單片機課程設計課題報告

1、<p>　　電子線路CAD課程設計報告</p><p>　　院、 系： 信息工程學院 </p><p>　　專 業(yè)： 電子信息工程 </p><p>　　學 號： </p><p>　　姓 名： </p>

2、;<p>　　指導教師： </p><p>　　2012 年 6 月 21 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　課程設計目的……………………………………………………2</p><p>　　課程設計題目……………………………………………………2&l

3、t;/p><p>　　課程設計報告內(nèi)容………………………………………………2</p><p>　　3、1………………………………………………………2</p><p>　　3、2………………………………………………………5</p><p>　　3、3………………………………………………………8</p><p>　　3、4……

4、…………………………………………………15</p><p>　　心得體會…………………………………………………………16</p><p>　　參考文獻…………………………………………………………16</p><p>　　第一部分 課程設計目的</p><p>　　本課程設計是以電子線路CAD軟件設計原理為基礎，重點在硬件設計領域中實用的電子

5、線路設計軟件的應用，使學生掌握電子線路設計中使用CAD的方法，為后繼課程和設計打下基礎。同時能夠系統(tǒng)地運用已學的理論知識解決實際問題的能力和查閱資料的能力。培養(yǎng)一定的自學能力和獨立分析問題、解決問題的能力，能通過獨立思考、查閱工具書、參考文獻，尋找解決方案。通過此次電路設計，掌握硬件設計中原理圖設計、功能仿真、器件布局、在線仿真、PCB設計等硬件設計的重要環(huán)節(jié)。 </p><p>　　第二部分 課程設計題目&l

6、t;/p><p>　　本次課程設計采用的主控芯片為AT80C51，通過可編程的單片機來控制整個設計實現(xiàn)不同的功能。</p><p>　　課程設計最終實現(xiàn)的功能：</p><p>　　1、【音樂盒的播放】：利用I/O口產(chǎn)生一定頻率的波形，驅動蜂鳴器發(fā)出不同的音調，從而演奏樂曲，可以演奏多首樂曲。</p><p>　　2、【流水燈的循環(huán)點亮】：利用I

7、/O產(chǎn)生一定輸出信號，控制6個彩色LED燈循環(huán)依次點亮。</p><p>　　3、【串口通訊】：利用單片機的第二功能口實現(xiàn)單片機和上位機之間的通信顯示功能。</p><p>　　4、【LED顯示撥碼開關的值】：撥碼開關按下的值送到單片機擴展I/O口實現(xiàn)動態(tài)顯示撥碼開關的數(shù)值。</p><p>　　5、【電子時鐘】：用單片機擴展的I/O口，實現(xiàn)基本的數(shù)字電子鐘顯示功能

8、。</p><p>　　6、【4*4鍵盤顯示】：利用按鍵組成一個4*4的鍵盤，然后將按鍵的值通過單片機的I/O口送到LED上顯示按鍵的數(shù)值A-F的顯示。</p><p>　　第三部分 課程設計報告內(nèi)容</p><p>　　3、1 設計原理和方案論證</p><p>　　A1、CPU模塊原理：本次課程設計的核心部分為AT80C51，這個芯片是

9、一個可編程的芯片，一共有40個引腳。此芯片外接了一個晶振模塊產(chǎn)生一個12MHZ的時鐘頻率，還置了一個按鍵復位的部分實現(xiàn)單片機的按鍵復位功能。</p><p>　　A2、 CPU模塊的方案驗證：通過單片機的I/O可以正常實現(xiàn)設計模塊的各個功能。</p><p>　　B1、鍵盤顯示模塊：鍵盤顯示模塊是通過一個單片機外接的一個8255芯片實現(xiàn)單片機I/O口的外擴功能，鍵盤可以將數(shù)值送到8255的

10、輸入口，然后通過單片機的緩存，在從8255的輸出口將按鍵按下的值送到LED上進行顯示。</p><p>　　B2:鍵盤顯示的方案論證：8255的PB口作為鍵盤值的輸入口，PA口作為鍵盤顯示的輸出口，PC口作為位碼選擇口，將鍵盤的值送到LED上實現(xiàn)按鍵的值的動態(tài)顯示過程。另外還可以實現(xiàn)一個簡易的電子鐘來實現(xiàn)LED的動態(tài)顯示過程。</p><p>　　C1:蜂鳴器模塊原理：蜂鳴器接收單片機I/

11、O送到的不同頻率的矩形波，蜂鳴器可以由此產(chǎn)生不同的音調，實現(xiàn)音樂歌曲的播放過程。</p><p>　　C2:蜂鳴器模塊論證方案：通過單片機的一個輸出口，將單片機輸出的不同頻率的波送到蜂鳴器，即可實現(xiàn)音樂播放器的播放過程。</p><p>　　D1:流水燈模塊原理：由單片機的I/O(P1口)輸出高低電平來控制流水燈的亮和滅的循環(huán)過程。</p><p>　　D2：流水燈

12、顯示模塊方案論證：通過單片機的I/O口輸出高低電平送到八個彩色的發(fā)光二極管燈上控制八個二極管輪流亮和滅的過程，從而實現(xiàn)流水燈的循環(huán)顯示過程。</p><p>　　E1:A/D轉換模塊原理：A/D轉換實現(xiàn)的是將輸入的模擬量轉換為數(shù)字量顯示到發(fā)光二極管中，顯示出轉換的數(shù)值。ADC0808是采樣分辨率為8位的、以逐次逼近原理進行模/數(shù)轉換的器件。其內(nèi)部有一個8通道多路開關，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模

13、擬輸入信號中的一個進行A/D轉換。單片機通過I/O口來控制A/D的ADDA,ADDB,ADDC從而控制輸入的模擬量從哪個通道輸入，然后通過控制START和ALE進行轉換，轉換結束以后由EOC輸出一個轉換結束信號的脈沖送到單片機的外部中斷INT0處，控制單片機將轉換的值緩存在單片機內(nèi)，然后通過單片機輸出到八個發(fā)光二極管中，顯示轉換的結果。</p><p>　　E2:A/D轉換模塊實現(xiàn)法案論證：通過單片機選中通道IN

14、0,然后利用滑動變阻器實現(xiàn)模擬量的輸入，然后通過通過EOC控制中斷的產(chǎn)生，最后將結果送到LED中嫉囊轉換結果顯示，從而實現(xiàn)8位A/D的轉換。</p><p>　　F1：D/A轉換模塊的原理：D/A轉換是將數(shù)字量轉換為模擬量顯示到示波器中。通過一個鎖存器將單片機輸入的數(shù)字量送到鎖存器中進行鎖存，然后將DAC0808轉換的結果送到示波器中進行顯示。</p><p>　　F2：D/A轉換模塊的實

15、現(xiàn)方案論證：將單片機中的數(shù)字量送到鎖存器中進行鎖存，通過DAC0808的轉換，然后將轉換的結果送到示波器中進行顯示，可以看到顯示的矩形波，鋸齒波等需要的方法，即為實現(xiàn)了D/A轉換。</p><p>　　G1：I2C總線擴展：外圍器件及外設接口通過總線尋址，是具備總線仲裁和高低速設備同步等功能的高性能多主機總線。串行數(shù)據(jù)線SDA和串行時鐘線SCL構成的，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。I2C總線在傳送數(shù)據(jù)過程中共有三種類型信號：

16、開始信號、停止信號和應答信號I2C總線的傳送格式為主從式，對系統(tǒng)中的某一器件來說有四種工作方式：主發(fā)送方式、從發(fā)送方式、主接收方式、從接收方式。</p><p>　　G2：I2C總線模塊實現(xiàn)方案和論證：1）寫操作：傳送數(shù)據(jù)時，單片機首先發(fā)送一個字節(jié)的被寫入器件的存儲區(qū)的首地址，收到存儲器器件的應答后，單片機就逐個發(fā)送各數(shù)據(jù)字節(jié)，但每發(fā)送一個字節(jié)后都要等待應答。2）讀操作： 單片機先發(fā)送該器件的7位地址碼和

17、寫方向位“0”（“偽寫”），發(fā)送完后釋放SDA線并在SCL線上產(chǎn)生第9個時鐘信號。被選中的存儲器器件在確認是自己的地址后，在SDA線上產(chǎn)生一個應答信號作為相應。 </p><p>　　然后，再發(fā)一個字節(jié)的要讀出器件的存儲區(qū)的首地址，收到應答后，單片機要重復一次起始信號并發(fā)出器件地址和讀方向位（“1”），收到器件應答后就可以讀出數(shù)據(jù)字節(jié)，每讀出一個字節(jié)，單片機都要回復應答信號。當最后一個字節(jié)數(shù)據(jù)讀完后，單片機應返回

18、以“非應答”（高電平），并發(fā)出終止信號以結束讀出操作。</p><p>　　H1:串口通信模塊原理：通過利用單片機的TXD,RXD,實現(xiàn)單片機和上位機（計算機）之間的通信。 </p><p>　　H2：串口通信模塊實現(xiàn)方案和論證：當單片機的RXD有效時，可以接收到串口發(fā)送的數(shù)據(jù)，當TXD有效時可以實現(xiàn)接收單片機發(fā)送的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)單片機和計算機之間的通信。</p><p

19、>　　J1:4*4鍵盤顯示模塊原理：利用單片機的I/O接在鍵盤的行線和列線上面，然后利用鍵盤掃描的方法，將按鍵按下的值送到單片機中從單片機的I/O口輸出送到八段數(shù)碼管上進行顯示。</p><p>　　J2:4*4鍵盤顯示模塊實現(xiàn)方案和論證：將單片機的P3口高四位，低四位分別作為行線和列線，通過單片機的P2口輸出，然后按下鍵的值通過單片機送到八段數(shù)碼管進行顯示。</p><p>　　K

20、1:中斷模塊的實現(xiàn)原理：利用一些開關按鈕外接單片機的第二功能外部中斷的引腳即可實現(xiàn)對某個模塊的中斷的控制。例如撥碼開關按鍵顯示的模塊可以利用中斷來實現(xiàn)撥碼開關顯示開關按下的數(shù)值。</p><p>　　3、2 protues電路圖的原理設計</p><p>　　利用protues實現(xiàn)不同模塊的設計過程,首先將各個所需的原件拉到protues中，然后對應各個模塊的I/O用對應的相同線路標號標

21、好，將一些需要用總線連接的用總線連接在一塊，最后設計一個合適的模版，將設計好的模塊用矩形框框起來，合理布局到protues中，從而實現(xiàn)整個最終電路圖的設計。</p><p>　　CPU模塊的protues電路圖</p><p>　　2、8255鍵盤顯示模塊</p><p>　　3、蜂鳴器模塊 </p><p><

22、;b>　　4、流水燈模塊</b></p><p><b>　　5、A/D轉換模塊</b></p><p><b>　　6、D/A轉換模塊</b></p><p><b>　　7、I2C總線模塊</b></p><p><b>　　8、串口通信模塊&l

23、t;/b></p><p>　　9、4*4鍵盤顯示模塊</p><p>　　10、中斷和定時模塊</p><p>　　3、3 軟件仿真方法和結果分析過程</p><p>　　A、實現(xiàn)的軟件方法基本步驟為：首先根據(jù)連接的硬件圖形，編寫出對應的代碼然后進行編譯以后生成.hex文件，加載到單片機中即可實現(xiàn)仿真結果的測試。</p>

24、<p>　　實現(xiàn)撥碼開關時用到了擴展的I/O口，匯編程序源代碼：</p><p><b>　　ORG 0000H</b></p><p><b>　　AJMP MAIN</b></p><p>　　ORG 0013H</p><p><b>　　AJMP ITOP</b

25、></p><p>　　ORG 0100H</p><p>　　MAIN: MOV 40H,#00H</p><p>　　MOV 41H,#00H</p><p>　　MOV 42H,#00H</p><p><b>　　SETB EA</b></p><p>&l

26、t;b>　　SETB EX1</b></p><p><b>　　SETB IT1</b></p><p>　　LED :MOV R0,#41H</p><p>　　MOV R1,#01H</p><p><b>　　MOV A,R1</b></p><p&g

27、t;　　LD0: MOV DPTR,#79FFH ;段碼段示</p><p>　　MOVX @DPTR,A</p><p><b>　　MOV A,@R0</b></p><p>　　ADD A,#12H</p><p>　　MOVC A,@A+PC</p><p>　　MOVX @DPTR,A

28、</p><p>　　LD1: MOV DPTR,#7DFFH ;位碼顯示</p><p><b>　　MOV A,R1</b></p><p>　　MOVX @DPTR,A</p><p>　　ACALL DELAY</p><p><b>　　RL A</b><

29、/p><p><b>　　MOV R1,A</b></p><p><b>　　INC R0</b></p><p>　　JB ACC.3,LD2</p><p><b>　　AJMP LD0</b></p><p>　　LD2: AJMP LED<

30、/p><p>　　OSEG: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H</p><p>　　DB 80H,90H,88H,83H,0C7H,0A0H,86H,8EH</p><p>　　ITOP: MOV DPTR,#7BFFH ;PB口作為輸入</p><p>　　MO

31、VX A,@DPTR</p><p>　　MOV B,#100</p><p><b>　　DIV AB</b></p><p><b>　　MOV 41H,A</b></p><p><b>　　MOV R2,B</b></p><p><b&g

32、t;　　MOV B,#10</b></p><p><b>　　MOV A,R2</b></p><p><b>　　DIV AB</b></p><p><b>　　MOV 42H,A</b></p><p><b>　　MOV 43H,B</b&

33、gt;</p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　DELAY:MOV R7,#10</p><p>　　DL2: MOV R5,#200</p><p>　　DL0 : MOV R6,#0FFH</p><p>　　DL1: DJNZ R6,DL1 ;延時1ms<

34、;/p><p>　　DJNZ R5,DL0</p><p>　　DJNZ R7,DL2</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　實現(xiàn)鍵盤顯示時用到了單片機的P3和P2口，實現(xiàn)源代碼：</p><p>　　LINEEQU30H</p><p>　　RO

35、WEQU31H</p><p>　　VALEQU32H</p><p><b>　　ORG00H</b></p><p>　　START:MOVDPTR,#TABLE;段碼表首地址</p><p>　　MOV P2,#00H;數(shù)碼管顯示初始化</p><p>　　LSCAN:

36、MOV P3,#0F0H;列線置高電平,行線置高電平</p><p>　　L1:JNB P3.0,L2;逐行掃描</p><p>　　LCALLDELAY</p><p>　　JNBP3.0,L2</p><p>　　MOV LINE,#00H;存行號</p><p>　　LJMPRSCAN<

37、;/p><p>　　L2: JNBP3.1,L3</p><p>　　LCALLDELAY</p><p>　　JNBP3.1,L3</p><p>　　MOVLINE,#01H;存行號</p><p>　　LJMPRSCAN</p><p>　　L3: JNBP3.

38、2,L4</p><p>　　LCALLDELAY</p><p>　　JNBP3.2,L4</p><p>　　MOVLINE,#02H;存行號</p><p>　　LJMPRSCAN</p><p>　　L4: JNBP3.3,L1</p><p>　　LCALLDE

39、LAY</p><p>　　JNBP3.3,L1</p><p>　　MOVLINE,#03H;存行號</p><p>　　RSCAN:MOV P3,#0FH;行線列線電平互換</p><p>　　C1:JNBP3.4,C2;逐列掃描</p><p>　　MOVROW,#00H;

40、存列號</p><p>　　LJMPCALCU</p><p>　　C2:JNBP3.5,C3</p><p>　　MOVROW,#01H;存列號</p><p>　　LJMPCALCU</p><p>　　C3:JNBP3.6,C4</p><p>　　MOVRO

41、W,#02H;存列號</p><p>　　LJMPCALCU</p><p>　　C4: JNB 3.7,C1</p><p>　　MOVROW,#03H;存列號</p><p>　　CALCU: MOV A,LINE;根據(jù)行號和列號計算鍵值</p><p>　　MOVB,#04H</p

42、><p><b>　　MULAB</b></p><p>　　ADDA,ROW</p><p>　　MOVVAL,A;存鍵值</p><p>　　MOVCA,@A+DPTR;要據(jù)鍵值查段碼</p><p>　　MOVP2,A;輸出段碼顯示</p><p&

43、gt;　　LJMPLSCAN</p><p>　　DELAY: MOVR6,#20</p><p>　　D1:MOVR7,#250</p><p><b>　　DJNZR7,$</b></p><p>　　DJNZR6,D1</p><p><b>　　RET</b&g

44、t;</p><p>　　TABLE: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H</p><p>　　DB 7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H</p><p><b>　　END</b></p><p><b>　　B、仿真結果分析</b>

45、</p><p><b>　　1、流水燈顯示</b></p><p>　　結果分析：程序執(zhí)行以后流水燈一次循環(huán)動態(tài)顯示，8個完全顯示以后然后所有的都被點亮，持續(xù)1s，然后開始下次的循環(huán)動態(tài)顯示。</p><p>　　撥碼開關實現(xiàn)的動態(tài)顯示 </p><p>　　結果分析：撥碼開關低電平有效，位選碼選中的為LED的前三

46、個，撥碼開關按下的鍵對應的十進制數(shù)為多少時，顯示的值就會動態(tài)顯示為多少，顯示順序依次為百位、十位、個位。 </p><p><b>　　結果</b></p><p>　　3、4*4鍵盤的顯示模塊</p><p>　　結果分析：鍵盤掃描顯示按下鍵的值，當16個鍵按下任意一個，松開以后，八段數(shù)碼管顯示對應按下的數(shù)值可以從0-F進行顯示。&

47、lt;/p><p><b>　　電子時模塊：</b></p><p>　　結果分析：八段數(shù)碼管賦值為0000，然后運行開始時，電子鐘的秒開始加一，加到59，清零，然后分鐘位進一，變?yōu)?，然后分鐘記到59以后，清零，小時開始進一，一直持續(xù)計數(shù)，當記到235959時，清零，重新開始計數(shù)。</p><p><b>　　串口通信模塊</b&

48、gt;</p><p>　　結果分析：串口通信實現(xiàn)單片機和計算機之間的通信，通過接單片機的的TXD，RXD控制接收串口或者單片機發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。</p><p>　　5、PCB板的設計和實現(xiàn)結果</p><p>　　6、最終設計的整個protues設計圖</p><p>　　3、4 仿真設計過程中出現(xiàn)的問題及解決方法</p>&

49、lt;p>　　本次課程設計是第一次真正的實現(xiàn)一個完整的比較大的系統(tǒng)設計過程，這么多的模塊組成了一個比較大的系統(tǒng)。雖然整體基本的功能可以實現(xiàn)，但在整個系統(tǒng)設計的過程中出現(xiàn)的問題還是比較多的。</p><p>　　剛開始時將一些模塊單獨進行仿真時可以出現(xiàn)正確的結果，當放在整個系統(tǒng)中仿真時就會出現(xiàn)錯誤，原因就是，一些芯片的名字，電阻的標號有重復，在確保整個模版系統(tǒng)中無重復的模塊名時才有可能實現(xiàn)正確的仿真。<

50、/p><p>　　在撥碼開關顯示的時候，對于8255PA,PB,PC,選作輸出，輸入，段選時，對應的單片機的選擇地址引腳不同時，匯編時對應的地址不相同，只有將不同的值送到正確的地址時才能實現(xiàn)正確的顯示；另外撥碼開關最大可以顯示3位十進制數(shù)，因此把撥碼開關的值送到LED中時，必須保證對輸入的值進行百位、十位、個位分離。</p><p>　　做電子鐘時，雖然顯示出來了，但由于編程能力限制，在仿真時

51、有一位的位碼始終不能被選中，導致電子鐘顯示并不是十分完美，也成為本次課程涉及的一個遺憾。</p><p>　　除了電子鐘，LED撥碼開關顯示和4*4鍵盤顯示之外，我一直在嘗試可以把A/D轉換的模塊能夠顯示出來，但由于自己的編程能力有限和硬件測試能力不是很強，最終一直未能將A/D轉換的模塊成功的做出來。</p><p><b>　　第四部分 心得體會</b></p

52、><p>　　這次的課程設計總體來說還是設計的比較成功的，通過這次的課程設計，不論是編程能力，還是硬件測試仿真能力都得到了很大的提高，自己真正的獨立設計出一個簡單的系統(tǒng)，中間也遇到了不少的問題，通過和老師同學們的交流提高了自己解決問題的能力，同時，我們還獨立的設計了一個PCB板，對電子電路的設計有了更深的認識和理解。但本次課程設計還是有很多的不足之處的，一部分嘗試做的模塊并沒有完全成功，也讓我認識到了自己的很多不足之

53、處，我相信通過自己的不斷努力一定可以做的更好。</p><p>　　參考文獻： 丘關源，《電路》，高等教育出版社，2004年</p><p>　　張剛毅，《單片機原理與應用設計》，電子工業(yè)出版社，2011年</p><p>　　鄭學堅，《微型計算機原理及應用》，清華大學出版社，2007年</p><p>　　閻石，《數(shù)字電子技術基礎》，高等