节闪存,128字节内存,32个I/ O线,看门狗定时器,两个数据指针,两个16位定时器/计数器,五向量两级中断结构,一个全双工串行口,片上振荡器,和时钟电路。
此外,单片机AT89S51设计了静态逻辑操作下降到零频率,并支持两种软件可选的节电模式。
空闲模式时CPU停止工作,而RAM,定时/计数器,串行端口,中断系统继续工作。
掉电模式保存RAM的内容,但冻结振荡器,禁止所有其他芯片功能,直到下一个外部中断或硬件复位。
芯片引脚介绍(功能图如图2.1-1所示):
·RST:
复位输入。
当振荡器工作时,RST引脚出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。
·ALE/
:
当访问外部存储器时,地址锁存允许是一输出脉冲,用以锁存地址的低8位字节。
当在Flash编程时还可以作为编程脉冲输出(
)。
图2.1-1AT89S51芯片引脚图
一般情况下,ALE是以晶振频率的1/6输出,可以用作外部时钟或定时目的。
但也要注意,每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。
·
:
程序存储允许时外部程序存储器的读选通信号。
当AT89C51执行外部程序存储器的指令时,每个机器周期
两次有效,除了当访问外部数据存储器时,
将跳过两个信号。
·
/VPP:
外部访问允许。
为了使单片机能够有效的传送外部数据存储器从0000H到FFFH单元的指令,
必须同GND相连接。
需要主要的是,如果加密位1被编程,复位时EA端会自动内部锁存。
当执行内部编程指令时,
应该接到VCC端。
·XTAL1:
振荡器反相放大器以及内部时钟电路的输入端。
·XTAL2:
振荡器反相放大器的输出端。
·Vcc—电源电压输入端。
·GND—电源地。
2.274LS164芯片
电特性的典型值如下:
型号fmPn54/7416436MHz185mW54/74LS16436MHz80mW。
当清除端CLEAR74LS164接线图:
8位移位寄存器(串行输入,并行输出)为低电平时,输出端(QA-QH)均为低电平。
串行数据输入端(A,B)可控制数据。
当A、B任意一个为低电平,则禁
止新数据输入,在时钟端(CLOCK)脉冲上升沿作用下Q0为低电平。
当A、B
有一个为高电平,则另一个就允许输入数据,并在CLOCK上升沿作用下决定Q0的状态。
芯片引脚介绍:
CLOCK时钟输入端
CLEAR同步清除输入端(低电平有效)
A,B串行数据输入端;
QA-QH输出端极限值
电源电压:
7V输入电压:
5.5V
图2.2-274LS164引脚图
工作环境温度:
74LS164-0~70℃
储存温度:
-65℃~150℃
74LS164是八位并出串行移位寄存器.功能是将数据串行移入,并行输出.P14=VCC,P7=GND.
P1=A,P2=B,两脚是数据串行移入口;P8=时钟.P9=清除.P3=QA,P4=QB,P5=QC,P6=QD,P10=QE,P11=QF,P12=QG,P13=QH是并行输出口。
2.3共阳极LED
共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管,共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V,当某一字段发光二极管的阴极为低电平时,相应字段就点亮,当某一字段的阴极为高电平时,相应字段就不亮。
第3章系统硬件设计
3.1交通管理的方案论证
根据给出的要求设计交通灯,东西、南北两干道交于一个十字路口,各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯,指挥车辆和行人安全通行。
红灯亮禁止通行,绿灯亮允许通行。
黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换,且黄灯亮的时间为东西、南北两干道的公共停车时间。
3.2系统硬件设计
3.2.1硬件材料名称规格数量
面包板1块、40脚基座1个、14脚基座1个、双色LED灯4个、470欧姆电阻8个、10UF电容1个、20PF电容2个、12MHZ石英晶振1个、八段数码管1个、74LS164一个。
3.2.2硬件电路图
3.2.3系统硬件实现效果
利用AT89S51单片机的P0口控制四只双色LED灯,来模拟十字路口交通灯的工作方式。
交通灯变化规律:
十字路口是东西南北走向,初始状态为状态S1(南北绿灯、东西红灯),延时8秒后转状态S2(南北绿灯闪烁3次变黄灯,东西红灯),2秒后转状态S3(东西绿灯,南北红灯),延时8秒后转状态S4(东西绿灯闪烁3次变黄灯,南北红灯),2秒左右后跳转到状态S1循环。
并且利用串行口以工作方式0在LED上显示时间。
此处双色LED灯有3只引脚,工作时中间引脚接地,另外两只引脚单独接高电平,一种亮红灯,一种亮绿灯,两只引脚同时接高电平时,亮黄灯。
主要器件:
AT89S51芯片、74ls164芯片、频率12MHZ晶振,还有三双色个LED显示灯、数码管一个、若干电阻。
第4章系统软件设计
4.1编程
根据老师给的参考程序,主要采用中断方式来实现红绿黄灯的交替显示和循环,LED显示模块主要用的串口发送数据9~0的循环显示,与红绿黄灯交替显示时间相对应。
4.1.1流程图
4.1.2LED和数码管同时显示程序
MOVIP,#0AH
SETBTR0
CLRTR1
LJMPDISP
SJMP$
DST0:
MOVTH0,#3CH
MOVTL0,#0B0H
DJNZR0,NEXT1
MOVR0,#100
JNBF0,S2
CPLP0.1
CPLP0.2
SJMPCOMP1
S2:
CPLP0.0
CPLP0.3
COMP1:
CLRTR0
SETBTR1
NEXT1:
RETI
DST1:
MOVTH1,#3CH
MOVTL1,#0B0H
DJNZR1,NEXT2
MOVR1,#10
JBF0,S4
CPLP0.0
CPLP0.3
SJMPCOMP2
S4:
CPLP0.1
CPLP0.2
ORG0000H
SJMPMAIN
ORG000BH
LJMPDST0
ORG001BH
LJMPDST1
ORG0030H
MAIN:
MOVSP,#60H
MOVTMOD,#11H
MOVTH1,#3CH
MOVTL1,#0B0H
MOVTH0,#3CH
MOVTL0,#0B0H
MOVP0,#10010110B
CLRF0
MOVR0,#100
MOVR1,#10
MOVR2,#6
MOVSCON,#00H
MOVIE,#9AH
COMP2:
DJNZR2,NEXT2
MOVR2,#6
CLRTR1
JBF0,STEP
MOVP0,#00000110B
LCALLDELAY1S
LCALLDELAY1S
MOVP0,#01101001B
SJMPCOMP
STEP:
MOVP0,#00001001B
LCALLDELAY1S
LCALLDELAY1S
MOVP0,#10010110B
COMP:
SETBTR0
CLRTR1
CPLF0
NEXT2:
RETI
DELAY1S:
MOVR1,#10
L3:
MOVR2,#200
L2:
MOVR3,#250
L1:
DJNZR3,L1
DJNZR2,L2
DJNZR1,L3
RET
DISP:
MOVSCON,#00H
LOOP2:
MOVR7,#09H
LOOP1:
LCALLSUB1
LCALLDELAY1S
DJNZR7,LOOP1
MOVR7,#09H
LJMPLOOP1
SUB1:
MOVA,R7
MOVDPTR,#TAB
MOVCA,@A+DPTR
MOVSBUF,A
HERE:
JNBTI,HERE
CLRTI
RET
TAB:
DB03H,9FH,25H,0DH,99H
DB49H,41H,1FH,01H,09H
END
第5章实验小结
5.1设计结论
将上述LED显示程序和数码管显示程序分别写入仿真器,可以看到LED先是南北方向绿灯,东西方向红灯,过5S后,南北向绿灯闪3下,变成黄灯,过了2S,南北向变成红灯,此时东西向变为绿灯,如此循环。
而数码管程序显示9到0不断循环
在编程时要注意各个端口的安排搭配选择以及对P0口的赋值也是很重要的,不然容易会在调试时出现灯亮的错误,譬如绿灯变黄而不是红灯变黄或者红绿灯亮不同步,还有延时也要计算好不然就会出现超时或者时间过短,延时DELAY程序只能估算接近于1S而要求准确的1S则需要专门的机器进行计算。
5.2心得体会
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- 单片机