单片机课设报告

目录

1 设计目的 (1)

1.1 设计题目 (1)

1.2 题目分析 (1)

2 设计原理或方法 (2)

2.1 51单片机 (2)

2.2 STC89C51/52单片机芯片 (2)

2.3 定时/计数器的控制 (3)

2.3.1 TMOD (3)

2.3.2 TCON (4)

2.4 单片机中断 (4)

2.4.1 定时器中断 (4)

2.4.2 外部中断 (4)

2.5 Proteus软件 (5)

2.6 Keil软件 (5)

3 系统硬件线路设计图 (6)

3.1 对于外部中断的使用 (6)

3.2 LED连接 (6)

3.3 晶振电路 (7)

4 基于51单片机的程序代码与分析 (8)

4.1 程序框图 (8)

4.2 C51代码 (1)

5 基于Proteus软件的仿真 (11)

5.1 电路图 (11)

5.2 结果展示 (12)

5.3 结果分析 (13)

6 实物设计步骤和展示 (14)

6.1 设计步骤 (14)

6.1.1 元件清单 (14)

6.1.2 焊接 (15)

6.1.3 调试 (15)

6.2 实物运行展示 (16)

6.3 优点和问题 (16)

7 心得体会 (17)

1 设计目的

1.1 设计题目

使用51单片机设计一个由8个发光二极管组成的可控动态闪烁系统、要求8个发光二极管初始状态为全灭，然后每间隔1秒，从右向左依次点亮一个发光二极管，当8个发光二极管全被点亮后，再回到全灭状态，循环进行。

硬件平台要求如下：

1. 需要具有可驱动点亮的8个发光二极管；

2. 设计“+”和“—”等2个按键；

软件要求实现：

1. 设计1秒定时的实现方式；

2. 初始化程序：系统初始状态，中断及定时计时器的初始化；

3. 主程序：2个键的扫描，按一下“+”键，移动速度加快一级（量级自定），按一下“—”键，移动速度减慢一级；并指出快慢一级的时间是多少？

4. 定时计时器中断服务程序：动态闪烁控制。

1.2 题目分析

在本设计题目中，发现了以下的要点：

1.中断

2.定时

中断可以利用本身的定时器和外部中断类型。

发现如果需要设计1秒定时，则对于一个6MHz晶振芯片来说，其机器周期为2us，按照T0的工作方式1来看，其最大的计数数据为2^16=65536，而实际上，其定时初值不可能这么大，需要500000才可以计时1秒。于是在程序中实现一个循环，使其变成一种25*40ms=1s的情况，即使T0能够循环中断25次才会有LED的状态变化。

2 设计原理或方法

2.1 51单片机

单片机（Microcontrollers）是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的300M的高速单片机。

2.2 STC89C51/52单片机芯片

STC89C52RC是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字节系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但是做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供灵活有效的解决方案。具有以下标准功能：8k字节Flash，512字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。

图2.1 芯片引脚图2.3 定时/计数器的控制

2.3.1 TMOD

图2.2 TMOD各位功能描述

2.3.2 TCON

图2.3 TCON各位功能描述

2.4 单片机中断

中断装置和中断处理程序统称为中断系统。

中断系统是计算机的重要组成部分。实时控制、故障自动处理、计算机与外围设备间的数据传送往往采用中断系统。中断系统的应用大大提高了计算机效率。

中断过程分为中断请求、中断执行、中断返回。

2.4.1 定时器中断

在本题中，使用的是定时器T0的工作方式1（16位定时计数），在此方式中，以T0计数溢出为一个中断请求。

2.4.2 外部中断

在本题中，使用两个按键分别触发两个外部中断口（INT0、INT1）低电平来请求中断。其中一个“+”按键表示提高led的频率、一个“-”按键表示减少led的频率。

2.5 Proteus软件

Proteus软件是英国Lab Center Electronics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是英国著名的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MPLAB等多种编译器。

本次使用的是Proteus7.8版本。

2.6 Keil软件

Keil C51是美国Keil Software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、链接器、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。

3 系统硬件线路设计图

3.1 对于外部中断的使用

图3.1 外部中断的两个按键设置3.2 LED连接

图3.2 LED的连接

3.3 晶振电路

XTAL1和XTAL2指的是8051系单片机上常见的用于接“晶振”（晶体谐振器-Crystal Resonator”）的两个引脚。从原理上来说，这两个引脚和MCU内部一个反相器相连接。这个反相器与外部的“晶振”组成一个构成一个皮尔斯振荡器（Pierce oscillator）。因为这个振荡器集成在器件内部的组件比较简单：一个反相器和一个电阻。适于各种数字IC的设计制造流程。

图3.3 晶振电路

4 基于C51的程序框图与代码4.1 程序框图

4.2 C51代码

#include

unsigned char i=0;

unsigned char a=0,k;

char led_mod[]={0xfe,0xfc,0xf8,0xf0,0xe0,0xc0,0x80,0x00,0xff} ;//九个亮灭状态

bit T1S_flag;

int0() interrupt 0 //定义外部中断0程序

{

a++; //如果外部中断0被响应（-按钮按下），则状态周期变化50ms }

int1() interrupt 2 //定义外部中断1程序

{

a--; //如果外部中断1被响应（+按钮按下），则

}

time0() interrupt 1 //定义定时器T0中断程序

{ TH0 = (65536-20000-1000*a)/256; //对T0高位置数40ms（a=0时）

TL0 = (65536-20000-1000*a)%256; //对T0低位置数

k++; //机器周期2us，则设置的40ms需要循环25次才可以

if(k==25) //k为25时表示已经计数到1s

{

T1S_flag=1;

k=0;

}

}

void main(void)

{

TMOD = 0x01; //T0工作于方式1 (16 位定时计数)

TH0 = (65536-20000-1000*a)/256; //为T0高位置数

TL0 = (65536-20000-1000*a)%256; //为T0低位置数

k=0; //k赋初值

IT0 =1; //外部中断0低电平中断方式

IT1 =1; //外部中断1低电平中断方式

EX0 =1; //允许外部中断0

EX1 =1; //允许外部中断1

PX0 =1; //INT0的中断优先级别高，若两键同时按下则响应外部中断0 ET0 =1; //允许T0中断

EA= 1; //开总中断

TR0= 1; //启动定时器T0

while(1) //循环按照led_mod规定的LED亮灭九种情况

{

if(T1S_flag==1)

{

T1S_flag = 0;

P1=led_mod[i]; //输出使LED对应亮灭

i++ ;

if(i==9) i=0; //产生循环

}

}

}

5 基于Proteus软件的仿真

5.1 电路图

图5.1 仿真电路图

5.2 结果展示

图5.2 Proteus仿真展示（1）

图5.3 Proteus仿真展示（2）

5.3 结果分析

在此电路图中，可以看到一种比较符合预想的结果，首先开始调试后，所有的LED会按照1秒规定的时间亮灭改变状态，且按键也会对LED的变化快慢产生规定的影响。每按下按键，其都会相应变化50ms的快慢。

6 实物设计步骤和展示

6.1 设计步骤

6.1.1 元件清单

图6.1 仿真中元件清单

注：在采购元件时，我们使用了STC89C52芯片、220Ω电阻以及6MHz晶振。

6.1.2 焊接

图6.1 焊接效果

6.1.3 调试

经过调试，实物从烧入程序、灯的亮灭和按键的作用都是正常的，程序完整且实物可以使用。

6.2 实物运行展示

图6.2 实物运行展示

6.3 优点和问题

本实物中需要冷启动写入程序，且断电仍能保证其程序存在。

LED亮度符合要求，且会按照仿真结果定时换状态。

只是时间不会按照理论上的变化。在反复检查了电路后，为了能够达到要求我适当调大了程序中的k值并且反复烧入单片机芯片进行测试。

电路中只需要烧入程序，下一次可以直接通电使用而不需要再次烧入程序。

7 心得体会

这个学期的单片机课已经早早的上完了，但是理论纯属理论，没有与实践的结合总让我们学的不踏实，感觉没有达到学以致用的效果。关于这次课程设计，我们小组花费了比较多的心思，分工合作，既是对课程理论内容的一次复习和巩固，还让我们丰富了更多与该专业相关的其他知识，比如软件应用等。

我觉得在设计课程过程中遇到问题是很正常。除了对此次设计的准备工作之外，我们还学到了很多平时难得的东西，首先是团队协作，在这次设计当中，难免和同学产生观点和意见的分歧，以及分工明细、时间安排等不合理，通过这次设计，我们体会到了团结合作的重要性及力量之强大，还有让我们处理事情更加有条理，思路更加清晰明了了，发现、提出、分析、解决问题和实践能力的提高都将受益于我在以后的学习、工作和生活中。

此次的设计，其实也是我们所学知识的一次综合运用，让我深深的认识到了学习单片机要有一定的基础，要有电子技术方面的数字电路和模拟电路等方面的理论基础，特别是数字电路；也要有编程语言的汇编语言或C语言。要想成为单片机高手，我们首先要学好汇编语言，然后转入C语言学习，所以我们不能学到后面就忘了前面的知识，更应该将所学的知识紧紧的结合在一起，综合运用，所谓设计，就是要求创新，只有将知识综合运用起来才能真正的设计好。

单片机是一门应用性很强的学科，课程设计是培养我们综合运用所学知识，发现问题，分析问题和解决问题，实践操作的重要环节。通过本次课程设计，我们小组四人分工合作，从设计方案，到编程上机，再到硬件连线，总体调试，每个人都参与了进来。加深了单片机的实物和软件及C51等语言的理解和认识。

本次课程设计主题思想是模块化实现系统。每个模块完成他的子功能，把一个大的复杂的问题分解成了几个较为容易的小问题，减轻了工作负担，提高了效率，并且使做出的东西效果更好。这种思想对我们今后的学习和工作都有很大的帮助，在设计思路上有很好的作用，值得我们反复学习，反复实践。

参考文献

1.李群芳, 肖看, 关新, 张士军. 单片微型计算机与接口技术[M]. 北京:电子工业出版社, 2015.

2.宋雪松. 手把手教你学51单片机[M]. 北京:清华大学出版社, 2015.

3.皮大能. 单片机课程设计指导书[M]. 北京:北京理工大学出版社, 2010.

4.朱丹, 谢云. 单片机系统设计基础及应用[M]. 北京:北京理工大学, 2017.

5.[美]Stephen, Prata. C++ Primer Plus[M]. 北京:人民邮电出版社, 2017.