1、目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark21 o Current Document 1、課題研究的目的和意義2 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 2、課題設計方案的論證2 HYPERLINK l bookmark29 o Current Document 3、系統(tǒng)的硬件設計23.1順序控制系統(tǒng)實物圖33.2、控制過程：3 HYPERLINK l bookmark47 o Current Document 3.3、順序控制系統(tǒng)的組成4 HYPERLINK l bookmark57 o Current Docume

2、nt 3.4單片機最小系統(tǒng)的設計4 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 3.5、振蕩器和時鐘電路43.6、時序單位6 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 3.7、復位與復位電路7 HYPERLINK l bookmark86 o Current Document 4、系統(tǒng)的軟件設計10 HYPERLINK l bookmark89 o Current Document 5、軟硬件連調(diào)11 HYPERLINK l bookmark92 o Current Document 5.1、常見的硬件故障11

3、HYPERLINK l bookmark98 o Current Document 5.2、硬件調(diào)試力法12 HYPERLINK l bookmark103 o Current Document 5.3、軟件調(diào)試方法： 12 HYPERLINK l bookmark107 o Current Document 6、順序系統(tǒng)設計的小結(jié)13 HYPERLINK l bookmark110 o Current Document 7、參考文獻14附錄14附錄1：基于單片機順序系統(tǒng)設計原理圖14附錄2：基于單片機順序系統(tǒng)設計PCB圖14附錄3： proteus仿真圖14附錄4：基于單片機順序系統(tǒng)設計C語

4、言程序清單14附錄5：基于單片機順序系統(tǒng)設計元器件目錄表14順序系統(tǒng)的設計1、課題研究的目的和意義單片機原理及應用是一門技術性、應用性很強的學科，實驗課教學是它的一 個極為重要的環(huán)節(jié)。不論是硬件擴展、接口應用還是編程方法、程序調(diào)試，都離不開 實驗課教學。如果不在切實認真地抓好學生的實踐技能的鍛煉上下功夫，單憑課堂理 論課學習，勢必出現(xiàn)理論與實踐脫節(jié)，學習與應用脫節(jié)的局面。任隨書本上把單片微 機技術介紹得多么重要、多么實用、多么好用，同學們?nèi)匀粫械侥侵皇强罩袠情w， 離自己十分遙遠，或者會因此而對它失去興趣，或者會感到它高深莫測無從下手，這 些情況都會令課堂教學的效果大打折扣。單片機原理及應用課

5、程設計的目的就是讓同學們在理論學習的基礎上，通過 完成一個涉及MCS-51單片機多種資源應用并具有綜合功能的小系統(tǒng)目標板的設計 與編程應用，使學生不但能夠?qū)⒄n堂上學到的理論知識與實際應用結(jié)合起來，而且能 夠?qū)﹄娮与娐贰㈦娮釉骷?、印制電路板等方面的知識進一步加深認識，同時在軟件 編程、排錯調(diào)試、焊接技術、相關儀器設備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提 高。使學生增進對單片機的感性認識，加深對單片機理論方面的理解。使學生掌握單 片機的內(nèi)部功能模塊的應用，如定時器/計數(shù)器、中斷、片內(nèi)外存貯器、I/O 口、串行 口通信等。使學生了解和掌握單片機應用系統(tǒng)的軟硬件設計過程、方法及實現(xiàn)，為以 后設計和實

6、現(xiàn)單片機應用系統(tǒng)打下良好基礎。2、課題設計方案的論證硬件：單片機可以實現(xiàn)時序控制、時間控制等，用單片機可以構(gòu)成形式多樣的控制系 統(tǒng)、因此選擇單片機作為控制芯片。軟件：單片機晶振為12MHZ，一個單指令周期為12個機器周期，以此寫出延時 17秒的c語言程序。3、系統(tǒng)的硬件設計掌握單片機定時器/計數(shù)器的特點；學會利用單片機進行順序控制系統(tǒng)的設計與應用。3.1順序控制系統(tǒng)實物圖3.2、控制過程:1、狀態(tài)1： P1輸出0 x05，持續(xù)1s；2、狀態(tài)2： P1輸出0 x03，持續(xù)1s；3、狀態(tài)3： P1輸出0 x0f，持續(xù)1s；4、狀態(tài)4： P1輸出0 x0e，持續(xù)1s；5、狀態(tài)5： P1輸出0 x00

7、，持續(xù)1s；6、狀態(tài)6： P1輸出0 x04，持續(xù)1s；周而復始。順序控制系統(tǒng)控制時序圖再回到狀態(tài)1，輜TPl?P3J(TKEi)皿1電工電子P3JXIHTDPJ3陽3面司Pl.WWNlliPlJDAIHai(kHDE1J !3.3、順序控制系統(tǒng)的組成1、電工電子實驗箱2、CPU89C51：主要起控制作用。3、5V繼電器4個。4、24M晶振及2個20pF或30pF的起振電容。5、20MF的電解電容，2個1K的電阻以及一個按鈕開關。6、電阻（1K）、導線若干。3.4單片機最小系統(tǒng)的設計應用89C51（52）單片機設計并制作一個單片機最小系統(tǒng)，達到如下基本要求：1、具有上電復位和手動復位功能。2、

8、使用單片機片內(nèi)程序存儲器。3、具有基本的人機交互接口。按鍵輸入、LED顯示功能。4、具有一定的可擴展性，單片機I/O 口可方便地與其他電路板連接。單片機最小系統(tǒng)，或者稱為最小應用系統(tǒng)，是指用最少的元件組成的單片機可以工作的 系統(tǒng).對51系列單片機來說,最小系統(tǒng)一般應該包括:單片機、晶振電路、復位電路、按鍵 輸入、顯示輸出等。單片機的工作原理：取一條指令、譯碼、進行微操作，再取一條指令、譯碼、進行微操作，這樣自動地、 一步一步地由微操作按次序完成相應指令規(guī)定的功能。單片機的時鐘信號用來為單片 機芯片內(nèi)部的各種微操作提供時間基準，機器啟動后，指令的執(zhí)行順序概念 時序：各指令的微操作在時間上有嚴格的

9、次序，這種微操作的時間次序稱作時序 時鐘電路：用于產(chǎn)生單片機工作所需要時鐘信號的電路成為時鐘電路。3.5、振蕩器和時鐘電路時鐘信號有兩種方式：內(nèi)部振蕩器方式；外部引入方式內(nèi)部振蕩器方式MCS-51單片機內(nèi)部有一個高增益的反相放大器，其輸入端為引腳XTAL1（19），輸 出端為引腳XTAL2（18），用于外接石英晶體振蕩器或陶瓷諧振器和微調(diào)電容，構(gòu)成 穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部的時鐘電路。如圖2.11或2.12（a） 所示。XTALw至內(nèi)部蜘鉀電路圖2. 11 MCS-51單片機的振蕩電路muS051n.U28051XTAL1洋空1XTA1280C51牌L1誠Sri圖2.12 M

10、CS-51振蕩電路及外部時鐘源的連接電容C1，C2對頻率有微調(diào)作用，電容一般取值530pF，典型值為30pF；晶振CYS選擇范圍為1.212MHz，典型值為6 MHz和12MHz。(注：一般情況下，選用6 MHz的石 英晶體，而在串行通信情況下選用12MHz。)外部引入方式外部引入方式常用于多片單片機組成的系統(tǒng)中，以便各單元之間的時鐘信號同步 運行。對于HMOS型單片機(如8051)，可用來輸入外部脈沖信號，如圖2.12 (b)所 示，XTAL1 (19)接地，XTAL2 (18)接外部時鐘，由于XTAL2 (18)的邏輯電平 與TTL電平不兼容，所以應接一個上拉電阻。對于CHMOS單片機（如

11、80C51）,外部時鐘要由XTAL1引入，而XTAL2引腳 應懸空。如圖2.11（c）所示。3.6、時序單位基本概念：MCS- 51時序的定時單位共有4個，從小到大依次是：時鐘周期（拍 節(jié)）、狀態(tài)周期、機器周期和指令周期。時鐘周期（拍節(jié)，振蕩周期）：是指振蕩器產(chǎn)生一個振蕩脈沖信號所用的時間， 是振蕩頻率的倒數(shù)，稱為節(jié)拍，為最小的時序單位。狀態(tài)周期：指振蕩器脈沖信號經(jīng)過時鐘電路二分頻之后產(chǎn)生的單片機時鐘信號 的周期（用S表示）稱為狀態(tài)周期。故1個狀態(tài)周期S包含2個節(jié)拍，前一時鐘周期 稱為P1拍，后一個時鐘周期稱為P2拍。如圖2.13所示：圖2.13 80C51單片機時鐘信號機器周期：是指CPU完

12、成某一個規(guī)定操作所需的時間。MCS-51單片機的一個機器周期包含6個狀態(tài)，并依次表示為：S1S6,每個狀 態(tài)分為2個拍。故一個機器周期包含12個節(jié)拍（時鐘周期），依次表示為：S1P1、 S1P2、S2P1、S6P1、S6P2。若采用12MHz的晶振時，則一個機器周期為 川s； 若采用晶振6MHz時，則一個機器周期為2p s。指令周期是CPU執(zhí)行一條指令所需要的時間為指令周期。MCS-51單片機包含1個或2個或4個機器周期。若采用6MHz晶振，則振蕩周期為1/6p s，機器周期為2p s、4. s或叩s。MCS-51系列單片機的復位與掉電處理3.7、復位與復位電路1.復位：是單片機的初始化操作，

13、以便使CPU和系統(tǒng)中其他部件都處于一個確定 的狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。當單片機系統(tǒng)在運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖存時，也可按復位鍵重新啟 動。單片機復位后，PC內(nèi)容初始化為0000H，那么單片機就從0000H單元開始執(zhí)行 程序。片內(nèi)RAM為隨機值，運行中的復位操作不改變片內(nèi)RAM的內(nèi)容。復位后各寄存器的初態(tài)如下表2-7所示，其意義為：P0P3=FFH，相當于各口鎖存器已寫入1，此時可用于輸出/輸入；SP=07H，堆棧指針指向片內(nèi)RAM的07H單元（第一個入棧內(nèi)容將寫入08H 中）；IP、IE和PCON的有效值為0，各中斷源處于低優(yōu)先級且均被關斷，串行通 信的波特率不加倍； PSW=00

14、H，當前工作寄存器為0組。表2-7寄存器的復位狀態(tài)內(nèi)部寄春器1催IT井器初曲狀卷FC加以HTg（：CHACCWTWO。帥HBRH：TH。OOHP$wRHTl.9OOH若HTH加HDPTft(XJW)IITH：S：HFFHSLOVOCHir:xWUF牌IE0：*： B復位電路HMOS型8051復位結(jié)構(gòu)如圖2.10所示。復位引腳RST/VPD（它是掉電方式下內(nèi) 部RAM的供電端VPD）通過一個施密特觸發(fā)器與復位電路相連。施密特觸發(fā)器用來 抑制噪聲，它的輸出在每個機器周期的S5P2由復位電路采樣一次。RST引腳時復位信號的輸入端，復位信號是高電平有效，其有效時間應持續(xù)24 個時鐘周期（2個機器周期）

15、以上。Ret/ Vpo復位屯路旋密特觸發(fā)器圖2-10 8051復位電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)CHMOS型的單片機復位結(jié)構(gòu)如圖211所示，此處復位引腳只是單純的稱為RST，而 不是RST / VPD，因為CHMOS單片機的備用電源也由VCC引腳提供。2.11 CHMOS型單片機的復位結(jié)構(gòu)無論對HMOS還是CHMOS型，當振蕩器正在運行的情況下，復位是靠在RST / VPD或RST引腳至少保持兩個機器周期的高電平而實現(xiàn)的。在RST端出現(xiàn)高電平 后的第2個周期，執(zhí)行內(nèi)部復位，以后每個周期重復一次，直至RST端變低。RST端的外部復位電路有兩種操作方式：上電復位和按鍵手動復位（人工復位）（1）上電復位如圖2.12所

16、示，上電復位電路是利用電容器充電實現(xiàn)的。上電瞬間，RST 端的電位與VCC相同，隨著電容的逐步充電，充電電流減小。RST電位逐漸下降。 上電復位所需的最短時間是振蕩器建立時間加上兩個機器周期。在這段時間內(nèi)，RST 端口的電平應維持高于斯密特觸發(fā)器的下閾值。一般VCC的上升時間不超過1ms， 振蕩器建立時間不超過10ms。復位電路的典型值：電容 C 取 10p F，R 取 8.2K。故時間常數(shù) T = RC = 10 x 10-6 x8.2x10-3 = 82ms足以滿足要求。2.12上電復位電路外部復位電路如圖2.13所示，按下按鈕時，電源對外接電容器充電，使RST為高 電平，復位按鈕松開后，

17、電容通過內(nèi)部下拉電阻放電，逐漸使RST端恢復低電平。2.13外部復位電路程序計數(shù)器指針PC典型的復位電路既具有上電復位又具有外部的復位電路如圖2.14所示，上電瞬間，C與Rx構(gòu)成充電電路，RST引腳出現(xiàn)正脈沖，只要RST保持足夠 的高電平，就能使單片機復位。參數(shù)選擇：一般取 C = 22|J F，R=200。,Rx=1K。，此時，當按下按鈕時，RST端電位：(1000/1200)X5=4.2V，使單片機復位。2.14上電外部復位電路(4)抗干擾復位電路1N414H+ W?。嵱玫纳想娂巴獠棵镂浑娐?00 kil3,實刖的上電魚位電路CKJpF：10/*F 士 nb加wn字 4L84RKET74

18、LS04RESRr2.15兩種實用復位電路上面幾種復位電路，干擾信號易串入復位端。一般情況不會造成單片機的錯誤復 位，但有可能引起內(nèi)部某些寄存錯誤復位。在應用系統(tǒng)中，為了保證復位電路可靠地 工作，常將RC電路在接施密特電路后再接入單片機復位端及外圍電路復位端。圖2.15 給出了兩種實用電路。4、系統(tǒng)的軟件設計89C2051順序控制系統(tǒng)程序流程圖中斷控制程序流程圖主程序流程圖根據(jù)實驗原理與實驗電路，編寫C語言程序，程序見附錄5、軟硬件連調(diào)雙擊圖標進入Keil uVision21編程環(huán)境，輸入程序，返回桌面雙擊圖標，進入 PROTEUS仿真環(huán)境，點擊左上角選項P后調(diào)出所需元件畫好硬件電路圖，存盤后

19、再 點擊調(diào)試菜單項，激活使用遠程調(diào)試設備，然后切換到Kile uVision21編程環(huán)境中， 選中 probject select device for target targetl AT89C52 確定，后 又 probjet option device for target target1 debug proteus6.9 確定。得到調(diào)試結(jié)果。單片機應用系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是分不開的.許多硬件故障只有通過軟、硬件 聯(lián)調(diào)才能發(fā)現(xiàn)，但一般是先排除系統(tǒng)中比較明顯的硬件故障后才和軟件一起聯(lián)調(diào)。5.1、常見的硬件故障邏輯錯誤樣機硬件的邏輯錯誤是由于設計錯誤和加工過程中的工藝錯誤而造成的,包括錯

20、線、開路、短路、相位錯誤、時序錯誤等，其中最常見的是短路故障。元器件錯誤元器件錯誤的原因有器件損壞或性能不符合要求，電解電容、二極管的極性接反或集 成塊裝反等。（3）可靠性差應用系統(tǒng)可靠性差的原因很多，如金屬化孔、接插件接觸不良、內(nèi)部和外部的十 擾、電壓紋波系數(shù)過大、器件負載過重等均會造成系統(tǒng)的可靠性差。另外，走線和布 置的不合理也會造成系統(tǒng)可靠性差。（4）電源故障電源故障包括：電壓值不符合設計要求、電源功率不足、負載能力差、紋波太重等。5.2、硬件調(diào)試力法（1）脫機調(diào)試脫機調(diào)試是在加電前，先用萬用表等工具，按圖紙仔細核對樣機線路是否正確,并對元 器件的安裝、型號、規(guī)格等進行仔細檢查,特別注意

21、印制板加工和焊接時有無走線之 間相互短路等。（2）聯(lián)機調(diào)試聯(lián)機前先切斷電源，把仿真插頭插到樣機的單片機插座上,檢查一下開發(fā)機與樣機之 間的電源、接地是否良好。一切正常后，即可打開電源。通電后執(zhí)行開發(fā)機讀/寫指 令,對用者樣機的存儲器I / O 口進行讀/寫操作,進行邏輯檢查。若有故障，可用示波 器觀察有關點的波形，尋找和分析故障原因,并進一步排除故障。在用者系統(tǒng)的樣機（主機部分）調(diào)試好后,便可按入用者系統(tǒng)的其它外圍部件，如鍵盤、 顯示器等,再進一步進行調(diào)試。5.3、軟件調(diào)試方法：軟件調(diào)試與所選用的軟件結(jié)構(gòu)有關，如果采用模塊程序設計技術,則逐個模塊調(diào)好后再 進行系統(tǒng)程序總調(diào)。如果采用實時多任務操

22、作系統(tǒng),一般是逐個任務進行調(diào)試。對于模塊結(jié)構(gòu)程序.要一個個子程序分別調(diào)試。調(diào)試時一定要符合入口條件和出口 條件，調(diào)試可用單步運行和斷點運行方式,通過檢查用者系統(tǒng)的CPU現(xiàn)場情況、RAM 的內(nèi)容和I / O 口的狀態(tài)，檢測程序執(zhí)行結(jié)果是否符合設計要求,有無循環(huán)錯誤、有無機 器碼錯誤以及轉(zhuǎn)移地址的錯誤，同時，還可以發(fā)現(xiàn)用者系統(tǒng)中存在的硬件設計錯誤和 軟件算法錯誤。各程序模塊通過后，則可以把相關功能塊連在一起進行總調(diào)。這個階段若有故障，可以 考慮各子程序運行時是否破壞了現(xiàn)場，緩沖單元、工作寄存器是否發(fā)生沖突，標志位的 建立和清除是否有誤，堆棧區(qū)是否有溢出，輸入設備的狀態(tài)是否正常等等，若用者系統(tǒng) 是在

23、開發(fā)機的監(jiān)控程序下運行時，還要考慮用者緩沖單元是否和監(jiān)控程序的工作單 元發(fā)生沖突。單步和斷點調(diào)試后,還應進行連續(xù)調(diào)試,用以確定定時精度、CPU的實時響應等問題。對于實時多任務操作系統(tǒng)的調(diào)試方法和模塊結(jié)構(gòu)的調(diào)試方法類似，只是需逐個任務進 行調(diào)試，在調(diào)試某一個任務時，同時也調(diào)試相關的子程序、中斷服務程序。逐個任務調(diào) 試好后，再使各個任務同時運行。當全部調(diào)試和修改完成后，將用者程序固化到EPROM中,插入用者樣機后，用者系統(tǒng)即 能獨立工作，至此，單片機應用系統(tǒng)研制完成。6、順序系統(tǒng)設計的小結(jié)通過此次課程設計，使我更加扎實的掌握了有關高頻電子線路方面的知識，在設 計過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次

24、又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找 出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足。實踐出真知，通 過親自動手制作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。過而能改，善莫大焉。在課程設計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷 領悟，不斷獲取。最終的檢測調(diào)試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的 知行觀。這次課程設計終于順利完成了，在設計中遇到了很多問題，最后在老師的指 導下，終于游逆而解。在今后社會的發(fā)展和學習實踐過程中，一定要不懈努力，不能 遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進行解決，只有 這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退， 那樣永遠不可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠不可能得到社會及他人對你的認可！課程設計誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，同時又 是一門講道課，一門辯思課，給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。同 時，設計讓我感觸很深。使我對抽象的理論有了具體的認識。通過這次課程設計，我 掌握了常用元件的識別和測試；熟悉了常用儀器、儀表；了解了電路的連線方法；以 及如何提高電路的性能