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1、1微 机 单 片 机 接 口设计报告指导老师: 学 生: 2学 号: 机电工程学院 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、设计目的要求和意义 .13.1 设计的目的要求 .13.2 系统设计意义 .1四、系统硬件电路图设计 .2五、程序流程图与源代码 .35.1 程序流程图 .35.2 程序源代码 .3六、系统功能分析与说明 .66.1 单片机部分 .66.2 预置初值跟按键识别电路 .1136.3 二极管显示电路 .126.4 电路板的制作 .12七、设计总结 .14八、参考文献 .16一 设计题目：计数器设计二 设计内容与要求用 AT89S51 单片机实现
2、可预置、可逆的 4 位计数器。要求 P1.0P1.3 接四个发光二极管 L1L4，用来指示当前技术的数据； P3.0P3.3 作为预置数据的输入端，接四个拨动开关 K1K4。用 P3.6/WR 和 P3.7/RD 端口接两个轻触开关，用作加计数和减计数的开关。三 设计目的要求和意义3.1 设计的目的要求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。如定时器/计数器、中断系统、存储器、I/O 口等；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
3、单片机应用系统打下良好的基础；6.学会使用并熟练掌握电路绘制软件 Protel99SE（或 ） ；7.掌握电路图绘制及 PCB 图布线技巧。3.2 系统设计意义1、在掌握单片机相应基础知识的前提下，熟悉单片机最小应用系统的设计方法及系统设计的基本步骤；2、完成所需单片机最小应用系统原理图设计绘制的基础上完成系统的电路图设计；43、完成系统所需的硬件设计制作，在提高实际动手能力的基础上进一步巩固所学知识；4、进行题目要求功能基础上的软件程序编程，会用相应软件进行程序调试和测试工作；5、通过单片机应用系统的设计将所学的知识融会贯通，锻炼独立设计、制作和调试单片机应用系统的能力；领会单片机应用系统的
4、软、硬件调试方法和系统的研制开发过程，为进一步的科研实践活动打下坚实的基础。四 系统硬件电路图设计整个设计主要包括单片机基本的晶振电路，上电复位电路，设计中需要的二极管，开关、按键等。具体的电路图如下图 1 所示：5图 1 系统原理图五 程序流程图与源代码5.1 程序流程图6开 始读取预置值并显示加数器按键成功识别否?加数器按键成功识别否?计数器加 1计数到 16 吗？回到预置值计数器减 1计数到 0 吗？回到预置值指示计数值5.2 程序源代码#include unsigned char curcount;void delay10ms(void)unsigned char i,j;for(i=
5、20;i0;i-)for(j=248;j0;j-);7void main(void)curcount=P3 P1=curcount;while(1)if(P3_6=0)delay10ms();if(P3_6=0)if(curcount=15)curcount=15;elsecurcount+;P1=curcount;while(P3_6=0);if(P3_7=0)delay10ms();if(P3_7=0)if(curcount=0)curcount=0;else8curcount-;P1=curcount;while(P3_7=0);六 系统功能分析与说明本次设计的单片机最小系统包括：单片机
6、 AT89S51 部分，预置初值跟按键识别部分，二极管显示部分以及软件设计部分。下面就针对其中部分的特点进行简要的说明。96.1 单片机部分1.AT89S51 介绍AT89S51 单片机是美国 ATMEL 公司生产的低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4K bytes 的可系统编程的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准 8051 指令系统及引脚。它集 Flash 程序存储器，既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用 8 位微处理器于单片芯片中，ATMEL 公司的功能强大，低价 AT89S51 单片机可为您提供许多
7、高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。图 2 AT89S51 引脚图AT89S51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及 89C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计算机的 AT89S51 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51 具有如下特点：40 个引脚，8k B
8、ytes Flash 片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM） ，32 个外部双向输入/输出（I/O）口，5 个中断优先级2 层中断嵌套中断，2 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。AT89S51 有两种节电运行模式：空闲模式和掉电模式。 （1）空闲模式 10在空闲模式下，CPU 处于睡眠状态，振荡器和所有片内外围电路仍然有效。空闲模式可由软件设置进入（设 IDL1） 。在这种模式下，片内 RAM 和 SFR 中的内容保持不变。空闲模式可通过任何一个允许中断或硬件复位退出。 若用硬件复位方式结束空闲模式，则在片内复
9、位控制逻辑发生作用前长达约两个机器周期时间内，器件从断点处开始执行程序。片内硬件禁止访问内部 RAM，但不禁止访问端口。为避免采用复位方式退出空闲模式时对端口的不应有的访问，在紧随设置进入空闲指令（即设 IDL1）的后面，不能是写端口或外部 RAM 的指令。（2）掉电模式引起掉电模式的指令是执行程序中的最后一条指令（使 PD1 的指令） 。在掉电模式下，振荡器停止工作，CPU 和片内所有外围部件均停止工作，但片内 RAM 和 SFR中的内容保留不变，直到掉电模式结束。 退出掉电模式可用硬件复位或任何一个有效的外部中断 INT0 和 INT1。复位可重新设置 SFR 中的内容，但不改变片内 RA
10、M 中的内容。在 Vcc 电源恢复到正常值并维持足够长的时间之后，允许振荡器恢复并达到稳定，方可进行复位，以退出掉电模式。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。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
11、差别。(1) P1口是最常用的I/O口如图3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。11图3 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4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
12、，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4 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、P2 功能一览表122.晶振电路图 5 系统晶振电路系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路（如图 5 所示） 。AT89S 单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。引脚 XTAL1 和XTAL2 分别是此放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。外接晶体谐振器以及电容
13、 C1 和 C2 构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响震荡器频率的高低、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。因此，此系统电路的晶体振荡器的值为 12MHz，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值约为1322F。在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证震荡器稳定和可靠地工作。3.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 6a 所示。上电瞬间电容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 6c 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 6b 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
