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1、单片微型计算机结构设计课程实习报告实 习 执 行 大 纲一、实习目的1、巩固单片机原理与应用理论课的理论知识；2、熟悉单片机应用系统的硬件设计及软件设计的基本方法；3、将单片机原理与应用理论课的理论知识应用于实际的应用系统中；4、训练单片机应用技术，锻炼实际动手能力。二、实习纪律与要求1、实习纪律1）参加实习的学生必须按照实习大纲的要求，在指导教师的指导下，全面完成实习任务；2）听从指导教师安排，严格遵守实习纪律；3）因故在实习期间缺勤累计超过规定时间的三分之一，不得参加本次实习考核，但可在补足所缺天数后再给予考核并评定实习成绩。2、基本要求1）利用PROTEL等软件进行硬件设计；2）利用Ke
2、il uV2软件完成应用系统软件设计；3）利用PROTEUS软件进行仿真设计；4）完成单片机最小系统和应用系统电路板的焊接；5）对电路进行调试；6）利用stc-isp软件完成在系统编程、下载，并完成系统软件调试；7）题目由指导教师提供；8）要求每个学生单独完成硬件软件设计、仿真、焊接、调试任务；9）写出实习报告，实习报告主要包括以下内容：目录、摘要、关键词、基本原理、方案论证、硬件设计、软件设计(带流程图、程序清单)、仿真结果、实物运行结果照片、结论、参考文献等；10）实习完成后通过答辩；11）答辩时交实习报告电子文档，通过答辩后根据修改意见修改并打印、装订成册。三、实习地点武汉理工大学信息工
3、程学院通信实验室。四、实习时间2012年12月17日-2012年12月30日。五、实习内容1、任务1）利用上述材料完成包含如下系统功能组件的单片机最小系统的设计、焊接、调试（1）键盘一个4X4的矩阵键盘，其中，10个按键是09数字键；另外6个是功能键，用于功能选择和控制。（2）显示电路由6个7段LED数码管组成的显示电路。（3）温度检测利用DS18B20可编程1-Wire数字温度传感器芯片，或利用AD590温度传感器芯片和A/D转换器芯片采集温度温度信号。（4）串口串行通信利用51的串口实现串行通信接口电路。2）完成ISP下载电路的设计、焊接3）完成系统软件的设计，包括程序结构设计、流程图绘制
4、、程序设计，实现如下功能（1）功能选择通过功能选择键，使得单片机处于不同的工作状态并通过LED显示相应的内容。（2）温度显示通过功能选择键选择温度检测、显示后，LED显示温度值。（3）数据输入通过功能选择键选择数据输入后，将通过键盘键入的09按键值显示在LED上，其中，最后输入的显示在最左边，之前键入向右移动一位。（4）数据通信将两个单片机最小系统通过串口连接起来，其中一个作为主系统，另一个作为辅系统。当通过功能选择键选择数据通信后，当在主系统上进行功能（2）、功能（3）的操作时，辅系统的LED上显示与主系统同样的内容。4）利用仿真软件完成系统仿真工作5）在单片机最小系统硬件上实现任务3中规定
5、的功能1 C51系列单片机结构概述单片机即单片微型计算机是将计算机主机CPU、内存和I/O接口集成在一小块硅片上的微型机。一片MCS-51单片机芯片内包含一个8位CPU、振荡器和时钟电路、至少128字节的内部数据存储器可寻址外部程序存储器和数据存储器个64k字节21个特殊功能寄存器4个并行I/O接口2个16位定时/计数器至少5个中断源提供两级中断优先级可实现两级中断服务程序嵌套。具有可位寻址功能有较强的布尔处理能力。各功能单元包括IO端口和定时器/计数器等都由特殊功能寄存器SFR集中管理。MCS-51单片机内部结构框图如图1所示。图1-1单片机内部结构图AT89C52是美国ATMEL公司生产的
6、低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C52单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。主要性能参数：与MCS-51产品指令和引脚完全兼容8k字节可重擦写Flash闪速存储器1000次擦写周期全静态操作：0Hz24MHz三级加密程序存储器2568字节内部RAM32个可编程IO口线3个16位定时计数器8个中断源可编程
7、串行UART通道低功耗空闲和掉电模式功能特性概述：AT89C52提供以下标准功能：8k字节Flash闪速存储器，256字节内部RAM，32个IO口线，3个16位定时计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。芯片引脚图如图2所示。图1-2 AT89C52芯片引脚图1) P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向IO口，也即地址数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“l”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。2) P1口
8、：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向IO口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“l”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。3) P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向IO口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口P2写“l”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。4) P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向IO口
9、。P3口输出缓冲级 可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“l”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。5) RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。6) ALE：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的l6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。7) PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）
10、时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。8) EA：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。9) XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。10）10XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。2 单片机最小系统2.1 复位电路其最小系统复位电路如图2-1所示。 图2-1复位电路51单片机最小系统复位电路的极性电容的大小直接影响单片机的复位时间，一般采用10到30uF，51单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。51单片机最小系统晶振Y1也可以采用6MHz或者11.0592MHz，在正常工作的情况下可以采用更
11、高频率的晶振，51单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快。51单片机最小系统起振电容C2、C3一般采用15到33pF，并且电容离晶振越近越好，晶振离单片机越近越好P0口为开漏输出，作为输出口时需加上拉电阻，阻值一般为10k。其他接口内部有上拉电阻，作为输出口时不需外加上拉电阻。2.2 振荡电路51单片机有两种振荡方式，为内部振荡和外部振荡，内部振荡方式所得到时钟信号比较稳定，在实际电路中，一般是选用内部振荡方式单片机的XTAL1脚和XTAL2脚之间并接一个晶体振荡器就构成了内部振荡方式。AT89S52单片机内部有一个高增益的反相放大器，XTAL1为内部反相放
12、大器的输入端，XTAL2为内部反相放大器的输出端，在其两端接上晶振后，就构成了自激振荡电路，并产生振荡脉冲，振荡电路输出的脉冲信号的频率就是晶振的固有频率。在实际应用中通常还需要在晶振的两端和地之间各并上一个小电容。实际的内部振荡方式的电路如图2-2所示。图2-2振荡电路图中，电容器C4、C5常称为微调电容，其作用有三个：快速起振、稳定振荡频率、微调振荡频率。AT89S52单片机允许外接033MHz的晶振，电容器C4、C5可取5pF33pF。一般情况下，使用频率较低的晶振时，C1、C2的容量可选大一点。为了减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定可靠地工作，在实际装配电路时，晶振X和电容C4、C5应
13、尽可能地安装在XTAL1（图中为X1，单片机第18脚）、XTAL2（图中为X2，单片机第19脚）引脚附近。3 各功能模块3.1 矩阵键盘电路在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。确定矩阵式键盘上何键被按下用“行扫描法”。行扫描法又称为逐行（或列）扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法，第一步：判断键盘中有无键按下，将全部行线置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有
14、键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。第二步：判断闭合键所在的位置，在确认有键按下后，依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。 对矩阵键盘还要消除按键在闭合和断开时的抖动。可采用延时方式软件消除抖动。其连接电路如图 3-1所示。图3-1 矩阵键盘电路3.2 数码管显示电路7 段数码管一般由 8 个发光二极管组成，其中由 7 个细长的发光二极管组成数字显示，另外一个圆形的发光二极管显
15、示小数点。当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画发光。控制相应的二极管导通，就能 显示出各种字符， 尽管显示的字符形状有些失真，能显示的数符数量也有限，但其控制简单，使用也方便。 发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极数码管， 阴极连在一起的称为共阴极 数码管，如图 3-2 所示。图3-2数码管引脚排列7 段数码管每段的驱动电流和其他单个LED发光二极管一样，一般为 510mA；正向电压随发光材料不同表现为 1.82.5V 不等。 7段数码管的显示方法可分为静态显示与动态显示，本设计只用到动态显示，故只介绍动态显示。所谓动态显示就是一位一位地轮流点亮各位显示器（扫描）,对于显示器的每一位而言，每隔一段时间点亮一次。虽然在同一时刻只有一位显示器在工作（点亮）,但利用人眼的视觉暂留效应和发光二极管熄灭时的余辉效应，看到的却是多个字符“同时”显示。若显示器的位数不大于8位，则控制显示器公共极电位只需一个8位I/O口（称为扫描口或字位口），控制各位LED显示器所显示的字形也需要一个8位口（称为数据口或字形口）。 动态显示器的优点是节省硬件资源，成本较低，但在控制系统运行过程
