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1、 本科生毕业论文题 目单片机教学实验板电路设计 系 别计算机与信息工程学院 班 级 电子信工程 姓 名 学 号 答辩时间 单片机教学实验板电路设计毕业论文目 录摘要11. 单片机实验平台的现状41.1 单片机课程的实际应用41.2 单片机教学实验的重要性41.3 目前采用的单片机实验平台41.4 教学实验平台一般存在的问题52. 自作实验板的必要性和优点63. 单片机常做教学实验63.1 I/O口直接使用和简单的I/O口扩展实验63.2 显示器接口实验73.3 A/D转换器实验73.4 D/A转换器实验73.5 定时器计数器实验73.6 存储器实验83.7 灯模拟实验94. 硬件系统设计94.
2、1 STC98C52RC的简单介绍94.2 DA模块114.3 AD模块134.4 显示和输出模块144.5 复位模块164.6 电源模块164.7 晶振模块174.8 键盘模块184.9 温度传感器模块184.10 串行通信模块195. 软件设计205.1 PROTEUS软件205.2 KEIL软件215.3 程序设计215.3.1 蜂鸣器程序215.3.2 矩阵键盘程序225.3.3 流水灯程序235.3.4 数模转换程序245.3.5 数码管动态扫描程序255.3.6 温度测试程序266. 仿真和实物演示277. 总结28谢辞30参考文献31附录132附录253随着大规模集成电路的发展，
3、组成微型计算机的各功能部件：中央处理器、存储器、串/并行输入输出接口、定时器/计数器、中断控制器，以与许多特殊功能单元，单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。单片机也被称为微控制器（Microcontroller），是因为它最早被用在工业控制领域。它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜，为学习和应用以与开发提供了便利条件。单片机的基础知识和技能的学习容，蕴含着数学、物理、计算机信息技术、数字信息技术、电子技术都学科知识的联系，有利于多方面的教育容和学生综合视野的形成。这些容具有广泛的生长点
4、，有利于容的横向和纵向联系。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最正确选择。所以作为一名电子专业的学生学习单片机是非常有必要的。1.单片机实验平台的现状1.1单片机课程的实际应用单片机的诞生标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两个分支。通用计算机系统主要用于海量高速数值运算，不必兼顾控制功能，其数据总线的宽度不断增加，从8位、16位迅速过渡到32位，并且不断提高运算速度和完善通用操作系统，以突出其高速海量数值运算的能力，在数据处理、模拟仿真、人工智能、图像处理、多媒体、网络通信中得到了广泛应用；单片机作为最典型的嵌入式系统，由于其微小的体积和极低的成本，广泛应用于家用
5、电器、机器人、仪器仪表、工业控制单元、办公自动化设备与通信产品中，成为现代电子系统中最重要的智能化工具。1.2单片机教学实验的重要性“单片机原理与应用”是一门许多工科专业学生必修的专业基础课，是一门理论性和实践性都很强的课程。这门课程介绍单片机的硬件结构、工作原理、汇编语言程序设计与接口技术容，比较抽象，逻辑性强。在教学中学生需要做大量的软硬件实验。目前采用的教材多属于CS-51系列，程序源代码用汇编语言书写，教学容与实际产品严重脱离。因此单片机课程在教学容和教学方法等方面越来越不能适应单片机技术领域的发展需求，不加以改进，势必影响我们培养应用型人才的培养目标。当前国家积极倡导的素质教育和创新
6、工程，旨在提高受教育者的素质，培养将所学知识转化为生产力、创造力和经济效益的能力。为了更好地适应发展潮流和就业需要，培养学生的实践能力和创新能力，就必须要有一个很好的实验环境，而要有一个好的实验环境就必须创建一个较好的平台。单片机本身就是一个知识平台，在这个知识平台上如果总是简单地进行重复别人的劳动，即不能调动学生学习的积极性，也很难实现对学生能力的培养。1.3 目前采用的单片机实验平台目前，国单片机教学实验平台种类繁多，总体上分为两类：(1)综合型单片机实验平台，典型特征是把全部实验项目集中在一块实验电路板上。这种单片机综合实验平台的优点是学生进行实验时连接线较少，在时间上可快速进入实验状态
7、，减少因学生接错连接线和连接线接触不良的情况；缺点是实验项目基本固定，不易扩展，实验的灵活性较差。如省澉浦恒坚电器设备厂出品的HJPC-A型单片机综合实验箱；省单片机实验室开发的MCS-51B型综合单片机实验平台；省启东计算机总厂开发的DICE-598K超强型三合一单片机微机开发实验平台；金一倍科技发展开发的DP-51PRo单片机综合仿真实验平台等。(2)模块化单片机实验平台，典型特征是采用积木式结构，由一块主板连接一块或多块实验板组成。主板是在单片机基本系统的基础上扩展多样化的接口和总线，具有驱动多个外围接口芯片的能力，提供单片机的基本功能实验。一块实验板对应1-3个扩展实验项目，实验板与主
8、板之间用电缆连接，可以互相通信。如清华大学科教仪器厂生产的TMD-1型模块化单片机实验平台。这种模块化单片机实验平台的优点是主板可单独或与一块与以上实验板相连，电路简单，元器件少，容易消化理解，降低了初学的难度和实验项目灵活，根据学生专业和程度可方便地扩展实验，可较好地用在学生的课程实验、毕业设计和电子设计竞赛等各个不同的实验与实践阶段。缺点是连接电缆经常拔插，易出现接触不良和连接错误与连接电缆花费时间较多的情况。1.4 教学实验平台一般存在的问题(1)功能全面，系统复杂的单片机实验平台对作为学生的初学者来说并不适宜。虽然有着非常丰富的实验项目，但这些项目一般都是相互独立的，或者说联系不紧密，
9、没有像一个实际应用项目那样成为一个完整的控制系统，学生学完过后只有一些片面的认识，不能形成系统的概念，不能有效培养学生开发简单实用的单片机应用系统的能力,同时是也使得学生的动手能力得不到很大的提高，市场化的单片机枯燥，难以激发学生学习的兴趣。(2)市场化的单片机实验平台为了最大限度的降低生产成本，往往采用廉价相对落后的器件和工艺，不符合电子技术的发展方向，导致学生在学习过程当中不能了解到先进的技术和工艺。如大量使用CT74LS系列和4000系列器件，很少用更加先进的CT74HC系列器件；普遍采用像8279、8255等落后甚至淘汰的元件，很少采用先进的HD7279A等元件；大量使用直插式元件，较
10、少采用贴片元件和工艺。(3)普遍没有考虑系统在干扰情况下的稳定性。(4)现在的市场单片机都是独立的，缺少扩展，在没有扩展的情况下，在实验中我们就不能很好的完成我们想要实现的容，这样的局限性不是我们教学中所需要的。2.自作实验板的必要性和优点单片机课程的实验包括编程和硬件接口两大类，对于编程软件部分我们可以采用Keil软件进行编译。但是实验和实习都必须需要可靠的接口电路或开发产品电路。这些电路如果是在实验和实习中使用面包版插接，插接的元件和连线都很多。这样一方面由于学生很难掌握插接的走线，不可避免地存在走线的松散、紊乱、短路、开路都现象；另一方面面包板长期的反复使用也难以确保每一个插孔都能可靠的
11、插接。因此，实验或实习过程中学生插接的接口电路或开发产品电路必然存在连接故障，这些故障又会由于走线的松散、紊乱而难以查找和排除，常常出现一个故障后又出现另一个新的故障的情况，因此造成实验和实习效果的不理想，不利于教学工作的顺利和教学质量的提高，很显然，如果将实验线路制作成印刷线路板，使用的电路器件一般都采用焊接或用插槽插接就会很好的解决线路连接不可靠的问题，从而改变上述不利的教学局面。但是，实验和学习项目很多，线路各不相同，每个实验线路都制作一个独立的实验板又不现实，从而把各种实验线路有机的按模块组合在一起，制作成一个多功能的实验板就十分必要了。自己制作单片机实验板能够让同学们熟练掌握单片机的
12、原理和用途，以与熟悉开发单片机应用系统的流程和方法。自己由浅入深开始做起，让学生对单片机产生浓厚的兴趣。将抽象变为具体。学习单片机不仅仅是编程，还必须要有制作电路的硬功夫，只对现成的实验板插插拔拔对硬件电路一无所知，最终学习的单片机知识只能是纸上谈兵不能实用的。3. 单片机常做教学实验3.1 I/O口直接使用和简单的I/O口扩展实验本实验主要是了解P1口作为输入、输出方式时，CPU对P1口的操作方式，并学习P1口做输入输出时的使用方法且在单片机系统扩展简单I/O接口的方法。具体实验方法和现象是：(1)将P1口做输出口，接八只发光二极管，编写程序，使得发光二极管循环点亮。(2)将P1口做输入口，
13、接八只拨动开关，扩展 74LS273做输出口，编写程序，读取开关状态，并将此状态通过二极管显示出来。3.2 显示器接口实验本实验主要掌握8031单片机输入输出接口扩展方法与熟悉8255A芯片性能，并熟悉七段LED显示器工作原理。具体实现方法：(1)设计调试出能显示0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F的段数据表。(2)编写一个6位LED显示器的通用显示子程序。该子程序的功能是将8031片RAM中显示缓冲区的容在LED显示器显示。(3)编写一个主程序，使该主程序先对显示缓冲区设置初值，然后循环用所设计的显示子程序，使显示器显示数字。3.3 A/D转换器实验本实验主要了解A
14、/D转换芯片ADC0809的转换性能与编程方法，通过实验知道单片机如何进行数据采集。具体实现方法：利用实验箱上的ADC0809、8255A、74LS373、电位器、LED显示器等，设计数据采集系统。实验箱上的三个电位器可以提供三路模拟电压信号输入，编制程序，将模拟量转换成数字量，进行数据采集。3.4 D/A转换器实验本实验主要了解D/A转换的基本原理，知道单片机和DAC0832芯片设计D/A转换器的接口电路设计与D/A转换程序的方法。具体实现方法：利用实验箱的DAC0832芯片设计D/A转换器，编制程序，产生锯齿波、三角波。用示波器观察输出波形，或利用万用表测试实验电路的输出端OUT，应能测出
15、不断加大或减小的电压值。3.5 定时器计数器实验本实验主要了解8051部定时/计数器的使用和编程方法，掌握中断处理程序的编写方法，了解脉宽调制的原理，学习计数器各种工作方式的用法，掌握8253定时器的时序关系并知道8253的工作方式和编程方法。具体实现方法：(1)部计数器在单片机中主要有定时器和计数器两个功能。实验使用的定时器，定时为一秒钟。CPU运用定时中断方式，实现每一秒钟输出状态发生一次反转，即发光管每隔一秒钟亮一次。(2)PWM是单片机上常用的模拟量输出方法，通过外接的转换电路，可以将脉冲的占空比变成电压。程序中通过调整占空比来调节输出模拟电压。占空比是制脉冲中高电平与低电平的宽度比。(3)8051部有两个16位的定时/计数器T0和T1，1
