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毕业论文单片机原理及应用
毕业论文:
单片机原理及应用
目《单片机原理及应用》课程实验设计题
专业名称
学生姓名
指导教师
毕业时间
本科毕业设计论文
摘要
单片机的发展已经很成熟,仍有广阔的应用前景。
目前大多数高校都建立了单片机实验室,基本上配备了实验箱等硬件仿真设备。
由于实验箱硬件电路配置固定、实验内容较难改变,较难适应当前单片机技术的快速发展现状以及培养学生灵活的单片机开发能力、创新能力。
利用Proteus软件仿真技术,可以在一定程度上弥补上述不足。
搭建一个虚拟实验平台,可以实现更灵活的应用,给学生提供的开发单片机项目的条件,对掌握该项技术有着积极的意义。
本文以AT89C51系列单片机为例设计单片机实验,参考其他高校实验课的安排,结合本专业培养特色,按照8?
16?
24课时安排了三套实验内容。
第一套(八课时)实验是针对单片机的基础实验,旨在让学生对单片机的内部结构、工作原理和开发平台有一个初步的认识;第二套(十六课时)实验是针对单片机的基础应用,目的是让学生提高对单片机的认识,并能做到初步开发单片机的接口和应用;第三套(二十四课时)实验是设计性实验,使学生在完成实验后,能够比较熟练的开发单片机项目。
关键字:
单片机,AT89C51,虚拟实验平台,proteus
I
ABSTRACT
AlthoughMCUdevelopmentwasmature,therearebroadapplicationprospect.Currentlymosthighereducationinstitutionshavebuiltsinglechiplaboratory,equippedwithexperimentboxandotherhardwaresimulationequipment.Butthecircuitryoftheexperimentboxisfixedandtheexperimentstepsarehardtobechanged.Itisnotfitthetrendofrapiddevelopmentspeedofsinglechiptechnology.Itisalsounsuitedtodevelopstudents’abilitiesandcreativities.
WiththeintroductionoftheProteussoftwaresimulationtechnology,itcanbesolvedatacertainextent.Wecoulddesignmoreexperimentstepsandhelpstudentscompletingtheirself-studywiththesimulationexperimentalplatform.Itisapositivemeaningtograspthetechnology.
ThispaperontheAT89C51single-chipMCUasanexamplerepresentsthedevelopmentofexperimentalsystem.Onthisbasis,learningandapplicationoftheothercharacteristicsofasinglechipwillberelativelyeasy.Referringtoother
universityexperiment,combinedwiththecharacteristicofprofessionaltrainingprogram,accordingto8/16/24scheduling,thispaperarrangesthreesetsofexperiment.
ThefirstsetofexperimentswithMCUbasedexperimentisdesignedtoletthestudenthaveapreliminaryunderstandingtothesingle-chipmicrocomputer,theinternalstructure,workingprincipleandworkingway;Thesecondsetofexperiments
isMCUapplication,lettingstudentsenhanceMCUunderstanding,andcanuseSCMrealizingsomepreliminarydailylifeapplication;Thethirdsetofexperimentisdesignedexperimentation,makesthestudentsusesingle-chipmoreskilledaftercompletedtest.
KEYWORDS:
single-chip,AT89C51,Virtualexperimentalplatform,proteus
本科毕业设计论文
第一章绪论............................................................................................................4
1.1研究背景.....................................................................................................4
1.2研究现状.....................................................................................................5
1.3论文工作.....................................................................................................6
1.4论文结构.....................................................................................................6
第二章实验方案.....................................................................................................7
2.1实验内容构思.............................................................................................7
2.2实验平台介绍.............................................................................................8
2.3软件的功能.................................................................................................8
软件的安装使用........................................................................................102.4
第三章八课时实验................................................................................................12
3.1开关状态指示闪烁灯.................................................................................12
3.2广告灯........................................................................................................14
3.3报警产生器................................................................................................15
3.4I/O并行口直接驱动LED显示..................................................................16
3.5按键识别....................................................................................................17
3.6计数器与计时器........................................................................................18
3.7小结............................................................................................................20第四章十六课时和二十四课时实验.....................................................................21
4.1可预置可逆4位计数器.............................................................................21
4.24×4矩阵式键盘识别技术.........................................................................22
4.3点阵式图形LCD显示...............................................................................23
4.4单片机汽车灯光控制器.............................................................................25
4.5直流电机闭环调速实验.............................................................................26
4.6交通灯控制实验........................................................................................27
4.7电子万年历的设计制作.............................................................................28
4.8小结............................................................................................................29
第五章全文总结....................................................................................................30
参考文献.................................................................................................................31
致谢.......................................................................................................................33
毕业设计小结..........................................................................................................34
III
本科毕业设计论文
第一章绪论
本文结合西北工业大学软件与微电子学院开设的《单片机原理与应用》及其实验课程,参考其他学校实验课程安排及一些实验指导书,设计了三组单片机实验,主要是针对AT89C51。
1.1研究背景
单片微型计算机简称单片机,是典型的嵌入式微控制器
(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。
单片机经历了4位、8位的阶段,其中最成功的是INTEL的8031,因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。
此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。
基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。
随着工业控制领域要求的提高,开始出现了16位单片机,但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。
90年代后随着消费电子产品大发展,单片机技术得到了巨大提高。
随着INTELi960系列,特别是后来的ARM系列的广泛应用,32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位,并且进入主流市场。
而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高,处理能力比起80年代提高了数百倍。
当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用,大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。
而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。
为了配合单片机的学习,大多数高校都建立了单片机实验室,基本上配备了实验箱等硬件仿真设备。
但实验箱硬件电路固定、实验内容较难改动,很难适应单片机技术的快速发展以及培养学生的单片机开发能力、创新能力。
4
本科毕业设计论文1.2研究现状
计算机系统的发展已明显地朝三个方向发展,这三个方向就是:
巨型化,单片化,网络化。
以解决复杂系统计算和高速数据处理的仍然是巨型机在起作用,故而,巨型机在目前在朝高速及处理能力的方向努力。
单片机在出现时,Intel公司就给其单片机取名为嵌入式微控制器(embeddedmicrocontroller)。
单片机的最明显的优势,就是可以嵌入到各种仪器、设备中。
这一点是巨型机和网络不可能做到的。
在单片机应用中,可靠性是首要因素为了扩大单片机的应用范围和领域,提高单片机自身的可靠性是一种有效方法。
近年来,单片机的生产厂家在单片机设计上采用了各种提高可靠性的新技术,这些新技术表现在如下几点:
A.EFT(EllectricalFastTransient)技术
EFT技术是一种抗干扰技术,它是指在振荡电路的正弦信号受到外界干扰时,其波形上会迭加各种毛刺信号,如果使用施密特电路对其整形,则毛刺会成为触发信号干扰正常的时钟,在交替使用施密特电路和RC滤波电路时,就可以消除这些毛否则令其作用失效,从而保证系统的时钟信号正常工作。
这样,就提高了单片机工作的可靠性。
B.低噪声布线技术及驱动技术
在传统的单片机中,电源及地线是在集成电路外壳的对称引脚上,一般是在左上、右下或右上、左下的两对对称点上。
这样,就使电源噪声穿过整块芯片,对单片机的内部电路造成干扰。
现在,很多单片机都把地和电源引脚安排在两条相邻的引脚上。
这样,不仅降低了穿过整个芯片的电流,另外还在印制电路板上容易布置去耦电容,从而降低系统的噪声。
C.采用低频时钟
高频外时钟是噪声源之一,不仅能对单片机应用系统产生干扰,还会对外界电路产生干扰,令电磁兼容性不能满足要求。
对于要求可靠性较高的系统,低频外时钟有利于降低系统的噪声。
在一些单片机中采用内部琐相环技术,则在外部时钟较低时,也能产生较高的内部总线速度,从而保证了速度又降低了噪声。
单片机在目前的发展形势下,表现出的趋势是:
可靠性及应用越来越水平高和互联网连接已是一种明显的走向;所集成的部件越来越多;功耗越来越低;和模拟电路结合越来越多。
对于单片机实验,大多数高校实验室配备的实验箱硬件电路和接口固定,实验不够灵活。
在本论文中,单片机实验采用的是Proteus软件仿真技术,搭建
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本科毕业设计论文一个虚拟实验平台,可以实现更丰富的应用,实验内容也变得更加灵活,成本也大幅度降低,并且可以给学生提供自主开发的条件。
1.3论文工作
论文作者对单片机原理及应用实验方面做了一些学习。
完成的主要工作如下:
(1)学习单片机原理及应用相关概念和知识,了解Proteus,Keil的功能和使用方法,以及汇编语句的写法,一些简单的操作指令的写法。
(2).通过设计的第一组(八课时)实验,使学生掌握单片机I/O口的基本输入输出功能,延时子程序的编写和使用等。
(3)通过设计的第二组(十六课时)实验,使学生掌握定时/计数器工作在定时状态下的编程方法,了解并掌握查表程序结构设计方法,熟悉理解查表指令以及7段数码管的使用方法。
(4)通过相关实验,使学生掌握中断服务程序的设计方法,移位指令的用法,加深对51单片机内部结构、工作原理和开发平台的理解。
(5)通过设计的第三组(二十四课时)实验,加强学生对单片机的内部结构、工作原理和工作方式有较深的理解,能熟练开发单片机项目。
(6)在完成三组实验后,分别制作了演示课件,教师用和学生用实验指导书。
1.4论文结构
本论文的内容共分五章,具体的安排如下:
第一章是绪论部分,阐述与本论文相关的设计方面的研究背景,现状和完成的任务,以及论文的内容安排。
第二章是实验简介,包括每组实验的实验安排,软件平台的介绍,安装和使用,以及与实验相关部分的软件的使用方法。
第三章是八课时实验内容,包括六个实验,属于基础实验。
第四章是十六课时和二十四课时实验内容,其中,十六课时实验内容增加了六个实验,属于基本应用性实验;二十四课时实验增加了一个设计性实验,旨在使学生在完成设计后,能够熟练掌握开发单片机项目的方法。
第五章是全文总结,对本论文所做的工作进行了总结。
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本科毕业设计论文
第二章实验方案
本章是实验方案介绍,包括每组实验的实验安排,软件平台的介绍与安装,以及与实验相关部分的软件的使用方法。
2.1实验内容构思
本论文所设计的三套实验是通过学习搜集到的其他高校的实验课程资料,结合本专业的培养特点,分别按照8/16/24课时来安排的。
其中,八课时实验由六个基础实验组成;十六课时实验在八课时实验基础上,增加了六个应用型实验;二十四课时实验在十六课时实验基础上,增加了一个设计性实验。
八课时实验安排内容包括开关状态指示闪烁灯,广告灯,报警产生器,I/O并行口直接驱动LED显示,按键识别,计数器与计时器。
以LED,蜂鸣器,七段数码管显示三个模块为基础,主要是针对AT89C51的几种工作方式、命令字及其寻址方式。
这六个实验都是基础实验,旨在使学生对单片机的内部结构、工作原理和开发平台有一个初步的认识,所以,该部分是本论文的基础。
学生在完成这一部分实验后,可以掌握单片机I/O口的基本输入输出功能,延时子程序的编写和使用等。
十六课时增加的实验内容包括可预置可逆4位计数器,4×4矩阵式键盘识别技术,点阵式图形LCD显示,单片机汽车灯光控制器,直流电机闭环调速实验,交通灯控制实验。
这六个实验都是针对基本应用的实验,目的是使学生掌握定时/计数器工作在定时状态下的编程方法,了解并掌握查表程序结构设计方法,熟悉理解查表指令以及七段数码管的使用方法,以及掌握中断服务程序的设计方法,移位指令的用法,加深对51单片机内部结构、工作原理和开发平台的理解。
二十四课时增加了电子万年历的设计制作,这是一个设计性实验。
通过电子万年历的设计制作,可以让学生把所学的知识融会贯通,对单片机的内部结构、工作原理有了更深的认识,培养学生自主开发单片机项目的能力。
这三套实验由浅入深,是递进的关系。
第一套(八课时)实验是基础,使学生对单片机内部结构、工作原理和开发平台有一个初步的了解。
第二套(十
7
本科毕业设计论文六课时)实验增加的六个基本应用实验。
第三套(二十四课时)实验增加了一个设计性实验,旨在培养学生开发单片机项目的能力。
每套实验内容的安排都是按照由简单到复杂的顺序,学生在做实验时,应该按照实验安排从前到后依次完成。
所需的实验平台均为Proteus和Keil,学生只需要编写代码,使用Keil生成HEX文件,就可以在Proteus上进行仿真。
本论文所涉及的所有实验所需要的DSN电路图虽然均已给出,但是学生可以自行设计电路图。
2.2实验平台介绍
2.2.1Proteus
Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件,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,是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。
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。
2.2.2Keil
Keil软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具,全Windows界面。
另外重要的一点,只要看一下编译后生成的汇编代码,就能体会到Keil生成的目标代码效率非常之高,多数语句生成的汇编代码很紧凑,容易理解。
在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。
2.3软件的功能
2.3.1Proteus的功能
Proteus软件具有其它EDA工具软件(例:
multisim)的功能。
这些功能是:
原理布图;PCB自动或人工布线;SPICE电路仿真。
具有4大功能模块:
(1)智能原理图设计(ISIS)
丰富的器件库:
超过2700
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