单片机小实验板系统设计new

1、目录1、单片机小实验板设计目的2、单片机小实验板设计要求3、单片机小实验板设计需求分析4、 AT89C51单片机概述5、单片机小实验板设计原理5.1电源模块5.2单片机最小电路 5.3发光二极管（LED）模块 5.4发光数码管静态显示模块 5.5发光数码管动态显示模块5.6 16位矩阵键盘模块5.7音频放大模块5.8 DS18B20数字温度计模块6、实验数据及源代码 6.1流水灯、交通灯控制等 6.2 数码管静态显示程序如秒表、计数器等6.3键盘显示程序6.4数码管动态显示程序如数字钟等6.5音频程序6.6数字温度计7、程序仿真与硬件调试中出现的问题及其解决方法8、 总结绪论通过本次课程设计进

2、一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理，巩固和加深“单片机原理与应用”课程的基本知识，掌握电子设计知识在实际中的简单应用。综合运用“单片机原理与应用”课程和先修课程的理论及生产实际知识去分析和解决电子设计问题，进行电子设计的训练。学习电子设计的一般方法，掌握AT89C51芯片以及简单电子设计过程和运行方式，培养正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力，特别是总体设计能力。单片机小实验板设计目的1、 掌握C51单片机的各个引脚功能。2、 进一步熟悉KEIIL C51集成环境的使用方法。3、 熟悉数码管和DS18B20的原理及其使用方法。4、 熟练掌握电路焊接，并能够检查存在的问题。5、 熟练程序的

3、基本设计及其调试。 设计方案一 单片机小实验板设计目的1.掌握单片机最小系统的设计。2.掌握+5v稳压电源电路的设计。3 发光二极管（LED）模块的设计，如 各种流水灯，跑马灯，十字路口交通灯等。4. 两位发光数码管静态显示的设计。5. 六段发光数码管动态显示的设计。6. 44矩阵键盘的设计。7. 电子密码锁的设计。8. 音频放大模块的设计。9. DS18B20数字温度计模块的设计。二、 单片机小实验板设计要求1、 电路板设计要注意元器件的封装和各个元器件之间的距离，布线尽量减少交错，增加电路板的稳定性。2、 焊接不能出现虚焊，或者短路，同时注意防止高温烧坏部分元件和电路板。3、 程序设计要减

4、少每必要的枝节，尽力提高程序的稳定性，实用性。三、 单片机小实验板设计需求分析 该设计方案是以MC51单片机为核心，采用LED显示系统，辅以闹钟模块，音频及其电子琴、温度采集模块、日期、键盘时间调整预设置等模块，所构建的数字时钟系统，能动态显示实时时钟的时、分、秒，数据显示，对温度调节模块进行了重点设计用DS18B20， 实现SB0、SB1、SB2、SB3四个键实现时钟正常显示，调时，及闹钟时间设置。本系统设计大部分功能有软件来实现，使电路简单明了，系统稳定性也得大大提高。四、 AT89C51单片机概述89S51各引脚功能介绍：VCC：89S51 电源正端输入，接+5V。VSS：电源地端。XT

5、AL1：单芯片系统时钟的反相放大器输入端。XTAL2：系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间加入一 20PF 的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。RESET：89S51的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间，AT89S51便能完成系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序。EA/Vpp：EA为英文External Access的缩写，表示存取外部程序代

6、码之意，低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码（存于外部EPROM中）来执行程序。因此在8031及8032中，EA引脚必须接低电平，因为其内部无程序存储器空间。如果是使用 8751 内部程序空间时，此引脚要接成高电平。此外，在将程序代码烧录至8751内部EPROM时，可以利用此引脚来输入21V的烧录高压（Vpp）。ALE/PROG：端口3的管脚设置：P3.0：RXD，串行通信输入。P3.1：TXD，串行通信输出。P3.2：INT0，外部中断0输入。P3.3：INT1，外部中断1输入。P3.4：T0，计时计数器0输入。P3.5：T1，计时计数器1输入。P3.6：WR：外

7、部数据存储器的写入信号。P3.7：RD，外部数据存储器的读取信号。五、 单片机小实验板设计原理整个电子时钟系统电路可分为6大部分：中央处理单元（CPU）、复位电路部分、显示部分、键盘输入部分、温度采集部分。按模块可分为8部分：电源模块、单片机最小电路、发光二极管（LED）模块、发光数码管静态显示模块、发光数码管动态显示模块、16位矩阵键盘模块、音频放大模块、DS18B20数字温度计模块。1) 电源模块 电源部分运用了MC7805三端稳压器，可将电压稳压在5V，Vcc接单片机40脚，20脚为接地。2) 单片机最小电路1、复位电路 MCS-51单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。复位引脚RST

8、通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的S5P2，斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。上电复位：上电复位电路是种简单的复位电路，只要在RST复位引脚接一个电容到VCC，接一个电阻到地就可以了。上电复位是指在给系统上电时，复位电路通过电容加到RST复位引脚一个短暂的高电平信号，这个复位信号随着VCC对电容的充电过程而回落，所以RST引脚复位的高电平维持时间取决于电容的充电时间。为了保证系统安全可靠的复位，RST引脚的高电平信号必须维持足够长的时间。电路图如下：上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要V

9、cc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位。3、时钟电路时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊的一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式：一种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。本文用的是内部时钟方式。电路图如下：MCS-51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器。3) 发光二极管（LED）模块采用低电平有效，共阳接发，为防

10、止二极管击穿，在每个二极管中串接了1K的限流电阻。4) 发光数码管静态显示模块 采用共阳极八段数码管， 因此单片机I/O口为低电平有效，分各位与十位两个，为防止数码管由于电流高二损坏，在数码管每段串接电阻。5) 发光数码管动态显示模块 共阳极数码管6个，在片选端各有三极管放大驱动，74LS244为锁存器，数据口占用8个I/O口。片选占用6个I/O口。6) 16位矩阵键盘模块 按键的开关状态通过一定的电路转换为高、低电平状态。按键闭合过程在相应的I/O端口形成一个负脉冲。闭合和释放过程都要经过一定的过程才能达到稳定，这一过程是处于高、低电平之间的一种不稳定状态，称为抖动。抖动持续时间的常长短与开

11、关的机械特性有关，一般在5-10ms之间。为了避免CPU多次处理按键的一次闭合，应采用措施消除抖动。本文采用的是独立式按键，直接用I/O口线构成单个按键电路，每个按键占用一条I/O口线，每个按键的工作状态不会产生互相影响。7) 音频放大模块 采用LM386放大，最大输出功率1W，失真度低，适合小实验板的音频放大。8) DS18B20数字温度计模块数字温度传感器采用DS18B20，只需一根信号线与单片机连接，不需要其他外部元件，电压范围为3.3V5V,测温范围为一55+125，在-10+85范围内，精度为O.5，温度最高分辨率可达0.0625。六、 实验数据及源代码1) 流水灯、交通灯控制等#i

12、nclude /*流水灯左移-使用顺序程序实现*/void delay(unsigned int count) /延时程序 unsigned int i,j,k; for(i=0;icount;i+) for(j=0;j10;j+) for(k=0;k120;k+) ; void main() /主函数 P1=1; /P1口拉高电平 while(1) /循环 P1_0=0; /P1_0置低电平，低电平有效，LED亮 delay(100); /延时一秒 P1_0=1; /P1_0置高电平，LED灭 P1_1=0; /以此类推 delay(100); P1_1=1; P1_2=0; delay(1

13、00); P1_2=1; P1_3=0; delay(100); P1_3=1; P1_4=0; delay(100); P1_4=1; P1_5=0; delay(100); P1_5=1; P1_6=0; delay(100); P1_6=1 P1_7=0; delay(100); P1_7=1; 2) 数码管静态显示程序如秒表、计数器等#include /*/ 数码管-静态工作方式实现/*/ void delay(unsigned int count)/延时程序 unsigned int i,j,k; for(i=0;icount;i+) for(j=0;j10;j+) for(k=0;

14、k9)y=0;x+;if(x9)x=0;3) 键盘显示程序/*/ 按键计数程序 /*/#include unsigned char code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, /09数组 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; unsigned char Count; void delay10ms(void) /延时 unsigned char i,j; for(i=20;i0;i-) for(j=248;j0;j-); void main(void) Count=0; P1=tableCount/10; /个位取整P2=tableCount%10;

15、/十位取余while(1) /循环和消抖 if(P3_7=0) delay10ms(); if(P3_7=0) Count+; if(Count=100) /满百位后复位 Count=0; P1=tableCount%10; P2=tableCount/10; while(P3_7=0); 4) 数码管动态显示程序如数字钟等/*/ 数字钟计时 /*/#include unsigned char code dispcode=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x00; /

16、数码管显示段数据unsigned char dispbitcode=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f;/数码管位驱动，第一次驱动接在最低位的那一个数码管unsigned char dispbuf8=0,0,16,0,0,16,0,0;/显示缓冲寄存器unsigned char dispbitcnt;unsigned char second; unsigned char minite;unsigned char hour;unsigned int tcnt;unsigned char mstcnt;unsigned char i,j;void mai

17、n(void)TMOD=0x02;/设置定时器工作方式为2，8位定时状态，自动装入初值。TH0=0x06;/装入初值TL0=0x06;TR0=1;/起动定时器ET0=1;/开启定时器中断EA=1;/开总中断while(1)/主循环if(P0_0=0)/如果P0.0位等于0，往下走for(i=5;i0;i-)for(j=248;j0;j-);/延时防抖动if(P0_0=0)/再次判断P0.0是否等于0，如果是，则设置秒second+;/秒加1if(second=60)/如果秒等于60，又重0开始，以便开始走时second=0;dispbuf0=second%10;/刷新秒个位，并装驱动显示缓冲寄

18、存器dispbuf1=second/10;/刷新秒十位，同上。while(P0_0=0);/等待P0.0放开。（等待按键放开）if(P0_1=0)/如果P0.1位等于0，往下走for(i=5;i0;i-)for(j=248;j0;j-);/延时防抖动if(P0_1=0)/再次判断P0.1是否等于0，如果是，则设置分钟值minite+;/分钟加1if(minite=60)/minite=0;dispbuf3=minite%10;/刷新分钟个位，并装驱动显示缓冲寄存器dispbuf4=minite/10;/刷新分钟十位，同上while(P0_1=0);/等待P0.1放开。（等待按键放开）if(P0

19、_2=0)/大概意思同上，只是这里是用来设置小时值的for(i=5;i0;i-)for(j=248;j0;j-);if(P0_2=0)hour+;if(hour=24)hour=0;dispbuf6=hour%10;dispbuf7=hour/10;while(P0_2=0);void t0(void) interrupt 1 using 0/定时器中断子程序mstcnt+;/用于刷新所显示的数据，第中断8次显示1位数码管（动态显示）if(mstcnt=8)/判断中断8次没，如果是，则显示数据mstcnt=0;P1=dispcodedispbufdispbitcnt;/段位码送P1口，驱动数码

20、管显示P3=dispbitcodedispbitcnt;/选中数码管显示位dispbitcnt+;/显示索引，用于调哪一位数据if(dispbitcnt=8)/判断调完没，如果调完了，则又从第一位开始。dispbitcnt=0;tcnt+;/第中断一次自动加1，如果中断4000次，则秒自动加1if(tcnt=4000)tcnt=0;second+;/秒加1if(second=60)/如果秒等于60，则分钟自动加1，并且秒回0second=0;minite+;/分钟加1if(minite=60)/如果分钟等于0，则小时值自动加1，并且分钟回0minite=0;hour+;/小时值加1if(hou

21、r=24)/如果小时值等于24，则回0hour=0;dispbuf0=second%10;/刷新显示缓冲寄存器dispbuf1=second/10;dispbuf3=minite%10;dispbuf4=minite/10;dispbuf6=hour%10;dispbuf7=hour/10;5) 音频程序#include /*/ 歌曲播放 /*/unsigned char Count;sbit _Speak =P23 ; /讯响器控制脚 unsigned char code SONG = /祝你平安0x26,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x26,0x10,0x20,0x1

22、0,0x20。;void Time0_Init() TMOD = 0x01; IE = 0x82; TH0 = 0xD8; TL0 = 0xEF; /12MZ晶振，10msvoid Time0_Int() interrupt 1 TH0 = 0xD8; TL0 = 0xEF; Count+; /长度加1/*-功能:1MS延时子程序-*/void Delay_xMs(unsigned int x) unsigned int i,j; for( i =0;i x;i+ ) for( j =0;j0;i-) DQ = 0; / 给脉冲信号 dat=1; DQ = 1; / 给脉冲信号 if(DQ)

23、dat|=0x80; delay_18B20(4); return(dat);/*ds18b20写一个字节*/ void WriteOneChar(uchar dat) unsigned char i=0; for (i=8; i0; i-) DQ = 0; DQ = dat&0x01; delay_18B20(5); DQ = 1; dat=1; /*读取ds18b20当前温度*/void ReadTemp(void)unsigned char a=0;unsigned char b=0;unsigned char t=0;Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC);

24、 / 跳过读序号列号的操作WriteOneChar(0x44); / 启动温度转换delay_18B20(100); / 延时Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC); /跳过读序号列号的操作WriteOneChar(0xBE); /读取温度寄存器等（共可读9个寄存器） 前两个就是温度delay_18B20(100);a=ReadOneChar(); /读取温度值低位b=ReadOneChar(); /读取温度值高位temp_value=b4; void temp_to_str() /温度数据转换成液晶字符显示 TempBuffer0=temp_value/10+0; /十位 TempBuffer1=temp_value%10+0; /个位 TempBuffer2=0xdf; /温度符号 TempBuffer3=C; TempBuffer4=0;void Delay1ms(unsigned int count)unsigned int i,j;for(i=0;icount;i+)for(j=0;j120;j+);七、 程序仿真与硬件调试中出现的问题及其解决方法1、动态显示中数码管显示乱码。排查原因：a，数码管排线顺序是否接反； b，数码管的管