1、1 HEFEI UNIVERSITY 單片機(jī)課程設(shè)計報告專 業(yè) 10 自動 化 （1）班 姓 名 柴文峰 林宏 指導(dǎo)教師 儲 忠 完成時間 2013 年 6 月 20 日 2目錄前言：前言： .3實驗一實驗一 構(gòu)建單片機(jī)最小系統(tǒng)和實驗環(huán)境熟悉構(gòu)建單片機(jī)最小系統(tǒng)和實驗環(huán)境熟悉 .31.1 單片機(jī)的工作原理單片機(jī)的工作原理.31.1.1 運(yùn)算器.31.1.2 控制器.51.1.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)組成電路圖.71.1.4 實驗總結(jié).71.1.5 思考題.8實驗二跑馬燈實驗及實驗二跑馬燈實驗及 74HC138 譯碼器譯碼器 .82.1 實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容.82.1.1 實驗原理.82.1.2 實驗原理圖

2、.92.1.3 實驗程序流程圖.92.1.4 實驗程序代碼.92.1.5 系統(tǒng)仿真.102.2 實驗總結(jié)實驗總結(jié).102.3 思考題思考題.11實驗三實驗三 8255 控制交通燈實驗控制交通燈實驗 .113.1 實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容.113.1.1 實驗原理.113.1.2 實驗原理電路圖.123.1.3 實驗程序流程圖.133.1.4 實驗程序代碼.133.1.5 系統(tǒng)仿真.143.2 8255A 尋址原理尋址原理.153.3 實驗總結(jié)實驗總結(jié).16附件：附件： .171、完整版電路仿真圖、完整版電路仿真圖.173、完整版程序代碼、完整版程序代碼.17 3單片機(jī)課程設(shè)計報告前言：前言：目前，單片

3、機(jī)已廣泛應(yīng)用到國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和日常生活領(lǐng)域，成為測控技術(shù)現(xiàn)代化必不可少的工具。這學(xué)期我們開設(shè)單片機(jī)接口原理及接口技術(shù)，通過這們課使我們對單片機(jī)知識有一定的了解。在本次課結(jié)束后的程設(shè)計完成的是構(gòu)建單片機(jī)最小系統(tǒng)和 u 實驗環(huán)境熟悉，跑馬燈實驗及 74HC138 譯碼器，8255 控制交通燈實驗。最小系統(tǒng)包括晶振，復(fù)位等模塊。138 的譯碼實驗，根據(jù) 138的譯碼特性建立一個譯碼表。0 xf0,0 xf1,0 xf2,0 xf3,0 xf4,0 xf5,0 xf6,0 xf7;用 P1 口給 74HC138 的 A、B、C 口賦值，在此過程中其實只用到了P10，P11，P12。8255A 交通的實驗

4、選擇 PA 口控制交通燈，核心思想就是延時時間的控制。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞： 74HC138 8255A 89C51 實驗一實驗一 構(gòu)建單片機(jī)最小系統(tǒng)和實驗環(huán)境熟悉構(gòu)建單片機(jī)最小系統(tǒng)和實驗環(huán)境熟悉1.1 單片機(jī)的工作原理單片機(jī)的工作原理1.1.1 運(yùn)算器運(yùn)算器運(yùn)算器包括算術(shù)邏輯運(yùn)算單元 ALU、累加器 ACC、寄存器 B、暫存器TMP、程序狀態(tài)字寄存器 PSW、十進(jìn)制調(diào)整電路等。它能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的算術(shù)邏輯運(yùn)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(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行加、減、乘、除運(yùn)算和邏輯與、或、非、異或、清零等運(yùn)算。它具有很強(qiáng)的判跳、轉(zhuǎn)移

5、、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。42. 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(yùn)算的中間結(jié)果。MCS51 系列單片機(jī)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(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時，都要經(jīng)過 A 來完成。3. 寄存器 B寄存器 B 是 8 位寄存器，主要用于乘、除運(yùn)算。乘法運(yùn)算時，B 中存放乘數(shù)，乘法操作后，高 8 位結(jié)果存于 B 寄存器中。除法運(yùn)算時，B 中存放除數(shù)，除法操作后，余數(shù)存于寄存器 B 中。寄存器 B

6、 也可作為一般的寄存器用。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(yùn)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(jìn)（借）位標(biāo)志位，也是位處理器的位累加器 C。在加減運(yùn)算中，若操作結(jié)果的最高位有進(jìn)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(jìn)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)（第三章討論） 。AC（PSW.

7、6）：輔助進(jìn)（借）位標(biāo)志位。在加減運(yùn)算中，當(dāng)操作結(jié)果的低四位向高四位進(jìn)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 3181FH5OV（PSW.2）：溢出標(biāo)志位。它反映運(yùn)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

8、，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。1.1.2 控制器控制器控制器包括定時控制邏輯（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。1. 時鐘電路MCS51 系列單片機(jī)芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，輸入端為XTAL1，輸出端為 XTAL2，一般在 XTAL1 與 XTAL2 之間接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，就是單片機(jī)的內(nèi)部時鐘電路，如圖（A）所示。時鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過二分頻以后，才成為單片機(jī)的時鐘信號。電容 C1 和 C2 為

9、微調(diào)電容，可起頻率穩(wěn)定、微調(diào)作用，一般取值在530pf 之間，常取 30pf。晶振的頻率范圍是 1.2MHz12MHz ，典型值取 6 MHz。XTAL1 接地，XTAL2 接外部震蕩器，外接信號應(yīng)是高電平持續(xù)時間大于 20ns 的方波，且脈沖頻率應(yīng)低于 12 MHZ。如圖（B）所示。 （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(jī)，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

10、。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。6復(fù)位后內(nèi)部暫存器的狀態(tài)如下：PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0P3FFHSCON00HIP000000BSBUF不定IE0000000BPCON00000BTMOD00H3. 指令寄存器和指令譯碼器指令寄存器中存放指令代碼，CPU 執(zhí)行指令時，由程序存儲器中讀取的指令代碼送入指令存儲器，經(jīng)譯碼器后由定時與控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號，完成指令所指定的操作。4. 程序計數(shù)器

11、PCPC 是一個 16 位計數(shù)器，其內(nèi)容為單片機(jī)將要執(zhí)行的指令機(jī)器碼所在存儲單元的地址。PC 具有自動加 1 的功能，從而實現(xiàn)程序的順序執(zhí)行。由于 PC 不可尋址的，因此用戶無法對它直接進(jìn)行讀寫操作，但可以通過轉(zhuǎn)移、調(diào)用、返回等指令改變其內(nèi)容，以實現(xiàn)程序的轉(zhuǎn)移。PC 的尋址范圍為 64KB，即地址空間為 00000FFFFH。5. 堆棧指針 SPSP 為 8 位寄存器，用于指示棧頂單元地址。所謂堆棧是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它只允許在其一端進(jìn)行數(shù)據(jù)刪除和數(shù)據(jù)插入操作的線性表。數(shù)據(jù)寫入堆棧叫入棧（PUSH） ，數(shù)據(jù)讀出堆棧叫出棧（POP） 。堆棧的最大特點(diǎn)是“后進(jìn)先出”的數(shù)據(jù)操作原則。MCS-51 系統(tǒng)復(fù)

12、位后，SP 初始化為 07H。6. 數(shù)據(jù)指針 DPTR數(shù)據(jù)指針 DPTR 為 16 位寄存器，它是 MCS51 中唯一的一個 16 位寄存器。編程時，既可按 16 位寄存器使用，也可作為兩個 8 位寄存器分開使用。DPH 為 DPTR 的高八位寄存器，DPL 為 DPTR 的低八位寄存器。DPTR 通常在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時作為地址指針使用，尋址范圍為 64KB。1.1.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)組成電路圖單片機(jī)最小系統(tǒng)組成電路圖 單片機(jī)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(jī)最小系統(tǒng)板是在 VCC 引腳出加上 10uF 和 0.1uF 的濾波電容，以減小電源對系統(tǒng)工作的

13、穩(wěn)定性的影響，提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。7單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖1.1.4 實驗總結(jié)實驗總結(jié)單片機(jī)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(jī)的 I/O 口。在單片機(jī)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(jī)的正常工作。在檢測單片機(jī)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(jī)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(jī)的工作原理，知道了硬件部分的重要性，單片機(jī)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(jī)提供了做工作的頻率，是單片機(jī)的心臟。1.1.5 思考題思考題1、在單片機(jī)最小系統(tǒng)的

14、構(gòu)建中，應(yīng)注意哪些因素。答：（1）51 單片機(jī)現(xiàn)在多用 AT89S51，不用晶振，晶體加兩個電容就可以了。（2）復(fù)位電路中的電容是慮波穩(wěn)定作用，并聯(lián)在一個電阻上，一端接地，一端通過開關(guān)接高電位就可以了。（3）晶振：一般選用 12MHz ，因為可以準(zhǔn)確地得到 9600 波特率和 819200 波特率。實驗二跑馬燈實驗及實驗二跑馬燈實驗及 74HC13874HC138 譯碼器譯碼器2.1 實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容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(diǎn)亮，瞬間只有一個燈亮。3、設(shè)計 74HC138

15、 接口電路，編寫程序：使用單片機(jī)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(diǎn)亮 8個 LED 指示燈。2、運(yùn)行程序，驗證譯碼的正確性。2.1.1 實驗原理實驗原理本次實驗是根據(jù) 138 譯碼器的工作原理，當(dāng) G1G2AG2B=111 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、Y7 作為輸出，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。給單片機(jī)的端口賦初值，點(diǎn)亮第一個 LED，然后延時一段時間后，點(diǎn)亮下一個 LED，依次循環(huán)下去

16、。采用思想，根據(jù) 138 的譯碼特性建立一個譯碼表 uchar code table=0 xf0,0 xf1,0 xf2,0 xf3,0 xf4,0 xf5,0 xf6,0 xf7;用 P1 口 74HC138 的 A、B、C 口賦值，在此過程中其實只用到了 P10，P11，P12；92.1.2 實驗原理圖實驗原理圖74HC138 跑馬燈電路原理圖102.1.3 實驗程序流程圖實驗程序流程圖74HC138 跑馬燈實驗程序流程圖2.1.4 實驗程序代碼實驗程序代碼while(1) for(num=0;num0;i-)/黃燈閃爍三次PA=0 x2e;delay(100);PA=0 x3e;15de

17、lay(100);PA=0 x33;/東西紅燈，南北綠燈delay(5000);for(i=3;i0;i-)/黃燈閃爍三次PA=0 x35;delay(100);PA=0 x37;delay(100);3.1.5 系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真8255 交通燈系統(tǒng)仿真圖163.2 8255A 尋址原理尋址原理在本次試驗中程序是用 C 語言寫的 8253 驅(qū)動函數(shù)。使用 C 語言會給 8255的尋址帶來了一個難題，在這里是借助 KEIL 軟件里的庫函數(shù) ABSACC.H 來進(jìn)行尋址的。一下是 ABSACC.H 庫函數(shù)的介紹：/*-ABSACC.HDirect access to 8051, extended

18、8051 and Philips 80C51MX memory areas.Copyright (c) 1988-2002 Keil Elektronik GmbH and Keil Software, Inc.All rights reserved.-*/#ifndef _ABSACC_H_#define _ABSACC_H_#define CBYTE (unsigned char volatile code *) 0)#define DBYTE (unsigned char volatile data *) 0)#define PBYTE (unsigned char volatile p

19、data *) 0)#define XBYTE (unsigned char volatile xdata *) 0)#define CWORD (unsigned int volatile code *) 0)#define DWORD (unsigned int volatile data *) 0)#define PWORD (unsigned int volatile pdata *) 0)#define XWORD (unsigned int volatile xdata *) 0)#ifdef _CX51_#define FVAR(object, addr) (*(object v

20、olatile far *) (addr)#define FARRAY(object, base) (object volatile far *) (base)#define FCVAR(object, addr) (*(object const far *) (addr)#define FCARRAY(object, base) (object const far *) (base)#else#define FVAR(object, addr) (*(object volatile far *) (addr)+0 x10000L)#define FCVAR(object, addr) (*(

21、object const far *) (addr)+0 x810000L)#define FARRAY(object, base) (object volatile far *) (base)+0 x10000L)#define FCARRAY(object, base) (object const far *) (base)+0 x810000L)#endif#endif17在程序中，用“include”即可使用其中定義的宏來訪問絕對地址，包括：CBYTE、XBYTE、PWORD、DBYTE、CWORD、XWORD、PBYTE、DWORD。例如：#define COM8255 XBYTE0

22、X060FF 后面若出現(xiàn) COM8255，則單片機(jī)端口 P0 和 P2 聯(lián)合輸出 0X060FF 絕對物理地址(地址指向 82C55 指令寄存器)。P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0A0A100XXXXXXXXXXXXXX11XXXXXXXXXXXXXX表格的第四行表示 8255 的 A1,A0 口分別于單片機(jī)的 P2.7,P2.6 相連接，表格是五行是表示 8255 PA 口的實際物理地址，即 0 x3fff，表格的第六行表

23、示8255 控制字寄存地的實際物理地址。3.3 實驗總結(jié)實驗總結(jié)通過本次交通燈實驗，學(xué)會了使用 8255 芯片的初始化和編程方法。同時認(rèn)識到通過 8255 實現(xiàn)了 I/O 口的擴(kuò)展。本實驗使用的是 8255 的方式 0，控制端口的地址 CON=0 x80。利用 8255 完成交通燈的四中狀態(tài)切換。第一種狀態(tài)是東西方向是綠燈，南北方向是紅燈。 第二種狀態(tài)是東西方向是紅燈，南北方向是綠燈。 在實現(xiàn)具體的硬件時，采用 8255 控制 8 個 LED，2 個一組，分成兩組來模擬實際交通燈，其中的對面兩組狀態(tài)變化是相同一致的，所以將對面的對應(yīng)相同顏色的燈用 8255 的一個口來控制。在本試驗中還有諸多不

24、足之處，比如沒有考慮到左右拐彎的紅綠燈，沒有設(shè)計黃燈，沒有計時功能等，只完成了最基本的功能，還有許多有待優(yōu)化之處。實驗四實驗四 82538253 方波實驗方波實驗4.14.1 實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容1、設(shè)計接口電路，編寫程序：使用 8253 的計數(shù)器 0 和計數(shù)器 1 實現(xiàn)對輸入時鐘頻率的兩級分頻，得到一個周期為 1 秒的方波，用此方波控制蜂鳴器，發(fā)出報警信號，也可以將輸入腳接到邏輯筆上來檢驗程序是否正確。182、連接線路，驗證 8253 的功能，熟悉它的使用方法。4.1.14.1.1 實驗原理實驗原理利用 8253 的通道 0 工作于方式 3，方波發(fā)生器模式。利用單片機(jī)定時器延時 1ms，是單片機(jī)

25、 P3.0 口產(chǎn)生 250Hz 的方波，作為 8253 的時鐘。然后給 8253裝機(jī)數(shù)初值，所裝初值為 250，8253 產(chǎn)生的頻率為方波頻率=時鐘頻率/計數(shù)初值然后利用 8253 產(chǎn)生的方波驅(qū)動 NPN 三極管的通斷，使得蜂鳴器以 1Hz 的頻率鳴叫，發(fā)光二極管以 1Hz 的頻率閃爍。4.1.24.1.2 實驗原理電路圖實驗原理電路圖8253 方波實驗原理電路圖194.1.34.1.3 程序流程圖程序流程圖8253 方波實驗程序流程圖4.1.44.1.4 程序流程代碼程序流程代碼void fangbo（） TMOD=0 x01; /工作方式為定時器 0A1=1;A0=1;CT=0 x16;

26、/控制字寄存器 選擇通道 0 工作于方式 3A0=0;A1=0;T0=244; /裝計數(shù)初值，方波頻率=時鐘頻率/計數(shù)初值while(1)GATE=1; /GATE 高電平輸出方波CLK=1; /利用 P3.0 口產(chǎn)生 250Hz 的方波delay(5);20CLK=0; delay(5); 4.1.44.1.4 系統(tǒng)仿系統(tǒng)仿真真附件：附件：211、完整版電路仿真圖、完整版電路仿真圖 3、完整版程序代碼、完整版程序代碼#include /定義 8052 單片機(jī)寄存器的頭文件#include/絕對地址處理頭文件，包含 XBYTE,用 XBYTE 來定義擴(kuò)展的 I/O 端口和外部 RAM 單元地址

27、#define uint unsigned int /宏定義#define uchar unsigned char#define CON XBYTE0 xffff/定義 8255 控制字寄存器端口#define PA XBYTE0 xfcff /定義 8255 端口 PA 地址#define T0 XBYTE0X1FFF /定義 8253 通道 0 地址#define CT XBYTE0X7FFF /定義 8253 控制字寄存器地址uchar flag=0; uchar count=0;sbit A0=P25;sbit A1=P26;sbit key1=P22;sbit key2=P23; sbit key3=P24;sbit CLK=P30;sbit