單片機(jī)技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)

.z.-..-可修遍-XX石油化工大學(xué)實(shí)習(xí)設(shè)計(jì)本〔第冊〕專業(yè)班級：電氣自動(dòng)化技術(shù)1032班姓名：姜春玉學(xué)號：13實(shí)習(xí)、設(shè)計(jì)名稱：單片機(jī)綜合實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)、設(shè)計(jì)地點(diǎn)：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中心實(shí)習(xí)、設(shè)計(jì)時(shí)間：2011年9月24日至10月10日指導(dǎo)教師：牟淑杰閆兵孫文志成績：評閱人：職業(yè)技術(shù)學(xué)院教務(wù)科制前言隨著社會(huì)的進(jìn)步和開展和人們生活水平的不斷提高單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今各種新技術(shù)的載體各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的工程技術(shù)人員都應(yīng)掌握單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)。同時(shí)它所給人帶來的方便也是不可否認(rèn)的其中數(shù)字溫度計(jì)就是一個(gè)典型的例子但人們對它的要求越來越高要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施就需要從數(shù)單片機(jī)技術(shù)入手一切向著數(shù)字化控制智能化控制方向開展。本次設(shè)計(jì)的共分五大章第一章簡單介紹了本次實(shí)訓(xùn)的目的及要求第二章介紹的是實(shí)訓(xùn)中主要用到的軟件Protel99SE和Protues軟件進(jìn)展兩個(gè)小型試驗(yàn)的Protues仿真一個(gè)是步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)一個(gè)是外部中斷應(yīng)用。第四章是單片機(jī)的綜合實(shí)例設(shè)計(jì)本文所設(shè)計(jì)的是數(shù)字溫度計(jì)。最后一章是對本次單片機(jī)綜合實(shí)訓(xùn)的總結(jié)。對于本次單片機(jī)仿真實(shí)訓(xùn)用到的Protel99SE、Protues兩種運(yùn)行軟件是在單片機(jī)技術(shù)不斷開展情況下最為流行的兩種軟件。Protel99SE是應(yīng)用于Windows9X/2000/NT操作系統(tǒng)下的EDA設(shè)計(jì)軟件具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力和開放性及3D模擬功能。Proteus軟件也是一種EDA工具軟件。它除了具有其它EDA工具軟件的仿真功能還能仿真單片機(jī)及外圍器件本設(shè)計(jì)最后介紹的數(shù)字溫度計(jì)具有讀數(shù)方便測溫X圍廣測溫準(zhǔn)確的特點(diǎn)。它的溫度控制器輸出溫度采用數(shù)字顯示主要用于對測溫比擬準(zhǔn)確的場所或科研實(shí)驗(yàn)室使用該設(shè)計(jì)控制器使用單片機(jī)AT89C51測溫傳感器使用DS18B20用3位共陽極LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)溫度顯示能準(zhǔn)確到達(dá)以上要求。本人水平有限編寫過程中難免有錯(cuò)誤之處希望教師能給與批評指導(dǎo)。TOC\o\h\z\u前言II第1章實(shí)訓(xùn)中軟件的應(yīng)用-1-1.1Proteus軟件應(yīng)用-1-1.1.1Proteus軟件概述-1-1.2.1Protues的功能特點(diǎn)-1-1.2.2Protues的功能模塊-1-1.2.3Protues提供了豐富的資源-3-1.2Protel99SE的介紹-3-1.2.1Protel99SE的系統(tǒng)組成-3-1.2.2Protel99SE的功能特性-4-第2章單片機(jī)仿真-5-2.1單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的仿真-5-主要元器件-5-電路原理圖-5-系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)-5-系統(tǒng)仿真-7-2.2數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)-8-功能要求-8-方案論證-8-主要元器件-8-系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)-8-電路原理圖-9-2.3兩8051單片機(jī)單工收發(fā)數(shù)據(jù)實(shí)例-10-實(shí)例內(nèi)容-10-實(shí)例步驟-10-參考程序-10-用到的元器件-11-電路原理圖-12-2.4兩8051單片機(jī)雙工收發(fā)數(shù)據(jù)實(shí)例-12-實(shí)例內(nèi)容-12-實(shí)例步驟-12-應(yīng)用的元器件-13-參考程序-13-電路原理圖-14-總結(jié)-15-參考文獻(xiàn)-16--.z.第1章實(shí)訓(xùn)中軟件的應(yīng)用1.1Proteus軟件應(yīng)用1.1.1Proteus軟件概述Proteus軟件是英國Labcenterelectronics公司出版的EDA工具軟件該軟件中國總代理為XX風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)XX。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具仿真軟件從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。1.2.1Protues的功能特點(diǎn)Proteus軟件具有其它EDA工具軟件例multisim的功能這些功能是1原理布圖2PCB自動(dòng)或人工布線3SPICE電路仿真此外它還具有革命性的特點(diǎn)1互動(dòng)的電路仿真用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如RAMROM鍵盤馬達(dá)LEDLCDAD/DA局部SPI器件局部IIC器件。2仿真處理器及其外圍電路可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機(jī)。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程再配合顯示及輸出能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等Proteus建立了完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。1.2.2Protues的功能模塊1智能原理圖設(shè)計(jì)ISIS1豐富的器件庫超過27000種元器件可方便地創(chuàng)立新元件。2智能的器件搜索通過模糊搜索可以快速定位所需要的器件。3智能化的連線功能自動(dòng)連線功能使連接導(dǎo)線簡單快捷大大縮短繪圖時(shí)間。4支持總線構(gòu)造使用總線器件和總線布線使電路設(shè)計(jì)簡明清晰。5可輸出高質(zhì)量圖紙通過個(gè)性化設(shè)置可以生成印刷質(zhì)量的BMP圖紙可以方便地供WORD、POWERPOINT等多種文檔使用。1〕完善的電路仿真功能Prospice1ProSPICE混合仿真基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPICE3F5實(shí)現(xiàn)數(shù)字/模擬電路的混合仿真。2〕超過27000個(gè)仿真器件可以通過內(nèi)部原型或使用廠家的SPICE文件自行設(shè)計(jì)仿真器件Labcenter也在不斷地發(fā)布新的仿真器件還可導(dǎo)入第三方發(fā)布的仿真器件。XX石油化工大學(xué)實(shí)習(xí)、設(shè)計(jì)用紙。3〕多樣的鼓勵(lì)源包括直流、正弦、脈沖、分段線性脈沖、音頻使用wav文件、指數(shù)信號、單頻FM、數(shù)字時(shí)鐘和碼流還支持文件形式的信號輸入。4〕豐富的虛擬儀器13種虛擬儀器面板操作逼真如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器、直流電壓/電流表、交流電壓/電流表、數(shù)字圖案發(fā)生器、頻率計(jì)/計(jì)數(shù)器、邏輯探頭、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器等。5〕生動(dòng)的仿真顯示用色點(diǎn)顯示引腳的數(shù)字電平導(dǎo)線以不同顏色表示其對地電壓大小結(jié)合動(dòng)態(tài)器件如電機(jī)、顯示器件、按鈕的使用可以使仿真更加直觀、生動(dòng)。6〕高級圖形仿真功能ASF基于圖標(biāo)的分析可以準(zhǔn)確分析電路的多項(xiàng)指標(biāo)包括工作點(diǎn)、瞬態(tài)特性、頻率特性、傳輸特性、噪聲、失真、傅立葉頻譜分析等還可以進(jìn)展一致性分析。3獨(dú)特的單片機(jī)協(xié)同仿真功能VSM〔1〕支持主流的CPU類型如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430等CPU類型隨著版本升級還在繼續(xù)增加如即將支持CORTEX、DSP處理器。〔2〕支持通用外設(shè)模型如字符LCD模塊、圖形LCD模塊、LED點(diǎn)陣、LED七段顯示模塊、鍵盤/按鍵、直流/步進(jìn)/伺服電機(jī)、RS232虛擬終端、電子溫度計(jì)等等其PIM口物理接口模型還可以使仿真電路通過PC機(jī)串口和外部電路實(shí)現(xiàn)雙向異步串行通信?！?〕實(shí)時(shí)仿真支持UART/USART/EUSARTs仿真、中斷仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真?！?〕編譯及調(diào)試支持單片機(jī)匯編語言的編輯/編譯/源碼級仿真內(nèi)帶8051、AVR、PIC的匯編編譯器也可以與第三方集成編譯環(huán)境如IAR、Keil和Hitech結(jié)合進(jìn)展高級語言的源碼級仿真和調(diào)試。4實(shí)用的PCB設(shè)計(jì)平臺(tái)1〕原理圖到PCB的快速通道原理圖設(shè)計(jì)完成后一鍵便可進(jìn)入ARES的PCB設(shè)計(jì)環(huán)境實(shí)現(xiàn)從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。2〕先進(jìn)的自動(dòng)布局/布線功能支持器件的自動(dòng)/人工布局支持無網(wǎng)格自動(dòng)布線或人工布線支持引腳交換/門交換功能使PCB設(shè)計(jì)更為合理。3〕完整的PCB設(shè)計(jì)功能最多可設(shè)計(jì)16個(gè)銅箔層2個(gè)絲印層4個(gè)機(jī)械層含板邊靈活的布線策略供用戶設(shè)置自動(dòng)設(shè)計(jì)規(guī)那么檢查3D可視化預(yù)覽。4〕多種輸出格式的支持可以輸出多種格式文件包括Gerber文件的導(dǎo)入或?qū)С霰憷c其它PCB設(shè)計(jì)工具的互轉(zhuǎn)如protel和PCB板的設(shè)計(jì)和加工。1.2.3Protues提供了豐富的資源1〕Proteus可提供的仿真元器件資源仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件有30多個(gè)元件庫。2〕Proteus可提供的仿真儀表資源示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器、信號發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表。理論上同一種儀器可以在一個(gè)電路中隨意的調(diào)用。3〕除了現(xiàn)實(shí)存在的儀器外Proteus還提供了一個(gè)圖形顯示功能可以將線路上變化的信號以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來其作用與示波器相似但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀器.Protel99SE是應(yīng)用于Windows9X/2000/NT操作系統(tǒng)下的EDA設(shè)計(jì)軟件采用設(shè)計(jì)庫管理模式可以進(jìn)展聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力和開放性及3D模擬功能是一個(gè)32位的設(shè)計(jì)軟件可以完成電路原理圖設(shè)計(jì)印制電路板設(shè)計(jì)和可編程邏輯器件設(shè)計(jì)等工作可以設(shè)計(jì)32個(gè)信號層16個(gè)電源--地層和16個(gè)機(jī)加工層。1.2Protel99SE的介紹1.2.1Protel99SE的系統(tǒng)組成按照系統(tǒng)功能來劃分Protel99se主要包含以下倆大局部和6個(gè)功能模塊。電路工程設(shè)計(jì)局部(1)電路原理設(shè)計(jì)局部AdvancedSchematic99電路原理圖設(shè)計(jì)局部包括電路圖編輯器簡稱SCH編輯器、電路圖零件庫編輯器簡稱Schlib編輯器和各種文本編輯器。本系統(tǒng)的主要功能是繪制、修改和編輯電路原理圖更新和修改電路圖零件庫查看和編輯有關(guān)電路圖和零件庫的各種報(bào)表。(2)印刷電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)AdvancedPCB99印刷電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括印刷電路板編輯器簡稱PCB編輯器、零件封裝編輯器簡稱PCBLib編輯器和電路板組件管理器。本系統(tǒng)的主要功能是繪制、修改和編輯電路板更新和修改零件封裝管理電路板組件。(3)自動(dòng)布線系統(tǒng)AdvancedRoute99本系統(tǒng)包含一個(gè)基于形狀Shape-based的無柵格自動(dòng)布線器用于印刷電路板的自動(dòng)布線以實(shí)現(xiàn)PCB設(shè)計(jì)的自動(dòng)化。2)電路仿真與PLD局部電路模擬仿真系統(tǒng)AdvancedSIM99電路模擬仿真系統(tǒng)包含一個(gè)數(shù)字/模擬信號仿真器可提供連續(xù)的數(shù)字信號和模擬信號以便對電路原理圖進(jìn)展信號模擬仿真從而驗(yàn)證其正確性和可行性。3〕可編程邏輯設(shè)計(jì)系統(tǒng)AdvancedPLD99可編程邏輯設(shè)計(jì)系統(tǒng)包含一個(gè)有語法功能的文本編輯器和一個(gè)波形編輯器Waveform。本系統(tǒng)的主要功能是對邏輯電路進(jìn)展分析、綜合觀察信號的波形。利用PLD系統(tǒng)可以最大限度的精簡邏輯部件使數(shù)字電路設(shè)計(jì)到達(dá)最簡化。4〕把需要的元件放置到界面里，最后把所有元件連接起來，完成圖形。例如下列圖單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)電路原理圖、數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)電路原理圖等。1.2.2Protel99SE的功能特性1、開放式集成化的設(shè)計(jì)管理體系2、超強(qiáng)功能的、修改與編輯功能3、強(qiáng)大的設(shè)計(jì)自動(dòng)化功能第2章單片機(jī)仿真2.1單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的仿真主要元器件單片機(jī)AT89C51；運(yùn)放ULN2003A；電阻；按扭；電容；晶振；單極性步進(jìn)電機(jī)；反向器74LS04。電路原理圖圖2-1單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)電路原理圖系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)ORG0000H NOP CALLDLY STOP:ORLP2,#0FFHLOOP:JNBP1.0,FOR2 JNBP1.1,REV2 JNBP1.2,STP1 JMPLOOP FOR:MOVR0,#0 FOR1:MOVA,R0 MOVDPTR,#TAB MOVCA,A+DPTR JZFOR MOVP2,A JNBP1.2,STP1 JNBP1.1,REV2 ACALLDLY INCR0 JMPFOR1 REV:MOVR0,#5 REV1:MOVA,R0 MOVDPTR,#TAB MOVCA,A+DPTR JZREV MOVP2,A JNBP1.2,STP1 JNBP1.0,FOR2 ACALLDLY INCR0 JMPREV1 STP1:ACALLDLY JNBP1.2,$ ACALLDLY JMPSTOP FOR2:ACALLDLY JNBP1.0,$ ACALLDLY JMPFOR REV2:ACALLDLY JNBP1.1,$ ACALLDLY JMPREV DLY:MOVR1,#20 D1:MOVR2,#248 DJNZR2,$ DJNZR1,D1 RET TAB:DB3,6,0CH,9 DB0 DB3,9,0CH,6 DB0 END系統(tǒng)仿真將生成的目標(biāo)代碼STEP.HEX添加到單片機(jī)中。然后運(yùn)行。圖2-2運(yùn)行中的狀態(tài)2.2數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)功能要求測溫X圍：-50~+110攝氏度；精度誤差在0.5攝氏度以內(nèi)。方案論證按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，確定系統(tǒng)由3個(gè)模塊組成：主控制器、測溫電路及顯示電路。數(shù)字溫度計(jì)總體電路構(gòu)造框圖如圖2-3所示。DS18B20DS18B20AT89C51主控制器顯示電路掃描驅(qū)動(dòng)圖2-3電路構(gòu)造框圖主要元器件單片機(jī)AT89C51；LED數(shù)碼管7SEG.MPX4.CA；三同相三態(tài)緩沖器74HC245；數(shù)字溫度傳感器DS18B20。系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)略電路原理圖圖2-4數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)電路原理圖圖2-5運(yùn)行中的狀態(tài)2.3兩8051單片機(jī)單工收發(fā)數(shù)據(jù)實(shí)例實(shí)例內(nèi)容1〕學(xué)習(xí)使用PROTEUS、KEIL軟件，掌握繪制原理。2〕理解UART工作在模式1方式，完成串行發(fā)送和接收程序的編寫，并編譯。3〕完成兩8051之間RXD、TXD借口的連接，并正確連接虛擬終端。實(shí)例步驟1〕在PROTEUS中繪制電氣原理圖。2〕在KEIL中輸入?yún)⒖汲绦颍⒕幾g通過，可通過單步調(diào)式的方式觀察運(yùn)行的結(jié)果，以及各個(gè)存放器的值如何變化。3〕在PROTEUS中加載程序，觀察仿真結(jié)果。參考程序參考程序1ORG00H JMPSTART START:MOVSP,#60H MOVSCON,#50H MOVTMOD,#20H MOVTH1,#0E6H SETBTR1 MOV30H,#0FFH SCAN0:MOVA,P1 CJNEA,30H,KEYIN JMPSCAN0 KEYIN:MOV30H,A MOVSBUF,A WAIT:CTI,SCAN0 JMPWAIT; END參考程序2ORG00H JMPSTART START:MOVSP,#60H MOVSCON,#50H MOVTMOD,#20H MOVTH1,0E6H SETBTR1 SCAN0:RI,UART JMPSCAN0 UART:MOVA,SBUF MOVP2,A CLRRI JMPSCAN0 END用到的元器件470R的電阻；AT89C51；7447；7SEG--AN-GRN電路原理圖圖2-6電路原理圖2.4兩8051單片機(jī)雙工收發(fā)數(shù)據(jù)實(shí)例實(shí)例內(nèi)容1〕學(xué)習(xí)使用PROTEUS、KEIL軟件，掌握繪制原理。2〕理解UART工作在模式1方式，完成串行發(fā)送和接收程序的編寫，并編譯。3〕完成兩8051之間RXD、TXD借口的連接，并正確連接虛擬終端。實(shí)例步驟1〕在PROTEUS中繪制電氣原理圖。2〕在KEIL中輸入?yún)⒖汲绦?，并編譯通過，可通過單步調(diào)式的方式觀察運(yùn)行的結(jié)果，以及各個(gè)存放器的值如何變化。3〕在PROTEUS中加載程序，觀察仿真結(jié)果。應(yīng)用的元器件470R的電阻；AT89C51；7447；7SEG--AN-GRN；SWITCH；VIRTUALTERMINAL。參考程序ORG0000H JMPSTART START:MOVSP,#60H MOVSCON,#50H MOVTMOD,#20H MOVTH1,#0E6H SETBTR1 MOV30H,#0FFH SCAN0:RI,UART MOVA,P1 CJNEA,30H,KEYIN JMPSCAN0 KEYIN:MOV30H,A MOVSBUF,A WAIT:CTI,SCAN0 JMPWAIT UART:MOVA,SBUF MOVP2,A CLRR