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1、单片机及控制系统设计课程设计报告题目：基于单片机的跑马灯系统的设计与实现院（系）：机电与自动化学院专业班级：电气自动化技术0901学生姓名：詹志鹏学号：学092822006指导教师：汪媛2011年12月26日至2012年1月10日华中科技大学武昌分校目录1设计题目及要求11.1设计题目11. 2设计目的12. 3控制要求12硬件设计23. 1单片机简介22.1.1单片机的引脚22.1.2单片机的内部结构32.2电源电路42.3时钟电路42.4复位电路52.5EA/VPP（31脚）的功能和接法62.6PO口外接上拉电阻62.7发光二级管72. 8显示电路局部83. 9AT89C51单片机最小系统
2、93软件设计104. 1源程序与注释103.2软件编译、调试与烧入11总结16附录实物图17参考文献18L设计题目及要求LI设计题目单片机小系统版控制LED灯1.2 设计目的1. 单片机最小应用系统的硬件设计技能训练；2. ASM语言或C51语言软件编程与调试技能训练；3. “下载及烧录（固化）程序开发技能训练；4. Protell软件应用技能训练；1.3 控制要求按键及外部中断控制二级管灯（自右向左）1 .按键控制8个LED灯循环自右向左依次点亮2 .间隔时间可以自行设计3 .单号灯亮双号灯灭1- 5-3-*kIfRf5f3f11 .外部中断控制8个LED灯循环自右向左依次点亮2 .间隔时间
3、可以自行设计3 .双号灯亮单号灯灭8f6-4-2f8-6-4f22.硬件设计2.1 单片机简介单片机的引脚（1）电源：40号引脚VCC是芯片电源，接+5V。20号引脚VSS为电源接地端。（2）时钟引脚：XTAL2118号脚）采用内部时钟电路时，外接晶体振荡器；采用外部时钟电路时，此引脚接地。XTALl（19号脚）采用内部时钟电路时，外接晶体振荡器；采用外部时钟电路时，此引脚接外部时钟源。（3）控制引脚：ALE/为地址锁存允许信号，用来把低8位地址锁存到外部地址锁存器。ALE引脚以不变的1/6振荡频率周期性地发出正脉冲信号，可用做对外输出的时钟信号。（4） I/O口线：PO口（3239号脚）为双
4、向输入/输出端口。PI口（18号脚）为准双向输入/输出端口。P2（2128号脚）为准双向输入/输出端口。P3（1017号脚）为准双向输入/输出端口。单片机的内部结构51系列单片机主要包括CPU、程序存储器、数据存储器以及接口电路等各组成局部。单片机内部结构框图单片机的内部结构：1个8位的CPU。时钟电路。程序存储器。数据存储器。定时器/计数器。4个并行口。1个全双工串行口。5个中断源。2.2电源电路电源模块通过7805稳压之后稳定的输出5v电压，以供整个系统工作。7805系列为三端正稳压电路,T0-220封装，能提供多种固定的输出电压，应用范围广。内含过流、过热和过载保护电路。带散热片时，输出
5、电流可达1A。虽然是固定稳压电路，但使用外接元件，可获得不同的电压和电流。主要特点：输出电流可达1A,输出电压有：5V,过热保护，短路保护，输出晶体管SOA保护。2.3时钟电路在设计时钟电路之前，让我们先了解下51单片机上的时钟管脚：XTALl（19脚）：芯片内部振荡电路输入端。XTAL2（18脚）：芯片内部振荡电路输出端。XTALl和XTAL2是独立的输入和输出反相放大器，它们可以被配置为使用石英晶振的片内振荡器，或者是器件直接由外部时钟驱动。图中采用的是内时钟模式，即采用利用芯片内部的振荡电路，在XTAL1、XTAL2的引脚上外接定时元件（一个石英晶体和两个电容），内部振荡器便能产生自激振
6、荡。一般来说晶振可以在L212MHz之间任选，甚至可以到达24MHZ或者更高，但是频率越高功耗也就越大。在本实验套件中采用的1L0592M的石英晶振。和晶振并联的两个电容的大小对振荡频率有微小影响，可以起到频率微调作用。当采用石英晶振时，电容可以在2040pF之间选择（本实验套件使用30pF）；当采用陶瓷谐振器件时，电容要适当地增大一些，在3050pF之间。通常选取33pF的陶瓷电容就可以了。2. 4复位电路在单片机系统中，复位电路是非常关键的，当程序跑飞（运行不正常）或死机（停止运行）时，就需要进行复位。MCS-51系列单片机的复位引脚RST（第9管脚）出现2个机器周期以上的高电平时,单片机
7、就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。复位操作通常有两种根本形式：上电自动复位和开关复位。图中所示的复位电路就包括了这两种复位方式。上电瞬间，电容两端电压不能突变，此时电容的负极和RESET相连,电压全部加在了电阻上，RESET的输入为高，芯片被复位。随之+5V电源给电容充电，电阻上的电压逐渐减小，最后约等于0,芯片正常工作。并联在电容的两端为复位按键，当复位按键没有被按下的时候电路实现上电复位，在芯片正常工作后，通过按下按键使RST管脚出现高电平到达手动复位的效果。一般来说，只要RST管脚上保持IOmS以上的高电平，就能使单片机有效的复位。图中所示的复位电阻和电容
8、为经典值，实际制作是可以用同一数量级的电阻和电容代替，也可自行计算RC充电时间或在工作环境实际测量，以确保单片机的复位电路可靠。2.5 EA/VPP（31脚）的功能和接法51单片机的EA/VPP（31脚）是内部和外部程序存储器的选择管脚。当EA保持高电平时，单片机访问内部程序存储器；当EA保持低电平时，则不管是否有内部程序存储器,只访问外部存储器。对于现今的绝大局部单片机来说，其内部的程序存储器（一般为flash）容量都很大,因此根本上不需要外接程序存储器，而是直接使用内部的存储器。在本实验套件中，EA管脚接到了VCC上，只使用内部的程序存储器。2.6 PO口外接上拉电阻51单片机的PO端口为
9、开漏输出，内部无上拉电阻。所以在当做普通I/O输出数据时,由于V2截止，输出级是漏极开路电路，要使“1信号（即高电平）正常输出，必须外接上拉电阻。PO端口的1位结构另外，防止输入时读取数据出错，也需外接上拉电阻。在这里简要的说下其原因：在输入状态下，从锁存器和从引脚上读来的信号一般是一致的，但也有例外。例如，当从内部总线输出低电平后，锁存器Q=0,Q=I,场效应管Vl开通，端口线呈低电平状态。此时无论端口线上外接的信号是低电平还是高电平，从引脚读入单片机的信号都是低电平,因而不能正确地读入端口引脚上的信号。又如，当从内部总线输出高电平后，锁存器Q=1,Q=0,场效应管Vl截止。如外接引脚信号为
10、低电平，从引脚上读入的信号就与从锁存器读入的信号不同。所以当PO口作为通用I/O接口输入使用时，在输入数据前，应先向PO口写“1，此时锁存器的Q端为“0，使输出级的两个场效应管VI、V2均截止,引脚处于悬浮状态，才可作高阻输入。总结来说：为了能使PO口在输出时能驱动NMOS电路和防止输入时读取数据出错，需外接上拉电阻。在本实验套件中采用的是外加一个IOK排阻。此外，51单片机在对端口PO-P3的输入操作上，为防止读错，应先向电路中的锁存器写入“1，使场效应管截止，以防止锁存器为“0状态时对引脚读入的干扰。2. 7发光二极管发光二级管是由IIITV族化合物半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有
11、一般P-N结的-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子一局部与多数载流子复合而发光。如下图：假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，在与空穴复合发光。除了这种复合发光外，还有些电子被非发光中心捕获，而后在与空穴复合。每次释放的能量不大，不可能形成可见光。发光的复合量相对于非发光的复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散去内发光的，所以光线仅在靠近PN结面数um以内产生。.发光二极管的特性有极限参数的意义、电参数的意
12、义。极限参数的意义有允许功耗、最大正向直流电流、最大反向电压和工作环境。电参数的意义有光谱分布和峰值波长、发光强度、光谱半宽度、半直角和视角、正向工作电流、正向工作电压和VT特性。发光二极管的应用：由于发光二极管的颜色、尺寸、形状、发光强度及透明情况等不同，所以使用发光二极管时应根据实际需要进行恰中选择。由于发光二极管具有最大正向电流、最大反向电压的限制，使用时，应保证不超过此值。发光二极管被广泛应用于各种电子仪器和电子设备中，可作为电源指示灯、电平指示或微光源之用。红外发光二极管被常用于电视机、录象机等的遥控中。2.8显示电路局部显示局部主要是由八个LED和两个七段数码管组成，八个LED由限
13、流电阻限流后接入Pl,PO口接入上拉电阻，并接限流电阻和数码管DYP-7-1的七段LED,数码管DYP-7-2的七段LED和限流电阻接入p2口，两个数码管的公共端并接限流电阻后接VCCo2.9AT89C51单片机最小系统3.软件设计3.1 源程序与注释ORG0000HLjMPKSORG0003HLJMPMAIN；下一条语句的地址为OOOOH;长跳转到KS标号执行程序；下一条语句的地址为0003H;长跳转到MAlN标号执行程序KS:SETBITOSETBEXO；设置ITO(interrupttype)=1,意思是int下降沿触发;设置EXO(externelextended)-1,意思是翻开外部
14、中断int允许位L:MAIN:DAY:DL2:DLl:SETBEA;设置EA(enableall)=l,意思是翻开总中断开关(即开中断)MOVA,#0BFH;将OBFH立即数送至A存放器MOVPl,ACLLDAYRRARRASJMPLMOVA,#7FHMOVPl,AACALLDAYRRARRAMOVPl,ARETIMOVMOVNOPNOPDJNZDJNZRET；将A存放器的值送到Pl口;调用DAY函数;Rotateright,将A存放器向右循环1次；同上；短跳转到L标号处执行程序;将7FH立即数送至A存放器；将A存放器的值送至Pl口;调用函数DAY;Rotateright,将A存放器向右循环1
15、次；同上；将A存放器的值送至Pl口;中断函数返回R0,#0FFH;将OFFH立即数送至RO工作存放器组Rl,#0FFH;将OFFH立即数送至Rl工作存放器组;空机器周期，什么都不做，亦即等待12个时钟周期；同上Rl,DLl;将Rl的内容-1,测试是否为0,如果不等于0,则跳至DLl标号执行程R0,DL2;将RO的内容T,测试是否为0,如果不等于0,则跳至DL2标号执行程;DAY函数返回ENDKS;程序结束3.2软件编译、调试与烧入1 .启动VisionViSion2是一个标准的WindoWS应用程序，双击KeilViSiOn2图标即可启动，也可以选择“开始一”程序KeilViSion2命令来启
16、动运行。其主界面如下图。2,创立一个工程并选择单片机选择“Project”（工程）一NewProject”（新建工程）命令，如下图，将弹出aGreateNewProject”（新建工程）对话框，如下图。随后会弹出一个对话框，要求选择单片机的型号，如下图。在该对话框中显示了Vision2的器件数据库，从中可以根据使用的单片机来选择。3 .创立一个新的源程序文件，并把这个源文件添加到工程中单击工具栏中的新建文件图标（或选择File”（文件）-New（新建）命令），文件操作窗口即可出现新建文件。保存该空白文件，单击工具栏中的保存图标（或选择“File（文件）一Save（保存）命令），弹出如下图的“S
17、aveas（保存为）对话框，在“文件名文本框中输入欲保存的文件名，保存时注意加上正确的后缀名。单击Targetl前面的+号，然后在SoUrCeGroUPl上单击鼠标右键，弹出快捷菜单，如下图。选择“AddFilestoGroupSourceGroup1,添加文件到工程）命令，弹出如下图的对话框。选中LED.ASM文件（注意选择文件类型），然后单击“Add”（添加）按钮，即可添加LED.ASM到工程中。4 .输入源程序:此时就可以输入源程序了，如下图。5 .Output”选项卡如下图，其中有多个选项，此处选择CreateHEXFile复选框用于生成可执行代码文件，该文件可以用编程器写入单片机芯片
18、，文件的扩展名为HEX,默认情况下该项未被选中，如果要写芯片做硬件实验，就必须选中该项。其余选项均取默认值，不做任何修改。6 .编译工程并创立HEX文件设置好工程参数后，即可进行编译、连接。选择“Project（工程）一Buildtarget（连接工程）命令，对当前工程进行连接。如果当前文件已修改，将先对该文件进行编译，然后再连接以产生目标代码；如果选择“RebuildAlltargetfiles（重新编译所有文件后再连接）将会对当前工程中的所有文件重新进行编译然后再连接，确保最终生产的目标代码是最新的，而选择“Translate1编译）命令则仅对当前文件进行编译，不进行连接。以上操作也可以通
19、过工具栏中的图标直接进行。如下图，从左到右的图标分别是：编译、编译连接、全部重建、停止编译和对工程进行设置。对源程序修改之后再次编译，最终要得到如下图的结果，提示O个错误，O个警告，该文件即可被编程器读入并写到AT89C51芯片中。同时还可看到，该程序的内部RAM的使用量(data=8.0),外部RAM的使用量(xdata=0),代码量(COde=13)等一些信息。7 .本实验板上所用的STC单片机通过串口下载程序。其上位机软件界面如下图。烧写操作很简单，点击“OpenFile”按钮浏览找到所生成要烧写的HeX文件后，单片机断电，点击“下载按钮，单片机上电，程序就可下载到单片机中了。总结经过这
20、次课程设计，我觉得自己学到了不少东西。大学大局部时间都是在学习理论根底知识，并未真正很好地去应用和实践。经过这次比赛，第一次接触了51系列单片机，第一次把学到的汇编语言应用于实践。学会了怎么用汇编语言编写单片机实用程序，学会了怎样去调试程序能力，对过去所学和所掌握的知识的运用，对单片机的原理及内部结构，有了一定的了解。也发现了自己很多缺乏之处，体会到了所学理论知识的重要性：知识掌握得越多，设计得就更全面、更顺利、更好。了解进行一项相比照拟大型的科技设计所必不可少的几个阶段。对于自己要设计的作品，要做好充分的认识和有一个很好的规划，以免在以后的功能扩展上的，没有留有余地,在工程的的开始就要规划好
21、，尤其是编程这一块，一定要留有余地。学会了怎样查阅资料和利用工具书。一个人不可能什么都学过，什么都懂，因此，当你在设计过程中需要用一些不曾学过的东西时，就要去有针对性地查找资料，然后加以吸收利用，以提高自己的应用能力，学会怎样去学习，学会怎样学会学习。做东西要有耐心，不管是一个很简单的小制作也好，还是比拟大型的一个工程也好，都要有始有终，当碰到问题时，不要一味的寻求的别人，要学会自己去查资料，学会分析,这样才能学到东西，解决问题以后那种带来的成就感，只有经历过的人才能懂得。实物图文献资料1张义和，陈敌北.例说8051国.北京：人民邮电出版社，2006.2杨恢先，黄辉先.单片机原理及应用M.北京：人民邮电出版社，2007.3王晓勇，张文祥，胡天云.C语言程序设计.科学出版社，2007.4李群芳，张世军，黄建.单片微型计算机与接口技术.北京：电子工业出版社,2007.5孙育才.MCS-51系列单片微型计算机及其应用.南京：东南大学出版社，1997.课程设计成绩评定表成项目比例得分绩评定平时成绩（百分制记分）30%业务考核成绩（百分制记分）70%总评成绩（百分制记分）100%评定等级优良中及格不及格指导教师（签名）：20年月日
