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1、中国地质大学江城学院单片机原理及应用课程设计学 部 班 级 学 号 姓 名 指导教师 年 月 日目录第1章系统开发的基本原理31.1 复位电路及时钟电路31.2 跑马灯的基本原理41.3 数码管的基本原理51.4 键盘的基本原理5第2章 系统硬件设计62.1 MCS-51单片机介绍62.2 74HC573锁存器介绍72.3 74HC02或非门介绍72.4 4511译码器介绍82.5 数码管介绍92.6 系统硬件电路设计10第3章 系统软件设计123.1 软件设计架构123.2 主程序模块133.3 跑马灯程序模块183.4 键盘程序模块183.5 数码管程序模块19第4章 系统测试194.1
2、测试方法194.2 测试考虑的因素204.3 测试结论20第5章 课程设计小结20摘要：单片机最小系统，无论对单片机初学人员还是开发人员都具有十分重要的意义，可以利用最小系统进行编程实现工业控制。单片机最小系统电路板在单片机开发市场和大学生电子设计方面十分流行。本次课程设计包括AT89S52单片机最小系统（包括复位和时钟电路）及供电系统、44矩阵键盘、独立4个8段LED数码管显示电路。利用Protel电路设计软件进行原理图设计，PCB布线，借此巩固单片机应用、模拟电路、数字电路课程及学会工程软件protel的使用。第1章 系统开发的基本原理对51 系列单片机来说， 最小系统一般应该包括： 单片
3、机、时钟电路、复位电路、输入/ 输出设备等。本次课程设计的系统还包括流水灯、4*4矩阵键盘和二位数码管显示。1.1 复位电路及时钟电路复位电路和时钟电路是维持单片机最小系统运行的基本模块。复位电路通常分为两种：上电复位和手动复位。2 上电复位 手动复位有时系统在运行过程中出现程序跑飞的情况，在程序开发过程中，经常需要手动复位。所以本次设计选用手动复位。高频率的时钟有利于程序更快的运行，也有可以实现更高的信号采样率，从而实现更多的功能。但是告诉对系统要求较高，而且功耗大，运行环境苛刻。考虑到单片机本身用在控制，并非高速信号采样处理，所以选取合适的频率即可。合适频率的晶振对于选频信号强度准确度都有
4、好处，本次设计选取12.000M无源晶振接入XTAL1和XTAL2引脚。并联2个30pF陶瓷电容帮助起振。1.2 跑马灯的基本原理220810210 5.1K5.1KP2.7D0D1D2D3D4D5D6D7Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7393837363534333231+WR2816VCC74HC57389S5189S525V9RSTK181933P33P2074HC0213456789VCC112010K8跑马灯的就是讲发光二极管分时点亮，产生流水的效果。51单片机第3239引脚为P0口，分别对应P0.7P0.0，P0口外接10K的上拉排阻。P0口的P0.0P0.7与74HC573的D0
5、D7一一对应相连，74HC573的Q0Q7为输出，分别经220电阻后接于发光二极管（跑马灯）的D0D7上。74HC573为8位锁存器，其1脚为输出使能端,低电平有效。本电路将其接地，所以74HC573的8位Q端为直通输出。74HC573的第11引脚LE为输入使能端，高电平有效。本电路中或非门的输出与其相连，而或非门的两个输入端分别连接于51机的和P2.7引脚上。将P0口的数据写入，74HC573的输入条件是在写入的瞬间必须使P2.7端为低电平，写入有效时，也同时为低电平。这就构成，74HC573（跑马灯）的写入地址为0X7FFF，此电路中的或非门在此时从低电平观点视为低与非门。P0.0P0.1
6、P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7+WR74HC02P2.6+P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.25.1KVCC13 a12 b11 c10 d9 e15 f14 g712654511-23 413 a12 b11 c10 d9 e15 f14 g712654511-13 489S51VCCVCC1.3 数码管的基本原理 单片机键盘控制及键号显示电路的硬件设计键号的数码显示方式仍采用P0口输出给两片4511译码器。DC4511为四位BCD码输入，译码后产生7段数码管显示信号驱动数码管进行键号显示。当控制地址为0xBFFF时，（即P2状态为101
7、11111），与配合，驱动74HC02至4511的第5脚LE端，打开4511的锁存器，键号的显示由P0口输出。见图1-2。P0口的P0.3，P0.2，P0.1，P0.0与4511-1的D、C、B、A相连，再经译码后驱动数码管，显示键号的个位。而P0的P0.7，P0.6，P0.5，P0.4与4511-2的D、C、B、A相连，经译码后驱动数码管，显示键盘号的十位数。1.4 键盘的基本原理矩阵键盘是在要求按键不多是的一种简易键盘设计。与编码键盘相比，矩阵键盘不需要专门的编码芯片，从而成本低，设计简单，用简单的面包板即可搭成。缺点是占用单片机端口较多，而且编程实现行扫描列扫描比较占用资源。键盘的原理是
8、在一端接入高电平，用单片机一个端口去检测按键另一端的电平，另一端也是高电平时，说明按键被按下。44矩阵键盘，分为4行4列，在每列加上拉电阻（加高电平），然后用程序控制行扫描和列扫描，判断具体哪个按键被按下。由于本身键盘的特点，再设计程序是需要加入消除抖动处理。51单片机的P1口控制键盘，其中P1.0，P1.1，P1.2，P1.3为列线，P1.4，P1.5，P1.6，P1.7为行线。四根行线各接1只5.1K电阻，再与电源VCC（+5V）相连。本次课程设计没有加中断，因而用扫描的方法写程序。第2章 系统硬件设计2.1 MCS-51单片机介绍AT89S52 8位单片机是MSC-51系列产品的升级版，
9、有世界著名半导体公司ATMEL在购买MSC-51设计结构后，利用自身优势技术（掉电不丢数据）闪存生产技术对旧技术进行改进和扩展，同时使用新的半导体生产工艺，最终得到成型产品。与此同时，世界上其他的著名公司也通过基本的51内核，结合公司自身技术进行改进生产，推广一批如51F020等高性能单片机。AT89S52片内集成256字节程序运行空间、8K字节Flash存储空间，支持最大64K外部存储扩展。根据不同的运行速度和功耗的要求，时钟频率可以设置在0-33M之间。片内资源有4组I/O控制端口、3个定时器、8个中断、软件设置低能耗模式、看门狗和断电保护。可以在4V到5.5V宽电压范围内正常工作。不断发
10、展的半导体工艺也让该单片机的功耗不断降低。同时，该单片机支持计算机并口下载，简单的数字芯片就可以制成下载线，仅仅几块钱的价格让该型号单片机畅销10年不衰。根据不同场合的要求，这款单片机提供了多种封装，本次设计根据最小系统有时需要更换单片机的具体情况，使用双列直插DIP-40的封装。 DIP-40封装89S52引脚图2.2 74HC573锁存器介绍74HC573是八进制3 态非反转透明锁存器，器件的输入是和标准CMOS 输出兼容的；加上拉电阻，他们能和LS/ALSTTL 输出兼容。当锁存使能端为高时，这些器件的锁存对于数据是透明的（也就是说输出同步）。当锁存使能变低时，符合建立时间和保持时间的数
11、据会被锁存。 74HC573引脚图 74HC573内部结构2.3 74HC02或非门介绍74HC02是四2输入或非门。1A4A 输入端，1B4B 输入端，1Y4Y 输出端。2.4 4511译码器介绍CD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码七段码译码器，特点：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。CD4511 是一片 CMOS BCD锁存/7 段译码/驱动器，引脚排列如图 2 所示。其中a b c d 为 BCD 码输入，a为最低位。LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器
12、一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时， B1端应加高电平。另外 CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字形也自行消隐。LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。ag是 7 段输出，可驱动共阴LED数码管。另外，CD4511显示数“6”时，a段消隐；显示数“9”时，d段消隐，所以显示6、9这两个数时，字形不太美观 图3是 CD4511和CD4518配合而成一位计数显示电路，若要多位计数，只需将计数器级联，每级输出接一只 CD4511 和 LED 数码管即可。所谓共阴 LED
13、数码管是指 7 段 LED 的阴极是连在一起的，在应用中应接地。CD4511 引 脚 图其功能介绍如下： BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。 LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。 LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。 a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。CD4511的工作真值表2.5 数码管介绍LED数码管显示是利用半导体发光制成条形的发光二极管，封装在一起组成数字或其他符号形状。数码管根据公共端不同，分为共阴极和共阳极两种形式。 共阴极数码管 共阳极数码管根据设计需要，本次选用共阴极数码管。键号的数码显示方式仍采用P1口输出给两片4511译码器，如图1-4。DC4511为四位BCD码输入，译码后产生7段数码管显示信号驱动数码管进行键号显示。
