课程设计基于单片机信号显示系统.doc

沈阳航空航天大学课 程 设 计（论文） 题目 基于单片机的信号显示系统设计班 级 9407102 学 号 学 生 姓 名 指 导 教 师 崔 建 国 沈阳航空航天大学课 程 设 计 任 务 书课 程 名 称 专业综合课程设计 院（系） 自动化学院 专业 测控技术与仪器 班级 9407102 学号 姓名 课程设计题目 基于单片机的信号显示系统设计 课程设计时间: 2012 年 12 月 29 日至 2013 年 1月 11 日课程设计的内容及要求：深入学习研究单片机及其应用系统的相关知识。以单片机为核心部件，结合辅助电路，设计环境温度显示系统，实现基于单片机的环境温度显示效能。具体要求如下：（1） 按以上要求制定设计方案，并绘制出系统工作框图；（2） 按要求设计相关电路，给出电路原理图；（3） 单片机仿真器、电路板、电源等硬件正确可靠地连接；（4） 利用仿真器、单片机及电路板进行程序设计与调试；（5） 将单片机中60h-70h存储单元中的数据用四位led显示。（6） 要求能正确显示数据。指导教师 年 月 日负责教师 年 月 日学生签字 年 月 日目 录0. 前言11. 总体方案设计22. 硬件电路的设计22.1 单片机系统22.2 四位led数码管52.3 整体电路设计63 软件设计64.联合调试85. 课设小结9参考文献10附录i 元件清单11附录ii 整体电路图12附录iii 源程序清单13沈阳航空航天大学课程设计论文 基于单片机的信号显示系统设计基于单片机的信号显示系统设计 沈阳航空航天大学自动化学院摘要：本文主要设计了一个基于单片机的信号系统，利用单片机对所要求的数据进行存储，然后对数据进行接收，显示系统用到排阻，最终四位led数码管显示输出，数码管采用共阴极方式连接，led显示器驱动方式采用动态驱动。关键字：单片机；数据存储；数据接收；四位led显示 ；0. 前言在自动化技术中，无论是过程控制技术还是数据采集技术还是测控技术，都离不开单片机，在工业自动化的领域中，机电一体化技术发挥越来越重要的作用，在通信方面，单片机得到了广泛运用。在实现计算机与计算机、计算机与外设的串行通讯时，通常采用标准的通讯接口。所谓标准的通讯接口，就是明确定义若干信号线的机械、电器特性，使接口电路标准化、通用化，这样就能方便地把不同的计算机、外设等有机地连接起来，进行串行通讯。自从单片机诞生以来，就在工业自动控制等诸多领域里发挥着巨大的作用，在传统应用领域里，一般是用单片机配合市场上所能买到的逻辑器件完成系统的硬件设计，尽管单片机功能强大，能将许多功能的实现放在软件里，从而在较大程度上简化了系统硬件电路的设计，但是这种选择通用元件来构成硬件电路的方法并未改变。 计算机的发展对通信起了巨大的推动作用，计算机和通信紧密结合构成了灵活多样的通信控制系统，也可以构成强有力的信息处理系统，这样对社会的发展产生了深远的影响。随着电子技术和计算机技术的发展，特别是单片机的发展，使传统的测量仪器在原理、功能、精度及自动化水平等方面发生了巨大的变化，形成了一种完全突破传统概念的新一代测试仪器智能仪器。智能仪器是以微处理器为核心的电子仪器，它不仅要求设计者熟悉电子仪器的工作原理，而且还要求其掌握微型计算机硬件和软件的原理。目前，有很多的传统电子仪器已有相应的替代产品，而且还出现不少全新的仪器类型和测试系统体系。在科学技术高速发展的今天，如何用简单便宜、性能良好的元器件制造出对人类生活有用的产品，已经成为人们研究的主要趋势。发光二极管led是单片机应用系统中的一种简单而常用的输出设备，通常用来指示机器的状态或其他信息。它的优点是价格低，寿命长，对电压电流的要求低及容易实现等，因而在单片机应用系统中获得了广泛的应用。1. 总体方案设计针对本课题的设计任务，进行分析得到：本次设计利用单片机对数据进行存储，然后用四位led进行显示。在本次设计中，硬件部分，对于单片机、四位led数码管，硬件的连接方法如图1所示。软件部分，利用单片机对所要求的数据进行存储，然后对数据进行接收，显示系统用到respack，最终由四位led数码管显示输出，数码管采用共阴极方式连接，led显示器驱动方式采用动态驱动。时钟电路 单 片 机 led显示复位电路图1系统原理框图2. 硬件电路的设计2.1 单片机系统标准型89系列单片机是与mcs-51系列单片机兼容的。在内部含有4kb或8kb可重复编程的flash存储器，可进行1000次擦写操作。全静态工作为033mhz，有3级程序存储器加密锁定，内含有128256字节的ram、32条可编程的i/o端口、23个16位定时器/计数器，68级中断，此外有通用串行接口、低电压空闲模式及掉电模式。at89c51相当于将8051中的4kb rom换成相应数量的flash存储器，其余结构、供电电压、引脚数量及封装均相同，使用时可直接替换。51单片机内部有一个可编程全双工串行通信接口。该部件不仅能同时进行数据的发送和接收，也可作为一个同步移位寄存器使用。在自动化测量和控制系统中，各台仪表之间需要不断地进行各种信息的交换和传输，这种信息的交换和传输是通过仪表的通信接口，按照一定的协议进行的。通信接口是各台仪表之间或者是仪表与计算机之间进行信息交换和传输的联络装置。计算机与外界的信息交换称为通信，常用的通信方式有两种：并行通信和串行通信。所谓并行通信是指数据的各位同时在多根数据线上发送或接收，其特点是传输信号的速度快，但所用的信号线较多，成本高，传输的距离较近。串行通信是指将构成字符的每个二进制数据位，依照一定的顺序逐位进行传送的通信方式，其特点是只用两条信号线（一条信号线，再加一条地线作为信号回路）即可完成通信，成本低，传输的距离较远。at89c51在内部采用40条引脚的双列直插式封装，引脚排列如图2所示：图2 at89c51芯片引脚at89c51有40个引脚，32个外部双向输入/输出（i/o）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，片内振荡器及时钟电路，at89c51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。同时，at89c51可降至0hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止cpu的工作，但允许ram，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存ram中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。其将通用的微处理器flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的flash存储器可有效地降低开本.at89c51有pdip、pqfp/tqfp及plcc等三种封装形式，以适应不同产品的需求。at89c52引脚功能：vcc：电源电压 gnd：地 p0口：p0口是一组8位漏极开路型双向i/o口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个ttl逻辑门电路，对端口p0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。 在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问器件激活内部上拉电阻。 在flash编程时，p0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。 p1口：p1是一个带内部上拉电阻的8位双向i/o口，p1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个ttl逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（iil）。 与at89c51不同之处是，p1.0和p1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（p1.0/t2）和输入(p1.1/t2ex)，参见表2-1。flash编程和程序校验期间，p1接收低8位地址。表2-1为 p1.0和p1.1的第二功能p2口：p2是一个带有内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个ttl逻辑门电路。对端口p2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，同时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（iil）。 在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行movdptr指令）时，p2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行movri指令）时，p2口输出p2锁存器的内容。 flash编程或校验时，p2亦接收高位地址和一些控制信号。 p3口：p3口时一组带有内部上拉电阻的8位双向i/o口。p3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个ttl逻辑门电路。对p3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的p3口将用上拉电阻输出电流（iil）。p3口作为一般的i/o口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表2-2所示：此外，p3口还接收一些用于flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 rst：复位输入。当振荡器工作时，rst引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ale/：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ale(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ale仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ale脉冲。表p3口第二功能端口引脚第二功能p3.0rxd（串行输入口）p3.1txd（串行输出口）p3.2（外中断0）p3.3（外中断1）p3.4t0（定时/计数器0）p3.5t1（定时/计数器1）p3.6（外部数据存储器写选通）p3.7 (外部数据存储器读选通) 对flash存储器编程器件，改引脚还用于输入编程脉冲（）。 如有必要，可通过对特殊功能寄存器（sfr）区中的8eh单元的d0位复位，可禁止ale操作。该位置复位后，只有一条movx和movc指令才能将ale激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ale禁止位无效。 ：程序储存允许（）输出是外部程序存储器的读选通信号，当at89c52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次有效，即输出两个脉冲。在次期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次信号。 /vpp：外部访问允许。欲使cpu仅访问外部程序存储器（地址为0000h-fffh），端必须保持低电平（接地）。需要注意的是：如果加密位lb1被编程，复位时内部会锁存端状态。 如端为高电平（接vcc端），cpu则执行内部程序存储器中的指令。 flash存储器编程时，该引脚加上12v的编程允许电源vpp,当然这必须是该器件是使用12v编程电压vpp。 xtal1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。xtal2：振荡器反相放大器的输出端。2.2 四位led数码管采用技术成熟的5461as共阴4位数码管 0.56英寸蓝色。led显示分为静态显示和动态显示。这里采用静态显示，系统通过单片机的串行口来实现静态显示。串行口为方式零状态，即工作在移位寄存器方式，波特率为振荡频率的1/12。当器件执行任何一条将sbuf作为目的寄存器的命令时，数据便开始从rxd端发送。在写信号有效时，相隔一个机器周期后发送控制端send有效，即允许rxd发送数据，同时允许从txd端输出移位脉冲。图3为显示电路的连接图： 图3 四位led数码管2.3 整体电路设计 最终设计电路如图4所示： 图4 信号显示系统电路3 软件设计该程序主要是要实现4位数码管的位选和段选。位选是通过将温度寄存器里的温度值分选出十、个、小数位和符号位的数值，然后分别显示，选择正确的位选线置1。段选线是由十、个、小数位和符号位的数值来决定的，确定要现实的之后调用段码表进行显示。之后对两个温度值交替动态显示。图5所示为主程序框图：开始循环显示结束初始化数据是否显示完毕？存储数据 y n 图5 主程序框图显示程序：void main()uchar i,m,num;p0=0xff;p2=0xff;while(1)m=0xfe;num=0xff; /读取dsy_buffer0=num/100;dsy_buffer1=num/10%10;dsy_buffer2=num%10;for(i=0;i3;i+) /刷新显示在数码管上m=_crol_(m,1);p2=m;p0=dsy_codedsy_bufferi;delayms(10);4.联合调试在protues上进行仿真实验。首先使用keil uvsion 4将编写完成的程序编译生成hex文件，将hex文件烧录到两片单片机中，进行仿真实验，结果如图6所示，可以看到，接收端已将接收到的数据完整的显示出来。 图6 仿真图5. 课设小结经过两周的单片机课程设计，最终完成了信号显示系统的设计。从整体情况来看，这次课程设计还是成功而且意义非常重大的，毕竟这次课程设计是在老师的耐心指导帮助下,通过自己亲自编程，一步一步地调试运行，最后得出设计结果，为毕业设计打下了一定的基础。本次课程设计是对我们的综合能力的检验过程，是一个知识探索的过程，是将理论运用于实际的一次尝试。这次设计极大的锻炼了我的动手能力，使理论与实践联系起来，同时学到了很多在书本上学不到的东西。可以说，这是对以前所学东西的一个巩固，同时也是对所学知识的一个查漏补缺的过程，更是对今后所学知识的一个铺垫过程。本次课程设计和以往的课程设计有一个很大的不同点，就是动手能力要求很高。通过对单片机的深入学习和掌握，学会了单片机的基础编程和硬件处理。虽然以前做过相关的实验，但这次课程设计让我增长了更多的知识，单片机课程设计重点在于找到一种合理的设计方案，进而安排硬件，配置参数，同时还需要很巧妙的软件编程。程序编写完了，需要一步一步地调试运行，如果程序运行有误，可以通过单步运行的形式运行程序，以便检查问题所在。从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，要不断加强理论知识的学习，并把所学的理论知识应用到实际当中，学习单片机也是如此，程序只有在经常写读的过程中才能提高，这也是我在这次课程设计中最大的收获。本论文是在我的指导老师密切关心和悉心指导下完成的。老师在课题开题期间和论文写作的过程中给予了我许多指导，导师总是以认真负责、一丝不苟的工作态度阅读并修改文章中不足的地方，他优良的作风和严谨治学的态度深深影响着我，至此,向恩师致以最真挚的感谢和最崇高的敬意！同时我要感谢我的同学，特别是我的室友们，正是他们在这几年里陪我一起成长，一起学习，才让我有了今天的成绩。他们在平时的学习和生活中他们给予了我无私的关怀和帮助，在此表示我最诚挚的谢意。在这次设计的过程中我发现要做好这次的设计，首先要对单片机有足够的了解，这是一门基于单片机的课程，里面用到了关于单片机和c语言的许多知识。这不但让我温习了以前的知识，更对知识的加深起到极大的作用，我深深体会到一个设计不是一次就可以完成的，它需要不停的修改，精益求精。在次过程中我们要踏踏实实的做，不能好高骛远。最后让我在此由衷的感谢我的指导老师崔建国老师，他给与我的帮助是无法估量的。参考文献1 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