課程設(shè)計報告(單片機)

實習(xí)報告PAGE1-電子與信息工程學(xué)院課程設(shè)計報告（2010—2011學(xué)年第2學(xué)期）課程名稱：單片機課程設(shè)計班級：電子0802學(xué)號：姓名：指導(dǎo)教師：2011年03月一、目的1、構(gòu)造一個控制系統(tǒng)框架的能力；2、檢索和閱讀文獻資料的能力；3、綜合運用所學(xué)專業(yè)知識使之對所設(shè)計系統(tǒng)具有獨立調(diào)試的能力和故障處理的能力；4、繪圖能力，計算機運用能力；5、邏輯思維能力與形象思維能力；6、文字及口頭表達的能力；7、撰寫實習(xí)報告的能力。二、內(nèi)容和要求任務(wù)1：交通燈(1)基本要求：以單片機為核心設(shè)計一個完整的交通燈模擬系統(tǒng)。所謂模擬就是以每組有綠，紅，黃色3支共兩組發(fā)光二極管表示交通信號燈，數(shù)碼管2只共兩組以遞減的方式表示各色信號燈的時間。在雙干線路口上，交通信號燈的變化是定時的。假定：⑴．放行線，綠燈亮放行25秒，黃燈亮警告5秒，然后紅燈亮禁止。⑵．禁止線，紅燈亮禁止30秒，然后綠燈亮放行。使兩條路線交替地成為放行線和禁止線，就可以實現(xiàn)定時交通控制。假定以P1口線接6支發(fā)光二極管（即交通信號燈），因為電路中有反相器的關(guān)系，所以口線輸出高電平則“信號燈”熄滅，口線輸出低電平則“信號燈“亮。(2)進階要求：在基本要求的基礎(chǔ)上，要求紅綠燈時間可通過按鍵設(shè)置，例如紅燈60秒，綠燈52秒，黃燈8秒。提示：時間設(shè)置一定是要遵循以下規(guī)律：紅燈時間＝綠燈時間＋黃燈時間；任務(wù)2：秒表要求：至少包括4個功能：時間清零；啟動計時；暫定計時；繼續(xù)計時；計時最小單位0.1秒，最大計時時間999.9秒。任務(wù)3：音樂要求：利用蜂鳴器播放一段音樂。三、過程三、過程1.交通燈1.1功能概述（1）、復(fù)位后系統(tǒng)進入工作狀態(tài)，若不設(shè)置紅綠燈的時間，直接按確定鍵，則系統(tǒng)進入紅燈30s，綠燈25s的工作模式。（2）、復(fù)位后系統(tǒng)進入工作狀態(tài)，若要設(shè)置紅綠燈的時間，按設(shè)置鍵進入設(shè)置模式，此模式下通過按鍵可分別對紅燈、綠燈的時間進行設(shè)置，因為資源的原因，只添加了加值的方式，設(shè)置完成后按確認鍵進入交通燈的正常工作模式。1.2硬件電路概述1.2.1電源電路圖1電源電路電源電路輸入為12V的直流電，輸出為5V的直流電，用到芯片LM2576。LM2576系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路是線性三端穩(wěn)壓器件的替代品，它具有可靠的工作性能、較高的工作效率和較強的輸出電流驅(qū)動能力，從而為MCU的穩(wěn)定、可靠工作提供了強有力的保證。LM2576系列是3A電流輸出降壓開關(guān)型集成穩(wěn)壓電路，它內(nèi)含固定頻率振蕩器（52kHz）和基準(zhǔn)穩(wěn)壓器（1.23V），并具有完善的保護電路，包括電流限制及熱關(guān)斷電路等，利用該器件只需極少的外圍器件便可構(gòu)成高效穩(wěn)壓電路。

1.2.251單片機概述單片機是集成在一個芯片上的計算機，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，基本部分組成有：中央處理器CPU、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器、內(nèi)部程序存儲器、定時器/計數(shù)器、并行I/O口、串行口、中斷控制電路、時鐘電路、位處理器、內(nèi)部總線。1.2.251單片機概述單片機是集成在一個芯片上的計算機，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，基本部分組成有：中央處理器CPU、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器、內(nèi)部程序存儲器、定時器/計數(shù)器、并行I/O口、串行口、中斷控制電路、時鐘電路、位處理器、內(nèi)部總線。設(shè)計采用的SST89E58RD：是8位FLASHFLEX51系列單片機，有40K片內(nèi)FLASHEEPROM程序存儲器，存儲器被分為兩個獨立的程序存儲器塊，基本FLASHBlock0占用32K字節(jié)片內(nèi)程序存儲空間，二級FLASHBlock1占用8K字節(jié)的片內(nèi)程序存儲器空間；8K字節(jié)的二級FLASH塊能被映射到32K字節(jié)低地址空間它也能從程序計數(shù)器中被隱藏掉而用做一個獨立的類似EEPROM的數(shù)據(jù)存儲器；工作電壓Vdd=4.5~5.5；1K*8的內(nèi)部RAM。本次設(shè)計中將P1口作為紅綠燈的輸出控制端口，由電路圖圖2，可知當(dāng)輸出為底電平時，LED燈發(fā)光。P2口作系統(tǒng)高位地址線使用，P0口作系統(tǒng)的低地址使用。圖251單片機并行口連線圖設(shè)計中用到定時器/計數(shù)器的功能，在時間設(shè)置時，用定時器/計數(shù)器1的計數(shù)功能，外部以脈沖形式輸入作為計數(shù)器的計數(shù)脈沖；用定時器/計數(shù)器0的定時器功能，每一個機器周期有一個計數(shù)脈沖，一個機器周期等于12個晶振周期，計算公式為：（216-計數(shù)初值）*晶振周期*12。1.2.3時鐘電路單片機的時鐘電路由振蕩電路和分頻電路組成，其中振蕩電路由反相器和并聯(lián)外接的石英晶體和電容構(gòu)成，用于產(chǎn)生振蕩脈沖，分頻電路用于把振蕩脈沖分頻，以得到所需的時鐘信號。由圖4可知機器周期是振蕩脈沖的12分頻。 圖3振蕩電路 圖4時鐘電路框圖1.2.4復(fù)位電路復(fù)位電路用于產(chǎn)生復(fù)位信號，通過RST引腳送入單片機，進行復(fù)位操作。單片機共使用4種復(fù)位電路：積分電路型、微分電路型、比較器型和看門狗型。實驗板采用按鍵電平復(fù)位，如圖4所示，按鍵按通后，發(fā)出高電平信號。51單片機復(fù)位信號是高電平有效，其有效時間應(yīng)持續(xù)24個振蕩周期（即2個機器周期）以上。采用的11.0592MHz的晶振，則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)超過2us以上才有效。 圖5按鍵復(fù)位電路 圖6LED數(shù)碼管電路1.2.5LED數(shù)碼管電路實驗板所用的是七段顯示數(shù)碼管，并加有小數(shù)點，利用掃描方式使四個數(shù)碼管分時工作，但加入延時程序，利用人眼的余暉則可看到正常的四位顯示值。如圖6所示，COM口由A口產(chǎn)生的選通信號選擇當(dāng)前工作的數(shù)碼管，另八個口接到74HC244的譯碼輸出的0~9的段碼。

1.2.68155概述8155有兩個8位和一個6位可編程并行I/O接口以及一個14位可編程定時器/計數(shù)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，是常用的擴展單片機I/O1.2.68155概述8155有兩個8位和一個6位可編程并行I/O接口以及一個14位可編程定時器/計數(shù)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，是常用的擴展單片機I/O資源的芯片，8155原理是只利用單片機的一個并行口來擴展出幾個并口，使得單片機可以接入更多的設(shè)備，A、B、C各端口可工作于不同的工作方式，使用前要進行初始化（寫命令字到命令口）。在本次設(shè)計中，利用8155的并行口擴展功能，A口的高四位用來位選，即選擇當(dāng)前工作的LED數(shù)碼管；B口輸出段碼值，通過74HC244譯碼后送到數(shù)碼管顯示。8155的片選信號CE接到51單片機16位地址最高位AD15，地址鎖存信號ALE接AD8，再通過送到A、B不同的命令字分別選通A、B口。 1.2.7按鍵電路 按鍵電路結(jié)構(gòu)比較簡單，未按時輸出為高電平，按鍵后輸出低電平。 1.2.8交通燈整體設(shè)計電路圖（略去電源部分）圖7交通燈整體設(shè)計電路圖1.3軟件設(shè)計系統(tǒng)復(fù)位后，如果不進行紅綠燈時間的設(shè)定，按確認鍵系統(tǒng)進入的預(yù)設(shè)的紅燈30s，綠燈25s進行工作；如果按下設(shè)置鍵進入設(shè)置狀態(tài)，在設(shè)置狀態(tài)下，可以通過按鍵對綠燈和紅燈時間的設(shè)定，要此狀態(tài)下，按確認鍵將按當(dāng)前設(shè)定的時間工作。程序設(shè)計流程圖如圖： 圖8交通燈設(shè)計流程圖 圖9設(shè)置模式流程圖2.秒表2.1功能概述系統(tǒng)帶有外部按鍵使時間清零；通過外部按鍵啟動計時、暫定計時，并能繼續(xù)計時；計時的最小單位0.1秒，最大計時時間999.9秒。2.2硬件電路2.2.1電源電路（同1.2.1電源電路部分）2.2.251單片機概述（同1.2.2電源電路部分）2.2.3復(fù)位電路（同1.2.3電源電路部分）2.2.4晶振電路（同1.2.4電源電路部分）2.2.5LED數(shù)碼管電路（同1.2.5電源電路部分）2.2.68155概述（同1.2.6電源電路部分）2.2.7秒表整體設(shè)計電路圖（略去電源部分）圖10秒表整體設(shè)計電路圖2.3軟件設(shè)計系統(tǒng)通過復(fù)位鍵直接對系統(tǒng)的存儲器進行清零，所以不必單獨設(shè)置系統(tǒng)復(fù)位鍵，秒表啟動、暫停、繼續(xù)是通過對定時器的啟動和暫停來控制的，此處采用的中斷的方式，在中斷中對TR0進行取反即可。因為計時的最小單位為100ms，設(shè)計通過定時器0做100ms計時，但是系統(tǒng)11.0592MHz的時鐘最多計時時長約為71ms，所以采用計時兩次，每次為50ms。最大計時值要達到999.9s，所以應(yīng)該采用兩個存儲單元，一個存放低八位，一個存放高八位，16位最大可計數(shù)6553.6s，加一個比較單元可以將最大值控制在999.9s。設(shè)計流程圖如圖所示：2.3軟件設(shè)計系統(tǒng)通過復(fù)位鍵直接對系統(tǒng)的存儲器進行清零，所以不必單獨設(shè)置系統(tǒng)復(fù)位鍵，秒表啟動、暫停、繼續(xù)是通過對定時器的啟動和暫停來控制的，此處采用的中斷的方式，在中斷中對TR0進行取反即可。因為計時的最小單位為100ms，設(shè)計通過定時器0做100ms計時，但是系統(tǒng)11.0592MHz的時鐘最多計時時長約為71ms，所以采用計時兩次，每次為50ms。最大計時值要達到999.9s，所以應(yīng)該采用兩個存儲單元，一個存放低八位，一個存放高八位，16位最大可計數(shù)6553.6s，加一個比較單元可以將最大值控制在999.9s。設(shè)計流程圖如圖所示： 圖11秒表設(shè)計流程圖 圖12中斷子程序流程圖3音樂播放器3.1功能概述接通電源后，系統(tǒng)利用P3.4端口輸出一段音樂，程序的音樂段碼為“生日快樂”，播放完后停止一段時間，并能自動重新播放。3.2硬件電路3.2.1電源電路（同1.2.1電源電路部分）3.2.251單片機概述（同1.2.2電源電路部分）3.2.3復(fù)位電路（同1.2.3電源電路部分）3.2.4晶振電路（同1.2.4電源電路部分）3.2.3復(fù)位電路（同1.2.3電源電路部分）3.2.4晶振電路（同1.2.4電源電路部分）3.2.5蜂鳴器電路通過控制單片機定時器的定時時間產(chǎn)生不同頻率的音頻脈沖，驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出不同音節(jié)的聲音。3.2.6音樂播放器整體設(shè)計電路圖13音樂播放器整體設(shè)計電路3.3軟件設(shè)計程序設(shè)計流程圖如圖所示：圖14音樂播放器設(shè)計流程圖四、小結(jié)1、交通燈的基本功能的實現(xiàn)在上學(xué)期已能實現(xiàn)，加入時間設(shè)置模塊，跳轉(zhuǎn)條件均采用查詢的方式。因為資源有限，設(shè)置值時只做了加值，沒有做減值，如果按鍵過快，使設(shè)定值超過預(yù)設(shè)值則需復(fù)位重新設(shè)置，因為硬件電路的缺點使得按鍵有一定的抖動，但加入了去抖動的延時，如果延時過長會使顯示值出現(xiàn)明顯的晃動，所以程序加的去抖延時要設(shè)計好，其他功能的調(diào)試上學(xué)期的報告有詳述，在此不再敘述。2、秒表的功能比較簡單，程序的設(shè)計也不復(fù)雜，關(guān)鍵點在于計數(shù)值超過51單片機一個存儲單元所能表示的范圍，將兩個存儲單元的值加在一起成16位的值，然后還要將兩個存儲單元的值處理成四位值送到LED數(shù)碼管，但要求到999.9s，所以程序中要添加一個比較模塊，使計時值不超過最大值。3、本次設(shè)計