單片機課程設計

1、摘要摘要本設計是應用 MCS-51 單片機的原理和控制理論設計一個多功能系統(tǒng)，功能包括矩陣鍵盤輸入，鍵盤內容顯示，溫度傳感器操縱，溫度顯示，并實現(xiàn)雙機通信以顯示同樣的內容。硬件系統(tǒng)包括單片機最小系統(tǒng)，ISP 下載模塊，矩陣鍵盤，獨立鍵盤，溫度傳感器模塊，數(shù)碼管，流水燈等。除了課設規(guī)定的要求外，還加入一些有趣的擴展功能，如：利用 led 燈指示單片機工作狀態(tài)，從機普通模式、空閑模式可選，用于節(jié)電。通過設計，加深對 51 單片機的理解，掌握實際的應用，增強動手能力。設計包括硬件設計、軟件編程，仿真，制作實物，撰寫報告等步驟。關鍵詞關鍵詞: 51 單片機單片機多功能系統(tǒng)設計多功能系統(tǒng)設計 單片機編程

2、單片機編程AbstractThis design is the application of the principle of the MCS-51 microcontroller andcontrol theory to design a multi-functional system features include the matrixkeyboard input, keyboard content display and manipulation of temperature sensor,temperature display, and dual-machine communicat

3、ion in order to display the samecontent. The hardware system including the minimum microcontroller system,ISPdownload module, matrix keyboard, separate keyboard, the temperature sensormodule, digital tube, LED. In addition to the specified class-based requirements, butalso added some interesting ext

4、ended features, such as: the use of led lights indicatingmicrocontroller working condition, optional from ordinary machine mode, idle mode,for power saving. This design is due to deepen the understanding of the 51microcontroller design, mastering practical applications, and enhancing the practicalab

5、ility.The design includes hardware design, software programming, simulation, makinghardware, writing reports and other steps.Keywords: 51 microcontroller, multi-functional system design,microcontrollerprogramming目錄目錄摘要.IAbstract.II目錄.3一 項目要求與說明.4二 方案論證.5三 硬件電路設計.51 MCU 控制器簡介.52 單片機最小系統(tǒng).63 矩陣鍵盤.64 DS

6、18B20 溫度檢測電路.74.1 DS18B20 溫度傳感器特性. 74.2 DS18B20 操作時序.85 數(shù)碼管顯示電路.106 流水燈.107 串行口電路.11四 軟件設計.121 系統(tǒng)軟件開發(fā)工具.122 系統(tǒng)流程圖.122.1 主機程序流程圖.122.2 從機程序流程圖.133 軟件編程.134 軟件實現(xiàn)功能說明.144.1 主機矩陣鍵盤功能. 144.2 從機獨立鍵盤功能. 14五 仿真分析.151 數(shù)據(jù)輸入與顯示功能仿真. 152 溫度檢測與顯示功能仿真. 163 數(shù)據(jù)通信功能.16六 心得體會.17參考文獻.18附件 A 單片機系統(tǒng)原理圖.19附件 B 單片機系統(tǒng)實物.20附

7、件 C 主機程序.21附件 D 從機程序.32一一 項目要求與說明項目要求與說明1）完成包含如下系統(tǒng)功能組件的單片機最小系統(tǒng)的設計、焊接、調試）完成包含如下系統(tǒng)功能組件的單片機最小系統(tǒng)的設計、焊接、調試（1）鍵盤）鍵盤一個 4X4 的矩陣鍵盤，其中，10 個按鍵是 09 數(shù)字鍵；另外 6 個是功能鍵，用于功能選擇和控制。（2）顯示電路）顯示電路由 6 個 7 段 LED 數(shù)碼管組成的顯示電路。（3）溫度檢測）溫度檢測利用 DS18B20 可編程 1-Wire 數(shù)字溫度傳感器芯片，或利用 AD590 溫度傳感器芯片和 A/D 轉換器芯片采集溫度溫度信號。（4）串口串行通信）串口串行通信利用 51

8、 的串口實現(xiàn)串行通信接口電路。2）完成）完成 ISP 下載電路的設計、焊接下載電路的設計、焊接3）完成系統(tǒng)軟件的設計完成系統(tǒng)軟件的設計，包括程序結構設計包括程序結構設計、流程圖繪制流程圖繪制、程序設計程序設計，實現(xiàn)如實現(xiàn)如下功能下功能（1）功能選擇）功能選擇通過功能選擇鍵， 使得單片機處于不同工作狀態(tài)并通過 LED 顯示相應內容。（2）溫度顯示）溫度顯示通過功能選擇鍵選擇溫度檢測、顯示后，LED 顯示溫度值。（3）數(shù)據(jù)輸入）數(shù)據(jù)輸入通過功能選擇鍵選擇數(shù)據(jù)輸入后，將通過鍵盤鍵入的 09 按鍵值顯示在LED 上，其中，最后輸入的顯示在最左邊，之前鍵入向右移動一位。（4）數(shù)據(jù)通信）數(shù)據(jù)通信將兩個單片

9、機最小系統(tǒng)通過串口連接起來，其中一個作為主系統(tǒng)，另一個作為輔系統(tǒng)。當通過功能選擇鍵選擇數(shù)據(jù)通信后，當在主系統(tǒng)上進行功能（2） 、功能（3）的操作時，輔系統(tǒng)的 LED 上顯示與主系統(tǒng)同樣的內容。4）利用仿真軟件完成系統(tǒng)仿真工作）利用仿真軟件完成系統(tǒng)仿真工作5）在單片機最小系統(tǒng)硬件上實現(xiàn)任務）在單片機最小系統(tǒng)硬件上實現(xiàn)任務 3 中規(guī)定的功能中規(guī)定的功能二二 方案論證方案論證溫度檢測模塊方案選擇:方案一、采用 AD590 設計溫度檢測模塊，由于需要添加 AD 轉換電路、放大電路，電路設計比較繁瑣，成本較高。方案二、采用 Dallas 公司生產的 DS18B20 作為測溫模塊，DS18B20 芯片內部

10、自帶 AD 轉換電路，使用方便。它采用單總線協(xié)議傳輸技術，只需占用單片機一個 IO 口，電路容易設計，編程比較簡單。溫度的分辨率可以選擇 9 到 12 位的分辨率。綜上所述，溫度檢測模塊選擇方案二。三三 硬件電路設計硬件電路設計1 1 MCUMCU 控制器簡介控制器簡介STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash，512 字節(jié) RAM， 32 位

11、 I/O 口線，看門狗定時器，內置 4KB EEPROM，MAX810 復位電路，2 個 16 位定時器/計數(shù)器，一個 6向量 2 級中斷結構，全雙工串行口。另外 STC89X52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許 RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM 內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率35MHz，6T/12T 可選。2 2 單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)包括振蕩器電路，復位電路，單片機 EA 端接高電平（Vcc） ，P0 口需要接上拉

12、電阻（10K） 。振蕩器電路選用 12MHz 晶振，兩個 30pf 電容，振蕩器電路接單片機 XTAL1 和 XTAL2 引腳。單片機最小系統(tǒng)原理圖如下。圖 1 單片機最小系統(tǒng)3 3 矩陣鍵盤矩陣鍵盤矩陣鍵盤檢測的原理和方法： 矩陣鍵盤每個按鍵兩端都與單片機I/O口相連，因此在檢測時需人為通過單片機 I/O 口送出低電平。 檢測時， 先送一列為低電平，其余幾列全為高電平（此時確定了列數(shù)） ，然后立即輪流檢測一次各行是否有低電平，若檢測到某一行為低電平（這是有確定了行數(shù)） ，則便可以確認當前被按下的鍵是哪一列哪一行，用同樣方法輪流送各列一次低電平，再輪流檢測一次各行是否變?yōu)榈碗娖?，這樣既可檢測完

13、所有的按鍵，當有鍵按下時便可判斷出按下的是哪一個鍵。此外還需要消除按鍵在閉合或斷開時的抖動。消抖的方法可采用消抖電路(RS 觸發(fā)器時鎖電路硬件消除抖動)，也可采用延時方式軟件消除抖動（延時后再重讀，以跳過抖動期） ，本設計采用軟件消抖方式。矩陣鍵盤原理圖如下。圖 2 矩陣鍵盤4 4 DS18B20DS18B20 溫度檢測電路溫度檢測電路4.14.1 DS18B20DS18B20 溫度傳感器特性溫度傳感器特性1適應電壓范圍寬，電壓范圍在 3.05.5V，在寄生電源方式下可有數(shù)據(jù)線供電。2獨特的單線接口方式， 它與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通信。3支持多

14、點組網功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網多點測溫。4在使用中不需要任何外圍元件， 全部傳感器及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內。5測溫范圍-55+125,在-10+85時精度為0.5。6可編程分辨率為912 位， 對應的可分辨率溫度分別為 0.5， 0.25,0.125和 0.0625，可實現(xiàn)高精度測溫。4.24.2 DS18B20DS18B20 操作時序操作時序4.2.14.2.1 初始化操作時序初始化操作時序圖 3 ds18b20 初始化時序讀取時序讀取時序圖 4 ds18b20 讀數(shù)據(jù)時序寫入時序寫入時序圖 5ds18b2 寫數(shù)據(jù)時序4.2.44.2.4

15、DS18B20DS18B20 實物實物如圖所示。圖 6 ds18b20 實物4.2.54.2.5DS18B20DS18B20 電路連接電路連接如下圖所示。其 DQ 端接單片機的 P2.2 端。圖 7 ds18b20 連接5 5 數(shù)碼管顯示電路數(shù)碼管顯示電路數(shù)碼管的顯示原理是靠點亮內部的發(fā)光二極管來發(fā)光。本次設計中使用的是7 端共陰極數(shù)碼管，數(shù)碼管的陽極，即標有 a，b，c，d，e，f，g，h 的引腳全部連在一起，與下面的 U2 元件（74HC573）鎖存器的數(shù)據(jù)輸出端相連，U2 的數(shù)據(jù)輸入端連單片機 P0 口。數(shù)碼管中 WE1，WE2，WE3，WE4，WE5，WE6 是他們的位選端，每個數(shù)碼管

16、對應一個位選端，與 U3 元件（74HC573）數(shù)據(jù)出端低6 位相連，U3 的數(shù)據(jù)輸入端連單片機 P0 口。兩個鎖存器的鎖存端分別與單片機P2.6 和 P2.7 相連。這樣用單片機可以控制鎖存器的鎖存端，進而控制鎖存器的數(shù)據(jù)輸出，這種分時控制的方法便可方便地控制任意數(shù)碼管顯示任意數(shù)字。數(shù)碼管顯示電路下圖所示。圖 8 數(shù)碼管顯示模塊6 6 流水燈流水燈流水燈用于反映系統(tǒng)當前工作狀態(tài)。 流水燈是一組發(fā)光二極管， 如下圖所示。這組發(fā)光二極管的陰極端連接 U5 元件（74HC573）鎖存器的輸出端，陽極接一個排阻。U5 的鎖存端接單片機的 P2.5 口，這樣就可以通過單片機對這組發(fā)光二極管的亮滅進行控

17、制。圖 9 流水燈模塊7 7 串行口電路串行口電路單片機使用的是 TTL 電平，而計算機使用的是 RS-232 電平，要實現(xiàn)把電腦中的程序能下載到單片機上，就需要實現(xiàn) RS-232 電平與 TTL 電平之間的轉換。實現(xiàn)這一功能的芯片有很多，本次課設所使用的芯片為 MAX232 及電容元件構成RS232 電平與 TTL 電平轉換的串行口電路。本次課設要完成雙機通信功能， 需要兩個單片機系統(tǒng)， 一個單片機作為主機，一個作為從機。 可以使用一根串口線連接兩個單片機的串口即可完成課設要求的數(shù)據(jù)通信功能。串行口電路如下圖所示。圖 10 串口模塊四四 軟件軟件設計設計1 1 系統(tǒng)軟件開發(fā)工具系統(tǒng)軟件開發(fā)工

18、具系統(tǒng)軟件開發(fā)工具采用 C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng) Keil uVision3。2 2 系統(tǒng)流程圖系統(tǒng)流程圖2.12.1 主機程序流程圖主機程序流程圖圖 11 主機程序流程圖Tempdisplay=1?顯示溫度讀溫度值啟動溫度轉換溫度指示燈亮發(fā)送顯示數(shù)字鍵盤指示燈亮Dualcomm=1?NYNYYN初始化按鍵掃描按鍵處理Keyinput=1?2.22.2 從機程序流程圖從機程序流程圖圖 12 從機程序流程圖3 3 軟件編程軟件編程見附錄初始化鍵盤掃描Key=1？空閑模式指示燈亮正常模式指示燈滅Testbyte=0 xff？Testbyte=0 xaa？顯 示 鍵 盤 輸入數(shù)字鍵 盤 顯 示 指示燈亮

19、顯示溫度溫 度 指 示 燈亮YNNNYY4 4 軟件實現(xiàn)功能說明軟件實現(xiàn)功能說明4.14.1 主機矩陣鍵盤功能主機矩陣鍵盤功能圖 13 主機鍵盤功能09：數(shù)字輸入。F1：矩陣鍵盤輸入功能選擇。F2：溫度顯示功能選擇。F3：雙機通信功能開關。按下 F1，進行數(shù)字輸入（09） ，顯示在數(shù)碼管上。按下 F2，可顯示溫度，按下 F3 可以開關雙機通信功能。4.24.2 從機獨立鍵盤功能從機獨立鍵盤功能圖 14 從機獨立鍵盤功能Key：空閑模式/正常模式功能切換。17空98空F3F2F1空562304空空空Key選擇空閑模式時，LED 燈會亮起，提示工作在空閑模式。當從機 CPU 檢測到在一段時間內主機

20、沒有發(fā)送數(shù)據(jù)給從機時，從機 CPU 停止工作，此時可由中斷喚醒，當主機再次給從機發(fā)送數(shù)據(jù)時，從機正常工作。五五 仿真分析仿真分析Proteus 是世界上著名的 EDA 工具(仿真軟件)， 它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB 設計，真正實現(xiàn)了從概念到產品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB 設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持 8051。在編譯方面，它支持 IAR、Keil和 MPLAB 等多種編譯器。1 1 數(shù)據(jù)輸入與顯示功能仿真數(shù)據(jù)輸入與顯示功能仿真按

21、下矩陣鍵盤第四排第一個鍵，再順序按下440099，得到結果如圖。圖 15 鍵盤輸入顯示仿真2 2 溫度檢測與顯示功能仿真溫度檢測與顯示功能仿真按下矩陣鍵盤第四排第二個鍵， 則顯示溫度如圖為 9攝氏度。圖 16 溫度顯示仿真3 3 數(shù)據(jù)通信功能數(shù)據(jù)通信功能在數(shù)據(jù)輸入模式下再按下矩陣鍵盤第四排第三個鍵，則左邊從機顯示與主機相同的內容。圖 17 雙機通信功能仿真在溫度顯示模式下再按下矩陣鍵盤第四排第三個鍵，則左邊從機顯示與主機相同的內容。圖 18 雙機通信功能仿真 1六六 心得體會心得體會在為期十天的單片機實習中，除了對 51 單片機的基礎知識有了深刻的理解，還增強了動手的能力，硬件設計，軟件設計，

22、包括報告的撰寫，每個步驟都讓我受益頗深， 。在此次設計中，我的系統(tǒng)采用了被廣泛使用的單片機 STC89C52 為主控芯片，配合 DS18B20 溫度傳感器，LED 數(shù)碼管，鍵盤電路所設計的一個多功能系統(tǒng)。在報告中介紹了 DS18B20 的操作方法， 介紹了鍵盤電路基本原理、 特性及編程方法。對單片機軟硬件資源和接口擴展也有部分的介紹和應用。 在系統(tǒng)仿真中對各功能都實現(xiàn)了仿真。這次課程設計使我得到了很多收獲，我不僅學到了許多了關于單片機方面的知識，熟悉了與單片機相關的兩款軟件 Keil 和 Proteus，提高了實驗技能；而且也使我的動手能力和電路設計能力得到了極大的提高。在此次設計中，我認為比

23、較麻煩的是編程，本次設計使用的是 C 語言，七百行的程序寫了近一天，之后陸續(xù)地修修改改、添加新功能，過程很艱難，結果是令人欣慰的。參考文獻參考文獻1 李群芳. 單片微型計算機與接口技術（第 4 版）電子工業(yè)出版社2 郭天祥 新概念 51 單片機 C 語言教程電子工業(yè)出版社3 謝自美.電子線路設計實驗測試(第三版)華中科技大學出版社4 Dallas 公司DS18B20 數(shù)據(jù)手冊Dallas 公司5 劉教瑜. 單片機原理及應用武漢理工大學出版社6黃智偉. 全國大學生電子競賽常用電路模塊制作北京航空航天大學出版社7王永生. 電子測量學西北工業(yè)大學出版社附件附件 A A 單片機系統(tǒng)原理圖單片機系統(tǒng)原理

24、圖圖 19 單片機系統(tǒng)原理圖附件附件 B B 單片機系統(tǒng)實物單片機系統(tǒng)實物附件附件 C C 主機程序主機程序#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit dula=P26;/段選sbit wela=P27;/位選sbit led1=P11;/鍵盤輸入功能指示燈sbit led2=P12;/溫度顯示指示燈sbit led3=P13;/雙機通信指示燈sbit DS=P22;/DS18B20 數(shù)據(jù)端uchar temp1;/用于鍵盤讀取uint key;/存儲按鍵值ucharA1,A2,A2t,A3;/三位溫度值bi

25、t stateschange=0;/判別鍵盤輸入現(xiàn)實的值是否發(fā)生變化，控制發(fā)送程序bit keyinput=0;/判別鍵盤輸入 作為調用鍵盤顯示函數(shù)的依據(jù)bit temdisplay=0;/判別溫度顯示 作為調用溫度顯示函數(shù)的依據(jù)bit dualcomm=0;/判別是否進行雙機通信uchar s6;/鍵盤控制的 6 位數(shù)碼管顯示內容uchar code table=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f,0 x00,0 x39;/無小數(shù)點uchar code table1=0 xbf,0 x86,0 xdb,0 x

26、cf,0 xe6,0 xed,0 xfd,0 x87,0 xff,0 xef;/帶小數(shù)點uchar code wei=0 xfe,0 xfd,0 xfb,0 xf7,0 xef,0 xdf;/位選/*延時函數(shù)/*/void delay(uint count)uint i;while(count)i=50;while(i0)i-;count-;/*初始化函數(shù)/*/void init()dula=0;wela=0;TMOD=0 x20;TH1=0 xfd;TL1=0 xfd;TR1=1;SM0=0;SM1=1;/*發(fā)送函數(shù)/*/void send()stateschange=0;if(keyinp

27、ut=1)uint i=0;SBUF=0 xff;while(!TI);TI=0;for(i=0;i0)i-;DS=1;i=4;while(i0)i-;bit tmpreadbit(void)/讀取一位uint i;bit dat;DS=0;i+;/i+延時DS=1;i+;i+;dat=DS;i=8;while(i0)i-;return (dat);uchar tmpread(void)/讀取一字節(jié)數(shù)據(jù)uchar i,j,dat;dat=0;for(i=1;i=8;i+)j=tmpreadbit();dat=(j1);/讀出的數(shù)據(jù)最低位在最前面return(dat);void tmpwrite

28、byte(uchar dat)/寫一個字節(jié)到 ds18b20uint i;uchar j;bit testb;for(j=1;j1;if(testb)/寫 1DS=0;i+;i+;DS=1;i=8;while(i0)i-;elseDS=0;/寫 0i=8;while(i0)i-;DS=1;i+;i+;void tmpchange(void)/DS18B20 啟動轉換dsreset();delay(1);tmpwritebyte(0 xcc);tmpwritebyte(0 x44);void gettmp()/獲取溫度uint temp;float tt;uchar a,b;dsreset();

29、delay(1);tmpwritebyte(0 xcc);tmpwritebyte(0 xbe);a=tmpread();b=tmpread();temp=b;temp=8;/兩字節(jié)組成一個整型變量temp=temp|a;tt=temp*0.0625;temp=tt*10+0.5;A1=temp/100;A2t=temp%100;A2=A2t/10;A3=A2t%10;/*顯示函數(shù) 1 用于溫度顯示/*/void display()P0=tableA1;/顯示百位dula=1;dula=0;P0=0 x7e;wela=1;wela=0;delay(1);wela=1;P0=0 xff;wela

30、=0;P0=table1A2;/顯示十位dula=1;dula=0;P0=0 x7d;wela=1;wela=0;delay(1);wela=1;P0=0 xff;wela=0;P0=tableA3;/顯示個位dula=1;dula=0;P0=0 x7b;wela=1;wela=0;delay(1);wela=1;P0=0 xff;wela=0;P0=table11;/顯示 Cdula=1;dula=0;P0=0 xf7;wela=1;wela=0;delay(1);wela=1;P0=0 xff;wela=0;/*顯示函數(shù) 2 用于鍵盤/*/void display2()uint u;for

31、(u=0;u=0&key=9)s5=s4;s4=s3;s3=s2;s2=s1;s1=s0;s0=key;else if (key=12)uint i;keyinput=1;temdisplay=0;led1=0;led2=1;for(i=0;i0;a-)display();if(dualcomm=1)send();附件附件 D D 從機程序從機程序#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit dula=P26;/段選sbit wela=P27;/位選sbit led1=P11;/顯示鍵盤輸入數(shù)值指示燈s

32、bit led2=P12;/顯示溫度指示燈sbit led3=P17;/顯示是否工作在省電模式sbit key=P34;/獨立按鍵檢測bit recevflag=0;/判斷是否受到數(shù)據(jù)uchar a;/存儲串口接收到的數(shù)據(jù)uchar testbyte;/檢測字節(jié) 幀頭 用于判斷顯示的內容 調用不同的顯示函數(shù)uint m=0;/鍵盤數(shù)據(jù)接收累加器uint k=0;/溫度數(shù)據(jù)接收累加器uint p=0;/計數(shù)器中斷次數(shù)累加器uchar s6=10,10,10,10,10,10;/存儲鍵盤輸入的 6 位數(shù)據(jù)uchar r3=10,10,10;/存儲 3 位溫度值uchar code table=0

33、x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f,0 x00,0 x39;/不帶小數(shù)點uchar code table1=0 xbf,0 x86,0 xdb,0 xcf,0 xe6,0 xed,0 xfd,0 x87,0 xff,0 xef,0 x00;/帶小數(shù)點uchar code wei=0 xfe,0 xfd,0 xfb,0 xf7,0 xef,0 xdf;/位選/*延時函數(shù)/*/void delay(uint count)uint i;while(count)i=200;while(i0)i-;count-;/*系統(tǒng)初始化/*/void init()PS=1;/若不設置則空閑模式不能正常工作TMOD=0 x21;TH1=0 xfd;TL1=0 xfd;TH0=0 x00;TL0=0 x00;TR1=1;SM0=0;SM1=1;RE