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单片机课设
目录
第一章引言……………………………………………………………………………2
1.1单片机的发展历史及应用………………………………………………………2
1.2单片机的组成及特点……………………………………………………………3
第二章数字钟的构成…………………………………………………………4
2.1数字钟的构成……………………………………………………………………4
2.2试验中所需的器材………………………………………………………………4
2.3电子钟的时间显示………………………………………………………………4
2.4原理框图………………………………………………………………………5
第三章电路设计………………………………………………………………5
3.1AT89C51的单片机简介…………………………………………………………5
3.1.1主要特性………………………………………………………………………5
3.1.2管脚说明………………………………………………………………………6
3.1.3振荡器特性……………………………………………………………………8
3.2CC4511的集成简介……………………………………………………………8
3.2.1CC4511的逻辑图及集成分析……………………………………………8
3.3LED数码显示器简介…………………………………………………………9
3.4电路接法…………………………………………………………………10
3.4.1晶体振荡器与AT89C51的接法……………………………………………10
3.4.2单片机AT89C51的引脚的连接……………………………………………10
3.4.3译码器CC4511的引脚的连接……………………………………………10
3.5数字钟电路图…………………………………………………………………11
第四章软件程序设计……………………………………………………………11
4.1检测AT89C51及七段数码管运行否…………………………………………11
总结…………………………………………………………………………………12
参考文献………………………………………………………………………………12
附录一硬件电路图……………………………………………………………13
附录二程序………………………………………………………………………15
1引言
单片机也被称为微控制器(MicrocontrollerUnit),常用英文字母的缩写MCU表示单片机,它最早是被用在工业控制领域。
单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。
最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中,使计算机系统更小,更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。
INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器,从此以后,单片机和专用处理器的发展便分道扬镳
单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统,因此它得到了最多的应用。
事实上单片机是世界上数量最多的计算机。
现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。
手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。
而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。
汽车上一般配备40多部单片机,复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作!
单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的总和,甚至比人类的数量还要多.
数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置,广泛应用于车站、个人家庭、办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度远远超过老式钟表,钟表的数字化给人们的生活生产带来了极大的方便。
诸如定时自动报警、定时广播、通断动力设备、甚至更多定时电气的自动启用等,所有这些都是以数字钟表化为基础的。
因此研究数字钟有非常现实的意义。
1.1单片机的发展历史及应用
单片机诞生于20世纪70年代末,经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。
SCM即单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer)阶段,主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。
“创新模式”获得成功,奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。
MCU即微控制器(MicroControllerUnit)阶段,主要的技术发展方向是:
不断扩展满足嵌入式应用时,对象系统要求的各种外围电路与接口电路,突显其对象的智能化控制能力。
它所涉及的领域都与对象系统相关,因此,发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。
在发展MCU方面,最著名的厂家当数Philips公司。
Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势,将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。
因此,当我们回顾嵌入式系统发展道路时,不要忘记Intel和Philips的历史功绩。
单片机是嵌入式系统的独立发展之路,向MCU阶段发展的重要因素,就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决;因此,专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。
随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展,基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。
因此,对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。
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、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、医疗器械了。
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,大致可分如下几个范畴:
1>在工业控制中的应用:
用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。
例如:
电梯智能化控制、各种报警系统,与计算机联网构成二级控制系统等。
2>在仪表上的应用:
单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点,广泛应用于仪器仪表中,结合不同类型的传感器,可实现诸如电压、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。
采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化,且功能比起采用电子或数字电路更加强大。
例如精密的测量设备。
3>在家用电器中的应用:
可以这样说,现在的家用电器基本上都采用了单片机控制,从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备,五花八门,无所不在。
4>在计算机网络和通信领域中的应用:
现代的单片机普遍具备通信接口,可以很方便地与计算机进行数据通信,为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件,现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制,从手机,电话机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话,集群移动通信等。
5>单片机在医用设备领域中的应用:
单片机在医用设备中的用途亦相当广泛,例如医用呼吸机,各种分析仪,监护仪,超声诊断设备及病床呼叫系统等等。
1.2单片机的组成及特点
单片机是微型计算机的一个主要分支,在结构上的最大特点是把CPU、存储器、定时器和输入/输出接口电路等集成在一块超大规模集成电路芯片上。
单片机是通过内部总线把计算机的各主要部件接为一体,其内部总线包括地址总线、数据总线和控制总线。
其中地址总线的作用是在进行数据交换时提供地址,CPU通过它们将地址输出到存储器或I/O接口,数据总线的作用是在CPU与存储器或I/O接口,或存储器与外设之间交换数据。
控制总线包括CPU发出的控制信号线和外部送入CPU的应答信号线等。
单片机的主要特点有:
1>有优异的性能价格比。
2>集成度高、体积小、有很高的可靠性。
3>控制功能强。
4>低功耗、低电压,便于生产便携式产品。
5>外部总线增加了IC及SPI等串行总线方式,进一步缩小了体积,简化了结构。
6>单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范,容易构成各种规模的应用系统。
第二章数字钟的构成
2.1数字钟的构成
数字钟实际上是一个对标准频率(1HZ)进行计数的计数电路。
由于计数的起始时间不可能与标准时间一致,故需要在电路上加一个校时电路,同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定,通常使用石英晶体振荡电路构成数字钟。
(1)石英晶体振荡电路
石英晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的12HZ的方波信号。
(2)时间计数器电路
时间计数器电路由秒个位和秒十位计数器电路,分个位和分十位计数器电路构成,秒个位和秒十位计数器,分个位和分十位计数器为60进制计数器。
(3)译码驱动电路
译码驱动电路将计数器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态,并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。
(4)数码管
数码管通常有发光二极管(LED)数码管和液晶数码管(LCD),本设计为(LED)数码管。
(数字钟的工作原理图如图1所示)
2.2试验中所需的器材
5V电源面包板1块镊子1把剪刀1把网络线2米AT89C51单片机1个12MHZ晶体振荡器1个CC4511集成块4块共阴七段数码管4个680欧姆电阻28个10千欧姆电阻1个
10uf/25V电解电容1个22pf陶瓷电容2个30p电容2个0.01uf电容2个
2.3电子钟的时间显示
电子钟的时钟时间在六位数码管上进行显示,因此,在内部RAM中设置显示缓冲区共8个单元。
LED8LED7LED6LED5LED4LED3LED2LED1
37H36H35H34H33H32H31H30H
时十位时个位分隔分十位分个位分隔秒十位秒个位
2.4原理框图
第三章电路设计
3.1AT89C51的单片机简介
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除的只读存储器(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和闪烁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。
AT89C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2
3.1.1主要特性
·与MCS-51兼容
·4K字节可编程闪烁存储器
·寿命:
1000写/擦循环
·数据保留时间:
10年
·全静态工作:
0Hz-24MHz
·三级程序存储器锁定
·128×8位内部RAM
·32可编程I/O线
·两个16位定时器/计数器
·5个中断源
·可编程串行通道
·低功耗的闲置和掉电模式
·片内振荡器和时钟电路
3.1.2管脚说明
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P1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/地址的第八位。
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外部必须被拉高。
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口作为第八位地址接收。
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(记时器0外部输入)
P3.5T1(记时器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地位字节。
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。
P0、P1、P2、P3引脚图2如下:
(其中我们用了P1、P2口)
3.1.3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。
3.2CC4511的集成简介及逻辑图
CC4511是BCD-7段所存译码驱动器,在同一单片结构上由COS/MOS逻辑器件和n-p-n双极型晶体管构成。
这些器件的组合,使CC4511具有低静态耗散和高抗干扰及源电流高达25mA的性能。
由此可直接驱动LED及其它器件。
LT、BI、LE输入端分别检测显示、亮度调节、存储或选通一BCD码等功能。
当使用外部多路转换电路时,可多路转换和显示几种不同的信号。
CC4511提供了16引线多层陶瓷双列直插(D)、熔封陶瓷双列直插(J)、塑料双列直插(P)和陶瓷片状载体(C)4种封装形式
4511译码器有16只脚k,所需电源为5V。
输入脚D、C、B、A吸收BCD码,
/LT、/BI和LE三脚为控制信号,当/LT=1、/BI=1、LE=0时且DCBA的值不超过1001时,4511译码显示,否则数码管消隐。
图五CC4511的外部结构图
图六4511译码器的逻辑图
3.3LED数码显示器的简介
LED数码管以发光二极管作为发光单元,颜色有单红,黄,蓝,绿,白,七彩效果。
单色,分段全彩管可用大楼,道路,河堤轮廓亮化,LED数码管可均匀排布形成大面积显示区域,可显示图案及文字,并可播放不同格式的视频文件。
通过电脑下flash、动画、文字等文件,或使用动画设计软件设计个性化动画,播放各种动感变色的图文效果
LED数码管有两种接法:
共阳极接法和共阴极接法。
本设计采用的是共阴极接法,及其引脚排列如图七。
3.4电路接法
3.4.1晶体振荡器与AT89C51的接法
如图九所示XTAL1和XTAL2脚接到12MHZ的晶体振荡器上,与两个30pf的电容并联,并接低电平。
3.4.2单片机AT89C51的引脚的连法
单片机AT89C51的40脚(VDD)与30脚(EA)接高电平,20(Vss)脚接低电平。
P1.0到P1.3与分十位译码器的A、B、C、D口对应,P1.4到P1.7与分个位译码器的A、B、C、D口对应。
P2.0到P2.3与秒个位译码器的D、C、B、A口对应,P2.4到P2.7与秒十位译码器的D、C、B、A口对应。
3.4.3译码器CC4511的引脚的连法
译码器CC4511的接法为VDD、/LT、/BI接到高电平,LE、Vss接到低电平,A、B、C、D脚接到AT89C51,其它脚接到共阴极数码管上。
3.4.4译码器CC4511与共阴极LED的连接方式
CC4511与共阴极LED的连接方式为如图所示,对应的a、b、c、d、e、f、g相连。
连接时对应的接口中有680欧姆的电阻,以保证数码管不会烧毁。
3.5数字钟电路图
电路流程为晶体振荡器的方波在AT89C51里转为二进制码,再把二进制码送入译码器CC4511。
再传到七段数码管,显示相应的数字。
如图附录
第四章程序设计
4.1检测AT89C51及七段数码管是否运行
检查电源电路和晶体振荡器是否接好,复位开关是否是好的。
仔细观察数码管是共阴极的还是共阳极的以及二极管是否能发光等。
4.2流程图及程序
总结
所谓实践出真理,通过这次课程设计,我对单片机的了解更深了。
对单片机在市场中和生活中的理解也增强了。
在这个过程中我的打字速度更快了,查找文件的能力也提高了。
这段时间刚好是我们的考试周,这两天本来就很忙,但此次课程设计给我以后如何安排时间提供了很好的经验和借鉴。
参考文献
[1]张毅坤等.单片微型计算机原理及应用.西安电子科技大学出版社1998年9月
[2]李朝青.单片微型计算机原理及应用.北京航空航天大学出版社.2005年9月
[3]谭浩强C语言程序设计(第二版).清华大学出版社.1999年12月
附录一硬件电路图
图一
图三单片机的内部结构
图四8951的外部接口图
图十
附录二
ORG0000H
AJMPMAIN
ORG001BH
AJMPSERVE
MAIN:
MOVP0.00000H
MOVP0.10000H
MOVP0.20000H
MOVTMOD,#01H
MOV20H,#0AH
CLRA
MOV30H,A
MOV31H,A
MOV32H,A
SETBET1
SETBEA
MOVTH1,#3CH
MOVTL1,#0B0H
SETBTR1
SJMP$
SERVE:
PUSHPSW
PUSHACC
MOVTH1,#3CH
MOVTL1,#0B0H
DJNZ20H,RETUNT
MOV20H,#0AH
MOVA,#01H
ADDA,32H
DAA
MOV32H,A
CJNEA,#60,RETUNT
MOV32H,00H
MOVA,#01H
ADDA,31H
DAA
MOV31H,A
CJNEA,#60,RETUNT
MOV31H,00H
MOVA,#01H
ADDA,30H
DAA
MOV30H,A
CJNEA,#24,RETUNT
MOV30H,00H
RETUNT:
POPACC
POPPSW
RETI
END
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