单片机技术综合实训

.z.-..-可修遍-XX石油化工大学实习设计本〔第册〕专业班级：电气自动化技术1032班姓名：姜春玉学号：13实习、设计名称：单片机综合实训实习、设计地点：计算机网络中心实习、设计时间：2011年9月24日至10月10日指导教师：牟淑杰闫兵孙文志成绩：评阅人：职业技术学院教务科制前言随着社会的进步和开展和人们生活水平的不断提高单片机技术已经成为当今各种新技术的载体各个应用领域的工程技术人员都应掌握单片机应用技术。同时它所给人带来的方便也是不可否认的其中数字温度计就是一个典型的例子但人们对它的要求越来越高要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手一切向着数字化控制智能化控制方向开展。本次设计的共分五大章第一章简单介绍了本次实训的目的及要求第二章介绍的是实训中主要用到的软件Protel99SE和Protues软件进展两个小型试验的Protues仿真一个是步进电机正反转一个是外部中断应用。第四章是单片机的综合实例设计本文所设计的是数字温度计。最后一章是对本次单片机综合实训的总结。对于本次单片机仿真实训用到的Protel99SE、Protues两种运行软件是在单片机技术不断开展情况下最为流行的两种软件。Protel99SE是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能。Proteus软件也是一种EDA工具软件。它除了具有其它EDA工具软件的仿真功能还能仿真单片机及外围器件本设计最后介绍的数字温度计具有读数方便测温X围广测温准确的特点。它的温度控制器输出温度采用数字显示主要用于对测温比拟准确的场所或科研实验室使用该设计控制器使用单片机AT89C51测温传感器使用DS18B20用3位共阳极LED数码管以串口传送数据实现温度显示能准确到达以上要求。本人水平有限编写过程中难免有错误之处希望教师能给与批评指导。TOC\o\h\z\u前言II第1章实训中软件的应用-1-1.1Proteus软件应用-1-1.1.1Proteus软件概述-1-1.2.1Protues的功能特点-1-1.2.2Protues的功能模块-1-1.2.3Protues提供了丰富的资源-3-1.2Protel99SE的介绍-3-1.2.1Protel99SE的系统组成-3-1.2.2Protel99SE的功能特性-4-第2章单片机仿真-5-2.1单片机控制步进电机的仿真-5-主要元器件-5-电路原理图-5-系统程序设计-5-系统仿真-7-2.2数字温度计的设计-8-功能要求-8-方案论证-8-主要元器件-8-系统程序设计-8-电路原理图-9-2.3两8051单片机单工收发数据实例-10-实例内容-10-实例步骤-10-参考程序-10-用到的元器件-11-电路原理图-12-2.4两8051单片机双工收发数据实例-12-实例内容-12-实例步骤-12-应用的元器件-13-参考程序-13-电路原理图-14-总结-15-参考文献-16--.z.第1章实训中软件的应用1.1Proteus软件应用1.1.1Proteus软件概述Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件该软件中国总代理为XX风标电子技术XX。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具仿真软件从原理图布图、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2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。1.2.1Protues的功能特点Proteus软件具有其它EDA工具软件例multisim的功能这些功能是1原理布图2PCB自动或人工布线3SPICE电路仿真此外它还具有革命性的特点1互动的电路仿真用户甚至可以实时采用诸如RAMROM键盘马达LEDLCDAD/DA局部SPI器件局部IIC器件。2仿真处理器及其外围电路可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程再配合显示及输出能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等Proteus建立了完备的电子设计开发环境。1.2.2Protues的功能模块1智能原理图设计ISIS1丰富的器件库超过27000种元器件可方便地创立新元件。2智能的器件搜索通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件。3智能化的连线功能自动连线功能使连接导线简单快捷大大缩短绘图时间。4支持总线构造使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰。5可输出高质量图纸通过个性化设置可以生成印刷质量的BMP图纸可以方便地供WORD、POWERPOINT等多种文档使用。1〕完善的电路仿真功能Prospice1ProSPICE混合仿真基于工业标准SPICE3F5实现数字/模拟电路的混合仿真。2〕超过27000个仿真器件可以通过内部原型或使用厂家的SPICE文件自行设计仿真器件Labcenter也在不断地发布新的仿真器件还可导入第三方发布的仿真器件。XX石油化工大学实习、设计用纸。3〕多样的鼓励源包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频使用wav文件、指数信号、单频FM、数字时钟和码流还支持文件形式的信号输入。4〕丰富的虚拟仪器13种虚拟仪器面板操作逼真如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、直流电压/电流表、交流电压/电流表、数字图案发生器、频率计/计数器、逻辑探头、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器等。5〕生动的仿真显示用色点显示引脚的数字电平导线以不同颜色表示其对地电压大小结合动态器件如电机、显示器件、按钮的使用可以使仿真更加直观、生动。6〕高级图形仿真功能ASF基于图标的分析可以准确分析电路的多项指标包括工作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅立叶频谱分析等还可以进展一致性分析。3独特的单片机协同仿真功能VSM〔1〕支持主流的CPU类型如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430等CPU类型随着版本升级还在继续增加如即将支持CORTEX、DSP处理器。〔2〕支持通用外设模型如字符LCD模块、图形LCD模块、LED点阵、LED七段显示模块、键盘/按键、直流/步进/伺服电机、RS232虚拟终端、电子温度计等等其PIM口物理接口模型还可以使仿真电路通过PC机串口和外部电路实现双向异步串行通信。〔3〕实时仿真支持UART/USART/EUSARTs仿真、中断仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真。〔4〕编译及调试支持单片机汇编语言的编辑/编译/源码级仿真内带8051、AVR、PIC的汇编编译器也可以与第三方集成编译环境如IAR、Keil和Hitech结合进展高级语言的源码级仿真和调试。4实用的PCB设计平台1〕原理图到PCB的快速通道原理图设计完成后一键便可进入ARES的PCB设计环境实现从概念到产品的完整设计。2〕先进的自动布局/布线功能支持器件的自动/人工布局支持无网格自动布线或人工布线支持引脚交换/门交换功能使PCB设计更为合理。3〕完整的PCB设计功能最多可设计16个铜箔层2个丝印层4个机械层含板边灵活的布线策略供用户设置自动设计规那么检查3D可视化预览。4〕多种输出格式的支持可以输出多种格式文件包括Gerber文件的导入或导出便利与其它PCB设计工具的互转如protel和PCB板的设计和加工。1.2.3Protues提供了丰富的资源1〕Proteus可提供的仿真元器件资源仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件有30多个元件库。2〕Proteus可提供的仿真仪表资源示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。3〕除了现实存在的仪器外Proteus还提供了一个图形显示功能可以将线路上变化的信号以图形的方式实时地显示出来其作用与示波器相似但功能更多。这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。这些都尽可能减少了仪器.Protel99SE是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件采用设计库管理模式可以进展联网设计具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能是一个32位的设计软件可以完成电路原理图设计印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作可以设计32个信号层16个电源--地层和16个机加工层。1.2Protel99SE的介绍1.2.1Protel99SE的系统组成按照系统功能来划分Protel99se主要包含以下俩大局部和6个功能模块。电路工程设计局部(1)电路原理设计局部AdvancedSchematic99电路原理图设计局部包括电路图编辑器简称SCH编辑器、电路图零件库编辑器简称Schlib编辑器和各种文本编辑器。本系统的主要功能是绘制、修改和编辑电路原理图更新和修改电路图零件库查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。(2)印刷电路板设计系统AdvancedPCB99印刷电路板设计系统包括印刷电路板编辑器简称PCB编辑器、零件封装编辑器简称PCBLib编辑器和电路板组件管理器。本系统的主要功能是绘制、修改和编辑电路板更新和修改零件封装管理电路板组件。(3)自动布线系统AdvancedRoute99本系统包含一个基于形状Shape-based的无栅格自动布线器用于印刷电路板的自动布线以实现PCB设计的自动化。2)电路仿真与PLD局部电路模拟仿真系统AdvancedSIM99电路模拟仿真系统包含一个数字/模拟信号仿真器可提供连续的数字信号和模拟信号以便对电路原理图进展信号模拟仿真从而验证其正确性和可行性。3〕可编程逻辑设计系统AdvancedPLD99可编程逻辑设计系统包含一个有语法功能的文本编辑器和一个波形编辑器Waveform。本系统的主要功能是对逻辑电路进展分析、综合观察信号的波形。利用PLD系统可以最大限度的精简逻辑部件使数字电路设计到达最简化。4〕把需要的元件放置到界面里，最后把所有元件连接起来，完成图形。例如下列图单片机控制步进电机电路原理图、数字温度计设计电路原理图等。1.2.2Protel99SE的功能特性1、开放式集成化的设计管理体系2、超强功能的、修改与编辑功能3、强大的设计自动化功能第2章单片机仿真2.1单片机控制步进电机的仿真主要元器件单片机AT89C51；运放ULN2003A；电阻；按扭；电容；晶振；单极性步进电机；反向器74LS04。电路原理图图2-1单片机控制步进电机电路原理图系统程序设计ORG0000H NOP CALLDLY STOP:ORLP2,#0FFHLOOP:JNBP1.0,FOR2 JNBP1.1,REV2 JNBP1.2,STP1 JMPLOOP FOR:MOVR0,#0 FOR1:MOVA,R0 MOVDPTR,#TAB MOVCA,A+DPTR JZFOR MOVP2,A JNBP1.2,STP1 JNBP1.1,REV2 ACALLDLY INCR0 JMPFOR1 REV:MOVR0,#5 REV1:MOVA,R0 MOVDPTR,#TAB MOVCA,A+DPTR JZREV MOVP2,A JNBP1.2,STP1 JNBP1.0,FOR2 ACALLDLY INCR0 JMPREV1 STP1:ACALLDLY JNBP1.2,$ ACALLDLY JMPSTOP FOR2:ACALLDLY JNBP1.0,$ ACALLDLY JMPFOR REV2:ACALLDLY JNBP1.1,$ ACALLDLY JMPREV DLY:MOVR1,#20 D1:MOVR2,#248 DJNZR2,$ DJNZR1,D1 RET TAB:DB3,6,0CH,9 DB0 DB3,9,0CH,6 DB0 END系统仿真将生成的目标代码STEP.HEX添加到单片机中。然后运行。图2-2运行中的状态2.2数字温度计的设计功能要求测温X围：-50~+110摄氏度；精度误差在0.5摄氏度以内。方案论证按照系统设计功能的要求，确定系统由3个模块组成：主控制器、测温电路及显示电路。数字温度计总体电路构造框图如图2-3所示。DS18B20DS18B20AT89C51主控制器显示电路扫描驱动图2-3电路构造框图主要元器件单片机AT89C51；LED数码管7SEG.MPX4.CA；三同相三态缓冲器74HC245；数字温度传感器DS18B20。系统程序设计略电路原理图图2-4数字温度计设计电路原理图图2-5运行中的状态2.3两8051单片机单工收发数据实例实例内容1〕学习使用PROTEUS、KEIL软件，掌握绘制原理。2〕理解UART工作在模式1方式，完成串行发送和接收程序的编写，并编译。3〕完成两8051之间RXD、TXD借口的连接，并正确连接虚拟终端。实例步骤1〕在PROTEUS中绘制电气原理图。2〕在KEIL中输入参考程序，并编译通过，可通过单步调式的方式观察运行的结果，以及各个存放器的值如何变化。3〕在PROTEUS中加载程序，观察仿真结果。参考程序参考程序1ORG00H JMPSTART START:MOVSP,#60H MOVSCON,#50H MOVTMOD,#20H MOVTH1,#0E6H SETBTR1 MOV30H,#0FFH SCAN0:MOVA,P1 CJNEA,30H,KEYIN JMPSCAN0 KEYIN:MOV30H,A MOVSBUF,A WAIT:CTI,SCAN0 JMPWAIT; END参考程序2ORG00H JMPSTART START:MOVSP,#60H MOVSCON,#50H MOVTMOD,#20H MOVTH1,0E6H SETBTR1 SCAN0:RI,UART JMPSCAN0 UART:MOVA,SBUF MOVP2,A CLRRI JMPSCAN0 END用到的元器件470R的电阻；AT89C51；7447；7SEG--AN-GRN电路原理图图2-6电路原理图2.4两8051单片机双工收发数据实例实例内容1〕学习使用PROTEUS、KEIL软件，掌握绘制原理。2〕理解UART工作在模式1方式，完成串行发送和接收程序的编写，并编译。3〕完成两8051之间RXD、TXD借口的连接，并正确连接虚拟终端。实例步骤1〕在PROTEUS中绘制电气原理图。2〕在KEIL中输入参考程序，并编译通过，可通过单步调式的方式观察运行的结果，以及各个存放器的值如何变化。3〕在PROTEUS中加载程序，观察仿真结果。应用的元器件470R的电阻；AT89C51；7447；7SEG--AN-GRN；SWITCH；VIRTUALTERMINAL。参考程序ORG0000H JMPSTART START:MOVSP,#60H MOVSCON,#50H MOVTMOD,#20H MOVTH1,#0E6H SETBTR1 MOV30H,#0FFH SCAN0:RI,UART MOVA,P1 CJNEA,30H,KEYIN JMPSCAN0 KEYIN:MOV30H,A MOVSBUF,A WAIT:CTI,SCAN0 JMPWAIT UART:MOVA,SBUF MOVP2,A CLRR