畢業(yè)設(shè)計(jì)基于AT89S51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)論論文文 基于基于 at89s51at89s51 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系 部： 電氣工程系 專 業(yè)： 電機(jī)與電器 班 級(jí)： 2008 級(jí) 082 班 學(xué)生姓名： 張曉洋 學(xué) 號(hào)： 080312205 指導(dǎo)教師： 毛景魁 2011 年 4 月 25 日 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文 i 摘 要 由于單片機(jī)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，許多集成電路生產(chǎn)廠 家相繼推出了各種類型的單片機(jī)，在單片機(jī)家族的眾多成員中，mcs-51 系列單片 機(jī)以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)及高可靠性和高性能價(jià)格比，迅速占領(lǐng)了市場(chǎng)， 成為國(guó)內(nèi)單片機(jī)應(yīng)

2、用領(lǐng)域中的主流。目前，可用于 mcs-51 系列單片機(jī)開發(fā)的產(chǎn) 品越來(lái)越多，與其配套的各類開發(fā)系統(tǒng)、各種軟件也日趨完善，因此，可以極方 便地利用現(xiàn)有資源，開發(fā)出用于不同目的的各類應(yīng)用系統(tǒng)。 本課題設(shè)計(jì)了一款單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè) 課(單片機(jī)原理與應(yīng)用，單片機(jī)接口技術(shù)等)、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn) 板是參考單片機(jī)教材中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)的，能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單的測(cè)試實(shí)驗(yàn)。本論文包 括硬件系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)及匯編語(yǔ)言在基本控制中的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：at89s51，單片機(jī)，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，硬件 abstract as in all areas of scm technology is be

3、ing more widely used, many ic manufacturers have introduced various types of mcu, the mcu of the many family members, mcs-51 series mcu with its superior performance, mature technology and high reliability and high cost performance, and quickly occupied the market, become the mainstream in the field

4、 of scm application. currently, mcs-51 series can be used to develop products more and more single chip, instead of supporting various types of development systems, software is also maturing, therefore, be very easy to use existing resources, developed for different purposes various application. the

5、 project designed a single chip experiment development system that can achieve professional basic courses and specialized courses (principles and applications, scm interface technology, etc.), curriculum design and graduate design of experiments. microcontroller test board with reference to the cont

6、ent of textbooks in experimental design, to achieve a simple test experiment. this thesis includes the detailed design of hardware and assembly language in the basic control application. key words：at89s51, scm, experimental systems, hardware 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文 目 錄 摘 要.i 緒論.1 第 1 章 實(shí)驗(yàn)板總體設(shè)計(jì)方案.2 1.1 實(shí)驗(yàn)板

7、系統(tǒng)功能.2 1.2 實(shí)驗(yàn)板的性能要求.2 1.3 at89s51 在實(shí)驗(yàn)板中的應(yīng)用.3 第 2 章 實(shí)驗(yàn)板的硬件設(shè)計(jì).4 2.1 硬件總體設(shè)計(jì).4 2.2 實(shí)驗(yàn)板總體設(shè)計(jì)原理圖.4 2.3 各功能模塊設(shè)計(jì).4 第 3 章 實(shí)驗(yàn)板的軟件設(shè)計(jì).12 3.1 流水燈顯示測(cè)試實(shí)驗(yàn).12 3.2 用矩陣鍵盤控制 led 數(shù)碼顯示器.13 3.3 音樂發(fā)聲實(shí)驗(yàn).14 3.4 液晶顯示實(shí)驗(yàn).14 第 4 章 實(shí)驗(yàn)板調(diào)試.16 4.1 調(diào)試的目的.16 4.2 調(diào)試的過程.16 第 5 章 展望.17 致謝.18 參考文獻(xiàn).19 附 錄.20 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文 1 緒論 單片機(jī)是把中央處理

8、器 cpu(central processing unit),隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 ram(random access memory)，只讀存儲(chǔ)器 rom(read only memory)，定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器以及 i/o 接口電路等主要部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。 單片機(jī)的應(yīng)用導(dǎo)致了控制領(lǐng)域的一場(chǎng)革命，微控制技術(shù)逐步取代傳統(tǒng)的硬件控制。 近十幾年來(lái)，單片機(jī)在生產(chǎn)過程控制、自動(dòng)檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集與處理、科學(xué)計(jì)算、 商業(yè)管理和辦公室自動(dòng)化等方面獲得了廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)具有體積小、重量輕、 耗能省、價(jià)格低、可靠性高和通用靈活等優(yōu)點(diǎn)，因此也廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星定向、汽 車火花控制、交通自動(dòng)管理和微波爐等

9、專用控制上。近幾年來(lái)，單片機(jī)的發(fā)展更 為迅速，它己滲透到諸多學(xué)科的領(lǐng)域，以及人們生活的各個(gè)方面。 mcs-51 系列中的一片 at89s51 芯片，內(nèi)部構(gòu)造了完整的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)。 從 cpu、存儲(chǔ)器到輸入/輸出端口，一應(yīng)俱全。只要寫入程序，就可完成中央控 制或數(shù)據(jù)采集、處理及通信傳輸?shù)男畔⑻幚頇C(jī)，mcs-51 單片機(jī)指令系統(tǒng)中為適 應(yīng)控制的需要設(shè)有極強(qiáng)的位處理功能，具有加、減、乘、除指令，cpu 時(shí)鐘高達(dá) 12mhz，具有能夠完成單字節(jié)乘法或除法的運(yùn)算器件。在單片機(jī)應(yīng)用中，可以根 據(jù)實(shí)際工作環(huán)境，選擇工業(yè)級(jí)芯片，保證系統(tǒng)可靠性。 at89s51 是一個(gè)低功耗，高性能 cmos 8 位單片機(jī)，

10、片內(nèi)含 4k bytes isp(in- system programming)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 flash 只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 atmel 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) mcs-51 指令系統(tǒng)及 80c51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 isp flash 存儲(chǔ)單元，功 能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 at89s51 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解 決方案。 at89s51 具有如下特點(diǎn):40 個(gè)引腳，4k bytes flash 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器,128bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ram)，32 個(gè)外部雙向輸入/輸出(i/o)口，5

11、 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 2 層中斷嵌套，2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2 個(gè)全雙工串行通信口，看門狗 (wdt)電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 此外，at89s51 設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為 0hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式。 空閑模式下，cpu 暫停工作，而 ram、定時(shí)計(jì)數(shù)器、串行口、外部中斷系統(tǒng)可 繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 ram 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外 部中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有 pdip、tqfp 和 plcc 等三種封裝形 式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文 2 第 1 章 實(shí)驗(yàn)板總體設(shè)計(jì)方案 1.1 實(shí)驗(yàn)板系統(tǒng)功能 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開發(fā)板是

12、一個(gè)實(shí)際應(yīng)用的系統(tǒng)，能夠?yàn)橄嚓P(guān)專業(yè)的學(xué)生開設(shè)單片 機(jī)實(shí)驗(yàn)提供支持。此實(shí)驗(yàn)板是參考單片機(jī)教材中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)的，能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn) 單的綜合驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。本論文包括硬件系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)及匯編語(yǔ)言在基本控制中的 應(yīng)用。 此實(shí)驗(yàn)板設(shè)計(jì)的功能如下 1.1.1 硬件部分 1.電源開關(guān)電路 2.時(shí)鐘電路 3.復(fù)位電路 4.44 的 16 位矩陣鍵盤 5.液晶顯示器 6.led 七段數(shù)碼顯示電路 7.流水燈顯示電路 8.音樂發(fā)聲電路 9.單片機(jī)與上位機(jī)串行通信電路 10. i/o 口擴(kuò)展電路 1.1.2 軟件部分 1.流水燈顯示測(cè)試實(shí)驗(yàn) 2.用矩陣鍵盤控制 led 數(shù)碼顯示器 3.音樂發(fā)聲實(shí)驗(yàn) 4.液晶顯示實(shí)驗(yàn) 1.2

13、實(shí)驗(yàn)板的性能要求 1.各芯片所需的+5v 平穩(wěn)電壓 2.at89s51 單片機(jī)時(shí)鐘信號(hào)為 12mhz 3.at89s51 單片機(jī)手動(dòng)復(fù)位電路 4.顯示器件 5.16 位行列掃描鍵盤 6.與上位機(jī)串行通信 7.i/o 口擴(kuò)展功能 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文 3 1.3 at89s51 在實(shí)驗(yàn)板中的應(yīng)用 at89s51 在整個(gè)實(shí)驗(yàn)板系統(tǒng)中處于核心地位。硬件電路板設(shè)計(jì)中，幾乎其它 所有的元器件的選取都要依據(jù) at89s51 的性能參數(shù)來(lái)決定。 在軟件設(shè)計(jì)中，at89s51 接收并處理鍵盤輸入的信號(hào)，將其發(fā)送給顯示器件， 實(shí)現(xiàn)數(shù)碼顯示功能，或可以實(shí)現(xiàn)流水燈顯示、液晶顯示以及蜂鳴器的發(fā)聲等功能。

14、 另一方面，也可以與 pc 機(jī)發(fā)送或接收信息，實(shí)現(xiàn)串行通信功能。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文 4 第 2 章 實(shí)驗(yàn)板的硬件設(shè)計(jì) 2.1 硬件總體設(shè)計(jì) 本論文設(shè)計(jì)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開發(fā)板是以 at89s51 作為主控制芯片，串口通信芯 片 max232、db9 插座、液晶顯示器、按鍵開關(guān)、等元器件組成，通過軟硬件結(jié) 合實(shí)現(xiàn)鍵盤掃描、液晶顯示、數(shù)碼顯示、與上位機(jī)串行通信、i/o 口擴(kuò)展等功能。 一方面，它能作為學(xué)生簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)的工具，另一方面，它也是綜合型單片機(jī)系統(tǒng)設(shè) 計(jì)的基礎(chǔ)，可擴(kuò)展許多其它功能。 2.2 實(shí)驗(yàn)板總體設(shè)計(jì)原理圖 實(shí)驗(yàn)板總體設(shè)計(jì)原理圖如附錄圖 1 所示。 外圍電路是 at89s51

15、工作的基礎(chǔ)保障電源電路提供穩(wěn)定的+5v 工作電壓； 時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào)；復(fù)位電路使單片機(jī)恢復(fù)初始狀態(tài)。 鍵盤電路用于向系統(tǒng)輸入運(yùn)行參數(shù)和控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。通過鍵盤掃描等程序 設(shè)計(jì)把鍵盤輸入的數(shù)據(jù)在液晶顯示器上顯示或把數(shù)據(jù)發(fā)送到 pc 機(jī)實(shí)現(xiàn)串行通信。 lcd 電路用來(lái)顯示鍵盤輸入的數(shù)據(jù)和上位機(jī)發(fā)送到 at89s51 的數(shù)據(jù)，其功能也 是靠硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件程序的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)的串行通信電路主要是為了單片機(jī) 與上位機(jī)之間數(shù)據(jù)傳送而設(shè)計(jì)的。 2.3 各功能模塊設(shè)計(jì) 2.3.1 單片機(jī)外圍電路 1、時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)序是指令執(zhí)行中各信號(hào)之 間

16、的相互關(guān)系。單片機(jī)本身就如同一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作 方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作。 在 at89s51 單片機(jī)內(nèi)部帶有時(shí)鐘電路，因此，只需要在片外通過 xtal1 和 xtal2 引腳接入定時(shí)控制元件(晶體振蕩器和電容)，即可構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振 蕩器。在 at89s51 芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，而在芯片的外部， xtal1 和 xtal2 之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容。 at89s51 的時(shí)鐘電路如圖 2.1 所示 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文 5 30pf u12 30pf u13 u11 12mhz 14 15 16 17

17、18 19 20 p3.4/t0 p3.5/t1 p3.6/wr p3.7/rd xtal2 xtal1 gnd 89s51 圖 2.1 at89s51 的時(shí)鐘電路 用晶振和電容構(gòu)成諧振電路。電容 u12、u13 容量在 1540pf 之間，大小與 晶振頻率和工作電壓有關(guān)。但電容的大小影響振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性， 為了提高精度，本實(shí)驗(yàn)板采用 30pf 的電容作為微調(diào)電容。在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，晶 振、電容等均應(yīng)盡可能靠近芯片，以減小分布電容，保證振蕩器振蕩的穩(wěn)定性。 2、復(fù)位電路 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是使單片機(jī)從 0000h 單元開始執(zhí)行 程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化以外，當(dāng)

18、由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng) 處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境也需按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)。at89s51 芯片內(nèi)部有復(fù) 位電路，rst 引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端高電平有效，復(fù)位方式有自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng) 復(fù)位兩種。本實(shí)驗(yàn)板采用手動(dòng)復(fù)位方式復(fù)位。 at89s51 的復(fù)位電路如圖 2.2 所示 10uf vcc 10k rst 圖 2.2 at89s51 的復(fù)位電路 當(dāng)電源剛開始送電瞬間，電容相當(dāng)于短路，rst 端輸入高電平，at89551 復(fù) 位。短路瞬間之后，電容充電，rst 端低電平。at89s51 需要復(fù)位時(shí)，按下手動(dòng) 復(fù)位鍵，電容通過電阻放電，當(dāng)電容放電結(jié)束后，rst 為高電平，at89551 進(jìn)入

19、復(fù)位狀態(tài)，松手后，電容充電，rst 端高電位下降，cpu 脫離復(fù)位狀態(tài)。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文 6 2.3.2 44 矩陣鍵盤電路 鍵盤是人與 at89s51 聯(lián)系的重要手段，用于向 cpu 輸入運(yùn)行參數(shù)和控制系 統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。鍵盤電路形式分為直接編碼輸入鍵盤和矩陣鍵盤。前者接口電路 簡(jiǎn)單，一般應(yīng)用于需要少量按鍵的控制系統(tǒng)。后者因占用 i/o 引腳數(shù)少，常被按 鍵較多的控制系統(tǒng)所采用。 本實(shí)驗(yàn)板用于學(xué)生實(shí)驗(yàn)，為了減少鍵盤電路占用 i/o 引腳數(shù)目，將鍵盤電路 設(shè)計(jì)為 44 矩陣鍵盤形式。其中行線作為輸入引腳與 p0 口的 p0.3p0.0 連接，列 線作為引腳與 p0.7p0.4

20、 連接。 實(shí)驗(yàn)板的鍵盤電路如圖 2.3 所示 ds11 ds21 ds31 ds41 ds12ds13ds14 ds22 ds32 ds42 ds23 ds33 ds43 ds24 ds34 ds44 p00 p01 p02 p03 p04p05p06p07 圖 2.3 實(shí)驗(yàn)板的鍵盤電路 當(dāng)開始掃描時(shí)，首先將行設(shè)置低電平，在判斷有鍵被按下后，讀入列狀態(tài)。 如果列狀態(tài)出現(xiàn)并非全部為 1 狀態(tài)，這時(shí) o 狀態(tài)的列與行相交的鍵就是被按下的 鍵。 2.3.3 led 數(shù)碼管顯示電路 led 數(shù)碼管是單片機(jī)控制系統(tǒng)中最常見的顯示器件之一，一般用來(lái)顯示處理 結(jié)果或輸入/輸出信號(hào)的狀態(tài)。 實(shí)驗(yàn)板數(shù)碼管顯示電

21、路如圖 2.4 所示 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 a b c d e f g 1h 2h 3h 4h 4h 3h 2h 1h a b c d e f g dp dp dp20 dp21 dp22 dp23 dp24 dp25 dp26 dp27 dp20 dp21 dp22 dp23 dp24 dp25 dp26 dp27 s11s12 s13 s14 s21s22 s23 s24 8484 圖 2.4 實(shí)驗(yàn)板的數(shù)碼管顯示電路 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文 7 本實(shí)驗(yàn)板使用了 2 個(gè)四位一體的數(shù)碼顯示管，各位

22、數(shù)碼管的顯示通過 74hc245 驅(qū)動(dòng)控制，每位數(shù)碼管的引腳 a、b、e、d、e、f、g、dp 通過限流排阻、 74hc138 和擴(kuò)展座與 p2 口相連。 2.3.4 流水燈顯示電路 流水燈顯示電路主要由 8 只發(fā)光二極管組成，電路原理圖如圖 2.5 所示 vcc 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ai02g 2 1 tx dp20 dp21 dp22 dp23 dp24 dp25 dp26 dp27 圖 2.5 實(shí)驗(yàn)板的流水燈顯示電路 8 只發(fā)光二極管的正極通過限流排阻連接電源+5v，二極管的負(fù)極分別通過 74hc245 驅(qū)動(dòng)與單片機(jī) p2 端口連接。 2.3.5 發(fā)聲模塊電路 發(fā)聲模塊電

23、路原理圖如圖 2.6 所示 bell pnp vcc p3.4 tx 圖 2.6 實(shí)驗(yàn)板的發(fā)生電路 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文 8 信號(hào)由 p3.4 引腳進(jìn)入三極管進(jìn)行放大，推動(dòng)蜂鳴器 spk 發(fā)聲。該部分只用 3 個(gè)元件，三極管型號(hào)為 8550，蜂鳴器為微型壓電式。 2.3.6 液晶顯示電路 顯示器件是實(shí)驗(yàn)板中普遍使用的輸出器件，較常用的是 led 數(shù)碼管和 lcd 液晶顯示器。前者僅能顯示數(shù)據(jù)輸出，而后者能顯示更多，更復(fù)雜的字符，如漢 字，甚至是圖形等。此實(shí)驗(yàn)板采用 lcd1602 作為輸出顯示器件。lcd1602 液晶 是一款很常用，也很易用的字符液晶。可以顯示 2 行，每行 1

24、6 個(gè)字符，對(duì)比度 可調(diào)、黃綠色背光?？刂?ic：st7065/st7066，電源范圍 4.5v5.5v，數(shù)據(jù)總線 4/8 線均可。 實(shí)驗(yàn)板液晶顯示電路如圖 2.7 所示 vccvcc ds21 res3 1 2 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 p10 p11 p12 p20 p21 p22 p23 p24 p25 p26 p27 gnd vcc v0 rs rw e db0 db1 db2 db3 db4 db5 db6 db7 bgvcc bggnd lcd1602 lcd1602 ds20 圖 2.7 實(shí)驗(yàn)板的液晶顯示電路 v0 為液晶顯

25、示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比 度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10k 的電位器調(diào)整對(duì) 比度。r/w 讀寫選擇信號(hào)與 p1.1 連接，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫 操作。rs 是數(shù)據(jù)顯示和指令數(shù)據(jù)選擇信號(hào)，與 p1.0 連接。當(dāng) rs 和 rw 共同為 低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) rs 為低電平 rw 為高電平時(shí)可以讀忙 信號(hào)，當(dāng) rs 為高電平 rw 為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。e 端為使能端，當(dāng) e 端由 高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。db0db7 是數(shù)據(jù)線，分別與 p2.0p2.7 連接，用于傳送 cpu 發(fā)送給顯示器

26、的數(shù)據(jù)、指令等。 lcd1602 引腳特性如表 2.1 所示 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文 9 表 2.1 lcd1602 引腳特性 管腳號(hào)管腳名稱管腳功能描述 1gnd 電源地 2vcc 電源電壓 3v0 液晶顯示偏壓信號(hào) 4rs 數(shù)據(jù)命令選擇端 5rw 讀寫選擇端 6e 使能信號(hào) 7db0 數(shù)據(jù) 0 8db1 數(shù)據(jù) 1 9db2 數(shù)據(jù) 2 10db3 數(shù)據(jù) 3 11db4 數(shù)據(jù) 4 12db5 數(shù)據(jù) 5 13db6 數(shù)據(jù) 6 14db7 數(shù)據(jù) 7 15bgvcc 背光源正極 16bggnd 背光源負(fù)極 2.3.7 串行通信電路 at89s51 中的串行接口能方便地與其他計(jì)算機(jī)或串行傳

27、送信息的外圍設(shè)備實(shí) 現(xiàn)雙機(jī)通信。此實(shí)驗(yàn)板中僅設(shè)計(jì)與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送串行通信電路。rs-232c 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定發(fā)送數(shù)據(jù)線 txd 和接受數(shù)據(jù)線 rxd 均采用 eia 電平，即傳送數(shù)字“1” 時(shí)，傳輸線上的電平在-3-15v 之間;傳送數(shù)字“0”時(shí)，傳輸線上的電平在+3+l5v 之間。但單片機(jī)串行口采用正邏輯的 ttl 電平，這樣就存在 ttl 電平與 eia 電 平之間的轉(zhuǎn)換問題。因此實(shí)驗(yàn)板中采用電平轉(zhuǎn)換芯片 max232 與 9 芯 d 插座連 接方式。 與 pc 機(jī)串行通信電路如圖 2.8 所示 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文 10 1 6 2 7 3 8 4 9 5 ds45 串串 1

28、0uf 10uf 10uf vcc 1 2 3 4 5 6 7 89 10 11 12 13 14 15 16c1+ c1- c2- c2+ v+ v- 2c out 2c in vcc gnd 1c out 1c in 151 out 151 in 251 in 251 outp30 p31out in max232 10uf 圖 2.8 實(shí)驗(yàn)板與上位機(jī)的串行通信電路 max232 電平轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，僅需外加 4 個(gè) 10uf 的電容，即可實(shí) 現(xiàn) ttl 電平和 rs-232 電平的互換。在電路設(shè)計(jì)時(shí)，15lin、152in 引腳中的一個(gè) 與 at89s51 中的 txd (p3.l

29、)引腳連接，接收 cpu 發(fā)送給 pc 機(jī)的數(shù)據(jù)；1c out、2c out 引腳中的一個(gè)與 9 芯 d 插座中的 rxd(2)引腳連接，發(fā)送 15lin 或 251in 取引腳接收到的數(shù)據(jù)。1c in，2c in 引腳中的一個(gè)與 9 芯 d 插座中的 txd(3)引腳連接，接收上位機(jī)發(fā)送給 at89s51 的數(shù)據(jù)；151out、251out 引腳 中的一個(gè)與 at89s51 中的 rxd(p3.0)引腳連接，發(fā)送 1c in 或 2c in 引腳接收到 的數(shù)據(jù)。 2.3.8 i/0 口擴(kuò)展電路 實(shí)驗(yàn)板中各功能模塊沒有涉及 i/o 口擴(kuò)展，硬件電路設(shè)計(jì)中僅增加了兩個(gè)擴(kuò) 展槽分別與 at8955

30、1 的 p0 口、pl 口、p2 口、p3 口相連，將它們引出以便用戶 在其他實(shí)驗(yàn)中擴(kuò)展。 實(shí)驗(yàn)板 i/o 口擴(kuò)展電路如圖 2.9 所示 p10 p11 p12 p13 p14 p15 p16 p17 p20 p21 p22 p23 p24 p25 p26 p27 p00 p01 p02 p03 p04 p05 p06 p07 p30 p31 p32 p33 p34 p35 p36 p37 rst vcc1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 河南機(jī)

31、電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文 11 圖 2.9 實(shí)驗(yàn)板的 i/o 口擴(kuò)展電路 2.3.9 電源電路 電源(vcc)是整個(gè)實(shí)驗(yàn)板正常工作的動(dòng)力源泉。 實(shí)驗(yàn)板的電源電路如圖 2.10 所示 led r d1 d2 + - vv usb 1 2 34 5 6 圖 2.10 實(shí)驗(yàn)板的電源電路 該電源插座使用的是 usb 插座，led 為發(fā)光二級(jí)管，當(dāng)按下開關(guān)接通電源 時(shí)，燈亮表示電源電路供電正常，否則電源電路出錯(cuò)。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文 12 第 3 章 實(shí)驗(yàn)板的軟件設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)板的軟件設(shè)計(jì)是在硬件電路板的基礎(chǔ)上，通過匯編程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。下面 是一些測(cè)試程序。 3.1 流水燈顯示測(cè)試實(shí)驗(yàn) 功

32、能說(shuō)明：?jiǎn)纹瑱C(jī) p2 端口接 8 只 led，每次點(diǎn)亮一只，向右移動(dòng)點(diǎn)亮，重復(fù) 循環(huán)。 1、流程圖 程序設(shè)計(jì)流程如圖 3.1 所示 圖 3.1 亮燈循環(huán)右移的程序流程圖 2、程序運(yùn)行結(jié)果如下 將寫入程序的單片機(jī)插入實(shí)驗(yàn)板，接通電源后會(huì)看到 led 在不斷地向右移 動(dòng)，當(dāng)移到最右端后，又回到最左端重新開始向右移動(dòng)，不斷循環(huán)。 如圖 3.2 所示 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文 13 圖 3.2 亮燈循環(huán)右移的測(cè)試結(jié)果 3.2 用矩陣鍵盤控制 led 數(shù)碼顯示器 功能說(shuō)明：使用 44 矩陣式鍵盤通過掃描方法控制顯示器輸出 0f 十六進(jìn) 制數(shù)。 1、流程圖 程序流程如圖 3.3 所示 圖 3.3

33、 鍵盤掃描的程序流程圖 2、程序運(yùn)行結(jié)果如圖所示 鍵盤上字符排序與該程序中的編碼表 table 中代碼的排序是相同的，例如： 按下第一排左數(shù)第一個(gè)鍵，數(shù)碼管顯示器將顯示 0；按下第一排左數(shù)第二個(gè)鍵， 數(shù)碼管顯示 1。按鍵盤中不同鍵號(hào)，顯示器將會(huì)顯示出相應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)。 如圖 3.4 所示 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文 14 圖 3.4 鍵盤掃描程序的測(cè)試結(jié)果 3.3 音樂發(fā)聲實(shí)驗(yàn) 功能說(shuō)明:用軟件延時(shí)方法實(shí)現(xiàn)變頻振蕩報(bào)警，即用 p3.4 端口輸出 1khz 和 2khz 的變頻信號(hào)以示報(bào)警，每隔 1s 交替變換 1 次。 1、流程圖 程序流程圖如圖 3.5 所示 圖 3.5 音樂發(fā)聲的程

34、序流程圖 2、程序運(yùn)行結(jié)果 將程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)后，當(dāng)接通實(shí)驗(yàn)板上蜂鳴器的控制插針后，聽到變頻報(bào)警 聲。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文 15 3.4 液晶顯示實(shí)驗(yàn) 功能說(shuō)明:lcd 顯示字符串。開機(jī)后，從液晶顯示屏第 1 行第 2 個(gè)位置開始 顯示字符串“hello!”。 1、流程圖 主程序設(shè)計(jì)流程如圖 3.6(a)所示，查表顯示子程序流程如圖 3.6(b)所示 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文 16 (a) (b) 圖 3.6 液晶顯示的程序流程圖 2、程序運(yùn)行結(jié)果如下 將寫入程序的單片機(jī)插入實(shí)驗(yàn)板插座內(nèi)，檢查連接正常后接通電源，會(huì)看到 在液晶顯示屏第一行第 2 個(gè)位置上顯示“hello

35、!”。 如圖 3.7 所示 圖 3.7 液晶顯示程序的測(cè)試結(jié)果 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文 17 第 4 章 實(shí)驗(yàn)板調(diào)試 4.1 調(diào)試的目的 在系統(tǒng)功能設(shè)定，硬件電路板的制作和軟件程序的編寫過程中都對(duì)實(shí)驗(yàn)板進(jìn) 行了嚴(yán)格的檢查。對(duì)于手工編寫好的程序，必須使用開發(fā)軟件進(jìn)行編譯連接等過 程，最終生成目標(biāo)文件，然后再通過編程器下載到單片機(jī)當(dāng)中測(cè)試。 4.2 調(diào)試的過程 1、檢查電路板 硬件電路板制作完成后，主要利用萬(wàn)用表對(duì)電路板的線路連接狀況、各元器 件的焊接情況進(jìn)行檢查。 2、程序的調(diào)試 利用實(shí)驗(yàn)板對(duì)所編寫的程序進(jìn)行調(diào)試。 (1) 硬件電路板是否支持程序執(zhí)行 (2) 各子程序功能的能否具體實(shí)

36、現(xiàn) (3) 對(duì)出錯(cuò)的程序進(jìn)行修改 完成以上調(diào)試后便可將調(diào)試成功的程序錄入到 at89s51 芯片中，在實(shí)驗(yàn)中進(jìn) 行調(diào)用。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文 18 第 5 章 展望 隨著單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的嵌入式系統(tǒng)帶來(lái)的工業(yè) 年產(chǎn)值逐年遞增，單片機(jī)教學(xué)研究與產(chǎn)品開發(fā)工作也越來(lái)越重要。傳統(tǒng)的依賴于 仿真機(jī)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)成本高且效率低，已不適應(yīng)現(xiàn)代科技開發(fā)需求。如何方便用 戶合理利用單片機(jī)的性能與高效開發(fā)產(chǎn)品成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。為此，重點(diǎn)對(duì) at89s51 單片機(jī)、嵌入式系統(tǒng)和 c 語(yǔ)言進(jìn)行了研究，并設(shè)計(jì)出功能較強(qiáng)的新型單 片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。 由于研究時(shí)間與水平有限，該實(shí)驗(yàn)系

37、統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)等方面還有很多需要改 進(jìn)的地方，今后仍有許多工作要做。后續(xù)研究工作主要集中于: (1)進(jìn)一步探討單片機(jī)應(yīng)用。單片機(jī)應(yīng)用環(huán)境太復(fù)雜，如何更充分合理應(yīng)用到 工程現(xiàn)場(chǎng)仍舊是一個(gè)充滿挑戰(zhàn)性的問題。 (2)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了九種外圍電路，能完成幾十種實(shí)驗(yàn)，但對(duì)于高性能 at89s51 單片機(jī)來(lái)說(shuō)還未充分拓展其功能，如何擴(kuò)展單片機(jī)功能仍是一大重要任務(wù)。 (3)單片機(jī)技術(shù)發(fā)展日新月異，開發(fā)工具和應(yīng)用軟件層出不窮，這些都有待學(xué) 習(xí)研究。 總體來(lái)講，通過本次的課題設(shè)計(jì)，收獲很大，我掌握了一些科學(xué)的研究方法， 獲得了寶貴的工程項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。尤其是通過處理電路調(diào)試過程中遇到的諸多問題， 對(duì)硬件電路和軟件程序的反

38、復(fù)修改和調(diào)試，深刻體會(huì)到了理論和實(shí)踐相結(jié)合的重 要性。軟件部分的編寫和調(diào)試也是一項(xiàng)復(fù)雜和需要耐心的工作。另外在所有工作 告一段落的時(shí)候適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行總結(jié)對(duì)十后續(xù)的工作也非常重要。 總之，通過開發(fā)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)仿真系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)際相結(jié)合，提高 了自己分析問題、解決問題和實(shí)際動(dòng)手的能力，同時(shí)也使自己對(duì)單片機(jī)產(chǎn)品的應(yīng) 用開發(fā)以及單片機(jī)課程的講授作了比較深入地探討和研究。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文 19 致謝 在本論文結(jié)束之際，首先要衷心地感謝我的指導(dǎo)老師毛景魁，感謝他在我論 文寫作過程中對(duì)我的悉心指導(dǎo)和無(wú)微不至的關(guān)懷。盡管他的教學(xué)與科研工作繁忙， 但是他仍不忘對(duì)我的學(xué)習(xí)關(guān)心和指導(dǎo)。他經(jīng)常

39、和我們聯(lián)系，通過電話或電子郵件 詢問有關(guān)學(xué)習(xí)情況，耐心指出論文中存在的缺陷并提出正確的指導(dǎo)意見。 另外，也感謝中國(guó)電子市場(chǎng)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)，為我提供了豐富的學(xué)習(xí)資源 和重要實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)資料。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文 20 參考文獻(xiàn) 1 新編單片機(jī)原理與應(yīng)用.潘永雄編著.西安電子科技大學(xué)出版社 2003 年 2 月出版 2 單片微機(jī)原理與應(yīng)用.丁元杰主編.機(jī)械工業(yè)出版社 2006 年 5 月出版 3 單片微機(jī)原理及接口技術(shù)實(shí)驗(yàn).朱定華編著.北方交通大學(xué)出版社 2002 年 11 月出版 4 單片機(jī)微型機(jī)原理與應(yīng)用.徐淑華，程建安，姚萬(wàn)生編著.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 1997 年 6 月出版

40、 5 單片機(jī)控制工程實(shí)踐技術(shù).付家才主編.化學(xué)工業(yè)出版社 2004 年 5 月出版 6 單片機(jī)原理與接口技術(shù).楊麗鳳，王艷秋，張軍編著.清華大學(xué)、北方交通大學(xué)出版社 2004 年 2 月出版 7 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)實(shí)例.先鋒工作室.清華大學(xué)出版社 2003 年 1 月出版 8 at89 系列單片機(jī)原理與接口技術(shù).王雷，鐘愛琴等編著.北京航空航天大學(xué) 2004 年 5 月 出版 9 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ).周航慈主編.北京航空航天大學(xué) 2003 年 7 月出版 10 prote199 電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用.孫江宏，李良玉等編著.機(jī)械工業(yè)出版社 2004 年 7 月 出版 11 protel99se 印刷電路板

41、設(shè)計(jì)教程.肖玲妮，袁增貴編著.清華大學(xué)出版社 2003 年 8 月出版 12 單片機(jī)原理及其接口技術(shù).胡漢才編著.清華大學(xué)出版社 2004 年 2 月出版 13 單片微型機(jī)原理應(yīng)用與實(shí)驗(yàn).張友德編著.復(fù)旦大學(xué)出版社 2000 年 6 月出版 14 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù).張嘩編著.高等教育出版社 2006 年 6 月出版 15 protel99 se 電路原理圖與電路板設(shè)計(jì)教程.崔瑋編著.海洋出版社 2005 年 1 月出版 16 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)議.葉劍超.臺(tái)州學(xué)院學(xué)報(bào) 2006 年 6 月出版 17 at89s 系列單片機(jī)及在線編程技術(shù).孟建華,郝晉霞.西安工程科技學(xué)院學(xué)報(bào) 2006 年 6 月

42、 出版 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文 21 附 錄 30pf u12 30pf u13 u11 12mhz 14 15 16 17 18 19 20 p3.4/t0 p3.5/t1 p3.6/wr p3.7/rd xtal2 xtal1 gnd 89s51 10uf vcc 10k rst ds11 ds21 ds31 ds41 ds12ds13ds14 ds22 ds32 ds42 ds23 ds33 ds43 ds24 ds34 ds44 p00 p01 p02 p03 p04p05p06p07 vcc 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ai02g 2 1 tx dp20 dp21

43、 dp22 dp23 dp24 dp25 dp26 dp27 bell pnp vcc p3.4 tx 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 a b c d e f g 1h 2h 3h 4h 4h 3h 2h 1h a b c d e f g dp dp dp20 dp21 dp22 dp23 dp24 dp25 dp26 dp27 dp20 dp21 dp22 dp23 dp24 dp25 dp26 dp27 s11s12 s13 s14 s21s22 s23 s24 8484 vccvcc ds21 res3 1 2

44、3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 p10 p11 p12 p20 p21 p22 p23 p24 p25 p26 p27 gnd vcc v0 rs rw e db0 db1 db2 db3 db4 db5 db6 db7 bgvcc bggnd lcd1602 lcd1602 ds20 1 6 2 7 3 8 4 9 5 ds45 串串 10uf 10uf 10uf 10uf vcc 1 2 3 4 5 6 7 89 10 11 12 13 14 15 16c1+ c1- c2- c2+ v+ v- 2c out 2c in vcc gnd 1

45、c out 1c in 151 out 151 in 251 in 251 outp30 p31out in max232 p10 p11 p12 p13 p14 p15 p16 p17 p20 p21 p22 p23 p24 p25 p26 p27 p00 p01 p02 p03 p04 p05 p06 p07 p30 p31 p32 p33 p34 p35 p36 p37 rst vcc1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 led r vcc d1 d2 + - vv usb 1 2 34 5 6 圖 1 原理圖 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文 22 圖 2 pcb 圖 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文 23 流水燈顯示測(cè)試實(shí)驗(yàn)程序匯編代碼如下： start: mov r0, #8 mov a, #0lllllllb loop: mov p2, a acall delay rr a djnz r0, loop jmp start delay: mov r5, #50 dly1: mov r6, #100 dly2: mov r7, #100 djnz r7, $