單片機應(yīng)用設(shè)計報告系別 電 子 信 息 與 電 氣 工 程 系 專 業(yè) 自動化 班 級 09 級 (1) 班 姓名 老 師 完成 時間 2012年5月18日 單片機原理及接口技術(shù)課程設(shè)計報告摘 要： 單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。MCS-51單片機是使用極為廣泛的一款8位單片機，在此次實訓(xùn)中所用的單片機是美國Atmel公司生產(chǎn)的以8031為內(nèi)核的AT89S52單片機。實訓(xùn)分別以構(gòu)建單片機最小系統(tǒng)版、74HC138流水燈、8255交通燈、8253方波、6N137光耦控制繼電器等幾個實驗關(guān)鍵詞：AT89S52 74HC138 8255A 8253 6N137 交通燈目錄單片機原理及接口技術(shù)課程設(shè)計報告1實驗一 構(gòu)建單片機最小系統(tǒng)和實驗環(huán)境熟悉21.1單片機的工作原理21.1.1單片機最小系統(tǒng)圖21.1.2運算器簡介31.1.3控制器簡介41.1.4實驗解析與總結(jié)6實驗二跑馬燈實驗及74HC138譯碼器62.1實驗內(nèi)容62.1.1實驗原理72.1.2實驗原理圖72.1.3實驗程序流程圖82.1.4實驗程序代碼82.1.5完成后的效果圖92.2實驗總結(jié)9實驗三 8255控制交通燈實驗103.1實驗內(nèi)容103.1.3實驗原理103.1.2實驗原理電路圖123.1.3程序流程圖133.1.4實驗程序代碼133.1.5系統(tǒng)實現(xiàn)圖153.2 8255A尋址原理153.3實驗總結(jié)16實驗四 8253方波實驗174.1實驗內(nèi)容174.1.1實驗原理圖174.1.2實驗原理電路圖184.1.3程序流程圖194.1.4程序流程代碼194.1.4系統(tǒng)仿真214.2實驗總結(jié)21實訓(xùn)總結(jié)22附錄231仿真系統(tǒng)電路原理圖232硬件實物照片24實驗一 構(gòu)建單片機最小系統(tǒng)和實驗環(huán)境熟悉1.1單片機的工作原理1.1.1單片機最小系統(tǒng)圖單片機最小系統(tǒng)主要有外部晶振電路，系統(tǒng)復(fù)位電路以及供電電源組成。在構(gòu)建單片機最小系統(tǒng)板是在VCC引腳出加上10uF和0.1uF的濾波電容，可以有效的提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。單片機最小系統(tǒng)圖1.1.2運算器簡介運算器包括算術(shù)邏輯運算、累加器ACC、單元ALU、寄存器B、暫存器TMP、程序狀態(tài)字寄存器PSW、十進制調(diào)整電路等。它能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的算術(shù)邏輯運算、位變量處理和數(shù)據(jù)傳送操作。1. 算術(shù)邏輯單元ALUALU在控制器根據(jù)指令發(fā)出的內(nèi)部信號控制下，對8位二進制數(shù)據(jù)進行加、減、乘、除運算和邏輯與、或、非、異或、清零等運算。它具有很強的判跳、轉(zhuǎn)移、豐富的數(shù)據(jù)傳送、提供存放中間結(jié)果以及常用數(shù)據(jù)寄存器的功能。MCS-51中位處理具有位處理功能，特別適用于實時邏輯控制。2. 累加器ACC累加器ACC是8位寄存器，是最常用的專用寄存器，它既可存放操作數(shù)，又可存放運算的中間結(jié)果。MCS51系列單片機中許多指令的操作數(shù)來自累加器ACC。累加器非常繁忙，在與外部存儲器或I/O接口進行數(shù)據(jù)傳送時，都要經(jīng)過A來完成。4. 程序狀態(tài)字PSW程序狀態(tài)字是8位寄存器，用于指示程序運行狀態(tài)信息。其中有些位是根據(jù)程序執(zhí)行結(jié)果由硬件自動設(shè)置的，而有些位可由用戶通過指令方法設(shè)定。PSW中各標(biāo)志位名稱及定義如下：位序D7D6D5D4D3D2D1D0位標(biāo)志CYACF0RS1RS0OVPCY（PSW.7）：進（借）位標(biāo)志位，也是位處理器的位累加器C。在加減運算中，若操作結(jié)果的最高位有進位或有借位時，CY由硬件自動置1，否則清“0”。在位操作中，CY作為位累加器C使用，參于進行位傳送、位與、位或等位操作。另外某些控制轉(zhuǎn)移類指令也會影響CY位狀態(tài)。AC（PSW.6）：輔助進（借）位標(biāo)志位。在加減運算中，當(dāng)操作結(jié)果的低四位向高四位進位或借位時此標(biāo)志位由硬件自動置1，否則清“0”。F0（PSW.5）：用戶標(biāo)志位，由用戶通過軟件設(shè)定，決定程序的執(zhí)行方式。RS1（PSW.4），RS0（PSW.3）：寄存器組選擇位。用于設(shè)定當(dāng)前通用寄存器組的組，其對應(yīng)關(guān)系如下：RS1RS0寄存器組R0R7地址00組00007H01組1080FH10組21017H11組3181FHOV（PSW.2）：溢出標(biāo)志位。它反映運算結(jié)果是否溢出，溢出時OV=1；否則OV=0。OV可作為條件轉(zhuǎn)移指令中的條件。PSW.1：未定義位。P（PSW.1）：奇偶標(biāo)志位。P=1，表示ACC中1的個數(shù)為奇數(shù)；否則P=0。P也可以作為條件轉(zhuǎn)移指令中的條件。1.1.3控制器簡介控制器包括時鐘電路、復(fù)位電路、指令寄存器、指令譯碼器程序計數(shù)器PC、堆棧指針SP、數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR以及信息傳送控制部件等。時鐘電路是計算機的心臟，他控制著計算機的工作節(jié)奏，CPU就是通過復(fù)雜的時序電路完成不同的指令功能，MCS-51的時鐘信號可以有兩種方式產(chǎn)生，一種是內(nèi)部方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，產(chǎn)生時鐘信號；另一種是外部方式，時鐘信號由外部引入，MCS-51單片機有HMOS和CHMOS型，他們的時鐘電路有一定區(qū)別，在實際使用時應(yīng)該注意，下面是這兩種時鐘電路的電路圖。 （A）內(nèi)部時鐘電路 （B）外部振蕩源2. 復(fù)位電路對于使用12MHZ的晶振的單片機，復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)超過4s才能完成復(fù)位操作。產(chǎn)生復(fù)位信號的電路有上電自動復(fù)位電路和按鍵手動復(fù)位電路兩種方式。上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的，該電路通過電容充電在RST引腳上加了一個高電平完成復(fù)位操作。上電自動復(fù)位電路如圖（a）所示。按鍵手動復(fù)位電路。按鍵手動復(fù)位是通過按鍵實現(xiàn)人為的復(fù)位操作，按鍵手動復(fù)位電路如圖（b）所示。復(fù)位后內(nèi)部暫存器的狀態(tài)如下：PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0P3FFHSCON00HIP000000BSBUF不定IE0000000BPCON00000BTMOD00H1.1.4實驗解析與總結(jié)本次實驗的內(nèi)容是熟悉單片機最小系統(tǒng)的組成和工作原理，熟悉Keil C51集成環(huán)境軟件的安裝和使用方法。同時也是為接下來的幾個實驗打下基礎(chǔ)，所以很好地完成第一個實驗，有助于下面的幾個實驗順利展開。該實驗中，單片機系統(tǒng)電路的基本模塊有：復(fù)位電路，晶振電路，JTAG下載口等主要模塊。其中P0口作為輸出使用必須對單片機的I/O口，因為P0為集電極開路，可以提高其功率和電平轉(zhuǎn)換。在單片機最小系統(tǒng)的構(gòu)建中，EA腳拉高是非常必要的，它可以影響單片機的正常工作。在檢測單片機是否正常工作，可以通過檢測晶振兩端的信號的波形形狀。在單片機正常工作條件下，其信號為正弦波。通過本次試驗我了解了單片機的工作原理，知道了硬件部分的重要性，單片機最小系統(tǒng)板的焊接最主要是晶振部分的焊接，它為單片機提供了做工作的頻率，是單片機的心臟。實驗二跑馬燈實驗及74HC138譯碼器2.1實驗內(nèi)容跑馬燈實驗：1、熟悉集成環(huán)境軟件或熟悉Keil C51集成環(huán)境軟件的安裝和使用方法。2、照接線圖編寫程序：使用P1口控制G6區(qū)的8個指示燈，循環(huán)點亮，瞬間只有一個燈亮。3、觀察實驗結(jié)果，驗證程序是否正確。74HC138譯碼器實驗：1、設(shè)計74HC138接口電路，編寫程序：使用單片機的P1.0、P1.1、P1.2控制74HC138的數(shù)據(jù)輸入端，通過譯碼產(chǎn)生8選1個選通信號，輪流點亮8個LED指示燈。2、運行程序，驗證譯碼的正確性。2.1.1實驗原理根據(jù)74S138譯碼器的工作原理，當(dāng)G1 G2A G2B口分別致高電平時，譯碼器工作，根據(jù)74LS138的3個譯碼信號A、B、C來選擇Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6作為輸出，例如，ABC為001時選擇Y0口，以此類推，實現(xiàn)譯碼。各輸出為低電平時，當(dāng)共陽極的LED燈節(jié)高電平時，就會使相應(yīng)的燈亮。A、B、C三個信號由單片機的P1.0、P1.1和P1.2來提供，而P1.0、P1.1和P1.2口的值是通過程序設(shè)置初始值后，然后根據(jù)P1.0、P1.1和P1.2的值加1和循環(huán)就可以實現(xiàn)LED燈的循環(huán)點亮。2.1.2實驗原理圖74HC138跑馬燈電路原理圖2.1.3實驗程序流程圖74HC138跑馬燈實驗程序流程圖2.1.4實驗程序代碼void yimaqi()/譯碼器 uchar bb; uint m; cs2=0; bb=0 x00; delayms(600); for(m=0;m0;i-) for(j=110;j0;j-);4.1.4系統(tǒng)仿真8253方波實驗系統(tǒng)仿真圖4.2實驗總結(jié)本實驗是方波實驗，使用8253的計數(shù)器0得到一個周期為1秒的方波。然后用此方波控制LED的閃亮和蜂鳴器的發(fā)聲。是驗證單片機定時器產(chǎn)生一個250Hz的方波，作為8253的時鐘信號。將此方波作為時鐘信號送給8253的通道0，通過分頻產(chǎn)生需要的方波的頻率。在實際電路中單片機產(chǎn)生的時鐘頻率為244Hz，所以8253預(yù)裝的初值是244。 通過本次試驗，我熟悉了8253的連線和程序的編寫，熟悉了8253芯片的使用方法。本次試驗對于我們兩個組的成員來說都是一種鍛煉和提高，最終我們完成了實驗，是我們受益匪淺。實訓(xùn)總結(jié)本次的單片機實訓(xùn)歷時八周，老師給了我們充分的時間去完善和學(xué)習(xí)。這也是我們覺得很好的一個方面。避免了考試單一的書面答題。從實訓(xùn)開始，單片機最小系統(tǒng)板的設(shè)計和焊接到實驗電路的焊接和程序編寫，調(diào)試，我得到系統(tǒng)的鍛煉。在動手能力方面有了很大的提高。在設(shè)計程序之前，務(wù)必要對所用單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一個系統(tǒng)的了解，知道該單片機片內(nèi)有哪些資源。設(shè)計程序采用什么編程語言并不是非常重要，關(guān)鍵要有一個清晰的思路和一個完整的軟件流程圖。在設(shè)計程序時，不能妄想一次就將整個程序設(shè)計好，設(shè)計的程序要經(jīng)過反復(fù)修改，結(jié)合硬件不斷的調(diào)試。這樣才能讓設(shè)計出一個合格的程序。在寫程序的時候，要養(yǎng)成注釋程序的好習(xí)慣，一個程序的完美與否不僅僅是實現(xiàn)功能，而應(yīng)該讓人一看就能明白你的思想，這樣也為程序的移植，資料的保存和交流提供了方便。在設(shè)計程序過程中遇到問題是很正常的，但我們應(yīng)該將每次遇到的問題記錄下來，并分析清楚，以免下次再碰到同樣的問題.。通過這次實踐我知道了理論和時間之間還是有差距的，必須在不斷的印證和摸索下才可以完善好實驗。最終我們雖然只完成了四個實驗，但是每一個實驗都保質(zhì)保量的完成，效果很好，也學(xué)到了很多的知識。在這里我要感謝老師的悉心指導(dǎo)，也感謝組員之間的相互配合。正是這些，才讓我們的實驗最終順利完成！附錄1仿真系統(tǒng)電路原理圖2硬件實物照片 23