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1、电 子 科 技 大 学 微 机 综 合 设 计 设 计 报 告 目录一、设计题目2二、设计内容与要求2三、设计目的和意义2四、设计任务分析2五、系统硬件电路35.1 电路原理图绘制75.1.1 电路图绘制要点75.1.2 硬件电路制作85.2 硬件电路说明85.2.1 单片机基本知识85.2.2 AT89S51单片机介绍11145.2.4 数码管显示电路部分17六、软件设计20程序流程图206.2程序源代码22八、调试过程27 硬件调试278.1.1 静态调试278.1.2 动态调试278.2 软件调试29 调试收获与改进意见29九、设计总结30十、参考文献31一、设计题目 用8031单片机控
2、制可测方波1100Hz，并显示每分钟计数的脉冲。二、设计内容与要求 设计方波脉冲控制显示系统，用51单片机控制输出方波输出，频率范围为1100Hz，并用数码管显示每分钟计数的脉冲数和当前频率，用两个按键分别控制频率的增减，同时用一个复位键，可以快速回到起始状态。三、设计目的和意义1、 通过方波脉冲控制系统的设计，将单片机原理课上所学的知识融会贯通、加深理解。培养独立设计、制作和调试单片机应用系统的能力，熟悉单片机应用系统的软硬件调试方法和系统的设计开发过程，为今后的工作实践活动夯实基础。2、 通过方波脉冲计数控制系统的设计，掌握51系列单片机的内部定时/计数器的功能和使用方法；掌握单片机外部中
3、断的应用和程序的编程方法；掌握数码管的使用和编程方法。通过设计方案分析、选择和设计，设计并搭制硬件电路，编写控制程序等一系列工作，掌握单片机应用的基本方法，更重要的是学会一种科学的解决问题的逻辑思维，和完成任务的方法。3、 培养一个解决困难问题的积极心态，为今后在工作上奠定坚实的基础。四、设计任务分析设计题目要求用单片机控制可测方波脉冲1100Hz，并显示每分钟计数的脉冲数。由要求可知道，任务包括方波的产生和方波脉冲数的显示两个部分。方波由单片机内部定时器来产生，通过改变其定时初值来改变方波的频率，在硬件电路中可利用按键来控制频率的增减。方波的波形利用示波器来观察。由此，可有几个方案来实现题目
4、的要求。方案一：51单片机最小系统，外接上一个数码管显示电路用以显示每分钟的脉冲数。数码管的断码选择端直接与单片机的P0口连接，位码选择端与P2口连接。利用改变定时初值的方式来改变方波频率。这个方案的优点是硬件电路简单，节省元器件，程序编写容易。但是缺点也明显，只用一个数码管，无法显示当前的脉冲频率，而且无法用硬件实现频率的+1，-1的变化。虽然实现了题目的基本功能，但是功能简单有限，也就达不到课程设计的目的了。以下是方案一的电路图：图1 方案一原理图方案二：51单片机最小系统，加上两个数码管显示电路，分别显示脉冲数和频率。此外，每个数码管用74HC573数据锁存器来驱动，增加两个按键用来控制
5、频率的增减。这个方案的优点是能利用数码管显示当前的频率和脉冲数，并且能用按键控制频率的大小。数码管利用数据锁存器驱动，驱动能力更强，还可以支持I/O口扩展。缺点是，数码管电路布线比较困难，跳线多。综合分析以后，我们决定用方案二，虽然方案二难度相比方案一而言难度加大了，但是功能实现得很彻底。当然，面对PCB布局布线的困难，我们只能采用双面板的形式。我们也相信，这个对我们而言将更具挑战性。下面就对方案二进行详细分析。五、系统硬件电路硬件电路主要包括51单片机最小系统（晶振电路和复位电路）、数码管显示电路。原理图如下。图1 51单片机最小系统原理图图2 51单片机最小系统PCB图图3 数码管显示电路
6、原理图图4 数码管显示电路PCB图图5 元器件清单5.1 电路原理图绘制5.1.1 电路图绘制要点绘制电路原理图要熟悉运用绘制软件（Protel 99 SE或者Altium Designer软件），绘制的最终目的是得到美观、清晰的图。因而在绘制前根据需要，对绘图环境参数设计；绘制时正确元件载入（特别是元器件的封装形式一定要选着正确）与编辑；元件载入后正确连线，调整得到美观的原理图电路图绘制注意事项：1、元器件之间连线用Wire命令而不是用Line命令，虽然从表面上看，两者都是直线，只是颜色稍有些不同，但用Wire命令放置的导线是具有电气特性的，而用Line命令放置的直线是不具有电气意义的，两者
7、具有根本区别的。2、注意理解说明文字（Annotation）和网络标号（NetLabel）的区别：说明文字是没有电气特性的，只是纯粹的文字解释，而网络标号是有电气特性的，它可以把电路图具有相同网络标号的电气连线是连在一起的，即在两个以上没有相互连接的网络中，把应该连接在一起的电气连接点定义成相同的网络标号，可以使它们在电气含义上属于真正的同一网络。 3、导线的端点与元件引脚的端点相连，而不是把导线和元件的引脚重叠，最常见的错误是当导线与元件引脚重叠时，这时软件会自动在元件引脚的端点加一节点，这时再把节点删除掉，认为就这样就正确了，实际上如果只是为了得到一张原理图，这样做并没有什么不妥，但却不能
8、得到正确的网络表。4、导线与导线之间不要有重叠。5、不要在同一地方放两个以上相同的元件（如两个电源地符号重叠在一起）。6、在放置电源地符号时，电源地符号的显示类型（Style）为PowerGround，这时PowerPort的属性对话框中网络标号（Net）的内容默认是不显示的，因此有些初学者在放置电源地符号时，没有留意网络标号的内容，致使有网络标号（Net）的内容网络标号为“GND”，有些网络标号的内容却为“VCC”，如果纯粹只为得到一张原理图，这样做是没有问题的，但是若利用自动布线来设计PCB板时，却会造成电源和地短路，从而使整块PCB板报废。正确的做法是在放置电源地符号符号，把PowerP
9、ort的属性对话框中网络标号（Net）的内容全部设置为GND。 7、在绘制电路原理图时，通常总线、总线分支线和网络标号是一起存在的，要注意总线和总线分支线不具有电气特性的，而网络标号是具有电气特性的，因此在放置总线时不能用加粗了的导线来替代，也不能用导线来替代总线分支线，总线分支线和元件引脚之间不能直接连在一起，而应通过导线接在一起，网络标号应放在导线上，不能放在元件引脚上，不能用说明文字（Annotation）来替代网络标号（NetLabel）。8、元器件封必需要有合适的封装方式。没封装会影响后面生产PCB原理图。封装形式不正确，后面生产PCB原理图时，期间的形式可能跟元器件的真实外形尺寸不
10、相似。5.1.2 硬件电路制作 材料准备 元器件测试 PCB制作组装和焊接 测试5.2 硬件电路说明5.2.1 单片机基本知识图6 单片机的基本组成单片机各部分的组成及功能的说明：（1）处理器单片机的中央处理器（CPU）是单片机的核心，完成运算和控制操作。中央处理器主要包括运算器和控制器两部分。单片机CPU和通用微处理器基本相同，只是增加了“面向控制”的处理功能，如位处理、查表、多种跳转等。（2）运算器运算器主要用来实现算术、逻辑运算和位操作。其中包括算术和逻辑运算单元ALU、累加器ACC、B寄存器、程序状态字PSW和两个暂存器。ALU是运算电路的核心，实质上是一个全加器，完成基本算术和逻辑运
11、算。算术运算包括加、减、乘、除、增量、减量、BCD码运算；逻辑运算包括“与”、“或”、“异或”、左移位、右移位和半字节交换，以及位操作中的位置位、位复位和位取反等。暂存器1和暂存器2是ALU的两个输入，用于暂存参与运算的数据。ALU的输出也是两个：一个是累加器，数据经运算后，其结果又通过内部总线返回到累加器；另一个是程序状态字PSW，用于存储运算和操作结果的状态。累加器是CPU使用最频繁的一个寄存器。ACC既是ALU处理数据的来源，又是ALU运算结果的存放单元。CPU中的数据传送大多通过累加器实现，因此累加器又是数据的中转站。如单片机与片外ROM或I/O扩展口进行数据交换必须通过ACC来进行。
12、B寄存器在乘法和除法指令中作为ALU的输入之一，另一个输入来自ACC。运算结果存于AB寄存器对中。（3）控制器控制器是识别指令并根据指令性质协调计算机内各组成单元进行工作的部件。控制器只要包括程序计数器PC、PC增量器、指令寄存器、指令译码器、定时及控制逻辑电路等。其功能是控制指令的读入、译码和执行，并对指令执行过程进行定时和逻辑控制。程序计数器PC（Program Counter）是控制器中最基本的寄存器，是一个独立的计数器，存放着下一条将要从程序存储器中取出指令代码的地址。PC的基本工作过程是：读指令时，PC将其内容送给地址寄存器，作为所取指令的地址给程序存储器，然后程序存储器按此地址输出
13、指令字节，同时PC自动加1，指向下一条指令的地址。PC的变化轨迹决定了程序的流程。PC是不可访问的，顺序执行程序时自动加1；执行转移程序时，自动将其内容更改成指向转移目的地址。程序计数器的计数宽度决定了程序存储器的地址范围。在AT89单片机中，PC是一个16位的计数器，可对64KB程序存储器进行寻址。复位时PC的内容为0000H，说明程序应从程序存储器0000H单元开始执行。指令寄存器是用来存放指令操作码的专业寄存器。执行程序时，首先要从程序存储器中取出指令，送给指令寄存器；指令寄存器再将其输出到指令译码器；指令译码器将该指令进行译码，根据指令性质送到定是逻辑和条件转移逻辑电路，产生定时控制信
14、号，完成程序的执行过程。定时及控制逻辑电路根据指令的性质发出一系列定时和控制信号，控制计算机个组成器件进行相应的操作，执行指令。（4）存储器单片机内部的存储器分为程序存储器和数据存储器。程序存储器主要用来存储指令代码和一些常数及表格。程序在开发调试成功之后就永久性地驻留在程序存储器中，在停机断电状态下代码也不会丢失。程序存储器在操作运行过程中只读不写，因而又被称为只读存储器Rom（Read Only Memory）。标准型AT89单片机的程序存储器采用4KB的快速擦写存储器Flash Memory，编程和擦除完全是电气实现的。编程和擦除速度快，可以使用通用的编程器脱机编程，也可以在线编程。Fl
15、aash的应用，是AT89系列单片机的显著特点之一。在单片机中，用随机存储器RAM（Random Access Memory）来存储程序运行期间的工作变量和数据，所以又称为数据存储器。一定容量的RAM集成在单片机内，提高了单片机的运行速度，也降低了功耗。标准型AT89单片机含有1288位RAM，采用单字节地址。实际上片内的字节地址空间是256个（00HFFH），其中高128字节地址（80HFFH）被特殊功能寄存器SFR占用，用户只能使用低128字节单元（00H7FH）来存放可读/写的数据。（5）外围接口电路CPU与外部设备的信息交换都要通过接口电路来进行。这主要是为了解决CPU的高速处理能力和外部设备的低速运行之间的速度匹配问题，并可以有效地提高CPU的工作效率；同时也提高了CPU对外的驱动能力。输出接口电路具有锁存器和驱动器，输入接口电路具有三态门控制，成为接口电路的基本特征。由于受集成度的影响，片内存储器和外围接口电路的规模和数量都受到一定的限制。为了适
