(完整版)大學生畢業(yè)論文(單片機實驗).doc

1、單片機教學實驗箱的開發(fā)與研究應用物理0802牛麗婷指導老師王學摘要：在本文中，這個仿真實驗箱的設計是為了方便8051單片機的學習，LED燈的仿真示例是AT89C51 的一個很基礎的應用，大家通過這個實驗可以了解Keil Vision編程軟件和Proteus 7 Professional仿真軟件的使用。這里包含了流水燈，用指撥開關設置音調，音樂播放，秒表和LCD漢子顯示以及點陣的滾動顯示，電子密碼鎖等很多有趣的實驗，可以增添初學者對單片機的興趣。關鍵詞：單片機，仿真，AT89C51，實驗箱Abstract: In this paper, functional based simulatordes

2、igned to facilitate the study of the 8051microcontroller, The simulation example of LED lamp is a basing application about AT89C51.everyoneprogrammingsoftware and Proteus 7 Professional simulation software. Thisincludes water lights,the switch setting tone, music player, a stopwatch and LCDChinesech

3、aracters display and dot matrix rolling display, electronic password lock and many otherinteresting experiments, can be added to the interest of microcontroller beginners.Keywords: Microprocessor, Simulation, AT89C51, Experimental box前言AT89C51是一種帶4K 字節(jié)FLASH存儲器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，有乘（MUL）、除（DIV）、減（ SU

4、BB）、比較（PUSH）、16 位數(shù)據(jù)指針、布爾代數(shù)運算等指令，以及串行通信能力和5 個中斷源，內有128 個RAM單元及4K 的ROM、16 位定時計數(shù)器、4 個 8 位并行輸入口 5 。匯編語言(AssemblyLanguage)是面向機器的程序設計語言. 是一種功能很強的程序設計語言，也是利用計算機所有硬件特性并能直接控制硬件的語言，比機器語言易于讀寫、調試和修改11 。仿真實驗箱包括流水燈、音樂播放、秒表、LCD 顯示、 LED 滾動顯示、電子密碼鎖等應用。1 實例介紹1.1流水燈1.1.1 LED燈的仿真示例實驗要求能對Keil軟件和 Proteus 軟件有初步的認識和了解，學會使用

5、 Keil軟件進行簡單的程序編寫和調試、鏈接，學會使用Proteus 軟件進行簡單的實驗仿真。單片機仿真實驗箱要用到 Keil 軟件和 Proteus 軟件。下面介紹仿真實驗的基本步驟 11 。圖 1 啟動 Keil Vision 后的界面（ 1）建立源文件和工程打開 Keil 軟件，出現(xiàn)如圖 1 所示的界面。 單擊 File New，開啟一個新的源程序編輯窗口，將下面的源程序輸入其中。CLR P1.0HERE： SJMP HEREEND輸入完畢后， 單擊 File Save，給該文件取名保存。一般匯編程序以 “ .asm ”或“ .A51 ”為擴展名，如圖2 所示。圖 2 源程序的保存在項目

6、開發(fā)中，除源程序外，還需要選擇 CPU，確定編譯匯編、鏈接的參數(shù)，制定調試的方法等。 為管理和使用方便， Keil 使用工程將所需設置的參數(shù)和文件都加在一個工程中，只對工程進行編譯和鏈接等操作。建立工程的步驟如下：單擊 Project NewProject ，出現(xiàn)創(chuàng)建新工程的對話框，如圖 3 所示。要求起一個工程名并保存，一般應把工程和源文件保存在同一個文件夾中。進入下一步，選擇目標 CPU，如圖 4 所示，這里選擇 Atmel 公司的 89C51 為例，單擊“確定”按鈕可返回主界面。圖 3 新工程的建立工程建好后，會出現(xiàn)如圖5 所示的對話框，詢問是否要將80C51 的標準啟動代碼源程序復制到

7、工程所在文件夾，并將這一源程序文件加入到工程中。使用C語言編程且要修改啟動代碼時應選“是”，使用匯編語言則應選擇“否”。（2）將源程序加入到工程中單擊工程工作空間Target1 下方的 Source Group1 ，使其反白顯示，然后單擊鼠標右鍵，在出現(xiàn)的快捷菜單中選擇Add Files to Group Source Group1 ，出現(xiàn)如圖6 所示的對話窗口。Keil默認加入C 源文件， 因此要加入?yún)R編語言源文件，需單擊“文件類型” 下拉列表右側的下三角按鈕，選“ AsmSource file （ *.s* ；*.src；*.a*）”項，才能將文件夾下的*.asm文件顯示出來。將這個文件加

8、入到工程中。如果不再需要其他文件，單擊Close按鈕關閉這個對話框。圖 4 為工程選擇目標CPU圖 5 詢問是否需要將8051 的標準啟動代碼源程序復制到工程所在文件夾圖 6 加入文件對話框關閉對話框后回到主界面，剛加入的文件名出現(xiàn)在工程管理器的 Source Group 1 下一級。工程建好后，還要對工程做出進一步的設置，以滿足每個工程個性化的要求。 如圖 7，單擊 Output 標簽進入輸出設置選項卡， 一般設置都取默認值。如圖 8，要選中 Greate HEX file 。設置完畢后單擊“確定”返回主界面，工程文件建立、設置完畢。圖 7 存儲器使用等狀況的設置圖 8 對輸出進行控制設置好

9、工程后，即可進行編譯、鏈接。編譯過程中的信息將出現(xiàn)在輸出窗口的Build頁。如果源程序中有語法錯誤，則會出現(xiàn)錯誤報告。源程序每修改一次都要再次編譯，最終得到如圖9 所示圖9編譯、鏈接后得到正確的結果的結果，提示生成了HEX 格式的文件，在此過程中還會生成一些其他文件用于Keil的仿真與調試。單擊桌面“開始所有程序Proteus7 Professional”打開 Proteus 軟件。如圖10 所示，單擊左側的器件選擇按鈕，將出現(xiàn)如圖11 所示的 Pick Device對話框，其中左側的Category列表框中為器件的分類。圖10單擊器件選擇按鈕單擊其中的Microprocess ICs，可在S

10、ub-category列表框中找到8051Family，單擊后，在中間的列表框中就出現(xiàn)了所有可用的8051系列CPU，找到AT89C51 芯片，單擊該芯片名，在對話框的右側分別顯示該元件的電路原理圖和封裝圖。選中芯片后單擊“OK”按鈕，或雙擊AT89C51，回到主界面，可以看到列表框中多出了AT89C51芯片，用同樣的方法選中RESPACK-8和 LED-BIBY。在 DEVICES列表中單擊元件名，然后將鼠標移動到繪圖區(qū)，鼠標形狀變?yōu)楣P狀，在任意位置單擊鼠標，則該元件出現(xiàn)在這一位置，并且自動命名。AT89C51元件被自動命名為U1。LED-BIBY 即 LED燈被命名為D1。單擊元件，使其加

11、亮顯示，然后單擊鼠標右鍵，可以變換元件的位置，使其合理放置。圖 11 選擇所需要的器件單擊左側工具欄中的第八個按鈕，切換到TERMINALS（終端模式），如圖12所示。單擊 POWER即可既可增加一個電源端， 雙擊該電源端， 即出現(xiàn) Edit Terminal Label 對話框。 單擊 String 后的下拉箭頭， 選中其中的 VCC項即可。 在繪圖區(qū)加入電源，用線連接好。圖 12 終端模式單擊 U1 以選中 AT89C51芯片，再次單擊該芯片，或者雙擊U1 即出現(xiàn)如圖13所示的 Edit Component對話框。圖 13 編輯元件對話框這個對話框中需要設置Program File，即選擇

12、該芯片的運行程序。單擊Program File后面的類似文件夾形狀的按鈕，找到先前生成的led 燈 .hex 文件，選好后，還可以設置Clock Frequency，其默認值為12MHz，可設成自己需要的頻率，選好程序文件后，單擊程序窗口左下角的“運行”按鈕，即可看見LED燈被點亮，如圖14 所示。圖 14 程序運行結果1.1.2 流水燈流水燈是一個大家常見的小玩具，在這個實驗中將八個燈圍成圓形，當燈以不同的方式點亮時，可以變出各種花樣，通過這個實驗可以了解單片機內部的結構及 IO 口的作用。流水燈的流程圖如圖15 所示。圖 15 流水燈的流程圖按照上文步驟操作后，運行可以看到燈按不同的方式點

13、亮，效果如圖16 所示。圖 16 流水燈運行的效果圖1.2 音樂播放1.2.1 用指撥開關設置音調隨著社會的發(fā)展，音樂逐漸成了我們生活中很重要的一部分，電子琴是現(xiàn)代電子科技與音樂結合的產(chǎn)物，這里用AT89C51 單片機為核心控制元件，在主控模塊上設有7 個按鍵和揚聲器，用來設置音調，介紹了電子琴的基本原理。音名與頻率的關系11 如表 1 所示。表 1 音名與頻率的關系音名C4D4E4F4G4A4B4頻率 Hz262294330349392440494實驗所用的系統(tǒng)晶振為12MHz，由產(chǎn)生方波的定時時間與延時常數(shù)的對應關系，得音名與設置的R7的值 11如表 2 所示。其中指撥開關接在P2 口，揚

14、聲器接 P1.0 引腳。用指撥開關設置音調的流程圖如圖17 所示表 2音名與設置的 R7 的值音名設置C4D4E4F4G4A4B4時間 s3817340130302865255122732024常數(shù)次954850757716637568506R7 值188170151143127113101圖17用指撥開關設置音調的流程圖按照上文步驟操作運行后，用鼠標單擊指撥開關，將各位分別至于置，可以聽到揚聲器的聲音發(fā)生了變化。運行時示波器顯示的方波會隨著音調發(fā)生變化。ON 的位圖 18 用指撥開關設置音調的仿真電路1.2.2簡單音樂盒設計一個特殊的“音樂播放器” ，核心器件用 AT89C51 單片機，利用

15、定時器產(chǎn)生 “ Do”、“ Re”、“ Me”等音階在內的各種頻率聲音。將各個音階連接在一起，便可組成一支曲子或是演奏一段旋律。這里以音樂“千年緣”作為示例。簡單音樂盒的流程圖如圖 19 所示。圖 19 簡單音樂盒的流程圖本例的控制信號為 P3.5 引腳，電路如圖 20 所示。按照上文所示步驟操作，運行后可以實現(xiàn)音樂播放。圖 20 播放音樂“千年緣”的仿真電路圖1.3 點陣滾動顯示LED點陣顯示器，以發(fā)光二極管為像素，16× 16的點陣共有256 個發(fā)光二極管，顯然單片機沒有這么多端口，如果我們采用鎖存器來擴展端口，按8 位的鎖存器來計算， 16×16 的點陣需要 2568

16、=32 個鎖存器。 因此在實際應用中的顯示屏幾乎都不采用這種設計，而采用另一種稱為動態(tài)掃描的顯示方法，即逐行輪流點亮。 16× 16 LED 點陣其實就是4 塊 8× 8 點陣 LED級聯(lián)而成的，圖21 為 8× 8 點陣 LED外觀及引腳圖， 其等效電路如圖 22 所示， 只要其對應的 X、Y 軸順向偏壓，即可使 LED發(fā)亮。若想使左上角 LED點亮，則令 Y0=1，X0=0。應用時限流電阻可放在 X 軸或 Y 軸。而 16× 16 就是在 8× 8 原理的基礎上將四塊8× 8 級聯(lián)而成。以 16× 16 點陣為例，把所有

17、同一行的發(fā)光管的陰極連在一起，把所有同一列的發(fā)光管的陽極連在一起（共陰的接法） ，先送出對應第 1 列發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第1列使其燃亮一定的時間，然后熄滅；再送出第2 列的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第2列使其燃亮相同的時間，然后熄滅；,. 第 16 列之后，又重新燃亮第 1 列，反復輪回。當輪回的速度足夠快（每秒24 次以上），由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，就能看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形。圖 21 8 × 8 點陣 LED外觀及引腳圖圖 22 8 × 8 點陣 LED等效電路LED點陣顯示模塊進行的方法有兩種：(1 ）水平方向掃描：用一個P 口輸出列碼決定哪一列能亮，用另一個

18、P 口輸出行碼，決定該列上哪個LED 亮。能亮的列從左到右掃描完16 列即顯示出一幀完整的圖像。圖 23“北”字的顯示點陣（2）豎直方向掃描：用一個P 口輸出決定哪一行能亮，另一個P 口輸出列碼決定該行上哪些LED 燈亮。能亮的行從上向下掃描完16 行即顯示一幀完整的圖像。漢字的顯示一般采用圖形的方式，事先提取要顯示的漢字的點陣碼（一般用字模提取軟件） ，每個漢字分左右兩半，各占16B，左邊為1、3、 5 ,右邊為2、4、6,根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)可找出顯示RAM對應的地址，設立光標，送上要顯示的漢字的第一個字節(jié)，光標位置加換行按列對齊， 送第三個字節(jié) , 直到 32B 顯

19、示完就可以字。 32 個字節(jié)為“北”的顯示點陣如圖 23 所示。1，送第二個字節(jié)，LCD上得到一個完整漢圖 24 主程序流程圖這里要求設計一個16×16 點陣 LED 漢字顯示屏，顯示屏各點亮度均勻、充足，顯示的文字應穩(wěn)定、清晰無串擾。主程序流程圖如圖24 所示。圖25點陣滾動顯示效果圖按照上文操作，運行后會看見文字“歡迎乘坐邯鄲市13 路公共汽車，現(xiàn)在開往河北工程大學，請坐穩(wěn)扶好，注意安全。”的滾動顯示。效果如圖25 所示。1.4 LCD漢字顯示在日常生活中， 液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通用器件，如在計算器、萬用表等很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，這里以漢字顯示為例介紹LCD液

20、晶顯示的基本原理。液晶顯示漢字原理見1.4 。AMPIRE128 × 64 管腳共 18 個。CS1 為左半屏片選端， CS2 為右半屏片選端；VCC接電源，GND接地，連接滑動變阻器的控制端，RS為數(shù)據(jù)指令選擇信號端， H時輸入數(shù)據(jù)，L 時輸入指令，RW讀寫選擇信號端，H 時為讀選擇信號，L 時為寫選擇信號，E 為LCD使能端，DB0 DB7為數(shù)據(jù)傳輸端口。RST為復位端。Vout和V0類似，都是液晶顯示驅動電壓端。其引腳圖如圖26 所示。主程序流程圖如圖27 所示圖 26 AMPIRE128× 64 的引腳圖圖 27 LCD 漢字顯示主程序流程圖按照上文操作后運行可以看見LCD顯示屏上依次出現(xiàn)“謝謝老師”四個字。仿真效果如圖28 所示。圖 28 LCD 漢字顯示效果圖1.5 演示實驗1. 秒表本實驗用單片機和數(shù)碼管組成數(shù)字電子秒表。電路主要有控制器AT89C51，計時與顯示電路和回零、啟動和停表電路等。秒表的流程圖如圖29 所示。按上文所示步驟操作，運行后可以實現(xiàn)時時間的調整、暫停和復位等操作。仿真效果如圖30 所示。圖 29 秒表的流程圖圖 30 秒表的仿真效果2. 萬年歷現(xiàn)在所使用的萬年歷，記錄一定時間范圍內的具體陽歷或陰歷的日期的年歷，方便有需要的人查詢使用, 實驗電路主要有主控制器單片機、顯示電路、溫度檢測電路和鬧鐘設置電