单片机课设.docx
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单片机课设
洛阳理工学院
课程设计报告
课程名称单片机原理与接口技术
设计题目基于STC单片机的实验平台开发设计
专业通信工程
班级
学号
姓名
完成日期
课程设计任务书
设计题目：
基于STC单片机的实验平台开发设计
一、设计内容
利用STC系列单片机作为微控制器开发一套软、硬件相结合的单片机实验系统，主要包括以下内容：
1.电路原理图设计，主要包括集LCD显示模块、串口通信模块、数码管显示模块、LED发光二极管、键盘等接口电路的设计；
2.学习集成电路等芯片的焊接方法与技巧，进行实际元器件的识别，进行电路板焊接；
3.在KeilC环境下，进行软件设计。
主要包括流水灯、计数器、定时器、LCD字符显示、键盘的控制等功能程序设计；
4.针对所开发的实验板，结合器件选择、原理图设计、硬件焊接、软件编程调试、软硬件联调等方面写出课程设计报告。
二、设计要求
1.完成综合实验系统的电路结构分析，进行模块分解，掌握各部分电路的工作原理；
2.独立完成电路板的焊接，掌握故障排除方法，完成实验系统的硬件设计及开发；
3.结合KeilC软件在焊接无误的单片机实验系统上开发出流水灯、LCD显示模块，通信模块等程序设计；
4.按照要求撰写课程设计论文。
指导教师：
李传锋
2014年12月25日
课程设计评语
成绩：
指导教师：
_______________
年月日
基于STC单片机的实验平台开发设计
摘要
单片机又称单片微型计算机，它的结构特点是将微型计算机的基本功能部件（如中央处理器、存储器、输入接口、输出接口、定时/计数器及终端系统等）全部集成在一个半导体芯片上。
在单片机家族的众多成员中，MOS.51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。
目前，可用于MCS51系列单片机开发的产品越来越多，与其配套的各类开发系统、各种软件业日趋完善，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。
本次课程设计就是利用STC单片机作为微控制器开发一套软、硬件相结合的单片机仿真设计实验平台，主要通过电路原理图，进行电路的焊接。
原理图主要包括计数器、LCD显示模块、串行通信模块、数码管显示模块、LED发光二极管、键盘等接口电路的设计。
这次单片机的课程设计具有模块化硬件结构和简单的人机交互功能、硬件功能模块以及部分演示程序。
该实验具有降低设计成本，缩短开发周期，丰富学生知识，提高设计水平等优点。
关键词：
STC单片机，仿真设计，计数器，数码管，LCD1602，LED灯
ExperimentPlatformDevelopmentDesignBasedon
STCMicrocontroller
ABSTRACT
Single-chipmicrocomputerisalsocalledthesinglechipmicrocomputer,anditsstructurecharacteristicsisthebasicfunctionofmicrocomputerunit（suchasCPU,memory,inputinterfaceandoutputinterface,timer/counterandterminalsystem,etc.）allintegratedonasemiconductorchip.Inthenumerousmembersofthefamilyofsinglechipmicrocomputer,MOS.51seriesmicrocontrollerwithitssuperiorperformance,maturetechnologyandhighreliabilityandhighperformance/costratio,quicklyoccupiedthemarket,becomethemainstreaminthefieldofmicrocomputerapplicationinChina.Atpresent,canbeusedintheproductsofMCS51seriessinglechipmicrocomputerdevelopmentmoreandmore,andallkindsofformacompleteset,allkindsofsoftwaredevelopmentsystemisgraduallyperfect,soyoucanveryeasilybyusingexistingresources,developallkindsofapplicationsystemsfordifferentpurposes.
ThecurriculumdesignistouseonSTCmicrocontrollerasthecontrollertodevelopasetofsoftwareandhardwarecombinationofsinglechipmicrocomputersimulationexperimentplatform,mainlythroughthecircuitprinciplediagram,weldingcircuit.Schematicdiagramincludescounter,LCDdisplaymodule,serialcommunicationmodule,digitaltubedisplaymodule,LEDlight-emittingdiodes,suchasthekeyboardinterfacecircuitdesign.Thecurriculumdesignwithmodularhardwarestructureofthesinglechipmicrocomputerandsimplehuman-computerinteractionfunction,thehardwarefunctionmodulesandsomeofthedemo.Theexperimenthastoreducethedesigncostandshortenthedevelopmentcycle,enrichstudents'knowledge,improvethedesignlevel,etc.
Keywords:
onSTCmicrocontroller,thesimulationdesign,counter,digitaltube,LCD1602,LEDlights
目录
摘要I
目录III
前言1
第1章系统概述2
1.1设计题目2
1.2系统设计目的和内容2
1.2.1设计目的2
1.2.2设计内容2
1.2.3设计要求2
1.2.4设计步骤3
第2章整体设计方案4
2.1开发板整体外观4
2.2整板电路Proteus仿真电路4
2.3软件功能描述5
2.4仿真软件Proteus中的效果图6
第3章硬件电路设计10
3.1两位一体共阴数码管11
3.1.1数码管概述11
3.1.2数码管内部结构11
3.1.3两位一体共阴数码管和74LS373锁存器接口电路12
3.2LCD1602液晶13
3.2.1LCD1602液晶显示功能14
3.2.2LCD1602液晶外围仿真电路15
3.3串口通信16
3.3.1串口通讯概述16
3.3.2MAX232接口电路17
第4章软件设计18
4.1程序整体流程图18
4.2整个程序显示过程18
第5章调试及故障分析19
5.1焊接准备阶段元器件测试、电路原理图故障分析19
5.2电路焊接过程中的故障分析19
5.3程序编写过程中的故障分析20
5.4实物演示效果20
结论26
参考文献27
附 录I28
附 录II35
前言
单片机诞生于1971年，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段，早期的SCM单片机都是8位或4位的。
其中最成功的是INTEL的8051，此后在8051上发展出了MCS51系列MCU系统。
基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。
随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。
90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。
随着INTELi960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。
由于单片机在工业控制领域的广泛应用，单片机由仅有CPU的专用处理器芯片发展而来。
最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。
目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。
导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。
更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。
因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。
单片机应用的意义不仅在于它的广阔范围及所带来的经济效益，更重要的意义在于，单片机的应用从根本上改变了控制系统传统的设计思想和设计方法。
以前采用硬件电路实现的大部分控制功能，正在用单片机通过软件方法来实现。
以前自动控制中的PID调节，现在可以用单片机实现具有智能化的数字计算控制、模糊控制和自适应控制。
这种以软件取代硬件并能提高系统性能的控制技术称为微控技术。
随着单片机应用的推广，微控制技术将不断发展完善。
本次课设我们就将以Proteus软件为仿真实验平台，进而通过单片机系统的实物焊接来进一步学习和掌握单片机的知识，增强学生的学习兴趣和积极性。
第1章系统概述
1.1设计题目
基于51系列单片机的实验平台开发设计
1.2系统设计目的和内容
1.2.1设计目的
利用STC系列单片机作为微控制器开发一套软、硬件相结合的单片机实验平台。
通过实际电路板的焊接及程序的设计，提高同学们的设计思维和动手能力；利用软、硬件相结合的单片机实验平台，使同学们把所学理论知识与实践相结合，进而更好的理解和掌握单片机的软、硬件知识。
1.2.2设计内容
1.电路原理图设计，主要包括集LCD显示模块、串口通信模块、数码管显示模块、LED发光二极管、键盘等接口电路的设计；
2.学习集成电路等芯片的焊接方法与技巧，进行实际元器件的识别，进行电路板焊接；
3.在KeilC环境下，进行软件设计。
主要包括流水灯、计数器、定时器、LCD字符显示、键盘的控制等功能程序设计；
4.针对所开发的实验板，结合器件选择、原理图设计、硬件焊接、软件编程调试、软硬件联调等方面写出课程设计报告。
1.2.3设计要求
1.完成综合实验平台的电路结构分析，进行模块分解，掌握各部分电路的工作原理;
2.独立完成电路板的焊接，掌握故障排除方法，完成实验平台的硬件设计及开发；
3.结合KeilC软件在焊接无误的单片机实验平台上开发出流水灯、LCD显示模块，通信模块等程序设计；
4.按照要求撰写课程设计论文。
1.2.4设计步骤
1.首先预习老师邮箱所发的电路设计原理图，了解各个模块的具体功能，掌握各种元器件的识别方法、封装和功能。
2.然后进行实物焊接，电路板都是已经刻录好的，只要从低到高依次对原器件焊接即可。
电路板焊接过程中让指导老师检查下看是否合格，合格后可继续焊接。
焊接好后，用万用表对焊好的电路板进行测量，检测电路是否有短路或虚焊，并交给指导老师检查。
3.电路板检查无误后，在指导教师的帮助下将准确无误的检验程序下载到电路中，给电路接通电源并运行，检验其是否能按照程序指令的要求实现全部功能，若能，则电路焊接任务宣告完成，否则重新检查电路故障，直至将其解决；
4.认真分析电路原理图的每个模块，要清楚地知道每个模块的功能及其实现方法。
然后开始针对每个模块进行程序的编写，主要包括数码管显示模块，LED显示，LCD显示模块及流水灯显示模块；
5.在Proteus中画出电路原理图，根据电路原理及课程设计要求认真编写程序，把调试好的程序hex文件下载到仿真电路中进行测试，并不断进行修改优化；
6.最后把优化的HEX文件通过软件下载到电路板进行测试实际测试，能完全实现预设的功能，则本次课程设计任务彻底完成。
第2章整体设计方案
1
2
2.1开发板整体外观
本次课程设计的电路焊接平台是在一块印刷电路板上面。
印刷电路板大多数连线已经连好。
按照电路板上的元件布局安放电器元件，焊接好电路即成为了开发板。
图2-1所示为开发板整体外观。
图2-1开发板整体外观
2.2整板电路Proteus仿真电路
在Proteus软件中完成电路连接，图2-2为整体电路的仿真。
图2-2电路在Proteus仿真图
2.3软件功能描述
此次课程设计用到KeilC和Proteus这两个计算机平台仿真软件，下面对这两种软件简要阐述。
1.KeilC简介：
KeilC51是美国KeilSoftware和德国慕尼黑的KeilElektronikGmbH公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。
Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（μVision）将这些部分组合在一起。
运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。
如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。
KeilμVision调试器准确地模拟8051设备的片上外围设备（IC、CAN、UART、SPI、中断、I/O端口、A/D转换器、D/A转换器和PWM模块）。
KeilC51集成开发环境的主要功能有以下几点：
µVision2forWindows、C51国际际准化C交叉编译器、51宏汇编器、
BL51链接器/定位器、LIB51库管理器、RTX-51实时操作系统。
2.ISISProtues简介
Protues软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件。
它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。
它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。
虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。
Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。
Protues软件有如下几个特点：
支持当前的主流单片机，如51系列等、提供丰富的虚拟仪器、提供丰富的外围接口器件及其仿真、提供软件调试功能、丰富的元器件库、具有强大的原理图绘制功能。
2.4仿真软件Proteus中的效果图
1.数码管的计数显示
K1闭合，LCD显示“数码管开始工作”，数码管显示00，仿真如图2-3所示。
图2-3键1开始画面
K2闭合，LCD显示“数码管count+1”，数码管计数+1，仿真如图2-4所示。
图2-4计数显示计数加一
K3闭合，LCD显示“数码管count-1”，计数器-1，如图2-5所示。
图2-5计数器计数减一
K4闭合，LCD显示“数码管Qing00”，数码管计数清零，仿真如图2-6所示
图2-6数码管计数清零
上述数码管计数清零后程序跳出数码管计数进行后续程序。
2.LCD液晶显示
首先按下k2，LCD开始工作，LCD上显示“LCD显示开始工作”，如图2-7所示。
图2-7“LCD显示开始工作”
K1闭合，LCD屏显示“zhangismyteam"，k3闭合，LCD屏显示“
zhangismyteamtoo"仿真图如图2-8所示。
图2-8lcd显示
K4闭合首先LCD显示“finishdate2014/12/25",随后又跳变显示“huayangLED开始工作”如图2-9所示。
图2-9LCD结束显示以及LED开始工作
K4闭合后，LCD结束显示而后自动跳转到LED显示功能上。
3.花样流水灯的显示
自动跳转后LCD上依次显示如图2-10所示
图2-10
闭合k1后LED灯自左到右而亮；按下k2，LED全部熄灭；按下k3，LED自右到左而亮；按下k4,LED自左到右而亮；如图2-11所示。
图2-11花样流水灯显示
第3章硬件电路设计
3.1两位一体共阴数码管
2
3
3.1
3.1.1数码管概述
led数码管（LEDSegmentDisplays）由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。
数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。
这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,来表示。
如图3-1所示即为本次课程设计用到的两位一体数码管的实物图。
图3-12位LED显示器件
3.1.2数码管内部结构
数码管根据不同需要可选用共阴极和共阳极。
数码管的内部结构如图3-2所示。
图3-2数码管内部结构
如表3-1所示为共阴、共阳极型数码管显示0~9的段码。
表3-1常用字符段码表
显示字符
段符号
十六进制代码
dp
g
f
e
d
c
b
a
共阴极
共阳极
0
0
0
1
1
1
1
1
1
3FH
C0H
1
0
0
0
0
0
1
1
0
06H
F9H
2
0
1
0
1
1
0
1
1
5BH
A4H
3
0
1
0
0
1
1
1
1
4FH
B0H
4
0
1
1
0
0
1
1
0
66H
99H
5
0
1
1
0
1
1
0
1
6DH
92H
6
0
1
1
1
1
1
0
1
7DH
82H
7
0
0
0
0
0
1
1
1
07H
F8H
8
0
1
1
1
1
1
1
1
7FH
80H
9
0
1
1
0
1
1
1
1
6FH
90H
3.1.3两位一体共阴数码管和74LS373锁存器接口电路
1．两位一体数码管
图3-3所示为实际的两位一体共阴数码管的接口电路图。
图3-3两位一体数码管接口电路
2．74LS373锁存器
图3-4为74LS373引脚及内部结构及其功能表。
图3-474LS373引脚及内部结构
74LS373功能表
LE
D
Q
0
1
1
1
0
1
0
0
0
0
×
不变
1
×
×
高阻态
74LS373的三种工作方式：
跟随（
=0，LE=1，输出跟随输入）；
锁存（
=0，LE从高变为低负跳变时，锁存D0-D7）；
高阻（
=1，Q0-Q7输出为高阻，相当于断开）。
图3-5所示为74373锁存器接口电路图。
图3-5数码管与74373锁存器接口电路
3.2LCD1602液晶
1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。
LCD1602是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）如图3-6所示。
图3-6LCD1602
3.2.1LCD1602液晶显示功能
1.字符型液晶显示模块RT-1602C的内部结构
液晶显示模块RT-C1602C的内部结构可以分成三部分：
一为LCD控制器，
二为LCD驱动器，三为LCD显示装置，如图3-7所示：
图3-7
HD44780是集控制器、驱动器于一体，专用于字符显示控制驱动集成电路。
可选择5×7或5×10点字符。
HD44780不仅作为控制器而且还具有驱动40×16点阵液晶像素的能力，并且HD44780的驱动能力可通过外接驱动器扩展360列驱动。
HD44780可控制的字符高达每行80个字，也就是5×80=400点，HD44780内部有16路行驱动器和40路列驱动器，所以HD44780本身就具驱动有16×40点阵LCD的能力（即单行16个字符或两行8个字符）。
如果在外部加一HD44100外扩展多40路/列驱动，则可驱动16×2LCD。
HD44780的显示缓冲区DDRAM、字符发生存储器（ROM）及用户自定义的字符发生器CGRAM全部集成在芯片内。
HD44780有80个字节的显示缓冲区，分两行，地址为：
第一行为00H~27H；（0～39→40个）
第二行为40H~67H。
（64～103→40个）
HD44780具有8位数据和4位数据传输两种方式，可与4/8位CPU相连。
具有简单而功能较强的指令集，可实现字符移动、闪烁等显示功能。
HD44780内部的字符发生存储器（ROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形包括阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号和日文假名等。
2.字符型液晶显示模块RT-1602C的按键功能
如图3-8所示即为液晶显示器引脚取不同值的各个功能
图3-8引脚功能图
3.2.2LCD1602液晶外围仿真电路
图3-11LCD1602液晶外围仿真电路
3.3串口通信
3.3.1串口通讯概述
1.串口通信概念：
（1）串口通信是指外设和计算机间，通过数据信号线、地线、控制线等，按位进行传输数据的一种通讯方式。
（2）串口是计算机上一种非常通用的设备通信协议。
（3）RS-232（ANSI/EIA-232标准）是IBM-PC及其兼容机上的串行连接标准。
2.串口通信原理：
（1）串口通信的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节。
尽管比按字节的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。
它很简单并且能够实现远距离通信。
通信使用3根线完成，分别是地线、发送、接收。
由于串
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