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文檔簡介
河南理工大學本科課程設計報告摘要單片機是一種特殊的計算機,它是在一塊半導體上集成了CPU ,RAM ,ROM ,定時器和輸入輸出接口電路,這種芯片在習慣上被稱為單片微型計算機,簡稱計算機。由于它的集成度高,功能強,通用性好,特別是它具有體積小,重量輕,成本低,功能強等優(yōu)點,廣泛應用于智能產(chǎn)業(yè)和工業(yè)自動化上。而51系列單片機是各單片機中最為典型和最有代表性的一種。這次課程設計通過對它的使用,讓我們對單片機能固有初步的了解,并能夠設計簡單的與單片機應用有關的電路,從而在實踐中鞏固所學的知識。目前單片機滲透到我們生活的各個領域,幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置,飛機上各種儀表的控制,計算機的網(wǎng)絡通訊與數(shù)據(jù)傳輸,工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理,廣泛使用的各種智能IC卡,民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng),錄象機、攝象機、全自動洗衣機的控制,以及程控玩具、電子寵物等等,這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此,單片機的學習、開發(fā)與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。單片機是應工業(yè)測控系統(tǒng)數(shù)字化,智能化的迫切要求而提出的。超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn),通用CPU及外圍電路技術的發(fā)展成熟,為單片機的誕生與發(fā)展提供了可能單片機的發(fā)展完全從工業(yè)測控對象,環(huán)境,接口等特點出發(fā),其接口界面也是按照能靈活方便地構成工業(yè)測控用計算機系統(tǒng)而設計的,他的出現(xiàn)標志著計算機技術在工業(yè)領域的應用開始走向成熟.本設計主要通過軟件編程來完成,降低了硬件電路的復雜性,而且其成本也有所降低,在該設計與制作中采用單片機AT89C51,它是低功耗、高性能的CMOS型8位單片機。 片內(nèi)帶有4KB的Flash存儲器,且允許在系統(tǒng)內(nèi)改寫或用編程器編程。另外, AT89C51的指令系統(tǒng)和引腳與8051完全兼容,片內(nèi)有128B 的RAM、32條I/O口線、2個16位定時計數(shù)器、5個中斷源、一個全雙工串行口等。本定時鬧鐘使用12MHZ晶振與單片機AT89C51相連接,通過軟件編程的方法實現(xiàn)了以了校時、定時功能。文章后附有電路原理圖、PCB板圖和程序清單,因本人在單片機編程方面是弱項,肯定有很多疏落不足之處,敬請老師能給與批評指正,從而使本人去的明顯的提高。目錄1 概述4 1.1各種設計方案的對比4 1.2定時鬧鐘設計的實現(xiàn)過程4 1.3定時鬧鐘實現(xiàn)的功能42 系統(tǒng)總體方案及硬件設計 5 2.1 鬧鐘定是系統(tǒng)的構成 52.2 鬧鐘定時控制系統(tǒng)設計52.3 單片機最小系統(tǒng)設計62.4 定時鬧鐘顯示器設置83 軟件設計 93.1 程序流程圖93.2 主程序部分93.3 時間控制部分介紹113.4 顯示程序介紹133.5 調(diào)時與判斷部分介紹114 Proteus軟件仿真 184.1 故障狀態(tài)仿真圖184.2 工作狀態(tài)仿真圖18 5 課程設計體會 19參考文獻附1:源程序代碼附2:系統(tǒng)原理圖1 概述1.1 各種設計方案的比較定時鬧鐘設計與制作可采用數(shù)字電路實現(xiàn),也可以采用單片機來完成。若用數(shù)字電路完成,所設計的電路相當復雜,大概需要十幾片數(shù)字集成塊,其功能也主要依賴于數(shù)字電路的各功能模塊的組合來實現(xiàn),焊接的過程比較復雜,成本也非常高。若用單片機來設計制作完成,由于其功能的實現(xiàn)主要通過軟件編程來完成,那么就降低了硬件電路的復雜性,而且其成本也有所降低,所以在本設計與制作中采用單片機AT89C51,它是低功耗、高性能的CMOS型8位單片機。片內(nèi)帶有4KB的Flash存儲器,且允許在系統(tǒng)內(nèi)改寫或用編程器編程。1.2 定時設計的實現(xiàn)過程 本設計主要通過軟件編程來完成,降低了硬件電路的復雜性,而且其成本也有所降低,在該設計與制作中采用單片機AT89C51,它是低功耗、高性能的CMOS型8位單片機。片內(nèi)帶有4KB的Flash存儲器,且允許在系統(tǒng)內(nèi)改寫或用編程器編程。另外, AT89C51的指令系統(tǒng)和引腳與8051完全兼容,片內(nèi)有128B 的RAM、32條I/O口線、2個16位定時計數(shù)器、5個中斷源、一個全雙工串行口等。1.3 定時鬧鐘實現(xiàn)的功能本定時鬧鐘使用12MHZ晶振與單片機AT89C51相連接,通過軟件編程的方法實現(xiàn)了以24小時為一個周期同時顯示小時,分鐘和秒的要求,并在計時過程中具有報時功能,當時間到達整點進行蜂鳴報時。該定時鐘設有三個按鍵: S1, S2和S3鍵,使之具備了校時、定時功能。2 系統(tǒng)總體方案及硬件設計2.1 鬧鐘定時系統(tǒng)的構成本定時鬧鐘使用12MHZ晶振與單片機AT89C51相連接, 以單片機AT89C51為核心來完成的,在硬件電路中采用P0口作為6位LED數(shù)碼管的驅(qū)動接口,這是由于P0口輸出驅(qū)動電路工作處于開漏狀態(tài),它的驅(qū)動能力強,故只需外接上拉電阻便可以把LED數(shù)碼管點亮。因為共陰的LED數(shù)碼管它的驅(qū)動電流是分開的,在單片機進行動態(tài)掃描的時候不會影響彼此的電流,故該電路中的6位LED數(shù)碼管均用共陰極的數(shù)碼管。在6位LED顯示時,為了簡化電路,降低成本, 6個LED顯示器共用一個8位的I/O, 6位LED數(shù)碼管的位選線分別由相應的P2. 0P2. 5控制,而將其相應的段選線并聯(lián)在一起,由一個8位的I/O口控制,即P0口。在電路中還設有三個按鍵S1,S2和S3用來進行定時,選時和調(diào)時的選擇,他們分別與單片機的P1. 2, P1. 4, P1. 6口相連接。P1. 7口與蜂鳴器相連接。2.2 鬧鐘定時控制系統(tǒng)設計定時控制部件是在規(guī)定的時刻發(fā)出各種操作所需的全部內(nèi)部和外部控制信號,使各功能元件協(xié)調(diào)工作,完成指令所規(guī)定的功能。主要任務是產(chǎn)生一個工作時序,其工作需要時鐘電路提供一個工作頻率。MCS-51內(nèi)部有一個用于構成震蕩器的高增益反向放大器,此放大器的輸入端和輸出端分別是XTAL1和XTAL2,在XTAL1和XTAL2上外接時鐘源可構成時鐘電路。單片機的生產(chǎn)工藝不同,時鐘的產(chǎn)生方式也不同。有內(nèi)部和外部時鐘產(chǎn)生兩種時鐘方式,本系統(tǒng)采用的是內(nèi)部時鐘產(chǎn)生方式圖1 內(nèi)部時鐘原理圖在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體或陶瓷諧振器,于內(nèi)部反向器構成穩(wěn)定的自激振蕩器。其發(fā)出的脈沖直接送入片內(nèi)的定時控制部件。XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件,XTAL2應不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器,因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求,但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。2.3 單片機最小系統(tǒng)設計 圖2 單片機AT89C1單片機選擇AT89C51,時鐘系統(tǒng)通過將XTAL1與XTAL2分別接1u的電容,并將一晶振與兩電容分別并聯(lián)最后引出接地。復位電路通過引腳RST接出,此系統(tǒng)采用上電加按鈕電平復位方式。RST:復位輸入。當振蕩器復位器件時,要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG:當訪問外部存儲器時,地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖。在平時,ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號,此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是:每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時,將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時, ALE只有在執(zhí)行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外,該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止,置位無效將EA接高電平作為掉電保護,P0、P1、P2、P3分別與外圍器件相連。VCC:供電電壓。GND:接地。P0口:P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口,每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時,被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器,它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時,P0 口作為原碼輸入口,當FIASH進行校驗時,P0輸出原碼,此時P0外部必須被拉高。P1口:P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口,P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后,被內(nèi)部上拉為高,可用作輸入,P1口被外部下拉為低電平時,將輸出電流,這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時,P1口作為第八位地址接收。 P2口:P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P2口緩沖器可接收,輸出4個TTL門電流,當P2口被寫“1”時,其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高,且作為輸入。并因此作為輸入時,P2口的管腳被外部拉低,將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時,P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時,它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢,當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時,P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口:P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口,可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后,它們被內(nèi)部上拉為高電平,并用作輸入。作為輸入,由于外部下拉為低電平,P3口將輸出電流(ILL)這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口,如下表所示:口管腳備選功能P3.0 RXD(串行輸入口)P3.1 TXD(串行輸出口)P3.2 /INT0(外部中斷0)P3.3 /INT1(外部中斷1)P3.4 T0(記時器0外部輸入)P3.5 T1(記時器1外部輸入)P3.6 /WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)P3.7 /RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。2.4 定時鬧鐘顯示器設計圖3 顯示屏相關電路圖4 定時鬧鐘顯示屏3軟件設計3.1 程序流程圖圖5 鬧鐘程序流程3.2 主程序部分首先將緩存區(qū)內(nèi)容清零,設開關和喇叭為高電平有效,賦查表首地址以及棧初值,設定定時器1的初始狀態(tài)并開中斷。MAIN:MOV 10H, #0MOV 11H, #0MOV 12H, #0MOV 13H, #0MOV 14H, #0MOV 15H, #0MOV 20H, #0MOV 21H, #0MOV 22H, #0MOV 23H, #1MOV 26H, #2MOV 29H, #3MOV 2CH, #4MOV 2FH, #5MOV 32H, #6MOV 35H, #7MOV 38H, #8MOV 3BH, #9MOV 3EH, #10MOV 41H, #11MOV 44H, #12MOV 47H, #13MOV 4AH, #14MOV 4DH, #15MOV 50H, #16MOV 53H, #17MOV 56H, #18MOV 59H, #19MOV 5CH, #20MOV 16H, #23CLR P1. 2CLR P1. 4CLR P1. 6CLR P1. 7MOV SP, #60HMOV DPTR, #TABMOV R1, #20H ; R1作為拆分地址首MOV R4, #11000000BMOV R2, #5 ; R2作為定時,調(diào)時選擇MOV R5, #00111100B ; R5作為鬧鈴開關MOV 1BH, #0MOV 18H, #20MOV P0, #0MOV P2, #0MOV IE, #87HSETB IT0SETB IT1MOV IP, #2 ;設T0優(yōu)先級最高MOV TMOD, #1 ;定時器模式1MOV TH0, #3CHMOV TL0, #0B8HSETB TR0CLR EX0CLR EX13.3 時間控制部分介紹時間控制部分首先等待,時間到后將定時器關斷,然后再將定時器送初值,啟動定時器,將秒位進行控制加一,每當秒位加到60時,相應的分位加一,然后等待分循環(huán)到60,將時加一。然后進入循環(huán)。TIME: CLR TR0MOV TH0, #3CHMOV TL0, #0B8HSETB TR0MOV 09H, R0INC 16HMOV R0, 16HMOV A, R0CLR CCJNE A, 21H, TMMINC 16HMOV R0, 16HINC 16HMOV A, R0CLR CCJNE A, 22H, TTMMOV 19H, #45H ; 19H作為時間到標志AJMP TTMTMM: INC 16HINC 16HTTM:MOV R0, 09HDJNZ 18H,OUT0MOV 18H, #20MOV 16H, #23HMOV A, R2 ;控制閃爍CLR CSUBB A, #5JZ TMMOV A, 1BHCPL AMOV 1BH,AANL A, R4MOV 1AH,ATM:MOV A, 17HCLR CSUBB A, #23HJZ OUT0SEC: INC 20HMOV A, 20HCLR CCJNE A, #60,OUT0MOV 20H, #0M IN: INC 21HMOV 19H, #0 ;一分鐘到關鬧鈴CLR P1. 7MOV A, 21HCLR CCJNE A, #60,OUT0MOV 21H, #0HOUR: INC 22HMOV A, 22HCLR CCJNE A, #24,OUT0MOV 22H, #0OUT0: RETI3.4顯示程序介紹首先送入地址偏移量,然后送入要顯示的數(shù)值,通過P0、P2口顯示 ,顯示部分通過除指令與動態(tài)查表顯示。D ISP: MOV R0, #10H ; 10H作為顯存首址MOV R7, #7FHMOV R6, #7TO:MOV A, R0MOVC A, A +DPTRORL A, #80HPUSH ACCMOV A, R7RL AMOV R7,AORL A, 1AH ; 1AH控制閃爍MOV P0, #0MOV P2,A ; P2為位選POP ACCMOV P0,A ; P0作為段選INC R0DJNZ R6, TORETCHA I:MOV A, R1MOV B, #10D IV ABMOV 10H,BMOV 11H,AINC R1MOV A, R1MOV B, #10D IV ABMOV 12H,BMOV 13H,AINC R1MOV A, R1MOV B, #10D IV ABMOV 14H,BMOV 15H,ADEC R1DEC R1RET3.5 調(diào)時與判斷部分介紹通過判斷按鍵,進入鬧鐘調(diào)時部分,在次判斷SW1返回時間程序,通過與時間比較判斷定時時間到否,如果到則啟動報警,不到則返回。TSH I:MOV A, R2 ; R2作為調(diào)時與定時的標志CLR CSUBB A, #0F0HJZ GO2MOV R2, #0FHMOV A, R4RR ARR AMOV R4,ACLR CCJNE A, #00110000B, GOMOV R3, #22HGO: CLR CCJNE A, #00001100B, GO1MOV R3, #21HGO1: CLR CCJNE A, #00000011B, GO3MOV R3, #20HGO3: CLR CCJNE A, #11000000B, GO2MOV A, 17HCLR CCJNE A, #23H, GO4CLR TR0MOV TH0, #3CHMOV TL0, #0B8HSETB TR0MOV 17H, #0GO4: MOV R2, #0GO2: RETDSH I:MOV A, R2 ; R2作為調(diào)時與定時的標志CLR CSUBB A, #0FHJZ DSOUT1MOV R2, #0F0HMOV A, R4RL ARL AMOV R4,ACLR CCJNE A, #00001100B,DSOUT2INC R1MOV A, R1MOV R3,ADEC R1DSOUT2: MOV A, R4CLR CCJNE A, #00110000B,DSOUT3INC R1INC R1MOV A, R1MOV R3,ADEC R1DEC R1DSOUT3:MOV A, R4CLR CCJNE A, #00000011B,DSOUT4INC R1INC R1INC R1DSOUT4: MOV A, R4CLR CCJNE A, #11000000B,DSOUT1MOV R4, #00000011BMOV R3, #0FHINC R1INC R1INC R1DSOUT1: RETXSH I:MOV A, R2CLR CSUBB A, #5JZ XSOUT3MOV A, R3MOV R0,AINC R0MOV A, R4CLR CCJNE A, #00000011B, XSOUTMOV A, R2 ; R2作為調(diào)時與定時的標志CLR CCJNE A, #0FH, XSOUT4MOV R0, #0MOV 17H, #23HXSOUT4:MOV A, R2 ; R2作為調(diào)時與定時的標志CLR CCJNE A, #0F0H, XSOUTMOV 17H, #0MOV R4, #11000000BMOV R1, #20HMOV R2, #5XSOUT:MOV A, R4CLR CCJNE A, #00110000B, XSOUT2MOV A, R0CLR CSUBB A, #24JC XSOUT1MOV R0, #0XSOUT2:MOV A, R4CLR CCJNE A, #00001100B, XSOUT1MOV A, R0CLR CSUBB A, #60JC XSOUT1MOV R0, #0AJMP XSOUT1XSOUT3:MOV A, R5CPL AMOV R5,ACPL P1. 0 ; P1. 0鬧鈴開關指示燈XSOUT1: RET4 Proteus軟件仿真 圖6 工作狀態(tài)仿真圖 打開proteus軟件,按照原理圖在該軟件上畫圖,畫好以后效果如圖以后如圖6所示,然后輸入源稱序,按下proteus左下方的開始鍵就進入仿真狀態(tài),單片機AX89C51某些引腳上的小方塊不斷閃爍,說明該引腳有信號通過,按鈕開關SW1,SW2,SW3,可以對鬧鐘進行修改,開始鬧鐘默認定時時間為零時零分零秒,在仿真軟件中進入仿真狀態(tài)后,就可以聽到鬧鐘的響聲,時間為一分鐘,然后按動SW3可切換到時,分,秒,按動SW2可調(diào)整選中的項目的大小,按動SW1可以在顯示時間預定時時間之間切換,然后用SW2,SW3,對它們進行修改,當顯示時間與鬧鐘時間一樣時,喇叭就發(fā)出響聲,持續(xù)時間為一分鐘, 當一分鐘的時間過去時,蜂鳴報時結束,聽不到鬧鐘的響聲響聲。5課程設計體會單片機課程設計的時間為一星期,開始一看老師給定課程設計的題目及要求,不知道該怎樣開始,以前學的知識也用不上,于是開始從網(wǎng)上,圖書館搜集相關的資料,確定做定時鬧鐘的設計,并了解定時鬧鐘的工作原理及所需要的相關單片機方面的原件,這些元件的都是第一次用,對它們各個接口的接法及作用也是不了解,又重新了解這些元件的特點與作用,從而確定鬧鐘工作的流程圖,畫出相應的原理圖,并在proteus軟件上進行相應的模擬與仿真,開始不知哪的故障出正常的結果,最后經(jīng)過艱苦的查找,原來在原理圖上有條線沒聯(lián)好,修改以后,仿真軟件上終于顯示出了正確的結果,看到自己的心苦與努力有了結果,心里也美滋滋的! 這次課程設計使我們重新鞏固復習了這學期所學的單片機內(nèi)容,通過查詢相關的資料,簡要知道了雖然老師上課講過,但并非聽懂了的8155芯片的有關知識。根據(jù)課程設計的要求和自己通過參考有關資料擬的方案,寫好程序流程圖,在程序流程圖的基礎上,根據(jù)芯片的功能寫出相應的程序,達到能夠?qū)崿F(xiàn)所要求的功能的目的。 在寫程序時,在每條指令后都寫好注釋,以便在程序出錯的檢查過程中可以更容易查找得到。這次的單片機課程設計是我認識到自己在編程及設計等實際操作方面缺陷,重點是理論與實際的相結合,不單單只是書上的一條條分離的指令,還要能把書上的一條條指令靈活用到實際中,增強創(chuàng)新能力與在學習能力,這才是我們參加課程設計的目的吧。 由于本人單片機學的不是太好,在編程設計方面的知識也了解的很少,對定時鬧鐘的原理也不是太了解,所以這個定時鬧鐘可能在某些方面存在著某些缺陷,請指導老師批評指正。參考文獻1余發(fā)山編著.單片機原理及應用技術. 中國礦業(yè)大學出版社,20032陳建澤編著。MCS-51 單片機應用設計.哈爾濱工業(yè)大學出版社,20063何立敏編著。單片微型計算機原理及應用.北京師范大學出版社, 19914張毅剛 彭喜源等編著。北京航空航天大學出版社,19965張振榮,晉明武,王毅平編著.CS51單片機原理及實用技術。人民郵電出版社,20006李勛,李新民編著.CS5196系列8089單微型計算機.北京航空航天大學出版社,19917曹巧媛著.片機原理及應用.電子工業(yè)出版社,19978蔡美琴,張為民編.CS51系列單片機系統(tǒng)及其應用.高等教育出版社,1994附1 源程序代碼ORG 0AJMP MAINORG 000BHAJMP TIMETIME: CLR TR0MOV TH0, #3CHMOV TL0, #0B8HSETB TR0MOV 09H, R0INC 16HMOV R0, 16HMOV A, R0CLR CCJNE A, 21H, TMMINC 16HMOV R0, 16HINC 16HMOV A, R0CLR CCJNE A, 22H, TTMMOV 19H, #45H ; 19H作為時間到標志AJMP TTMTMM: INC 16HINC 16HTTM:MOV R0, 09HDJNZ 18H,OUT0MOV 18H, #20MOV 16H, #23HMOV A, R2 ;控制閃爍CLR CSUBB A, #5JZ TMMOV A, 1BHCPL AMOV 1BH,AANL A, R4MOV 1AH,ATM:MOV A, 17HCLR CSUBB A, #23HJZ OUT0SEC: INC 20HMOV A, 20HCLR CCJNE A, #60,OUT0MOV 20H, #0M IN: INC 21HMOV 19H, #0 ;一分鐘到關鬧鈴CLR P1. 7MOV A, 21HCLR CCJNE A, #60,OUT0MOV 21H, #0HOUR: INC 22HMOV A, 22HCLR CCJNE A, #24,OUT0MOV 22H, #0OUT0: RETIDISP: MOV R0, #10H ; 10H作為顯存首址MOV R7, #7FHMOV R6, #7TO:MOV A, R0MOVC A, A +DPTRORL A, #80HPUSH ACCMOV A, R7RL AMOV R7,AORL A, 1AH ; 1AH控制閃爍MOV P0, #0MOV P2,A ; P2為位選POP ACCMOV P0,A ; 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