洛阳理工学院单片机课程设计报告已修改.docx
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洛阳理工学院单片机课程设计报告已修改
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51系列单片机的实验平台开发设计
专业通信工程
班级B120509
学号B1*******
姓名徐国旗
完成日期2015年1月2日
课程设计任务书
设计题目：
基于51系列单片机的实验平台开发设计
设计内容与要求：
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平台，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、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，数码管显示模块等程序设计；
4.按照要求撰写课程设计论文。
指导教师：
李传锋
2014年12月29日
课程设计评语
成绩：
指导教师：
_______________
年月日
基于51系列单片机的实验平台开发设计
摘要
单片机，全称单片微型计算机（英语：
Single-ChipMicrocomputer），又称微控制器（Microcontroller），是把中央处理器、存储器、定时/计数（Timer/Counter）、各种输入输出接口等都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。
与应用在个人电脑中的通用型微处理器相比，它更强调自供应（不用外接硬件）和节约成本。
它的最大优点是体积小，可放在仪表内部，但存储量小，输入输出接口简单，功能较低。
由于其发展非常迅速，旧的单片机的定义已不能满足，所以在很多应用场合被称为范围更广的微控制器；由于单芯片微电脑常用于当控制器故又名singlechipmicrocontroller，但是目前在中国大陆仍多沿用“单片机”的称呼。
主要特点：
1、主流单片机包括CPU、4KB容量的ROM、128B容量的RAM、2个16位定时/计数器、4个8位并行口、全双工串口行口、ADC/DAC、SPI、I2C、ISP、IAP。
2、系统结构简单，使用方便，实现模块化；
3、单片机可靠性高，可工作到10^6~10^7小时无故障；
4、处理功能强，速度快。
5、低电压，低功耗，便于生产便携式产品
6、控制功能强
7、环境适应能力强。
本次课程设计就是利用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，主要通过电路原理图，进行电路的焊接。
原理图主要包括集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。
这次单片机的课设它具有模块化硬件结构和简单的人机交互功能，硬件功能模块及部分演示程序。
该实验板具有降低设计成本，缩短开发周期，丰富学生知识，提高设计水平等优点。
第1章概述
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设计步骤
1．学习各元器件，弄清楚其工作原理；
2．Proteus软件仿真电路图的绘制；
3．根据电路图在开发板上进行焊接；
4．编写、调试开发板程序
5．下载到单片机中，查看实际运行效果。
1.3Proteus与KeilC51软件介绍
Proteus软件是英国LabCenterElectronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。
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。
它是目前比较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。
是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。
在编译方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多种编译器。
KeilC51是美国KeilSoftware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
第2章硬件电路设计
2.1电路各元器件介绍
2.1.1LCD1602液晶
液晶显示器，或称LCD（LiquidCrystalDisplay），为平面超薄的显示设备，它由一定数量的彩色或黑白像素组成，放置于光源或者反射面前方。
液晶显示器功耗很低，因此倍受工程师青睐，适用于使用电池的电子设备。
它的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面配合背部灯管构成画面。
1、LCD1602实物图
图1LCD外观及引脚
显示容量：
16个×2排字符；工作电流2.0mA（5.0V）；字符尺寸：
2.95×4.35mm。
【能够看到的是2排，各16个字符，不是汉字】
2、LCD1602的读写
LCD1602的第5脚：
R/W，读写操作选择（1－读，0－写）。
表1LCD1602的读写
RS
R/W
寄存器及操作
0
0
指令寄存器写入
0
1
忙信号和地址计数器读出
1
0
数据寄存器写入
1
1
数据寄存器读出
LCD1602的第6脚：
E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时（负
跳变），液晶模块执行命令。
【类似于74LS373，需要负跳变】执行一条命令或写入一个数据，都要使E有一个负跳变。
2.1.2两位一体共阴数码管
1
2
2.1
数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。
共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极（COM）的数码管，共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。
同时数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字
1、实物图
图2两位一体LED数码管
2、共阴极LED数码管的内部结构原理图：
图3共阴极LED数码管的内部结构原理图
表2共阴数码管字模表
显示
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
字模
0x3f
0x06
0x5b
0x4f
0x66
0x6d
0x7d
0x07
0x7f
0x6f
此次设计中两位一体数码管采用74LS374锁存器锁存，电路详见附录。
2.1.3其它元器件介绍
1、LED流水灯
流水灯中用8只LED发光二极管练成一排，作为流水灯。
二极管长引脚为正极短引脚为负极，也可用万用表测量。
发光二极管如图所示。
图4LED发光二极管
2、74LS138、74LS373芯片
图574LS138引脚及真值表
注：
1表示高电平，0表示低电平，×表示任意【C为高位，A为低位】
OE
LE
D
Q
0
1
1
1
0
1
0
0
0
0
×
不变
1
×
×
高阻态
图674LS373引脚及功能表
74LS373的三种工作方式：
跟随（OE=0,LE=1,输出跟随输入）
锁存（OE=0,LE从高变为低负跳变时，锁存D0～D7）
高阻（OE=1，Q0～Q7输出为高阻，相当于断开）
另外，此次设计中还用的排阻、色环电阻、电容、三极管等元件，在此不再做详细介绍。
2.2仿真电路连接与实物焊接
2.2.1protues仿真电路
在protues中连接各模块电路，注意各元器件的接法，各模块连接电路图如下：
图7液晶显示及流水灯模块
图8数码管及按键模块
其它模块的连接在此不再展示，详见附录。
2.2.2电路板焊接
1、焊接准备
根据电路原理图，焊接元器件。
先读出色环电阻的阻值，判断电容引脚的正负极，或用万用表测试。
检测各器件是否正常。
准备好电烙铁、焊锡、松香等必备物品。
2、焊接
给电烙铁加热，达到温度后按电路板上元件从低到高的顺序进行焊接，在焊接时要细心、仔细，在正确的位置焊上正确的元件，防止出现错误。
3、检测焊接电路
完成后检查是否有漏焊、连锡等问题。
在我们组用了一上午焊接电路，检查时发现LCD液晶显示不能显示、一个发光二极管不亮，经检测是器件损坏，经更换后故障解除。
焊接实物图如下：
图9焊接电路图
第3章软件设计
3.1程序整体思路
从电路着手编写程序，希望一个程序能把各模块连接起来，而不是用多个程序进行加载。
并且打开电源后能够重复进入各模块，而不是每次都需要复位。
所以可以先分开写各模块程序，然后连接起来。
可用while语句查询各标志位实现开电源后能够重复进入各模块。
程序的流程及各标志位含义如下：
图10程序流程图
表3各标志位含义
s
总标志位，1开，0关
b1
1写时计数器菜单
s1
每次进入主菜单时写主菜单
b2
更新计数值时重新显示
s2
刚通电或关闭时写关闭菜单
c
LCD模块总标志位
a
流水灯总标志位，1进入0退出
c0
1时写LCD菜单
a1
流水灯左循环标志位
c1
LCD显示姓名
a2
流水灯右循环标志位
c2
LCD显示学号
a3
流水灯暂停标志位
c3
LCD显示日期
b
计数器总标志位，1进入0退出
3.2程序编程实现
（1）流水灯函数程序（执行该模块的同时，LCD上显示流水灯菜单，详见附录）：
voidledmod（）{
writemenu（LEDmenu）;//写菜单
for（i=0;i<3;i++）//先闪烁几下后全亮
{P2=0x55;
delay（150）;
P2=0xaa;
delay（150）;}
P2=0;
while
（1）{
if（a1==1）{
for（i=0;i<8;i++）//往左流
{
if（a==0）break;//a=0，跳出LED模块，下同
if（a2==1）{a1=0;break;}
P2=led[i];
delay（200）;
while（a3==1）if（a==0）break;}//a3=1，执行while循环，相当于暂停
}
if（a2==1）{
for（i=0;i<8;i++）//往右流
{
if（a==0）break;
if（a1==1）{a2=0;break;}
P2=led[7-i];
delay（200）;
while（a3==1）if（a==0）break;
}
}if（a==0）break;}}
（2）计数器函数程序（执行该模块的同时，LCD上显示计数器菜单，详见附录）：
voidcoutermod（）{
if（b1==1）{b1=0;//进入计数器后，写菜单并让数码管显示0，流水灯熄灭
writemenu（counter）;
P0=0x3f;
P2=0xff;}
if（b2==1）{b2=0;//按下按键数据改变时，数码管重新显示
p25=1;p26=0;p27=0;
P0=table[count/10];
p25=p26=p27=0;
P0=table[count%10];}}
（3）LCD液晶显示模块程序（执行该模块的同时，LCD上显示其菜单，详见附录）：
voidLCDmod（）{
if（c0==1）{c0=0;writemenu（lcdmenu）;}//写LCD菜单
if（c1==1）{c1=0;//
wcmd（0x80+0x40）;for（j=0;j<16;j++）wdat（name[j]）;}
if（c2==1）{c2=0;
wcmd（0x80+0x40）;for（j=0;j<16;j++）wdat（num[j]）;}
if（c3==1）{c3=0;
wcmd（0x80+0x40）;for（j=0;j<16;j++）wdat（date[j]）;}}
（4）写各菜单函数（用于写各个模块的菜单）：
voidwritemenu（unsignedcharp[]）
{wcmd（0x01）;
for（j=0;j<16;j++）
wdat（p[j]）;
wcmd（0x80+0x40）;
for（;j<32;j++）
wdat（p[j]）;
（5）主函数
voidmain（）
{
TCON=0x55;//01010101，TR1=TR0=IT1=IT0=1
TMOD=0x66;//01100110,两个都为计数方式2
TH0=TL0=0xff;
TH1=TL1=0xff;
IE=0x8f;
LCD_init（）;
writemenu（OFF）;
P0=0;
while
（1）{
if（s）{//s=1，开始；s=0，关闭。
while
（1）{
if（s1）{s1=0;writemenu（mainmenu）;}
if（a==1）{ledmod（）;}
if（b==1）{coutermod（）;}
if（c==1）{LCDmod（）;}
if（s==0）{writemenu（OFF）;break;}
}}}}
（6）四个中断函数：
key0（）interrupt1{delay（100）;
if（a==0&&b==0&&c==0&&s）{a=1;return;}//&&b==0&&c==0&&s，判断是否在主菜单中，下同
if（a==1）if（a1==0&&a3==0）a1=1;//&&a3==0，暂停时不能通过中断改变循环方向
if（b==1）{count++;if（count==100）count=0;b2=1;}
if（c==1）{if（c1==0）{c1=1;}}
}
key1（）interrupt3{delay（100）;
if（b==0&&a==0&&c==0&&s）{b=b1=1;return;}//b1=1，第一次进入计数器
if（a==1）if（a2==0&&a3==0）a2=1;
if（b==1）{count--;if（count<0）count=0;b2=1;}
if（c==1）{if（c2==0）{c2=1;}}
}
key2（）interrupt0{delay（100）;
if（c==0&&b==0&&a==0&&s）{c=1;c0=1;return;}
if（a==1&&（a1||a2））{a3=!
a3;}//&&（a1||a2），防止刚进入流水灯时，按下暂停键暂停
if（b==1）{count=0;b2=1;}
if（c==1）{if（c3==0）{c3=1;}}
}
key3（）interrupt2{delay（100）;
if（a==0&&b==0&&c==0）{s=!
s;}//在关闭或主菜单中按下key3开始或进入主菜单
if（a==1）{a=0;a1=a2=a3=0;}
if（b==1）{b=count=b2=0;}
if（c==1）{c=c1=c2=c3=0;}
if（s）s1=1;//s=1，在每次由各模块返回到主菜单或由关闭到主菜单时写主菜单
elses2=1;//s=0，在刚通电或由主菜单关闭时写关闭菜单
}
此次编程和优化总共花费了十多个小时，最终达到自己预想的效果，其它如LCD驱动函数、定义变量等命令在此不再列出，详见附录中的源程序。
3.3程序的优缺点分析
优点：
（1）一个程序能把各模块连接起来，而不是用多个程序进行加载。
（2）打开电源后能够重复进入各模块，无需每次复位。
（3）每个模块都可以通过按键实现多种功能，功能丰富。
（4）可根据LCD提示操作，更加人性化。
（5）各模块单独为一个函数，使程序结构明朗。
缺点：
主要是标志位过于繁多，阅读困难，给程序的修改和优化带来麻烦。
所以程序还有待优化。
第4章仿真及实物效果展示
4.1关闭菜单与主菜单
关闭菜单与主菜单效果如下图所示：
图11仿真与实物的关闭菜单与主菜单
4.2流水灯模块
功能有左流、右流、清零、返回，部分功能展示如下：
图12流水灯模块仿真及实物部分效果
4.3计数器模块
功能有加计数、减计数、清零、返回，部分功能展示如下：
图13计数器模块部分效果
4.4LCD液晶显示模块
功能有显示姓名、学号、日期、返回，部分功能展示如下：
图14LCD模块部分效果
心得体会
参考文献
【1】林立，张俊亮编单片机原理及应用——基于Proteus和Keilc[M].北京：
电子工业出版社，2013.1
【2】谭浩强.C程序设计（第四版）.北京：
清华大学出版社，2010.6
【3】周润景等.PROTEUS入门实用教程.北京：
机械工业出版社，2007.
【4】贾好来.MCS-51单片机原理及应用.北京：
机械工业出版社，2007.
附 录
1、源程序
#include
#defineucharunsignedchar
sbitRS=P1^6;
sbitRW=P1^7;
sbitp25=P2^5;
sbitp26=P2^6;
sbitp27=P2^7;
sbitp32=P3^2;
sbitp33=P3^3;
sbitp34=P3^4;
sbitp35=P3^5;
bits,s1,s2,a,a1,a2,a3,b,b1,b2,c,c0,c1,c2,c3;
charcount;
ucharLCD_Status,i,j;
ucharcodemainmenu[]="Mainmenu:
1LED2C3LCD4OFF";
ucharcodeLEDmenu[]={'','','','N','o','w','','i','s','','L','E','D',
':
','','','','1',':
',0x7f,'2',':
',0x7e,'3',':
','p','/','s','','4',':
','R'};
ucharcodecounter[]="Nowiscounter:
1:
+2:
-3:
'0'4:
R";
ucharcodelcdmenu[]="NowisLCD:
1name2num3date4R";
ucharcodename[]="XuGuoQi";
ucharcodenum[]="B12050923";
ucharcodedate[]="2014/12/18";
ucharcodeOFF[]="OFFPresskey4Start";
ucharcodeled[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f,0xff,0x7e,0x3c,0x18,0x00};
ucharcodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
voiddelay（unsignedintcount）
{unsignedchari;
while（count--）
for（i=0;i<120;i++）;
}
/*************************LCD相关驱动函数*****************************/
unsignedcharBusy_Check（）//检查忙函数
{RS=0;RW=1;//RS=0，控制寄存器，RW=1，读
p25=0;p26=1;p27=0;
delay
（1）;
LCD_Status=P0;
delay
（1）;
p25=1;p26=1;p27=0;
returnLCD_Status;
}
voidwcmd（unsignedcharcmd）//写命令函数,RS=0；RW=0
{while（（Busy_Check（）&0x80）==0x80）;
RS=0;RW=0;
p25=0;p26=1;p27=0;
P0=cmd;
delay
（1）;
p25=1;p26=1;p27=0;
}
voidwdat（unsignedchardat）//写数据函数,RS=1；RW=0
{
while（（Busy_Check（）&0x80）==0x80）;
RS=1;RW=0;
p25=0;p26=1;p27=0;
P0=dat;
delay
（1）;
p25=1;p26=1;p27=1;
P0=0;//每次写数据后熄灭LED数码管
P2=0xff;//每次写数据后熄灭LED流水灯
}
voidLCD_init（）//初始化函数
{wcmd（0x38）;//38H=00111000，使用8位，用5×7的字型，2行
delay
（1）;//改为0x3C=00111100，就用5×10字型
wcmd（0x01）;//01H=00000001，清屏【命令1】
delay
（1）;
wcmd（0x06）;//06H=00000110，字符不动，光标自动右移一格【命令3】
delay
（1）;
wcmd（0x0c）;//0eH=00001110，开显示，无光标，字符不闪烁【命令4】
delay
（1）;
}
/***************************写各菜单函数******************************/
voidwritemenu（unsignedcharp[]）
{wcmd（0x01）;
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