51单片机课程设计.docx
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51单片机课程设计
一、设计任务与要求
1.任务：
制作并调试51单片机学习板
2.要求：
（1）了解并能识别学习板上的各种元器件，会读元器件标示；
（2）会看电路原理图；
（3）制作51单片机学习板，并将下发的单片机元件焊接为开发板；
（4）学会使用KeilC软件下载调试程序；用调试程序将51单片机学习板调试成功。
（5）熟练开发板的功能，并利用已有模块设计出相应的功能。
二、开发板介绍
1、原理图
2、开发板资源介绍：
USB供电
MAX232串口通信
DS18B20温度传感器
红外遥控接收模块
1602字符液晶模块
12864带字库液晶模块
跑马灯
四位一体数码管
独立按键
蜂鸣器
双排扩展插针
三、硬件调试
1、是否短路
用万用表检查P2两端是短路。
电阻为0，则短路，电阻为一适值，电路正常。
2、焊接顺序
焊接的顺序很重要，按功能划分的器件进行焊接，顺序是功能部件的焊接--调试--另一功能部件的焊接，这样容易找到问题的所在。
3、器件功能
1）检查原理图连接是否正确
2）检查原理图与PCB图是否一致
3）检查原理图与器件的DATASHEET上引脚是否一致
4）用万用表检查是否有虚焊，引脚短路现象
5）查询器件的DATASHEET，分析一下时序是否一致，同时分析一下命令字是否正确
6）通过示波器对芯片各个引脚进行检查，检查地址线是否有信号的
7）飞线。
用别的的口线进行控制，看看能不能对其进行正常操作，多试验，才能找到问题出现在什么地方。
四、任务设计
由于开发板功能有限，所以基本把可以实现的功能都用上了。
设计的功能大体上分为5个模块：
18B20的温度测量模块、红外遥控器的解码模块、蜂鸣器音乐播放模块、数码管定时器模块、1602显示模块。
另外由于跑马灯的Port口与1602显示Port口复用，且该功能较为简单，所以并未实现该功能。
且12864模块和1602模块类似，同为液晶显示模块，该功能也未实现。
其它模块功能都已实现。
下面将分别介绍各个模块功能的实现。
五、模块介绍
1、18B20的温度测量
DS18B20是温度测量器件，有三个引脚，类似于三极管，分别是地线GND、数据线I/O、电源线VDD。
由于DS18B20采用的是1－Wire总线协议方式，即在一根数据线上实现数据的双向传输，而对AT89S51单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。
由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。
DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。
该协议定义了几种信号的时序：
初始化时序、读时序、写时序。
所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。
而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。
数据和命令的传输都是低位在先。
ds18b20时序说明
根据官方数据手册，我们可以对其时序进行如下分析：
初始化时序：
上图是DS18B20初始化时序，从图中我们可以得知，黑线代表的是主设备，也就是单片机被要求的操作，灰线代表的是从设备，也就是18B20的电平变化。
首先由单片机拉低信号线480us，使它复位，然后释放总线15-60us，18b20会拉低总线60-240us，然后它释放总线。
所以初始化成功的一个标志就是能否读到18b20这个先低后高的操作时序。
如检测到，则代表初始化成功。
注意，每次读取都要初始化，否则18b20处于待机状态，无法成功读取。
写时序：
该过程是写1bit数据过程。
而该过程又分为写0和写1操作。
当要写0时序时，单总线要被拉低至少60us，保证18B20在15us到60us之间能正确的采样到“0”电平。
当写1时序时，单总线被拉低后，在15us之内就需要释放单总线，保证18B20在15us到60us之间能正确的采样到“1”电平。
读操作：
该过程是读1bit数据过程。
单总线被单片机拉低后，需在15us内释放才能保证主设备可以采样到18B20传入的数据。
在15us到60us之间单片机采样到一位数据，则18B20完成一个读时序至少要60us才能完成。
完成了最基本的三个时序操作之后，便可以对照着官方数据手册，使用相关指令，实现自己需要的功能。
2、红外遥控解码模块
如左图所示，红外接收管收三个引脚，一个数据口，一个电源和一个地。
使用38kHz载波频率
头码间隔为9ms+4.5ms
使用16位客户代码
使用8位数据代码和8位取反的数据代码
数据格式包括引导码、用户码、数据码及数据码反码，编码一共是32位。
红外遥控信号从引导码开始，接下来是16位客户代码，然后是8位数据代码和取反的二进制8位代码，最后的是1位结束位。
此种编码方式可以使用MCU的捕获功能实现，通过比较两次捕获的时间，来判断发射码，按照如下图的时序，便能实现红外解码。
3、蜂鸣器音乐播放模块
蜂鸣器分为无源和有源两种，这里的“源”不是指电源。
而是指震荡源。
也就是说，有源蜂鸣器内部带震荡源，所以只要一通电就会叫。
而无源内部不带震荡源，所以如果用直流信号无法令其鸣叫。
必须用2K~5K的方波去驱动它。
有源蜂鸣器往往比无源的贵，就是因为里面多个震荡电路。
无源蜂鸣器的优点是：
便宜、声音频率可控，可以做出“多来米发索拉西”的效果、在一些特例中，可以和LED复用一个控制口。
而有源蜂鸣器的优点是：
程序控制方便。
本实验板中用的是无源蜂鸣器，则可以通过单片机发出不同频率的波来改变声音的频率，达到不同的音调，通过不同音调的组合，可以实现简单的音乐播放。
本模块主要是定时器的应用，通过计算，配置相应的寄存器参数，就可以实现频率的精准控制，产生不同评论的方波，然后再用音乐频率取模软件，就可以得到一首歌的频率和时隙的变化。
然后再通过单片机产生相应的PWM波，送入如图所示的Port口，蜂鸣器便可以产生不同的音乐。
4、数码管定时器模块
该模块涉及到两个方面的知识，一个是定时器的精准控制，另一个是数码管的动态扫描。
定时器的精准控制在上面蜂鸣器中已经说了，这里就不再赘述。
这里主要讲的是动态扫描，由于本实验板给的是四位一体数码管。
未用到锁存器，就可以直接用单片机来控制位选，由于数码管的每位不能单独写数据，所以必须利用动态扫描来显示。
动态扫描的原理主要是利用人眼的视觉暂留，因为不能单独写数据，所以要想让数码管显示不同的值，必须每位单独分开显示，每次只开一个位选，选中一个数码管，送入相应的数据，然后开第二个位选端，写入相应位的数据，然后循环控制位选，然后利用单片机调整切换速率到合适的大小，根据人眼的视觉暂留，看上去就像是4位数据是同时显示的，这就是数码管的动态显示原理。
然后通过计算，严格控制定时器，然后每秒更改一次数码管显示的值，那么定时器就算是完成了。
5、1602显示模块
中间的Valid Data即有效数据区，我们进行读或写，无非都是想进行数据的传送，在时序图中， 进行读操作的时候，RW置于1，RS则根据读的内容（状态或数据）置为1或0，经过td时间后，可以在数据口读到正确的数据，由于td的时间极短（ns级），单片机操作一般是us级，所以可以不考虑这个时间差，在将E置为1之后，接着写指令去读取数据，在读到数据后，再将E置为0，经过THD2时间后，数据口上的数据失效。
在进行写操作的时候，RW要置为0，RS根据写的内容不同（指令或数据）置为1或0，同时，在将E置为1之前，要先将数据送到数据口上，然后，在C位置，将E置为1，经过tPW延时后，再将E置为0，在这个时间段内必须保证数据口上的数据稳定不变，为有效的数据。
同理，由于tPW这些延时相对较短（ns级），所以在单片里也不必考虑延时问题。
基本的读写操作实现之后，就可以根据数据手册，根据相关指令，就可以实现相应的需要的功能。
六、模块整合：
七、程序实现：
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#definejump_ROM0xCC
#definestart0x44
#defineread_EEROM0xBE
#defineROW4
ucharidatanotQuit=1;
constucharcodetable[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};
constucharcodetable1[10]={0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10};
constucharcodeLED_W[4]={0xef,0xdf,0xbf,0x7f};
ucharidatajishi[4]={0,0,0,0};
uintidatajishuqi=0;
ucharidatai=0;
ucharidatanotChange=0;
ucharidatastart1=0;
ucharidatastop=0;
ucharidataID=0;
constucharcodeLCD_ID[ROW+1][16]={
{"RedDecoding"},
{"TempDisplay"},
{"Timer"},
{"Music"},
{""}
};
constucharcodemusic[2][14]={{"WishYouSafe"},{"LBDYHBYC"}};
constucharcodetimer[2][6]={{"start"},{"stop"}};
constucharcodeIr[12]={"IRCODE:
--H"};
constucharcodetem[15]={"Nowtempis--"};
sbitSpeak=P3^4;//蜂鸣器
sbitIRIN=P3^3;//红外接收
sbitD18B20=P3^5;//DS18B20数据口
sbitE=P1^2;
sbitRW=P1^1;
sbitRS=P1^0;
sbitUP=P2^3;
sbitDOWN=P2^2;
sbitENTER=P2^1;
sbitEXIT=P2^0;
ucharidataIRCOM[7];
ucharidataTMPH,TMPL;
ucharidataCount;
ucharidataplay=0;
bitflag;
constucharcodeSONG[]={//祝你平安
0x26,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x26,0x10,0x20,0x10,0x20,0x80,0x26,0x20,0x30,0x20,
0x30,0x20,0x39,0x10,0x30,0x10,0x30,0x80,0x26,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x1c,0x20,
0x20,0x80,0x2b,0x20,0x26,0x20,0x20,0x20,0x2b,0x10,0x26,0x10,0x2b,0x80,0x26,0x20,
0x30,0x20,0x30,0x20,0x39,0x10,0x26,0x10,0x26,0x60,0x40,0x10,0x39,0x10,0x26,0x20,
0x30,0x20,0x30,0x20,0x39,0x10,0x26,0x10,0x26,0x80,0x26,0x20,0x2b,0x10,0x2b,0x10,
0x2b,0x20,0x30,0x10,0x39,0x10,0x26,0x10,0x2b,0x10,0x2b,0x20,0x2b,0x40,0x40,0x20,
0x20,0x10,0x20,0x10,0x2b,0x10,0x26,0x30,0x30,0x80,0x18,0x20,0x18,0x20,0x26,0x20,
0x20,0x20,0x20,0x40,0x26,0x20,0x2b,0x20,0x30,0x20,0x30,0x20,0x1c,0x20,0x20,0x20,
0x20,0x80,0x1c,0x20,0x1c,0x20,0x1c,0x20,0x30,0x20,0x30,0x60,0x39,0x10,0x30,0x10,
0x20,0x20,0x2b,0x10,0x26,0x10,0x2b,0x10,0x26,0x10,0x26,0x10,0x2b,0x10,0x2b,0x80,
0x18,0x20,0x18,0x20,0x26,0x20,0x20,0x20,0x20,0x60,0x26,0x10,0x2b,0x20,0x30,0x20,
0x30,0x20,0x1c,0x20,0x20,0x20,0x20,0x80,0x26,0x20,0x30,0x10,0x30,0x10,0x30,0x20,
0x39,0x20,0x26,0x10,0x2b,0x10,0x2b,0x20,0x2b,0x40,0x40,0x10,0x40,0x10,0x20,0x10,
0x20,0x10,0x2b,0x10,0x26,0x30,0x30,0x80,0x00,
//路边的野华不要采
0x30,0x1C,0x10,0x20,0x40,0x1C,0x10,0x18,0x10,0x20,0x10,0x1C,0x10,0x18,0x40,0x1C,
0x20,0x20,0x20,0x1C,0x20,0x18,0x20,0x20,0x80,0xFF,0x20,0x30,0x1C,0x10,0x18,0x20,
0x15,0x20,0x1C,0x20,0x20,0x20,0x26,0x40,0x20,0x20,0x2B,0x20,0x26,0x20,0x20,0x20,
0x30,0x80,0xFF,0x20,0x20,0x1C,0x10,0x18,0x10,0x20,0x20,0x26,0x20,0x2B,0x20,0x30,
0x20,0x2B,0x40,0x20,0x20,0x1C,0x10,0x18,0x10,0x20,0x20,0x26,0x20,0x2B,0x20,0x30,
0x20,0x2B,0x40,0x20,0x30,0x1C,0x10,0x18,0x20,0x15,0x20,0x1C,0x20,0x20,0x20,0x26,
0x40,0x20,0x20,0x2B,0x20,0x26,0x20,0x20,0x20,0x30,0x80,0x20,0x30,0x1C,0x10,0x20,
0x10,0x1C,0x10,0x20,0x20,0x26,0x20,0x2B,0x20,0x30,0x20,0x2B,0x40,0x20,0x15,0x1F,
0x05,0x20,0x10,0x1C,0x10,0x20,0x20,0x26,0x20,0x2B,0x20,0x30,0x20,0x2B,0x40,0x20,
0x30,0x1C,0x10,0x18,0x20,0x15,0x20,0x1C,0x20,0x20,0x20,0x26,0x40,0x20,0x20,0x2B,
0x20,0x26,0x20,0x20,0x20,0x30,0x30,0x20,0x30,0x1C,0x10,0x18,0x40,0x1C,0x20,0x20,
0x20,0x26,0x40,0x13,0x60,0x18,0x20,0x15,0x40,0x13,0x40,0x18,0x80,0x00,0x00
};
/*****延时******/
voiddelay（unsignedcharx）//x*0.14MS
{
unsignedchari;
while（x--）
{
for（i=0;i<13;i++）{}
}
}
voiddelay1（intms）//1ms
{
unsignedchary;
while（ms--）
{
for（y=0;y<134;y++）
{
;
}
}
}
voiddelay2（）
{
inti,j;
for（i=0;i<=5;i++）
for（j=0;j<=2;j++）;
}
voiddelay3（）
{
inti,j;
for（i=0;i<=150;i++）
for（j=0;j<=100;j++）;
}
voidjishi_Disp（）;
/*******数码管显示延时******/
voiddelay4（）
{
uchari=200;
for（;i>0;i--）
jishi_Disp（）;
}
/*******蜂鸣器延时*******/
voidDelay_xMs（uintx）
{
uinti,j;
for（i=0;i{
for（j=0;j<1;j++）;//3
}
}
/********温度延时********/
voidTempDelay（ucharus）
{
while（us--）;
}
/******LCD命令******/
voidenable（uchardel）
{
P0=del;
RS=0;
RW=0;
E=0;
delay2（）;
E=1;
delay2（）;
}
/******LCD数据******/
voidwrite（uchardel）
{
P0=del;
RS=1;
RW=0;
E=0;
delay2（）;
E=1;
delay2（）;
}
/******LCD初始化******/
voidL1602_init（void）
{
enable（0x01）;
enable（0x38）;
enable（0x0e）;
enable（0x06）;
enable（0xd0）;
}
/******LCD写字符******/
voidL1602_char（ucharhang,ucharlie,charsign）
{
uchara;
if（hang==1）a=0x80;
if（hang==2）a=0xc0;
a=a+lie-1;
enable（a）;
write（sign）;
}
/******LCD写字符串*****/
voidL1602_string（ucharhang,ucharlie,uchar*p）
{
uchara;
if（hang==1）a=0x80;
if（hang==2）a=0xc0;
a=a+lie-1;
enable（a）;
while
（1）
{
if（*p=='\0'）break;
write（*p）;
p++;
}
}
/*******初始化18B20*****/
voidInit18b20（void）
{
D18B20=1;
_nop_（）;
D18B20=0;
TempDelay（80）;//delay530uS//80
_nop_（）;
D18B20=1;
TempDelay（14）;//delay100uS//14
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
if（D18B20==0）
flag=1;//detect1820success!
else
flag=0;//detect1820fail!
TempDelay（20）;//20
_nop_（）;
_nop_（）;
D18B20=1;
}
/*******18B20读字节**********/
unsignedcharReadByte（void）//读取单字节
{
unsignedcharidatai,u=0;
for（i=0;i<8;i++）
{
D18B20=0;
u>>=1;
D18B20=1;
if（D18B20==1）
u|=0x80;
TempDelay
（2）;
_nop_（）;
}
return（u）;
}
/*********写字节**********/
voidWriteByte（ucharwr）//单字节写入
{
unsignedcharidatai;
for（i=0;i<8;i++）
{
D18B20=0;
_nop_（）;
D18B20=wr&0x01;
TempDelay（3）;//delay45uS//5
_nop_（）;
_nop_（）;
D18B20=1;
wr>>=1;
}
}
/*********读数据**********/
/*
voidread_bytes（ucharj）
{
unsignedcharidatai;
for（i=0;i{
*p=ReadByte（）;
p++;
}
}
*/
/*********显示温度********/
voidTemp_Disp（）
{
ucharshi=0,ge=0;
uinttemp;
Init18b20（）;
WriteByte（0xcc）;//skiprom
WriteByte（0x44）;//Temperatureconvert
Init18b20（）;
WriteByte（0xcc）;//skiprom
WriteByte（0xbe）;//readTemperature
TMPL=ReadByte（）;
TMPH=ReadByte（）;
L1602_string（1,3,LCD_ID[ID]）;
L1602_string（2,1,tem）;
//if（TMPH&0xfc==0xfc）
//{
//temp=（~（TMPL/16+（TMPH|0xfc）*16））+1;
//L1602_char（2,12,'-'）;
//}
//else
{
temp=TMPL/16+TMPH*16;
}
shi=temp/10%10+0x30;
ge=temp%10+0x30;
L1602_char（2,13,shi）;
L1602_char（2,14,ge）;
L1602
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