单片机原理与接口技术课程设计报告实验报告

...-可修编.XX理工学院课程设计报告课程名称单片机原理与应用设计题目基于STC89C52单片机的实验平台开发设计专业计算机科学与技术班级B110507学号B11050725XX舒灿完成日期2021年12月24日课程设计任务书设计题目：基于STC89C52单片机的实验平台开发设计设计容与要求：一、设计容利用STC系列单片机作为微控制器开发一套软、硬件相结合的单片机实验平台，主要包括以下容：电路原理图设计，主要包括集LCD显示模块、串口通信模块、数码管显示模块、LED发光二极管、键盘等接口电路的设计；学习集成电路等芯片的焊接方法与技巧，进展实际元器件的识别，进展电路板焊接；在KeilC环境下，进展软件设计。主要包括流水灯、计数器、定时器、LCD字符显示、键盘的控制等功能程序设计；针对所开发的实验板，结合器件选择、原理图设计、硬件焊接、软件编程调试、软硬件联调等方面写出课程设计报告。二、设计要求完成综合实验平台的电路构造分析，进展模块分解，掌握各局部电路的工作原理；独立完成电路板的焊接，掌握故障排除方法，完成实验平台的硬件设计及开发；结合KeilC软件在焊接无误的单片机实验平台上开发出流水灯、LCD显示模块，通信模块等程序设计；按照要求撰写课程设计论文。指导教师：舒云星、传锋2021年12月24日课程设计评语成绩：指导教师：_______________年月日--优质-基于STC89C52单片机的实验平台开发设计摘要利用STC89C52单片机控制器为核心，开发一种体积小、使用方便、实用性强的单片机综合实验实平台。在KeilC环境下进展软件设计，主要包括流水灯、数码管显示以及LCD显示模块，在Protues中仿真成功，下载到电路板中验证成功。主要包括集LCD显示模块、串口通信模块、数码管显示模块、LED发光二极管、键盘等接口电路的设计该系统主要应用于高等学校、中等职业学校单片机技术的教学、实验、实训、综合设计和电子设计竞赛等，利用实训平台增加学生学习单片机技术的兴趣，从而提高学生单片机技术的实际应用能力。关键词：STC89C52单片机，实验平台，数码管，流水灯，串口通信ABSTRACTUsingSTC89C52single-chipcontrollerasthecore,thedevelopmentofasmallvolume,convenienttouse,practicalsingle-chipexperimenttrainingplatform,andintroducesindetailtheexperimentaltrainingplatformhardwaredesignideasandfunction.UndertheenvironmentofKeilCsoftwaredesign,mainlyincludingthewaterlights,digitaltubedisplayandLCDdisplaymodule,successfulinProtuessimulation,validationsuccessfuldownloadedontoacircuitboard.Implementforwardandreverseflow,waterlampinterruptionisappliedtoimplementdigitaltubewithin60countandLCDdisplaysdifferentfeaturesofthecharacters.Thissystemismainlyusedininstitutionsofhigherlearningandsecondaryvocationalschoolsinglechiptechnologyteaching,experiment,practicaltraining,prehensivedesignandelectronicdesigncontest,etc.,usingthetrainingplatformtoincreasestudents'interestinlearningmicrocontrollertechnology,soastoimprovethepracticalapplicationabilityofstudentsmicrocontrollertechnology.KEYWORDS:STC89C52microcontroller,prehensiveexperimentalboard,softwareandhardwarebinedwith,andtheprogramdevelopmentdesign目录摘要1目录3前言4第1章系统概述51.1设计题目51.2系统设计目的和容5设计目的5设计容5设计要求5设计步骤6第2章整体设计方案72.1开发板整体外观72.2整板电路PROTUES仿真电路82.3软件功能描述92.4仿真软件PROTUES中的效果图10第3章硬件电路设计113.1两位一体共阴数码管11数码管概述11数码管部构造11两位一体共阴数码管和74LS374锁存器接口电路123.2LCD1602液晶14液晶简介14液晶引脚介绍13液晶外围接口电路153.3串口通信15串口通讯概述16接口电路17第4章软件设计184.1程序整体流程图184.2程序清单18第5章调试及故障分析225.1焊接准备阶段元器件测试、电路原理图故障分析225.2电路焊接过程中的故障分析225.3程序编写过程中的故障分析225.4实物演示效果22结论23辞24参考文献25附录26前言高科技产品盛行的今天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。广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的平安保障系统，录像机、摄像机、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。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。随着计算机科学与技术的飞速开展,计算机的应用已经渗透到国民经济与人们生活的各个角落,正在日益改变着传统的人类工作方式和生活方式,而单片机技术又作为计算机技术中的一个独立分支,有着性价比高,集成度高,体积小,可靠性高,控制功能强大,低功耗,低电压,便于生产,便于携带等特点,所以得到越来越广泛的应用单片机应用的意义不仅在于它的广阔围及所带来的经济效益，更重要的意义在于，单片机的应用从根本上改变了控制系统传统的设计思想和设计方法。以前采用硬件电路实现的大局部控制功能，正在用单片机通过软件方法来实现。所以学好单片机对以后的开展有重大意义。系统概述设计题目基于51系列单片机的实验平台开发设计系统设计目的和容设计目的利用STC系列单片机作为微控制器开发一套软、硬件相结合的单片机实验平台。锻炼学生的设计思维和动手能力，使其具备独立完成设计的能力。设计容电路原理图设计，主要包括集LCD显示模块、串口通信模块、数码管显示模块、LED发光二极管、键盘等接口电路的设计；学习集成电路等芯片的焊接方法与技巧，进展实际元器件的识别，进展电路板焊接；在KeilC环境下，进展软件设计并进展仿真。主要包括流水灯、计数器、定时器、LCD字符显示、键盘的控制等功能程序设计；针对所开发的实验板，结合器件选择、原理图设计、硬件焊接、软件编程调试、软硬件联调等方面写出课程设计报告。设计要求完成综合实验平台的电路构造分析，进展模块分解，掌握各局部电路的工作原理；独立完成电路板的焊接，掌握故障排除方法，完成实验平台的硬件设计及开发；结合KeilC软件在焊接无误的单片机实验平台上开发出流水灯、LCD显示模块，通信模块等程序设计；按照要求撰写课程设计论文。设计步骤完成每一个模块的C51程序，包括数码管显示模块，LCD模块，流水灯模块；并在仿真软件中运行仿真；按照电路原理图完成电路板的焊接；下载验证整体设计方案开发板整体外观图2-1整板电路PROTUES仿真电路图2-2-1图2-2-2软件功能描述KeilKeilC51µVision3集成开发环境是KeilSoftware，Inc/KeilElektronikGmbH开发的基于80C51核的微处理器软件开发平台，嵌多种符合当前工业标准的开发工具，可以完成从工程建立到管理、编译、、目标代码的生成、软件仿真、硬件仿真等完整的开发流程尤其是C编译工具在产生代码的准确性和效率方面到达了较高的水平，而且可以附加灵活的控制选项，在开发大型工程时非常理想。KeilC51集成开发环境的主要功能有以下几点：µVision3forWindows：是一个集成开发环境，它将工程管理、源代码编辑和程序调试等组合在一个功能强大的环境中；C51国际际准化C穿插编译器：从C源代码产生可重定位的目标模块；BL51器/定位器：组合由C51和A51产生的可重定位的目标模块，生成绝对目标模块；LIB51库管理器：从目标模块生成连接器可以使用的库文件；OH51目标文件至HEX格式的转换器，从绝对目标模块生成IntelHex文件；RTX-51实时操作系统：简化了复杂的实时应用软件工程的设计。这个工具套件是为专业软件开发人员设计的，但任何层次的编程人员都可以使用，并获得80C51单片机的绝大局部应用。ISISProtuesProtuesISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。该软件可以对模拟电路、数字电路、模数混合电路、单片机及外围电路进展绘制、分析、仿真，并提供了简便易用的印刷电路板设计工具。Protues软件有如下几个特点：强大的原理绘图功能。支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点的等调试功能，同时在仿真系统中也参加了观察各个变量、存放器等的当前状态的功能；它还支持第三方的软件编译和调试环境，如KeilC51Vision2等软件。丰富的元器件库。提供30多个元器件库，数千种元器件。包括：电阻、电容、二极管、三极管、MOS管、变压器、继电器、各种鼓励、各种微控制器、各种门电路和终端等。软件包中提供各种仪表。包括：交直流电压表、交直流电流表、逻辑分析仪、定时\计数器和信号发生器等，它们通过图形显示功能，将线路中的变化的信号以图形方式实时显示出来。Protues中主要包括ISIS和ARES两个根本模块，其中ISIS集单片机电路图绘制、汇编语言编程、调试和仿真运行等功能于一体；ARES模块那么可根据ISIS原理图实现印刷电路板的设计功能。总之，在Protues中，从原理图设计、单片机编程、系统仿真到PCB设计可以一气呵成，具有从概念到产品的完整设计能力。仿真软件PROTUES中的效果图图2-3硬件电路设计3.1两位一体共阴数码管数码管概述LED数码管是由发光二极管构成的,具有显示亮度高、响应速度快的特点。常见的是七段LED显示器为“8〞字型，该显示器部有7个条形发光二级管和一个小圆点发光二级管，共计8段，每段对应一个发光二级管。有共阴极和共阳极两种，共阴极发光二极管的阴极连在一起，通常公共阴极接地。当阳极为高电平时发光二级管发光。共阳极发光二极管的阳极连在一起，通常公共阳极接正电压。当阴极为低电平时发光二级管发光。数码管部构造8段LED数码管如图3-1所示：图3-18段LED数码管构造及外形LED数码管通过7个发光二极管亮暗的不同组合可以显示各种数字，另外一个圆的型发光二级管〔图3-1〔a〕中以dp显示〕显示小数点。只要为LED数码管提供了段码就可以显示不同的符号和数字。LED数码管共计8段。正好是一个字节。习惯上是以“a〞段对应段码字节的最低位。各段与字节中各位对应关系如表3-1所示。表3-1段码与字节中各位对应关系代码位D7D6D5D4D3D2D1D0显示段dpgfedcba按照表3-1中的格式，显示各种字符的8段LED数码管的段码如表3-2所示〔以共阴极为例〕。表3-28段LED数码管段码显示字符段符号十六进制代码dpgfedcba共阴极共阳极0001111113FHC0H10000011006HF9H2010110115BHA4H3010011114FHB0H40110011066H99H5011011016DH92H6011111017DH82H70000011107HF8H8011111117FH80H9011011116FH90H两位一体共阴数码管和74LS374锁存器接口电路图3-2两位一体共阴数码管和74LS374锁存器接口电路LCD1602液晶LCD1602液晶简介1602LCD，工业字符型液晶，能够同时显示16×2即32个字符〔16列2行〕每行16个字符液晶模块〔显示字符和数字〕。。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由假设干个5×7或者5×10等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形。LCD1602液晶引脚介绍图3-3LCD1602外观图3-4LCD1602引脚显示容量：16个×2排字符；工作电流2.0mA(5.0V)；字符尺寸：2.95×4.35mm。LCD1602C采用标准的16脚接口，各引脚情况如下：第1脚：VSS为电源地；第2脚：VDD为+5V电源；第3脚：VEE为液晶显示比照度调整端，接正电源时比照度最弱，接地时比照度最高，比照度过高时，会产生“鬼影〞，使用时可以通过一个10K的电位器调整比照度。第4脚：RS为数据/命令选择端，高电平时选择数据存放器、低电平时选择命令存放器。[RS：RegisterSelection]第5脚：R\W，读写操作选择〔1－读，0－写〕。如表3-1所示：表3-3读写操作选择RSR\W存放器及操作00指令存放器写入01忙信号和地址计数器读出10数据存放器写入11数据存放器读出第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时〔负跳变〕，液晶模块执行命令。执行一条命令，都要使E有一个负跳变。第7～14脚：D0～D7，为8位双向数据总线，与单片机的数据总线相连，三态。第15脚：BLA，背光电源，通常为＋5V，并联一个电位器，调节背光亮度。第16脚：BLK，背光电源地。LCD1602液晶外围接口电路图3-5LCD1602液晶外围接口电路3.3串口通信串口通讯概述单片机构成的控制系统，由于设计需求，往往需要和外部的微处理器进展数据交流，实现两个或多个处理器之间的数据通信。常用的数据通信包括两种形式：并行通信和串行通信。分别如图3-6〔a〕和图3-1〔b〕所示。D0D1D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7计算机控制线信号线计算机或外设计算机计算机或外设〔a〕〔b〕图3-6并行通信与串行通信串行通信与并行通信的优缺点比照，如表3-1所示。表3-4串并行通信比照并行数据传送串行数据传送原理各位数据同时传送数据按位顺序传送优点传送速度快、效率高最少需要一对传输线即可完成：本钱低缺点数据位数→传输线根数：本钱高速度慢，本钱低应用传送距离<30米，用于近距离或部几米～几千公里，用于计算机与外设之间串行通信按信息的格式可分为异步通信和同步通信两种方式；根据信息传送的方向，串行通信可以分为单工、半双工和全双工3种，如图3-2所示。图3-7串行通信的3种传输形式MAX232接口电路MAX232接口电路如图3-3所示。图3-8MAX232接口电路软件设计4.1程序整体流程图YYNNNYYY外中断1计数器从0计数到99并清0；LCD显示XX，学号开场初始化P3.4按下P3.5按下外中断0流水灯从右向左流动流水灯从左向右流动主函数LCD显示WELENN流水灯停顿流动流水灯停顿流动4.2程序清单#include<reg51.h>#include<string.h>unsignedcharled[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};unsignedchartable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};unsignedcharcount=0;unsignedcharm;bitdir=0,run=0;sbitP1_5=P1^5;sbitP3_4=P3^4;sbitRS=P1^6;sbitRW=P1^7;sbitP3_5=P3^5;unsignedcharLCD_Statues;unsignedcharxuehao[]="b11050725";unsignedcharname[]="shucan";voiddelay(unsignedcharcount) {unsignedchari; while(count--) for(i=0;i<120;i++);}voidjishuqi(){ ET0=1; EA=1; TMOD=0x01; TH0=60; TL0=176; TR0=1; P1_5=1; while(1) { m++; P2=0x1f; P0=table[m%10]; delay(1000); P2=0x3f;P0=table[m/10];delay(1000); if(m==100) { m=0; } }}int0()interrupt1{ count++; if(count==20) { count=0; delay(100); } TH0=60; TL0=176;}unsignedcharBusy_Check(){ RS=0;RW=1; P2=0x5f; delay(2); LCD_Statues=P0; delay(2); P2=0xff; returnLCD_Statues;}voidwcmd(unsignedcharcmd){ while((Busy_Check()&0x80)==0x80); RS=0;RW=0; P2=0x5f; delay(2); P0=cmd; delay(2); P2=0xff;}voidwdat(unsignedchardat){ while((Busy_Check()&0x80)==0x80); RS=1;RW=0; P2=0x5f; delay(2); P0=dat;delay(2); P2=0xff;}voidinit(){ wcmd(0x38); delay(2); wcmd(0x01); delay(2); wcmd(0x06); delay(2); wcmd(0x0c); delay(2);}voidLCD(){unsignedchari; init(); wcmd(0x80+0x00); for(i=0;i<9;i++) wdat(xuehao[i]); wcmd(0x80+0x40);for(i=0;i<7;i++) wdat(name[i]);}voidmain(){unsignedchari;P0=0x00; while(1) { if(P3_4==0) { delay(100); if(P3_4==0) jishuqi(); } if(P3_5==0) { delay(100); if(P3_5==0) { LCD(); } } switch(P3&0x3c) { case0x34:run=1,dir=1;break; case0x38:run=0,dir=0;break; } if(run) if(dir) for(i=0;i<=7;i++) { P2=led[i]; delay(200); } else for(i=7;i>=0;i--) { P2=led[i]; delay(200); } else P2=0xff; }}调试及故障分析5.1焊接准备阶段元器件测试、电路原理图故障分析先测试各器件是否完好，包括二极管、数码管、单片机、LED、电容等等。然后按照所给的电路图正确焊接。利用万用表进展逐步排查、找出电路中错误的地方、然后进展修改。5.2电路焊接过程中的故障分析在焊接中需要注意的几点：电解电容的正负极；单片机、373锁存器等元器件在电路板的插入方向；LED正负极；防止虚焊。二极管的正负极区分五环电阻的区别5.3程序编写过