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1、信息与电气工程学院课程设计说明书（2010 /2011 学年第 2 学期）课程名称 ：单片机原理与应用课程设计题 目 ：基于单片机活动门控制系 统的设计与实现 专业班级 ：电子信息工程 08 级 1 班 学生姓名 ： 学 号 ： 指导教师 ： 设计周数 ： 2 周 设计成绩 ： 2011 年 6 月 23 日基于单片机活动门控制系统的设计与实现第 2 页 共 31 页目录1 课程设计主要任务与技术要求 31.1主要任务 31.2技术要求 32 系统分析与设计 32.1 系统分析 32.2 活动门总体设计方案 43 单片机简介 53.1 80C51单片机功能与引绍 64 主要硬件电路 74.1电
2、机驱动电路 74.2门限电路 94.3按键去抖电路 94.3.1 作用 94.3.2 技术方案 95 单片机与 PC 串口通信 106 单片机设计与验 106.1 单片机程序设计 106.1.1程序流程图 116.1.2源程序代码 126.2上位机程序设计 166.2.1控制界面 176.2.2程序代码 177 课程设计总结 21参考文献 21附录1 电路图 22附录2 PCB 板 24附录2 实物图 25基于单片机活动门控制系统的设计与实现第 3 页 共 31 页1.课设主要任务与技术要求1.1 主要任务（1）系统分析与设计：对系统进行调研，详细分析系统，设计出基于单片机的活动门控制系统的技
3、术方案；（2）设计实现系统的关系技术：电机驱动、门限电路、软件控制；（3）系统电路的设计与实现：器件选择、地址分配和硬件连接；（4）系统软件的设计与实现：单片机代码的实现，计算机控制代码的实现；（5）系统调试：调试串口、调试按键、调试驱动；（6）系统联调。1.2 技术要求（1）实现活动门的开关动作：在单片机的作用下，通过活动门上安装的控制按钮，控制外部电机实现活动门的开关动作（即用单片机控制电机的正反转）；（2）实现上位机软件控制活动门：利用计算机的软件实现对活动门的开关动作（即单片机与上位机的通信，完成对活动门的正确控制）；（3）使用单一供电电源，控制电机使用直流电机，活动门必须安装限位开关
4、，实现门的自动控制。2系统分析与设计2.1 系统分析5 单片机与 PC 机串口通讯51 单片机有一个全双工的串行通讯口，所以单片机和电脑之间可以方便地进行串口通讯。进行串行通讯时要满足一定的条件，比如电脑的串口是 RS232 电平的，而单片机的串口是 TTL 电平的，两者之间必须有一个电平转换电路，我们采用了专用芯片 MAX232 进行转换，我们采用了三线制连接串口，也就是说和电脑的 9 针串口只连接其中的 3 根线：第 5脚的 GND、第 2 脚的 RXD、第 3 脚的 TXD。这是最简单的连接方法，但是对我们来说已经足够使用了，电路如下图所示，MAX232 的第 10 脚和单片机的 11
5、脚连接，第 9 脚和单片机的10 脚连接，第 15 脚和单片机的 20 脚连接。全双工的串行通讯口原理图如图 4.1 所示：图 4.1 全双工的串行通讯口原理图基于单片机活动门控制系统的设计与实现第 4 页 共 31 页使发光二极 L1 和L2 管都灭设置串口工作方式设置定时器 T1 工作方式并赋值开串口中断并设置串口中断触发方式开 CPU 中断和外部中断零等待中断保护现场P2.0=1?NY 中断返回是否有键按下?Y电机正转L1 亮 L2灭N电机反转L1 灭 L2亮调用延时 4 秒程序电机停止L1 和 L2灭恢复现场中断返回开始 中断入口6. 程序设计与实验活动门控制的程序包括两方面的内容；一
6、个是单片机方面的编程，包括对活动门状态的监测和控制，以及微机指令的接收；另一方面是计算机软件编程，包括人机控制界面的编写和控制指令的发送。计算机软件编程方面的内容已在上一章作了详细介绍。下面主要介绍单片机的程序设计。6.1 单片机程序设计单片机的程序完成两个功能，首先是监测活动门开关状态，并以此为依据输出活动门的控制指令。6.1.1 程序流程图主程序 MAIN 的流程图： 外部中断零程序 INT 的流程图：基于单片机活动门控制系统的设计与实现第 5 页 共 31 页串口中断程序 D 流程图：中断入口保护现场和清RI从 SBUF 中读数送累加器 AA=10？YNP3.2=0?把 01 写入SBU
7、F 送到上位机NY电机正转 L1 亮P3.2=0?NY电机反转 L2亮把 10 写入SBUF 送到上位机调用 4 秒的延时程序电机停转灯灭清 RI 恢复现场中断返回6.1.2 源程序的代码基于单片机活动门控制系统的设计与实现第 6 页 共 31 页1系统分析与设计1.1 系统分析要 想 实 现 微 数 字 温 度 计 的 显 示 ,从 理 论 上 分 析 ,最 简 单 的 方 法 就 是 用 开 关 控 数 码 管的 亮 灭 来 控 制 温 度 的 显 示 与 否 ， 也 可 以 直 接 将 温 度 显 示 在 液 晶 显 示 屏 上 。 也 就 是 说 ， 只要 用 单 片 机 直 接 控
8、制 数 码 管 的 显 示 温 度 就 可 以 了 。为 了 实 现 更 加 人 性 化 的 便 捷 操 作 ， 通 过 PC 上 位 机 来 显 示 温 度 更 加 的 便 利 ， PC 上位 机 的 显 示 界 面 可 以 同 时 显 示 多 个 温 度 值 ， 极 大 地 提 高 了 需 要 严 格 控 制 温 度 时 的 场 合 ，便 于 工 作 人 员 及 时 的 调 整 需 要 ， 也 提 高 了 工 作 人 员 的 工 作 效 率 ， 实 现 了 现 代 工 业 的 自 动化 与 便 利 性 。1.2 数字温度计总体设计方案2.软件控制2.1 作用利用单片机实现数字温度计一个优点
9、是可以利用软件控制温度的显示与否，从而将计算机软件和硬件动作联系起来，通过上位机的界面显示温度更加方便用户对环境的温度的测定。采用串口通信的方式连接上位计算机和单片机有若干好处。首先，对于危机而言，控制外部设备的接口有多种多样，如并口、串口、PCI、ISA 等。从电路设计的简便性考虑，利用串口最为理想这是因为，一般的微机均带有 4 个以上的串行接口，而并口只有一个，机箱和微机的生产厂家不可能仅仅为了活动门而占用微机有限的并口资源。同样，使用 PCI、ISA 插槽不仅占用了主板资源，更是需要开发独立的驱动，开发成本较高；此外，从开发的成本和复杂性上考虑，采用串口无疑是最为简便而低廉的设计方案。2
10、.2 技术方案用户通过软件界面直接观测温度值。控制界面和单片机相当于是上、下位机的关系。控制界面通过串口通信接受来至下位机数据并且可以对数据进行保存。基于单片机活动门控制系统的设计与实现第 7 页 共 31 页2.3 RS232 通讯原理串行端口的本质功能是作为 CPU 和串行设备间的编码转换器。当数据从 CPU 经过串行端口发送出去时，字节数据转换为串行的位。在接收数据时，串行的位被转换为字节数据。串口是计算机上一种非常通用设备通信的协议（不要与通用串行总线 Universal Serial Bus 或者 USB 混淆）。大多数计算机包含两个基于 RS232 的串口。串口同时也是仪器仪表设备
11、通用的通信协议；很多 GPIB 兼容的设备也带有 RS-232 口。同时，串口通信协议也可以用于获取远程采集设备的数据。串口通信的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比按字节（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。它很简单并且能够实现远距离通信。比如 IEEE488 定义并行通行状态时，规定设备线总常不得超过 20 米，并且任意两个设备间的长度不得超过 2 米；而对于串口而言，长度可达 1200 米。典型地，串口用于 ASCII 码字符的传输。通信使用 3 根线完成：a 地址线、b 发送、c接收。由于串口通信是异步的，端口能够在一根线
12、上发送数据同时在另一根线上接收数据。其他线用于握手，但是不是必须的。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通行的端口，这些参数必须匹配：（1）波特率：这是一个衡量通信速度的参数。它表示每秒钟传送的 bit 的个数。（2）数据位：这是衡量通信中实际数据位的参数。（3）停止位：用于表示单个包的最后一位。典型的值为 1，1.5 和 2 位。（4）奇偶校验位：在串口通信中一种简单的检错方式。有四种检错方式：偶、奇、高和低。2.4 单片机与 PC 机串口通讯51 单片机有一个全双工的串行通讯口，所以单片机和电脑之间可以方便地进行串口通讯。进行串行通讯时要满足一定的条件，比如
13、电脑的串口是 RS232 电平的，而单片机的串口是 TTL 电平的，两者之间必须有一个电平转换电路，我们采用了专用芯片 MAX232 进行转换，虽然也可以用几个三极管进行模拟转换，但是还是用专用芯片更简单可靠。我们采用了三线制连接串口，也就是说和电脑的 9 针串口只连接其中的 3 根线：第 5 脚的 GND、第2 脚的 RXD、第 3 脚的 TXD。这是最简单的连接方法，但是对我们来说已经足够使用了，电基于单片机活动门控制系统的设计与实现第 8 页 共 31 页路如下图所示，MAX232 的第 10 脚和单片机的 11 脚连接，第 9 脚和单片机的 10 脚连接，第 15 脚和单片机的 20
14、脚连接。全双工的串行通讯口原理图如图 4.1 所示：3.3 SCI 串行通信接口 DSP 控制器串行通信接口（SCI）是一个标准的通用异步接收/发送（UART）通信接口。它的接收器和发送器都是双缓冲的。DSP 控制器串行通信接口（SCI）有自已的使能和中断位，它们可以半双工或全双工方式工作。为了保证数据的完整性，串行通信接口对接收的数据进行间断检测、奇偶性、超时和帧错误的检查。位速率（波特率）可通过一个 16 位的比特率选择寄存器进行编程，因此，可以有超过 65000 种不同的速率。SCI 模块是一个 8 位片内外设，通过 DSP 的 16 位外部数据总线的低 8 位与外部设备通信。SCI 的物理描述：（1
