基于单片机的实验教学开发系统设计.doc
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1、榆林学院本科毕业设计(论文) 摘 要由于单片机技术在各个领域正得到越来越广泛的应用,许多集成电路生产厂家相继推出了各种类型的单片机。在单片机家族的众多成员中,AT89S52系列单片机以其优越的性能、成熟的技术及高可靠性和高性能价格比,迅速占领了市场,成为国内单片机应用领域中的主流。单片机开发系统是大中专院校电气、电子类等专业实验教学必不可少的设备。但目前大部分的单片机开发系统多是基于应用层面而非硬件底层,这样将不利于人才培养。本设计通过对开发系统的硬件和软件测试程序的介绍,设计出一种兼容RS232 串口和USB 下载的,集温度采集、LCD 显示以及串口通信等多种功能于一身的开发系统。为单片机系
2、统设计和开发提供了一个硬件平台。本设计可以实现专业课、课程设计和毕业设计的实验。实验板是参考单片机教材中的实验内容设计的,能够实现蜂鸣器发声、按键、流水灯、LCD1602液晶显示、DS18B20温度显示、七段数码管显示、串口通信的测试实验。实验证明,该系统性能稳定,结构清晰,有着很高的性价比。关键词:AT89S52;单片机;实验系统;数码管显示Design of Experimental Development System Based on MCUABSTRACTBecause of MCU in various fields is getting more and more widely
3、used. Many members of the family of microcontroller AT89S52 is series of microcontrollers to its superior performance, mature technology and high cost performance, and quickly occupied the market, that become into the mainstream in the domestic single-chip applications. Microcontroller development s
4、ystem is essential for colleges electrical, electronic and other specialized experimental teaching equipment. However, most of the microcontroller development system is based on the application level rather than the underlying hardware, while it is not conducive to personnel training. This design a
5、compatible RS232 serial and USB download, set temperature gathering, LCD display and serial interface communication that very kinds of functions in one development system, which provide a hardware platform for single-chip system design and development.This design can be achieved course design and gr
6、aduate design experiments. The test board is the experimental content refers to MCU textbooks, designed to achieve the buzzer sounds, buttons, water lights, the LCD1602 display, DS18B20 temperature display, seven segment digital display, serial communication test experiments. Experiments show that t
7、he system performance stable, a clear structure, with the high performance-price rate.Key words: AT89S52;MCU;Experiment system;Digital displayI榆林学院本科毕业设计(论文)目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 选题背景11.2 国内外研究现状11.3 本设计完成的工作22 硬件设计32.1 设计方案32.2 主要芯片介绍42.2.1 AT89S52单片机简介42.2.2 LCD1602显示器52.3 单片机各功能模块硬件设计62.3.1 单
8、片机最小系统设计62.3.2 键盘电路设计82.3.3 LED数码管显示电路设计82.3.4 液晶显示电路设计92.3.5 报警电路设计102.3.6 流水灯设计102.3.7 温度采集接口设计112.3.8 串行通信模块设计123 软件设计143.1 键盘模块程序设计143.2 测温模块程序设计143.2.1 DS18B20的工作时序143.2.2 测温程序流程图163.3 数码管显示程序设计193.4 LCD1602显示程序设计213.5 流水灯模块程序设计253.6 报鸣模块程序设计253.7 串行通信模块程序设计264系统调试284.1 硬件调试284.2 软件调试294.3 本章小结
9、305总 结31参考文献32致谢33附录A系统整体原理图34附录B系统PCB图35附录C系统完整实验程序36III榆林学院本科毕业设计(论文)1 绪论1.1 选题背景上世纪 70年代第一批单片机面世, 短短二三十年时间, 单片机技术已成为计算机技术的一个重要分支, 广泛地应用到工业控制、仪器仪表、 消费产品、汽车,办公自动化和通信等领域。因此, 单片机技术已经成为电子,测控、自动化、通信等许多工科专业学生的必备技能,学习该课程既要掌握单片机的硬件知识, 又要掌握软件知识。在学习单片机原理及接口技术这门课程的过程中, 往往感到课堂教学比较抽象难懂, 因而实践部分必不可少,此设计制作这一基于单片机
10、的实验教学开发系统很有必要1。1.2 国内外研究现状经考察, 国内绝大多数院校在做单片机课程实验时都使用单片机实验箱。而使用实验箱来进行实验往往存在以下几种弊端: (1)实验系统以实验箱的形式展现, 侧重于软件实验。(2)验证性实验居多, 学生难以利用实验箱进行扩展性、综合性,设计性实验。(3)课程实验结束后, 不少学生仍不懂得如何进行系统设计、 软硬件综合调试, 因此很有必要针对这门课的实践环节作进一步改革,考虑到初次设计一个完整的系统对大多数同学来说存在一定难度,故本设计了一款为学生量身定做的基于单片机的实验教学开发系统, 可进一步提高学生的动手能力, 深化实践教学改革, 更方便、全面、系
11、统地进行单片机教学。同时, 这些实验开发板也可以方便地应用在毕业设计和各种类型的竞赛培训中。由于单片机技术在各个领域正得到越来越广泛的应用,许多集成电路生产厂家相继推出了各种类型的单片机,在单片机家族的众多成员中,AT89S52单片机以其优越的性能、成熟的技术、高可靠性和高性能价格比,迅速占领了市场,成为国内单片机应用领域中的主流。目前,可用于AT89S52单片机开发的产品越来越多,与其配套的各类开发系统、各种软件也日趋完善。因此,可以极方便地利用现有资源,开发出用于不同目的的各类应用系统2。1.3 本设计完成的工作本课题设计了一款单片机实验开发系统,该系统可以实现专业基础课、专业课(单片机原
12、理与应用,单片机接口技术等)、课程设计和毕业设计的实验。实验板是参考单片机教材中的实验内容设计的,能够实现简单的测试实验。本设计包括硬件系统的详细设计及C语言在基本控制中的应用。2 硬件设计2.1 设计方案单片机实验开发板是一个实际应用的系统,能够为相关的学生单片机实验提供支持。此实验板是参考单片机教材中的实验内容设计的,能够实现简单的测试实验。本设计包括硬件系统的详细设计及C语言在基本控制中的应用3。本设计的任务主要分为硬件和软件两大部分,其主要硬件设计框图如图2-1所示:图2-1 总体设计框图此开发系统的主要内容包括:(1)单片机最小系统电路。(2)蜂鸣器发声电路。(3)按键电路。(4)流
13、水灯实验电路。(5)LCD1602显示电路。(6)DS18B20温度显示电路。(7)七段数码管显示电路。(8)串口通信电路。(9)按键模块程序设计。(10)DS18B20温度测量程序。(11)7段数码管显示程序。(12)LCD1602模块程序。(13)流水灯实验程序。(14)蜂鸣器实验程序。(15)串口通信模块实验。2.2 主要芯片介绍2.2.1 AT89S52单片机简介计算机芯片MCS-51是一个电脑晶片,英特尔公司生产系列。它是在MCS-48系列的基础上发展的高性能的8位单片机。所推出的系列产品有AT89S52、8031、8751。其代表就是AT89S52。其他系列的单片机都以它为核心,所
14、以本设计采用的核心芯片是AT89S52单片机。CPU是它的核心设备,从功能上看,CPU包括两个部分:运算器和控制器,它执行对输入信号的分析和处理4。整个系统电控部分以ATMEL公司的AT89S52为核心芯片,控制信号采集、处理、输出三个过程。这种芯片内置4K的EPROM,因为系统要求控制线较多,如果采用8031外置EPROM程序控制结构,则造成控制线不够;而AT89S52却可以利用P0、P2口作控制总线,大大简化了硬件结构,并可以直接控制键盘参数输入、LED数据显示,方便现场调试和维护,使整个系统的通用性和智能化得到了很大的提高。图2-2 AT89S52管脚图上图是AT89S52的引脚配置,在
15、40个引脚中,有正电源和地线两根,外置石英振荡器的时钟线两根,4组8位共32个I/O口,中断口线与P3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明:引脚40:正电源脚,正常工作或对片内EPROM抄写程序时,接+5V电源。引脚19:时钟XTAL1脚,片内振荡电路的输入端。引脚18:时钟XTAL2脚,片内振荡电路的输出端。AT89S52的时钟有两种方式,一种是片内时钟振荡方式,但需在18和19脚外接石英晶体(2-12MHz)和振荡电容,振荡电容的值一般取10PF-30PF。另外一种是外部时钟方式,即将XTAL1接地,外部时钟信号从XTAL2脚输入。本设计采用外部时钟电路,外接晶振和电容组成振荡器。输
16、入输出(I/O)引脚:引脚39-引脚32为P0.0-P0.7输入输出脚,引脚1-引脚8为P1.0-P1.7输入输出脚, 引脚21-引脚28为P2.0-P2.7输入输出脚,引脚10-引脚17为P3.0-P3.7输入输出脚。在对单片机设计中,P0口作为程序存储器扩展口,且是扩展并行输入/输出接口,另外也作为模数转换的数据传输口,P2口为程序存储器扩展口的高8位地址总线口,P1口为输入/输出口。引脚9:RESET/复位信号复用脚,当AT89S52通电,时钟电路开始工作,在RESET引脚上出现2个时钟周期以上的高平,系统即初始复位。初始化后,程序计数器PC指向0000H, P0-P3输出口全部为高电平
17、,堆栈指针写入07H,其它专用寄存器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后,系统即从0000H地址开始执行程序1。AT89S52的初始态如下: 表2-1 寄存器初始状态特殊功能寄存器初始态特殊功能寄存器初始态ACC00HB00HPSW00HSP07H07H00HTH000HDPL00HTL000HIPxxx00000BTH100HIE0x00000BTL100HTMOD00HTCON00HSCONxxxxxxxxBSBUF00HP0-P31111111BPCON0xxxxxxxB2.2.2 LCD1602显示器LCD1602液晶显示由于显示效果好,体积小,损耗小等特点成为很多设计中的常选
18、器件。LCD1602液晶显示的主要参数: 显示容量为162个字符;接5V电压时的工作电流为2mA;字符尺寸为2.954.35(WXH)mm;模块最佳工作电压为5V;芯片工作电压为4.55.5V。LCD1602显示器的接口信号说明如表2-2所示。表2-2 LCD1602显示器的接口信号说明引脚1GND地引脚9D2 I/O线引脚2VCC +5V电源引脚10D3 I/O线引脚3VO 液晶显示偏压信号引脚11D4 I/O线引脚4RS 数据/命令选择端引脚12D5 I/O线引脚5R/ W 读/写 选择端引脚13D6 I/O线引脚6E 使能端引脚14D7 I/O线引脚7D0 I/O线引脚15BG VCC
19、背光源正极引脚8D1 I/O线引脚16BG GND 背光源负极基本操作程序:读状态:令RS=L,RW=L, E=H 读数据:令RS=H,RW=H, E=H 写指令:令RS=L,RW=L,D0D7=指令码,E=高脉冲写数据:令RS=H,RW=L,D0D7=数据,E=高脉冲 2.3 单片机各功能模块硬件设计2.3.1 单片机最小系统设计复位电路:复位是单片机的初始化操作,其主要功能是使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化以外,当由于程序运行出错或操作错误使系统处于锁死状态时,为摆脱困境也需按复位键以重新启动。AT89S52芯片内部有复位电路,RST引脚是复位信号的输入端高电
20、平有效,复位方式有自动复位和手动复位两种。本实验板采用手动复位方式复位。AT89S52的复位电路如图2-2所示:图2-3 复位电路当电源刚开始送电瞬间,电容相当于短路,RST端输入高电平,AT89S52复位。短路瞬间之后,电容充电,RST端低电平。AT89S52需要复位时,按下手动复位键,电容通过电阻放电,当电容放电结束后,RST为高电平,AT89S52进入复位状态;松手后,电容充电,RST端高电位下降,CPU脱离复位状态。时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号,时序是指令执行中各信号之间的相互关系。单片机本身就如同一个复杂的同步时序电路,为了保证同步工作方式的实现,电路应在唯一的时钟信号控
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