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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1. 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、硬件综合设计、调试和开发能力。
2、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：系统复位：在系统上电复位时且指示灯亮灭3下，表示
3、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。其总体框图所示：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、在线编程接口等组成。（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
4、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，如图所示；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所示的次序 图2.2.2.2 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 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
5、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。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，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
6、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 .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，
7、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，引脚功能如表2.5所示，转换接口的电路如图所示。 图2.2.5.1 CH340T引脚表2.5 CH340T引脚功能图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
8、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，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
9、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 3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3.2.2 软件开发工具1.
10、 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
11、数是C程序的基本单位。主函数是程序的入口，一个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
12、的有Keil Vision。Keil Vision3开发界面如图3.1，图3.2所示。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：(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project 已是打开状态，或用o
13、pen 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 RS-232转换接口，进行程序下载，实现微机对单片机的在线
14、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。 3.3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
15、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，再判断按键是否释放，直到释放后才认为键盘上确实有一个键被按下，进行按键处理；否则，认为是键的抖动。按键处理：系统定义了一些标志变量，在各自的按键处理程序中都会修改这些变量，当有下一次按
