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1、1课程设计说明书课程设计名称 专业综合课程设计 课程设计题目 自编程微电脑定时控制器 学院名称 信息工程学院 专业名称 计算机科学与技术 班级 100452 学号 10045211 姓名 蔡玉平 评分 指导教师_叶水生、周卫民_ 2014 年 1 月 7 日21. 课程设计的要求与基本内容1.1 目的和要求该课程设计的目的是，通过一个实际应用电路模块的安装、调试、及其控制设计，使学生在“计算机组成与结构” 、 “面向对象程序设计” 、 “汇编语言” 、 “微机原理与接口技术、 “单片机应用”等课程中所学知识和所掌握的技能获得一次综合性训练，进一步熟悉微机系统结构和软硬件之间的联系，培养学生软、
2、硬件综合设计、调试和开发能力。在课程设计中，要求学生完成一个实际应用系统的安装、调试和产品化设计，展示完成的产品，并提交课程设计报告。1.2 设计内容该课程设计包括以下几方面内容：（1） 、分析课程设计的“自编程微电脑定时控制器”硬件电路原理，完成硬件电路焊接、安装、调试；（2） 、微机部分：用 VC、VB 或其他面向对象的程序设计语言编程，能实现对 89C52进行编程控制；（3）单片机部分：用汇编或 C 编程，直接实现对控制电器的键盘、液晶显示、串行通信、继电器定时等模块的控制；（.4）按工程化的原则完成控制器的电路原理图、使用说明书等。2. 硬件设计2.1 硬件结构单片机系统的主要功能有：
3、系统复位：在系统上电复位时且指示灯亮灭 3 下，表示系统工作正常，键盘处理：系统通过 3 个功能按键在不同时刻按下处理不同事务。液晶显示：显进行 10 位 8 段的显示控制。定时控制：同时控制 4 路家电，定时时间会随着倒计时而减少，直到定时时间结束。串行通信：可通过 RS-232 串行口连接到微机与其通信。其总体框图如图 2.2.1 所示：3图 2.1 .1 硬件总体框图系统电路原理图如图 2.1.2 所示：图 2.1.2 电路原理图2.2 硬件电路原理系统硬件主要由：STC89C52 单片机主控模块、5110LCD 液晶显示模块、键盘、定时及电器控制模块、异步串行通信模块、在线编程接口等组
4、成。4（1） 89C52 单片机主控模块主控电路图如下所示：图 2.2.1 主控电路图（2）液晶显示模块单片机和 5110LCD 的连接如图 3-2 所示。P1.0 用于模块选中，RESET 信号对模块复位，P0.2 选择数据/命令输入，P0.3 接输入引脚，P0.4 接 SCLK 产生时钟脉冲 图 2.2.2 单片机和 5110LCD 的连接显示控制方法1、共享软件 zimo221.exe 生成要显示的汉字点阵编码，如图 2.2.2.1 所示；5图 2.2.2.1 显示汉字字模的生成2、往液晶显示模块内 RAM 写入数据和 48*84 点阵显示的关系如图 2.2.2.2 所示的次序 图 2.
5、2.2.2 用垂直寻址方式（V=1）和水平寻址方式（V=0）往 RAM 写入数据的次序3、5110LCD 的控制 6图 2.2.2.3 5110LCD 的串行总线协议（3）键盘处理原理键盘分为独立式键盘和矩阵键盘，本系统中采用 4*3 矩阵键盘，采用中断方式加行扫描进行按键处理，当有键闭合时，向单片机/INT0 请求中断，CPU 响应键盘中断，对键盘进行行扫描，以识别哪一个键按下，然后执行相应的处理程序。7在键盘的键被按下和断开的过程中，会出现一段时间的机械抖动，抖动时间的长短和开关的机械特性有关，一般为 510ms，为保证 CPU 对键的闭合仅做一次处理，必须去除抖动，通常采取软件延时等方法
6、，在键的稳定闭合时读键的状态。（4）定时及电器控制四路电器设备控制电路主要通过 74LS373 锁存信号来保持对设备的控制。单片机通过P27 口控制 74LS373 的锁存控制端，由 P0 口向其发送数据， 74LS373 输出口 1Q 接指示灯，2Q 通过驱动电路接蜂鸣器， 3Q6Q 接四路驱动电路，驱动四个继电器控制外部电器，继电器控制电路如图 2.2.4 所示：图 2.2.4 继电器控制电路（5）异步串行通信及单片机在线编程异步串行通信接口232 信号的传输标准是采用负逻辑电平，即用-3V-15V 表示 1，+3V+15V 表示 0，这就需要进行信号电平的转换，也就是把 TTL 电平信号
7、转换成 232 电平信号，或者把RS-232 电平信号转换成 TTL 电平信号。此处采用 MAX232 芯片来将 TTL 信号转换成232 信号 8图 2.2.5.1 串行接口电路 USB TO RS232 接口现在，很多微电脑（特别是笔记本电脑）已经不带 RS-232 接口，为了便于和各种微机配合使用，本控制器设计了 USB TO RS-232 转换接口，通过该接口单片机和微机由USB 接口进行异步串行通信，同时可以直接用 USB 接口的微机电源供电，省去了外接直流稳压电源。 该接口芯片采用南京沁恒电子有限公司研制的 CH340T，其引脚如图 2.2.5.2，引脚功能如表 2.5 所示，转换
8、接口的电路如图 2.2.5.3 所示。 图 2.2.5.1 CH340T 引脚表 2.5 CH340T 引脚功能910图 2.2.5.3 USB to RS-232 转换接口电路单片机程序下载本系统可使用 STC 或 ISP 类型的单片机，通过微机串行接口或者 USB TO RS-232转换接口，进行程序下载，实现微机对单片机的在线编程控制。编程步骤如下：1、在 Keil C 环境下进行源程序设计，包括：程序编辑、修改、编译、连接，最后生成 16 进制目标文件（.hex）. 2、使用共享软件 STC-ISP。EXE 程序下载软件，把生成的.hex 程序装载到系统的单片机中：（1）断开控制板的电
9、源。（2）连接好微机和本系统的串行接口或者 USB 接口。（3） 进入 STC-ISP 界面如图 2.2.5.4，装入要下载的.hex 文件，并按其中提示步骤 Step1-step5 进行操作。注意：必须正确选择 COM 端口，若是用微机 RS-232 接口，应按实际连接选择；若是 USB TO RS-232 转换接口，则需要通过微机“控制面板”-“系统 ”-“硬件”-“设备管理器”-“端口（COM 和 LPT） ”来查看是哪个 COM 口。3、程序下载后，即可以运行调试图 2.2.5.4 STC 单片机编程下载界面113 软件设计3.1 软件要实现的功能下位机要完成的主要功能有：（1）键盘处
10、理（2）定时控制。（3）报警的处理。（4）和微机 RS-232 接口进行异步串行通信。 （5）点阵液晶显示控制 （6）LED 和 8 段数码管显示控制3.2C51 语言及其软件开发工具3.2.1 C51 语言介绍C51 是对 C 语言的扩展，除了可使用 ANSIC 标准关键字以外，还增加了C51 编译器的扩展关键字，如表 3.1 所示表 3.1 C51 编译器的扩展关键字C51 编译器还定义了特殊功能寄存器，如表 3.2 所示 表 3.2 AT89C52 特殊功能寄存器123.2.2 软件开发工具1. Keil Vision 简介德国 keil 公司的单片机语言编译器 KeilC 支持九种基本
11、数据类型，变量可存放在 bit、data、bdta 、idata、xdata、pdata 等不同类型的存储器空间。KeilC 是目前流行的单片机 C 语言调试和开发软件，Keil 提供了包括 C 编译器、宏汇编、连接器、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（Vision）将这些部份组合在一起。KeilC 程序结构与一般 C 语言没有什么差别。一个 C51 源程序大体上是一个函数定义的集合，一个 C 源程序至少包括一个函数，在这个集合中有且仅有一个名为 main()的函数（主函数） ，也可能包含其它函数，因此函数是 C 程序的基本单位。主函数是程序的入口，一
12、个 C 语言程序，总是从 main()函数开始执行的，而不管物理位置上这个 main()放在什么地方，主函数中的所有程序执行完毕，则程序执行完毕。主程序通过直接书写语句和调用其它函数来实现有关功能，这些其它函数可以是由 C 语言本身提供给我们的，这样的函数称之为库函数；也可以是用户自己编写的，这样的函数称之为用户自定义函数。KeilC 提供了 100 多个库函数供我们直接使用。在 KeilC 中，函数定义由函数类型、函数名、参数表和函数体四部分组成。例如：voidmDelay(unsignedintDelayTime)。实现单片机仿真及程序编辑、编译的软件有很多，比较常用的有 Keil Vis
13、ion。Keil Vision3 开发界面如图 3.1，图 3.2 所示。13图 3.1 Keil Vision3 编辑、编译窗口图 3.2 Keil Vison3 调试窗口2. Keil Vision 使用Keil Vision 编程环境和 VC 相似，使用过 VC 的人都很容易熟悉。for Windows 的使用步骤：14(1) 菜单 file_new 新建一个.c 文件，在编辑栏编写源程序。(2) 菜单 file_save 或工具将 C 文件存盘。(3) 菜单 project_new project 创建一个 project,工程名自定，并在其中加入已存在的该工程所需文件。这时该 pro
14、ject 已是打开状态，或用 open project 打开已存在的 project。(4) 菜单 option_for target 设置工程环境。(5) 如果需要，进入 project- File Extension,。对工程文件路径进行修改。(6) 菜单 project 选 Build ，进行编译、链接，看是否有语法错误，若无则生成 HEX 文件，若有则修改源文件后重复以上部分步骤。3.2.3 C51 程序设计及调试过程1按 Keil Vision 使用步骤编写源程序和建立工程；2在 Keil Vision 环境下编译、连接无错误后产生.HEX 文件3通过微机串行接口或者 USB TO
15、RS-232 转换接口，进行程序下载，实现微机对单片机的在线编程控制。4、和已有的微机串行通信通用测试程序进行通信微机串行通信通用测试程序可采用 SSCOM 串口调试程序（可从网上下载） ，其界面如图。可以设置波特率和帧格式，可以进行 1 次性发送和定时循环发生，可以接收并显示接收数据。153.3 程序设计程序采用模块化程序结构，各模块设计如下：（1） 主程序模块主程序模块主要是进行硬件电路的检测和程序的初始化。硬件电路检测包括对LED 指示灯和液晶显示器的检测。程序初始化包括液晶显示初始化、键盘初始化、定时器初始化和串行口初始化，它们都定义在相应的文件中。初始化完毕主程序只是扫描，在扫描过程
16、中处理各种中断。（2） 键盘处理模块键盘是由若干个按键组成的开关按纽，它是最简单的单片机输入设备，可以通过键盘来选择家电、设定定时时间等功能，实现简单的人机交互。用户和系统的大部分交互都是通过键盘操作完成的。系统有 3 个独立的功能按键，它们是通过与门接到中断 0 输入口，在键盘中断函数中还要识别按下的键，系统主要分为 3 类按键：段位选择键、数字键、确认键，分别对 3 类键处理。键盘中断程序的功能有以下几个方面：判别键盘上有没有键闭合：其方法是判断 P1.0、P1.1、P1.2 是否为低电平，若为低电平，则可能有键按下，进行下一步处理。去除键的机械抖动：其方法为判断到键盘上有键闭合，延迟一段时间再判断键盘的状态，若键仍闭合，
