鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（2011）目 錄1.課題目的和意義12.方案的論證22.1設(shè)計(jì)任務(wù)22.2設(shè)計(jì)要求22.3創(chuàng)新部分22.4各部分元器件選用方案論證22.4.1單片機(jī)的選用22.4.2顯示元器件的選用22.4.3限流電阻的選用32.4.4電源模塊的選用32.4.5其他元器件的選用33.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)33.1總體設(shè)計(jì)33.2單片機(jī)最小系統(tǒng)43.3中斷控制模塊53.4設(shè)備模塊53.5顯示模塊63.6整體電路64.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)74.1主程序流程圖及程序74.2中斷子程序流程圖及程序95.軟硬件聯(lián)調(diào)105.1軟硬件調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決措施105.2實(shí)物圖115.3運(yùn)行結(jié)果11結(jié)束語(yǔ)12參考文獻(xiàn)13附錄13附錄一：多臺(tái)設(shè)備自動(dòng)循環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路原理圖（圖 附錄-1）13附錄二：多臺(tái)設(shè)備自動(dòng)循環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)PCB圖（圖 附錄-2、附錄-3）14附錄三：Proteus仿真效果圖（圖 附錄-4）14附錄四：多臺(tái)設(shè)備自動(dòng)循環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)C語(yǔ)言程序清單14附錄五：多臺(tái)設(shè)備自動(dòng)循環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)元器件目錄表171.課題目的和意義本課題為“多臺(tái)設(shè)備自動(dòng)循環(huán)控制”，旨在用發(fā)光二極管模擬工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)多臺(tái)設(shè)備，通過(guò)編程控制8052系列單片機(jī)，從而使這些設(shè)備按照要求循環(huán)運(yùn)行。從方案的提出到方案的論證到軟件仿真、制作實(shí)物進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)，再到制作印制電路板實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，通過(guò)為期2周的實(shí)訓(xùn)，電氣專業(yè)08級(jí)大學(xué)生以小組討論形式進(jìn)行相關(guān)課題的研究、拓展，從而培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)，增強(qiáng)動(dòng)手能力和工程實(shí)踐能力。每一位成員均在實(shí)訓(xùn)中加強(qiáng)了對(duì)單片機(jī)的理解和掌握，使所學(xué)知識(shí)更加牢固，并形成體系。2.方案的論證2.1設(shè)計(jì)任務(wù)用單片機(jī)控制多臺(tái)設(shè)備，使設(shè)備自動(dòng)循環(huán)運(yùn)行。2.2設(shè)計(jì)要求以8只發(fā)光二極管代替8臺(tái)設(shè)備，接在P1口上。P3.0和P3.2為控制口，其外部分別與一只按鈕連接，通過(guò)對(duì)按鈕的控制從而控制8只發(fā)光二極管的亮滅情況。沒(méi)有按鈕按下時(shí)，8臺(tái)設(shè)備全部運(yùn)行，P3.0按鈕按下時(shí)8只發(fā)光二極管以0、1、2、3、4、5、6、7、5、3、1、7、5、3、1、7為一個(gè)過(guò)程開(kāi)始循環(huán)運(yùn)行，當(dāng)P3.2按鈕按下時(shí)8只發(fā)光二極管全部點(diǎn)亮。2.3創(chuàng)新部分用一只8段LED數(shù)碼管同步顯示正在運(yùn)行的設(shè)備的編號(hào)，便于工作人員進(jìn)行過(guò)程記錄。2.4各部分元器件選用方案論證2.4.1單片機(jī)的選用本課題由于要求使用8052系列單片機(jī)，故在該系列中選擇。市場(chǎng)上現(xiàn)使用較多的52系列單片機(jī)有Atmel公司生產(chǎn)的AT89C52、AT89S52，以及STC公司生產(chǎn)的STC89C52、STC89S52，對(duì)比兩家公司的產(chǎn)品可知，STC公司的產(chǎn)品可多次擦寫(xiě)，一個(gè)機(jī)械周期只要6個(gè)時(shí)鐘周期，且支持USB在線讀寫(xiě)，處理速度優(yōu)于Atmel公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。所以對(duì)比后選擇使用STC89C52單片機(jī)芯片。2.4.2顯示元器件的選用通過(guò)學(xué)習(xí)和調(diào)研市場(chǎng)行情，我們可以發(fā)現(xiàn)，能夠用來(lái)做顯示器使用的有8段數(shù)碼管、液晶顯示屏以及點(diǎn)陣模塊等。這其中第一種成本低廉、使用方便、顯示明亮，適合顯示位數(shù)少、線路不復(fù)雜的電路；第二種價(jià)格較高，引線較多，不但可以顯示數(shù)字還能顯示文字，可顯示范圍廣，一般多用于需要顯示文字或字母的電路；第三種不適合做靜態(tài)顯示。由于本課題只需要控制8臺(tái)設(shè)備，位數(shù)少且用數(shù)碼管顯示方便，故我們的顯示元器件選用8段LED數(shù)碼管。2.4.3限流電阻的選用由于本課題要求在P1口控制8只LED發(fā)光二極管，故需要選用限流電阻來(lái)限制流過(guò)發(fā)光二極管的電流，若選用電阻過(guò)小，則二極管容易因過(guò)流而燒掉，若選用電阻過(guò)大，則二極管容易因電流過(guò)小而發(fā)光暗淡，所以選用電阻不能太大或太小。查閱發(fā)光二極管各項(xiàng)參數(shù)后發(fā)現(xiàn)，發(fā)光二極管正常發(fā)光時(shí)電流約為10mA，發(fā)光二極管導(dǎo)通電阻很小可忽略不計(jì)，則根據(jù)公式R=(E-U)/I-R0可算出，限流電阻阻值在500左右。故選用阻值為500的電阻。2.4.4電源模塊的選用要想使單片機(jī)正常運(yùn)行，可靠、穩(wěn)定的電源必不可少，在以往的電子設(shè)計(jì)中，我們一般制作5V電源，這樣做的目的是通過(guò)變壓器變壓，將民用220V電直接轉(zhuǎn)為5V電供單片機(jī)使用，在沒(méi)有電腦USB時(shí)可以直接找一個(gè)插座接上便可使用。但缺點(diǎn)是制作成本較高，且體積較大，燒錄程序時(shí)還需要另配燒錄器。由于我們?cè)谡n程設(shè)計(jì)過(guò)程中時(shí)刻都要使用筆記本電腦，且程序需要在線燒寫(xiě)，故我們購(gòu)買了USB燒錄器，既可以在線燒寫(xiě)程序也可以當(dāng)作電源使用，方便快捷。2.4.5其他元器件的選用在確定了單片機(jī)芯片、8段LED數(shù)碼管、限流電阻、電源模塊后，我們還確定選用8只直徑5mm的LED發(fā)光二極管、3只按鈕、排針、排阻、導(dǎo)線若干以及用于單片機(jī)最小系統(tǒng)的電容、晶振、電阻等。3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1總體設(shè)計(jì) P0 STC89C52RCP1 RXD INT0RXD、INT0中斷控制8臺(tái)設(shè)備數(shù)碼管顯示部分總體設(shè)計(jì)框架圖如圖3-1所示：圖 3 - 1本設(shè)計(jì)采用STC89C50032RC單片機(jī)作為系統(tǒng)控制芯片，單片機(jī)接收INT0、RXD傳來(lái)的中斷信號(hào)并轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)8臺(tái)設(shè)備的控制，以8段LED數(shù)碼管為顯示模塊，將正在運(yùn)行的設(shè)備編號(hào)同步地顯示出來(lái)，在控制電路中，主要是由兩個(gè)按鈕來(lái)指揮設(shè)備的運(yùn)行方式。3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)包括晶振電路、復(fù)位電路和電源部分。圖3-2為單片機(jī)最小系統(tǒng)。圖 3 2 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖3.3中斷控制模塊中斷控制模塊如圖3-3所示。圖 3 3 中斷控制模塊該模塊主要由兩個(gè)按鈕組成，其中一個(gè)按鈕與P3.0口相連，另一按鈕與P3.2口相連，兩個(gè)按鈕的公共端接地。當(dāng)按鈕被按下時(shí)，與該按鈕所接的單片機(jī)端口變?yōu)榈碗娖?，信?hào)傳入單片機(jī)內(nèi)，申請(qǐng)中斷。單片機(jī)將響應(yīng)中斷，根據(jù)中斷程序控制8臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行方式。3.4設(shè)備模塊設(shè)備模塊如圖3-4所示。圖 3 4 設(shè)備模塊設(shè)備模塊主要由8只LED發(fā)光二極管代替工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的8臺(tái)設(shè)備，通過(guò)控制發(fā)光二極管的亮暗方式從而達(dá)到模擬控制工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)8臺(tái)設(shè)備的目的。8只發(fā)光二極管分別于一只500的電阻串聯(lián)，電阻起限流作用，防止發(fā)光二極管因電流過(guò)大而燒掉，也防止可能因電流過(guò)小而無(wú)法正常顯示。每只電阻除與發(fā)光二極管相連外，另一端與單片機(jī)對(duì)應(yīng)P0口相連，從而被單片機(jī)所控制。8只發(fā)光二極管有一公共端，且接高電平。當(dāng)P0口輸出低電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管點(diǎn)亮。3.5顯示模塊顯示模塊如圖3-5所示。圖 3 5 顯示模塊該模塊主要由102排阻和一只8段LED數(shù)碼管組成。P0口為雙向I/o口，要想保證端口能正確地輸出高電平，需要在外部加上拉電阻，故使用102排阻作為上拉電阻。在單片機(jī)處于輸出狀態(tài)時(shí)排阻將P0口電位拉高。由于共陽(yáng)極數(shù)碼管使用時(shí)需加驅(qū)動(dòng)電路，增加了電路的復(fù)雜度和成本，故我們選用共陰極數(shù)碼管，其公共端接地。在實(shí)際使用時(shí)，共陽(yáng)、共陰極數(shù)碼管需要用萬(wàn)用表進(jìn)行區(qū)分，且編程時(shí)顯示代碼亦不相同，在這里須注意。3.6整體電路系統(tǒng)整體電路如圖3-6所示。圖 3 6 整體電路圖4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1主程序流程圖及程序主程序如下：void main()uchar k;IE=0 x81; /EA=1開(kāi)總中斷;Ex0=1開(kāi)外部中斷0;P1=0 x00;SP=0 x7B; /堆棧指針復(fù)位while(start); /當(dāng)P3.0所接按鈕按下時(shí)開(kāi)始對(duì)設(shè)備循環(huán)控制while(1) /若外部中斷不產(chǎn)生，則一直不跳出該部分flag=1;if(flag=0)break;P1=0 x7f;for(i=8;i0;i-)P1=_crol_(P1,1); /左移函數(shù)k=P1;switch(k)/數(shù)碼管顯示正在運(yùn)行的設(shè)備編號(hào)case 0 xfe: P0=0 x3f; break;case 0 xfd: P0=0 x06; break;case 0 xfb: P0=0 x5b; break;case 0 xf7: P0=0 x4f; break; case 0 xef: P0=0 x66; break;case 0 xdf: P0=0 x6d; break;case 0 xbf: P0=0 x7d; break;default: P0=0 x07; break; delay(500);for(i=8;i0;i-) P1=_cror_(P1,2);k=P1;switch(k)case 0 xfe: P0=0 x3f; break;case 0 xfd: P0=0 x06; break;case 0 xfb: P0=0 x5b; break;case 0 xf7: P0=0 x4f; break;case 0 xef: P0=0 x66; break;case 0 xdf: P0=0 x6d; break;case 0 xbf: P0=0 x7d; break;default: P0=0 x07; break;delay(500);主程序流程圖如圖4-1所示。圖 4 1 主程序流程圖開(kāi)總中斷和外部中斷0P1口輸出低電平，8臺(tái)設(shè)備全部運(yùn)行設(shè)定堆棧指針值P3.0口所接按鈕是否按下？等待被按下設(shè)標(biāo)志為1判斷是否收到中斷請(qǐng)求使標(biāo)志變?yōu)?跳出主程序進(jìn)入中斷子程序8臺(tái)設(shè)備按控制要求運(yùn)行，數(shù)碼管同步顯示正在運(yùn)行的設(shè)備的編號(hào)NYYN開(kāi)始4.2中斷子程序流程圖及程序中斷子程序如下：int0() interrupt 0 /外部中斷0P1=0 x00;flag=0;while(start); /只有P3.0口為低電平時(shí)才跳出中斷中斷子程序流程圖如圖4-2所示。P1口接低電平，8臺(tái)設(shè)備全部運(yùn)行設(shè)標(biāo)志為0判斷P3.0口是否按下跳出中斷，返回主程序NY圖 4 2 中斷子程序流程圖5.軟硬件聯(lián)調(diào)5.1軟硬件調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決措施問(wèn)題1：將USB燒寫(xiě)器尾部的短路帽子摘掉后插上電腦，程序無(wú)法燒寫(xiě)進(jìn)芯片。解決措施：將燒寫(xiě)器的RX線與芯片上的TXD相連，TX線與芯片上RXD相連后，程序即可燒寫(xiě)進(jìn)去。問(wèn)題2：數(shù)碼管焊接在萬(wàn)能板上后，在8只LED發(fā)光二極管正常運(yùn)行情況下，數(shù)碼管無(wú)法同步正常顯示。解決措施：用萬(wàn)用表重新測(cè)量數(shù)碼管的參數(shù)后發(fā)現(xiàn)勿用了共陽(yáng)極數(shù)碼管，在重新?lián)Q上共陰極數(shù)碼管后即可。問(wèn)題3：數(shù)碼管顯示出的數(shù)字是亂碼。解決措施：檢查程序后發(fā)現(xiàn)參考代碼是用于共陽(yáng)極數(shù)碼管的，在更改為共陰極數(shù)碼管程序后即可。問(wèn)題4：LED發(fā)光二極管發(fā)光暗淡。解決措施：自己原配的限流電阻過(guò)大，換用學(xué)校發(fā)的500電阻后，發(fā)光強(qiáng)度剛好。問(wèn)題5：使用Altium Designer軟件畫(huà)PCB時(shí)找不到目標(biāo)元件如排針、排阻、STC89C52單片機(jī)、晶振相對(duì)應(yīng)的元件庫(kù)或封裝。解決措施：用其他元件庫(kù)代替目標(biāo)元件，實(shí)在無(wú)法代替的自己制作元件庫(kù)或封裝。問(wèn)題6：將PCB圖中的導(dǎo)線加粗后始終顯示綠色錯(cuò)誤狀態(tài)。解決措施：在菜單欄的Design下點(diǎn)擊RulesRoutingWidthWidth，在Constraints欄中修改Max Width和Preferred Width兩個(gè)值即可。5.2實(shí)物圖萬(wàn)能板搭電路并測(cè)試正確后的實(shí)物圖如圖5-1、圖5-2所示。 圖 5 1 實(shí)物圖（正面） 圖 5 2 實(shí)物圖（背面）5.3運(yùn)行結(jié)果運(yùn)行效果如圖5-3所示。 圖 5 3 運(yùn)行效果圖結(jié)束語(yǔ)經(jīng)過(guò)10多天的設(shè)計(jì)與制作，我終于較圓滿地完成了多臺(tái)設(shè)備自動(dòng)循環(huán)控制這一課題。雖然整體看來(lái)，一個(gè)不怎么復(fù)雜的電路花了10多天時(shí)間，效率比較低下，但對(duì)于第一次經(jīng)歷這種完整的過(guò)程的我來(lái)說(shuō)，其結(jié)果還是令人欣慰的。從設(shè)計(jì)電路到仿真，再到購(gòu)買元器件，在萬(wàn)能板上搭電路模擬，到用軟件畫(huà)PCB圖，再到發(fā)送原理圖給印制電路板廠家生產(chǎn)PCB板，最終再在做好的PCB板上焊元器件直至完工，其中的艱辛只有我們團(tuán)隊(duì)的同學(xué)們能夠體會(huì)得到。我們10個(gè)人組成的團(tuán)隊(duì)，首先要感謝張?zhí)m紅老師對(duì)我們的悉心指導(dǎo)，她對(duì)我們的課題給予了較為詳細(xì)的講解，對(duì)我們的元器件選擇給予了幫助，也同樣感謝顧善忠、袁衛(wèi)衛(wèi)等同學(xué)，他們作為單片機(jī)方面較為杰出的學(xué)生，對(duì)我們課題的調(diào)試給予了極大的幫助。作為個(gè)人，我要感謝我的團(tuán)隊(duì)，正是由于團(tuán)隊(duì)每一個(gè)人的共同努力才有了我們最終的結(jié)果。我的團(tuán)隊(duì)成員是B電氣081班的李超、B電氣082班的周鵬鵬、張本瑞、B電氣083班的王霄、陳凱峰、B電氣084班的蔣媛、張寧、以及BD電氣081班的唐利剛、郁磊。課題終究會(huì)結(jié)束，但我們的單片機(jī)生涯才剛剛開(kāi)始，今后一定還將遇到更復(fù)雜的課題和更難以解決的問(wèn)題，我相信，只有依靠團(tuán)隊(duì)的力量，我們才能取得成功，只有依靠堅(jiān)忍不拔的毅力我們才能戰(zhàn)無(wú)不勝！參考文獻(xiàn)1.單片機(jī)控制實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)及綜合應(yīng)用實(shí)例 張大明 主編 機(jī)械工業(yè)出版社 2.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù) 陳益飛主編 國(guó)防工業(yè)出版社 3.Altium Designer原理圖與PCB設(shè)計(jì) 周潤(rùn)景 張麗敏 王偉 編著 電子工業(yè)出版社 4.電工電子實(shí)習(xí)教程（第3版） 宋學(xué)瑞 主編 中南大學(xué)出版社 5.基于Proteus的8051單片機(jī)實(shí)例教程 李學(xué)禮 主編 電子工業(yè)出版社 6.Proteus教程電子線路設(shè)計(jì)、制版與仿真 朱清慧 張鳳蕊 翟天嵩 王志奎 編著 清華大學(xué)出版社 7.21天學(xué)通C語(yǔ)言 王正仲 等編著 電子工業(yè)出版社 8.新概念51單片機(jī)C語(yǔ)言教程入門(mén)、提高、開(kāi)發(fā)、拓展全攻略 郭天翔 編著 電子工業(yè)出版社 9.電子線路CAD實(shí)用教程（第3版） 潘永順 沙河 編著 西安電子科技大學(xué)出版社 附錄附錄一：多臺(tái)設(shè)備自動(dòng)循環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路原理圖（圖 附錄-1）圖 附錄 1 多臺(tái)設(shè)備自動(dòng)循環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路原理圖附錄二：多臺(tái)設(shè)備自動(dòng)循環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)PCB圖（圖 附錄-2、附錄-3） 圖 附錄 2 PCB圖（正面） 圖 附錄 3 PCB圖（背面）附錄三：Proteus仿真效果圖（圖 附錄-4）圖 附錄 4 Proteus仿真效果圖附錄四：多臺(tái)設(shè)備自動(dòng)循環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)C語(yǔ)言程序清單#include/包含52系列單片機(jī)頭文件#include/包含左右移函數(shù)的頭文件#define uchar unsigned charuchar code DSY_CODE= 0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f /共陰09顯示;uchar data flag; /設(shè)標(biāo)志位int i,x;sbit start=P30; /P3.0口為循環(huán)控制位，低電平時(shí)各設(shè)備循環(huán)運(yùn)行sbit stop=P32; /P3.2口為全部工作位，低電平時(shí)所有設(shè)備均運(yùn)行void delay(x) /延時(shí)子程序int t;while(x-) for(t=120;t0;t-)if(flag=0) break; /主程序運(yùn)行過(guò)程中當(dāng)產(chǎn)生中斷時(shí)跳出延時(shí)子程序int0() interrupt 0 /外部中斷0P1=0 x00;flag=0;while(start); /只有P3.0口為低電平時(shí)才跳出中斷void main()uchar k;IE=0 x81; /EA=1開(kāi)總中斷;Ex0=1開(kāi)外部中斷0;P1=0 x00;SP=0 x7B; /堆棧指針復(fù)位while(start); /當(dāng)P3.0所接按鈕按下時(shí)開(kāi)始對(duì)設(shè)備循環(huán)控制while(1) /若外部中斷不產(chǎn)生，則一直不跳出該部分flag=1;if(flag=0)break;P1=0 x7f;for(i=8;i0;i-)P1=_crol_(P1,1); /左移函數(shù)k=P1;switch(k)/數(shù)碼管顯示正在運(yùn)行的設(shè)備編號(hào)case 0 xfe: P0=0 x3f; break;case 0 xfd: P0=0 x06; break;case 0 xfb: P0=0 x5b; break;case 0 xf7: P0=0 x4f; break;case 0 xef: P0=0 x66; break;case 0 xdf: P0=0 x6d; break;case 0 xbf: P0=0 x7d; break;default: P0=0 x07; break; delay(500);for(i=8;i0;i-) P1=_cror_(P1,2);k=P1;switch(k)case 0 xfe: P0=0 x3f; break;case 0 xfd: P0=0 x06; break;case 0 xfb: P0=0 x5b; break;case 0 xf7: P0=0 x4f; break;case 0 xef: P0=0 x66; break;case 0 xdf: P0=0 x6d; break;case 0 xbf: P0=0 x7d; break;default: P0=0 x07; break; delay(500);附錄五：多臺(tái)設(shè)備自動(dòng)循環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)元器件目錄表序號(hào)元器件名稱數(shù)量1STC89C52單片機(jī)1塊28段1位LED數(shù)碼管1個(gè)3白色藍(lán)光LED發(fā)光二極管8只4500限流電阻8只51k電阻1只610k電阻1只7102排阻1個(gè)812M晶振1個(gè)930pF電容2只1010F電解電容1只11排針、導(dǎo)線若干12輕觸按鈕3個(gè)17