單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計報告-手動計數(shù)器設(shè)計

1、 電 子 科 技 大 學(xué)單片機最小應(yīng)用系統(tǒng) 設(shè) 計 報 告 指導(dǎo)老師： 學(xué) 生： 學(xué) 號： 電子科技大學(xué)機電工程學(xué)院2009年5月單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計報告一、設(shè)計題目1二、設(shè)計內(nèi)容與要求1三、設(shè)計目的意義1四、系統(tǒng)硬件電路圖1五、程序流程圖與源程序3六、系統(tǒng)功能分析與說明55.1系統(tǒng)主要組成部分55.2數(shù)碼管部分55.3單片機最小系統(tǒng)部分75.4電路板的制作125.5系統(tǒng)連線說明分析13七、設(shè)計體會14八、總結(jié)14九、參考文獻15微機單片機接口設(shè)計報告一、設(shè)計題目手動計數(shù)器設(shè)計。用AT89S51單片機控制從00到99。每碰觸一次按鍵計數(shù)器加1。一直加到99。二、設(shè)計內(nèi)容與要求利用AT89S5

2、1單片機來制作一個手動計數(shù)器，在AT89S51單片機的P3.7管腳接一個輕觸開關(guān)，作為手動計數(shù)的按鈕，用單片機的P2.0P2.7接一個共陰數(shù)碼管，作為0099計數(shù)的個位數(shù)顯示，用單片機的P0.0P0.7接一個共陰數(shù)碼管，作為0099計數(shù)的十位數(shù)顯示。三、設(shè)計目的意義1、進一步熟悉和掌握單片機的結(jié)構(gòu)及工作原理，加深對單片機理論知識的理解；2、掌握 單片機內(nèi)部功能模塊。3、掌握單片機的接口及相關(guān)外圍芯片的特性、使用與控制方法；4、掌握單片機的編程方法，調(diào)試方法；5、掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)建和使用，為以后設(shè)計和實現(xiàn)單片機應(yīng)用系統(tǒng)打下良好的基礎(chǔ)。四、系統(tǒng)硬件電路圖電路圖：圖1 電路圖PCB電路圖：圖2

3、 PCB電路圖五、程序流程圖與源程序（1）程序流程圖：圖3 程序流程圖（2）源程序：#include unsigned char code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; unsigned char Count; void delay10ms(void) unsigned char i,j; for(i=20;i0;i-) for(j=248;j0;j-); void main(void) Count=0; P0=tableCount/10; P2=tableCount%10; while(1) if(P3_7

4、=0) delay10ms(); if(P3_7=0) Count+; if(Count=100) Count=0; P0=tableCount/10; P2=tableCount%10; while(P3_7=0); 六、系統(tǒng)功能分析與說明5.1系統(tǒng)主要組成部分手動計數(shù)器主要分為兩個部分：單片機最小系統(tǒng)，數(shù)碼管部分。所用主要元件有：AT89S51，1k的上拉電阻，兩個一位的共陰極數(shù)碼管。5.2數(shù)碼管部分主要用的是共陰極數(shù)碼管。LED顯示器是由發(fā)光二極管作為為顯示字段的數(shù)碼顯示器件，圖1為一位LED顯示器的外形和引腳圖，其中七只發(fā)光二極管(ag七段)構(gòu)成字型“8”，另外還有一只發(fā)光二極管dp作

5、為小數(shù)點。當(dāng)顯示器的某一段發(fā)光二極管通電時，該段發(fā)光，例如，使b、c、f、g這4段發(fā)光二極管通電，則顯示字符“4”。數(shù)碼管外形和引腳：見圖4。 g f GND a b 10 9 8 7 6 1 2 3 4 5 e d GND c dp 圖4 外形和引腳共陰極結(jié)構(gòu) ： LED顯示器有共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)，下面只介紹共陰極結(jié)構(gòu)。見圖5，在共陰極結(jié)構(gòu)中，各段發(fā)光二極管的陰極連在一起，將此公共點接地，某一段發(fā)光二極管的陰極為高電平時，該段發(fā)光。 共陰極字段碼： LED顯示09某個字符時，則要求在adp送固定的字段碼，如要使LED顯示“0”,則要求a、b、c、d、f各引腳為高電平，g和dp為低電平，字

6、段碼為“3fh” 。 dp g f e d c b a 0 0 1 1 1 1 1 1 3fh共陰極字符09七段碼如下：字符： 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9字段碼：3fh 06h 5bh 4fh 66h 6dh 7dh 07h 7fh 6fhabcdefgdp圖5共陰極結(jié)構(gòu) 限流電阻R計算： 普通的LED的平均電流工作為3mA左右(高亮度型為1mA)，LED壓降如果按1.7V計算，則R=U/I=(5-1.7)/0.003=1100() +5VR圖 6 LED接線圖 5.3單片機最小系統(tǒng)部分MCS-51系列單片機是一種高性能的8位機系列，廣泛應(yīng)用于各種小型控制系統(tǒng)中，其引腳圖如圖所示。

7、本論文采用的AT89C51單片機是AMTEL公司生產(chǎn)的MCS-51系列的兼容產(chǎn)品，與MCS-51指令系統(tǒng)兼容，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同，CMOS工藝制造并帶有非易失性Flash程序存儲器。全部支持12時鐘和6時鐘操作。AT89C51包含128字節(jié)RAM、32條I/O 口線、3個16位定時/計數(shù)器、6輸入4優(yōu)先級嵌套中斷結(jié)構(gòu)、1個串行I/O 口（可用于多機通信I/O擴展或全雙工UART以及片內(nèi)振蕩器和時鐘電路）。ROMRAMCPUI/O接口電路定時器/計數(shù)器時鐘 圖7 MCS-51引腳圖MCS-51系列單片機的并行I/O口接口電路是微機必不可少的組成部分，并行輸入確出接口是CPU和外部進行信息交換的主要通道

8、。MSC51系列單片有4個8位并行雙向I/O口P0P3，共32根I/O線。每一根線能獨立用作輸入或輸出。單片機可以外接鍵盤、顯示器等外圍設(shè)備還可以進行系統(tǒng)擴展，以解決硬件資源不足問題。4個并行口都是雙向口，既可以輸入又可以輸出。P0、P2口經(jīng)常作外部擴展存儲器時的數(shù)據(jù)、地址線，P3口除作I/O口外，每一根都有第二功能。這4個I/O口結(jié)構(gòu)基本相同，但仍存在差別。(1) P1口是最常用的I/O口如圖所示，因為不作數(shù)據(jù)地址線，其結(jié)構(gòu)中沒有數(shù)據(jù)地址線，也沒有多路開關(guān)MUX，輸出驅(qū)動電路接有上拉電阻。P1口輸入輸出時與P0作I/O時相似，輸出數(shù)據(jù)時先寫入鎖存器，經(jīng)Q端反相，再經(jīng)場效應(yīng)管反相輸出到引腳。輸

9、入時，先向鎖存器寫l，使v管截止外部引腳信號由下方讀緩沖器送入內(nèi)部總線，完成讀引腳操作。P1口也可以讀鎖存器。外部提升電阻將引腳拉升至高電平，但輸人的低電平信號能將其拉低，不會影響低電平的輸入。圖8 P1口一位結(jié)構(gòu) (2) P2口的位結(jié)構(gòu)比P1多了一個控制轉(zhuǎn)換部分如圖5所示，結(jié)構(gòu)與P0口基本相似，如下圖所示。P2口改P0推拉式輸出驅(qū)動電路為上拉電阻式，當(dāng)控制信號s為低電平，作I/O口使用時，多路開關(guān)MUX使鎖存器輸出端Q與輸出驅(qū)動輸入端接通，構(gòu)成一個準雙向口。此外，當(dāng)外部擴展存儲器時，P2口常做高8位地址線使用。圖9 P2口一位結(jié)構(gòu)下表中概括了單片機中使用到的并行口P1、P2功能： 表1 P1

10、、P2功能一覽表MCS-51系列單片機的工作方式和時序單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，除了基本計算機系統(tǒng)單元電路外還需配備完整的外圍電路、以完成復(fù)位、掉電保護、提供時鐘、節(jié)電等功能。（1）時鐘電路：單片機內(nèi)部有一個高增益的反相放大器，通過XTAL1和XTAL2引腳外接石英振于或陶瓷振子、微調(diào)電容組成振蕩器如圖13所示。該振蕩器發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時鐘電路。振蕩器若外接的是石英扳子，微調(diào)電容通常選擇30pF；外接陶瓷娠子時選樣47pF。振蕩頻率范圍選擇1.212M。MCS5-51系列單片機也可以采用外接時鐘，這時XTAL 2腳用來輸入外部時鐘信號(XTAL2腳為內(nèi)部時鐘電路的輸入端)，XTALl腳則接地如圖

11、13b所示。對于CHM05工藝制造的80C51單片機，則應(yīng)從XTALl腳輸入外部時鐘信號，XTAL 2腳懸空。 (a)外接石英晶體振蕩電路 （b）外接時鐘電路圖10 兩種單片機時鐘電路(a) 上電復(fù)位 (b) 按鍵電平復(fù)位 (c) RC放電過程 (d) 電平復(fù)位過程圖11 單片機常用復(fù)位電路（2）復(fù)位電路：復(fù)位使單片機處于起始狀態(tài)，并從此狀態(tài)開始運行MCS5-51單片機RST引腳為復(fù)位端，該引腳連續(xù)保持2個機器周期(24個時鐘振蕩周期)以上的高電平?？墒箚纹瑱C復(fù)位。本論文使用的是外部復(fù)位電路，單片機在啟動后要從復(fù)位狀態(tài)開始運行，因此上電時要完成復(fù)位工作，稱上電復(fù)位，如圖14a所示。上電瞬間電容

12、兩端的電壓不能發(fā)生突變，只RST端為高電平5v，上電后電容通過及RC電路放電RST端電壓逐漸下降，直至低電平0V，如圖14c所示。適當(dāng)選擇R、C的值，使RST端的高I電平維持2個機器周期以上即可完成復(fù)位。單片機L在運行過程中，出于本身或外并干擾的原因會導(dǎo)致出錯。這時可按復(fù)位鍵以重新開始遠行，按鍵復(fù)位可分為按鍵電平復(fù)位或按健脈沖復(fù)位，如圖14b所示。按鍵脈沖復(fù)位和上電平復(fù)值的原理是一樣的，都是利用RC電路的放電原理，如圖14d所示。讓RST端能保持一段時間的高電平，以完成復(fù)位，按鍵電平復(fù)位時，按鍵時間也應(yīng)保持在兩個機器周期以上。根據(jù)設(shè)計要求和計算簡便的原則，我們選擇12M的石英晶振、30PF的電

13、容、+5V電源，最小系統(tǒng)如下：圖12 單片機最小系統(tǒng)5.4電路板的制作Protel99功能強大，為我們進行電子電路原理圖和印制板圖的設(shè)計提供了良好的操作環(huán)境。用Protell99進行電路設(shè)計分為兩大部分：原理圖的設(shè)計和電路板的設(shè)計。原理圖的設(shè)計實在SCH系統(tǒng)中進行的，電路原理圖是印刷板電路設(shè)計的基礎(chǔ)，只有設(shè)計好原理圖才有可能進行下一步的電路板設(shè)計。用protel99進行電路板設(shè)計的第一步是其原理圖的設(shè)計。顯然，原理圖決定整個電路的基本功能，也是接下來生成網(wǎng)表和設(shè)計印刷板電路的基礎(chǔ)。具體步驟如下：（1）圖面設(shè)置： Protel99允許用戶根據(jù)電路的規(guī)模設(shè)置圖面的大小，按照偏好和習(xí)慣設(shè)置圖面的樣式

14、。實際上，設(shè)置圖面就是設(shè)置了一個工作平面，以后的工作就要在這個平面上進行。所以圖面應(yīng)該設(shè)置得足夠大，為進一步工作提供一個足夠大的工作空間。（2）放置元件： 所謂放置元件就是從元件庫中選取所需得元件，將其布置到圖面上合適的位置，有時還要重定義元件的編號、封裝。元件的封裝很重要，要根據(jù)元件的實際尺寸和實際封裝來決定，要是元件沒封裝好，將會給以后電路板的制作帶來很大的麻煩。這些都是下一步工作的基礎(chǔ)。Protel99為用戶提供了一個非完備的元件庫，并且允許用戶對這個元件庫進行編輯或者新建自己的元件庫。電路板的制作過程(1) 打印：將生成的PCB圖打印到熱轉(zhuǎn)印紙上，需注意線不能太窄，墨要加重，否則制板時

15、容易斷線，如果在操作過程中斷了線，可用電烙鐵將錫帶過。(2) 熨燙：將熱轉(zhuǎn)印紙覆在銅板上，用電熨斗進行熨燙，關(guān)鍵要注意熨燙的時間，不能太久，也不能時間太短，否則，太久會把銅板燙壞，不夠的話墨跡覆不上去。(3) 腐蝕：把銅板放到三氯化鐵溶液中腐蝕，需注意溶液濃度要較高，最好用熱水配置，這樣腐蝕更快，一般3分鐘即可。如果時間過長，需剩下的銅線也可能被腐蝕。(4) 打孔：打孔時注意鉆頭尺寸，本次用的鉆頭大小是0.712mm的，最需注意的地方是集成塊的管腳，如果打孔誤差大，管座就很難插上。(5) 放置元件：放置前應(yīng)先打磨一下打孔后留下的毛刺，并均勻地涂上松香水（目的是防止銅線氧化，易于焊錫覆著焊盤，但

16、多涂會導(dǎo)致焊接時焊點變黑，影響美觀）。放置元件時注意集成塊的管腳，二極管和電解電容的正負，這些都是平時比較容易出錯的地方。(6) 焊接：焊接技術(shù)比較難掌握，焊錫、烙鐵與焊盤的位置關(guān)系，焊錫熔化時間長短，松香水的濃度，烙鐵的溫度等等，都是影響焊點美觀的因素。(7) 檢查：檢查是否有虛焊，集成塊管腳位置是否正確，電源引線位置是否恰當(dāng)?shù)?。檢查完畢就能進行調(diào)試了。 5.5系統(tǒng)連線說明分析在本系統(tǒng)中單片機的P1.0P1.7口與數(shù)碼管的A、B、C、D、E、F、G、H端口連接，并在數(shù)碼管端口接一個1k的上拉電阻。單片機的P2.0P2.7與數(shù)碼管的位選端口A、B、C、D、E、F、G、H端口連接。P1口用來表示

17、十位，P2口用來表示個位。單片機的17口與按鍵連接。用來讀取按鍵的信息，當(dāng)按一次是輸入一個低電平，計數(shù)器軟件加1。用來顯示從0到99。調(diào)試過程：1、 保證電路板連接正確后，接上電源。2、 觀察數(shù)碼管顯示的初值是否都是00，如果不相符，進行檢測。3、 如果初始狀態(tài)正確，輕觸開關(guān)，看計數(shù)器是否如設(shè)計目的一樣。4、 進行復(fù)位操作，檢測復(fù)位鍵是否正確。七、設(shè)計體會（1）這是一個簡單的計數(shù)器，主要是用的P0口和P2口做為輸出口。P0口和P2口都接共陰極的數(shù)碼管，所以需要接一個上拉電阻。單片機對正確識別的按鍵進行計數(shù)，計數(shù)滿時，又從零開始計數(shù)。另一個按鍵式復(fù)位鍵，可以對系統(tǒng)隨時復(fù)位。（2）單片機對計的數(shù)值

18、要進行數(shù)碼顯示，計得的數(shù)是十進數(shù)，含有十位和個位，我們要把十位和個位拆開分別送出這樣的十位和個位數(shù)值到對應(yīng)的數(shù)碼管上顯示。如何拆開十位和個位我們可以把所計得的數(shù)值對10求余，即可個位數(shù)字，對10整除，即可得到十位數(shù)字了。 （3）這個簡單的計數(shù)器，雖然簡單，在編程的時候沒有遇到太多的麻煩。用proteus進行單片機仿真都是比較順利。但是在畫電路圖時需要注意最小系統(tǒng)的接線連接電路問題，注意共陰極數(shù)碼管的連接方法。（4）進行PCB板制作時，開始使用的是鹽酸加雙氧水的腐蝕方法，所以反應(yīng)比較迅速，沒有很好的掌握住腐蝕的程度，造成電路板腐蝕質(zhì)量不好。換做用Fecl3進行腐蝕，雖然反應(yīng)比較慢，但是能控制電路板較好的質(zhì)量。所以感覺后者是比較良好的腐蝕電路板方法。（5）進行焊接電路板時，要避免虛焊，應(yīng)該及時檢查電路的導(dǎo)通性，及時的排除故障，避免元器件的燒壞。八、總結(jié)1、在設(shè)計系統(tǒng)過程中，學(xué)會用Protel