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1、 电 子 科 技 大 学单片机最小应用系统 设 计 报 告 指导老师： 学 生： 学 号： 电子科技大学机电工程学院2009年5月单片机最小应用系统设计报告一、设计题目1二、设计内容与要求1三、设计目的意义1四、系统硬件电路图1五、程序流程图与源程序3六、系统功能分析与说明55.1系统主要组成部分55.2数码管部分55.3单片机最小系统部分75.4电路板的制作125.5系统连线说明分析13七、设计体会14八、总结14九、参考文献15微机单片机接口设计报告一、设计题目手动计数器设计。用AT89S51单片机控制从00到99。每碰触一次按键计数器加1。一直加到99。二、设计内容与要求利用AT89S5
2、1单片机来制作一个手动计数器，在AT89S51单片机的P3.7管脚接一个轻触开关，作为手动计数的按钮，用单片机的P2.0P2.7接一个共阴数码管，作为0099计数的个位数显示，用单片机的P0.0P0.7接一个共阴数码管，作为0099计数的十位数显示。三、设计目的意义1、进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理，加深对单片机理论知识的理解；2、掌握 单片机内部功能模块。3、掌握单片机的接口及相关外围芯片的特性、使用与控制方法；4、掌握单片机的编程方法，调试方法；5、掌握单片机应用系统的构建和使用，为以后设计和实现单片机应用系统打下良好的基础。四、系统硬件电路图电路图：图1 电路图PCB电路图：图2
3、 PCB电路图五、程序流程图与源程序（1）程序流程图：图3 程序流程图（2）源程序：#include unsigned char code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; unsigned char Count; void delay10ms(void) unsigned char i,j; for(i=20;i0;i-) for(j=248;j0;j-); void main(void) Count=0; P0=tableCount/10; P2=tableCount%10; while(1) if(P3_7
4、=0) delay10ms(); if(P3_7=0) Count+; if(Count=100) Count=0; P0=tableCount/10; P2=tableCount%10; while(P3_7=0); 六、系统功能分析与说明5.1系统主要组成部分手动计数器主要分为两个部分：单片机最小系统，数码管部分。所用主要元件有：AT89S51，1k的上拉电阻，两个一位的共阴极数码管。5.2数码管部分主要用的是共阴极数码管。LED显示器是由发光二极管作为为显示字段的数码显示器件，图1为一位LED显示器的外形和引脚图，其中七只发光二极管(ag七段)构成字型“8”，另外还有一只发光二极管dp作
5、为小数点。当显示器的某一段发光二极管通电时，该段发光，例如，使b、c、f、g这4段发光二极管通电，则显示字符“4”。数码管外形和引脚：见图4。 g f GND a b 10 9 8 7 6 1 2 3 4 5 e d GND c dp 图4 外形和引脚共阴极结构 ： LED显示器有共阴极和共阳极两种结构，下面只介绍共阴极结构。见图5，在共阴极结构中，各段发光二极管的阴极连在一起，将此公共点接地，某一段发光二极管的阴极为高电平时，该段发光。 共阴极字段码： LED显示09某个字符时，则要求在adp送固定的字段码，如要使LED显示“0”,则要求a、b、c、d、f各引脚为高电平，g和dp为低电平，字
6、段码为“3fh” 。 dp g f e d c b a 0 0 1 1 1 1 1 1 3fh共阴极字符09七段码如下：字符： 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9字段码：3fh 06h 5bh 4fh 66h 6dh 7dh 07h 7fh 6fhabcdefgdp图5共阴极结构 限流电阻R计算： 普通的LED的平均电流工作为3mA左右(高亮度型为1mA)，LED压降如果按1.7V计算，则R=U/I=(5-1.7)/0.003=1100() +5VR图 6 LED接线图 5.3单片机最小系统部分MCS-51系列单片机是一种高性能的8位机系列，广泛应用于各种小型控制系统中，其引脚图如图所示。
7、本论文采用的AT89C51单片机是AMTEL公司生产的MCS-51系列的兼容产品，与MCS-51指令系统兼容，系统结构相同，CMOS工艺制造并带有非易失性Flash程序存储器。全部支持12时钟和6时钟操作。AT89C51包含128字节RAM、32条I/O 口线、3个16位定时/计数器、6输入4优先级嵌套中断结构、1个串行I/O 口（可用于多机通信I/O扩展或全双工UART以及片内振荡器和时钟电路）。ROMRAMCPUI/O接口电路定时器/计数器时钟 图7 MCS-51引脚图MCS-51系列单片机的并行I/O口接口电路是微机必不可少的组成部分，并行输入确出接口是CPU和外部进行信息交换的主要通道
8、。MSC51系列单片有4个8位并行双向I/O口P0P3，共32根I/O线。每一根线能独立用作输入或输出。单片机可以外接键盘、显示器等外围设备还可以进行系统扩展，以解决硬件资源不足问题。4个并行口都是双向口，既可以输入又可以输出。P0、P2口经常作外部扩展存储器时的数据、地址线，P3口除作I/O口外，每一根都有第二功能。这4个I/O口结构基本相同，但仍存在差别。(1) P1口是最常用的I/O口如图所示，因为不作数据地址线，其结构中没有数据地址线，也没有多路开关MUX，输出驱动电路接有上拉电阻。P1口输入输出时与P0作I/O时相似，输出数据时先写入锁存器，经Q端反相，再经场效应管反相输出到引脚。输
9、入时，先向锁存器写l，使v管截止外部引脚信号由下方读缓冲器送入内部总线，完成读引脚操作。P1口也可以读锁存器。外部提升电阻将引脚拉升至高电平，但输人的低电平信号能将其拉低，不会影响低电平的输入。图8 P1口一位结构 (2) P2口的位结构比P1多了一个控制转换部分如图5所示，结构与P0口基本相似，如下图所示。P2口改P0推拉式输出驱动电路为上拉电阻式，当控制信号s为低电平，作I/O口使用时，多路开关MUX使锁存器输出端Q与输出驱动输入端接通，构成一个准双向口。此外，当外部扩展存储器时，P2口常做高8位地址线使用。图9 P2口一位结构下表中概括了单片机中使用到的并行口P1、P2功能： 表1 P1
10、、P2功能一览表MCS-51系列单片机的工作方式和时序单片机应用系统中，除了基本计算机系统单元电路外还需配备完整的外围电路、以完成复位、掉电保护、提供时钟、节电等功能。（1）时钟电路：单片机内部有一个高增益的反相放大器，通过XTAL1和XTAL2引脚外接石英振于或陶瓷振子、微调电容组成振荡器如图13所示。该振荡器发出的脉冲直接送入内部时钟电路。振荡器若外接的是石英扳子，微调电容通常选择30pF；外接陶瓷娠子时选样47pF。振荡频率范围选择1.212M。MCS5-51系列单片机也可以采用外接时钟，这时XTAL 2脚用来输入外部时钟信号(XTAL2脚为内部时钟电路的输入端)，XTALl脚则接地如图
11、13b所示。对于CHM05工艺制造的80C51单片机，则应从XTALl脚输入外部时钟信号，XTAL 2脚悬空。 (a)外接石英晶体振荡电路 （b）外接时钟电路图10 两种单片机时钟电路(a) 上电复位 (b) 按键电平复位 (c) RC放电过程 (d) 电平复位过程图11 单片机常用复位电路（2）复位电路：复位使单片机处于起始状态，并从此状态开始运行MCS5-51单片机RST引脚为复位端，该引脚连续保持2个机器周期(24个时钟振荡周期)以上的高电平。可使单片机复位。本论文使用的是外部复位电路，单片机在启动后要从复位状态开始运行，因此上电时要完成复位工作，称上电复位，如图14a所示。上电瞬间电容
12、两端的电压不能发生突变，只RST端为高电平5v，上电后电容通过及RC电路放电RST端电压逐渐下降，直至低电平0V，如图14c所示。适当选择R、C的值，使RST端的高I电平维持2个机器周期以上即可完成复位。单片机L在运行过程中，出于本身或外并干扰的原因会导致出错。这时可按复位键以重新开始远行，按键复位可分为按键电平复位或按健脉冲复位，如图14b所示。按键脉冲复位和上电平复值的原理是一样的，都是利用RC电路的放电原理，如图14d所示。让RST端能保持一段时间的高电平，以完成复位，按键电平复位时，按键时间也应保持在两个机器周期以上。根据设计要求和计算简便的原则，我们选择12M的石英晶振、30PF的电
13、容、+5V电源，最小系统如下：图12 单片机最小系统5.4电路板的制作Protel99功能强大，为我们进行电子电路原理图和印制板图的设计提供了良好的操作环境。用Protell99进行电路设计分为两大部分：原理图的设计和电路板的设计。原理图的设计实在SCH系统中进行的，电路原理图是印刷板电路设计的基础，只有设计好原理图才有可能进行下一步的电路板设计。用protel99进行电路板设计的第一步是其原理图的设计。显然，原理图决定整个电路的基本功能，也是接下来生成网表和设计印刷板电路的基础。具体步骤如下：（1）图面设置： Protel99允许用户根据电路的规模设置图面的大小，按照偏好和习惯设置图面的样式
14、。实际上，设置图面就是设置了一个工作平面，以后的工作就要在这个平面上进行。所以图面应该设置得足够大，为进一步工作提供一个足够大的工作空间。（2）放置元件： 所谓放置元件就是从元件库中选取所需得元件，将其布置到图面上合适的位置，有时还要重定义元件的编号、封装。元件的封装很重要，要根据元件的实际尺寸和实际封装来决定，要是元件没封装好，将会给以后电路板的制作带来很大的麻烦。这些都是下一步工作的基础。Protel99为用户提供了一个非完备的元件库，并且允许用户对这个元件库进行编辑或者新建自己的元件库。电路板的制作过程(1) 打印：将生成的PCB图打印到热转印纸上，需注意线不能太窄，墨要加重，否则制板时
15、容易断线，如果在操作过程中断了线，可用电烙铁将锡带过。(2) 熨烫：将热转印纸覆在铜板上，用电熨斗进行熨烫，关键要注意熨烫的时间，不能太久，也不能时间太短，否则，太久会把铜板烫坏，不够的话墨迹覆不上去。(3) 腐蚀：把铜板放到三氯化铁溶液中腐蚀，需注意溶液浓度要较高，最好用热水配置，这样腐蚀更快，一般3分钟即可。如果时间过长，需剩下的铜线也可能被腐蚀。(4) 打孔：打孔时注意钻头尺寸，本次用的钻头大小是0.712mm的，最需注意的地方是集成块的管脚，如果打孔误差大，管座就很难插上。(5) 放置元件：放置前应先打磨一下打孔后留下的毛刺，并均匀地涂上松香水（目的是防止铜线氧化，易于焊锡覆着焊盘，但
16、多涂会导致焊接时焊点变黑，影响美观）。放置元件时注意集成块的管脚，二极管和电解电容的正负，这些都是平时比较容易出错的地方。(6) 焊接：焊接技术比较难掌握，焊锡、烙铁与焊盘的位置关系，焊锡熔化时间长短，松香水的浓度，烙铁的温度等等，都是影响焊点美观的因素。(7) 检查：检查是否有虚焊，集成块管脚位置是否正确，电源引线位置是否恰当等。检查完毕就能进行调试了。 5.5系统连线说明分析在本系统中单片机的P1.0P1.7口与数码管的A、B、C、D、E、F、G、H端口连接，并在数码管端口接一个1k的上拉电阻。单片机的P2.0P2.7与数码管的位选端口A、B、C、D、E、F、G、H端口连接。P1口用来表示
17、十位，P2口用来表示个位。单片机的17口与按键连接。用来读取按键的信息，当按一次是输入一个低电平，计数器软件加1。用来显示从0到99。调试过程：1、 保证电路板连接正确后，接上电源。2、 观察数码管显示的初值是否都是00，如果不相符，进行检测。3、 如果初始状态正确，轻触开关，看计数器是否如设计目的一样。4、 进行复位操作，检测复位键是否正确。七、设计体会（1）这是一个简单的计数器，主要是用的P0口和P2口做为输出口。P0口和P2口都接共阴极的数码管，所以需要接一个上拉电阻。单片机对正确识别的按键进行计数，计数满时，又从零开始计数。另一个按键式复位键，可以对系统随时复位。（2）单片机对计的数值
18、要进行数码显示，计得的数是十进数，含有十位和个位，我们要把十位和个位拆开分别送出这样的十位和个位数值到对应的数码管上显示。如何拆开十位和个位我们可以把所计得的数值对10求余，即可个位数字，对10整除，即可得到十位数字了。 （3）这个简单的计数器，虽然简单，在编程的时候没有遇到太多的麻烦。用proteus进行单片机仿真都是比较顺利。但是在画电路图时需要注意最小系统的接线连接电路问题，注意共阴极数码管的连接方法。（4）进行PCB板制作时，开始使用的是盐酸加双氧水的腐蚀方法，所以反应比较迅速，没有很好的掌握住腐蚀的程度，造成电路板腐蚀质量不好。换做用Fecl3进行腐蚀，虽然反应比较慢，但是能控制电路
19、板较好的质量。所以感觉后者是比较良好的腐蚀电路板方法。（5）进行焊接电路板时，要避免虚焊，应该及时检查电路的导通性，及时的排除故障，避免元器件的烧坏。八、总结1、在设计系统过程中，学会用Protel 99se画原理图和PCB图。2、自己动手制作电路板，提高动手能力。3、调试程序过程中，针对遇到的问题，寻找解决方法，同时学会利用C语言编制单片机程序。4、感谢在整个设计单片机最小系统过程中给我很大帮助的导师，师兄，同学等。九、参考文献1 张桂红，姚建永.单片机原理与应用M.福建：福建科学技术出版社，2007.2 张瑾，张伟，张立宝.Protel 99SE 入门与提高.北京：人民邮电出版社，2007.3 晁阳.单片机MCS-51原理及应用开发教程.北京：清华大学出版社，2007.4 张义和，王敏男，许宏昌，余春长.例说51单片机（c语言版）.北京：人民邮电出版社,2008.15