单片机的控制系统课程设计报告

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1、目录第 1 章 概述 11.1 本课题研究的意义 11.2 本课题研究的主要内容 2第 2 章 硬件设计32.1 各部分原件介绍 32.2 硬件原理图 42.3 硬件连接 62.4 本章小结 7第 3 章 软件设计83.1 程序的设计流程 83.2 程序流程图介绍 83.3 本章小结 9第 4 章 结论与体会10参考文献 11附录 12第1 章 概述1.1 本课题研究的意义随着现代电子技术的迅速发展，各种各样的 LED 显示屏、广告牌样式层出 不穷，点阵屏具有高亮度、发光均匀、可靠性好等优点，它们已被广泛地应用于 商业市场的各个邻域，如显示器、户外大屏幕、招牌广告、电子公告栏等等，它 可以实时

2、地显示时间、站点等信息。单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管它的大部分功能 集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、 内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、 定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图 像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。LED 显示屏因其亮度高、方便维护和应用灵活等优点，给我们的生活带来 很大便利，同时它也具有很大的开发价值。在计算机出现以前，有不少能工巧匠 做出了不少精巧的机械。 进入电器时代后，人们借助电气技术实现了自动控制 机械，自动生 产线甚至自动工

3、厂，并且大大地发展了控制理论。然而，在一些 大 中型系统中自动化结果均不理想。只有在计算机出现后，人们才见 到了希望 的曙光。如今借助计算机逐渐实现了人类的梦想。但是， 计算机出现后的相当 长的时间里，计算机作为科学武器，在科学的 神圣殿堂里默默地工作，而工业 现场的测控领域并没有得到真正的 应用。只有在单片机(Microcontroller)出现 后，计算机才真正 地从科学的神圣殿堂走入寻常百姓家，成为广大工程技术人 员现代 化技术革新，技术革命的有利武器。目前，单片机在民用和工业测控领 域得到最广泛的应用。彩电，冰箱，空调，录像机，VCD,遥 控器，游戏机， 电饭煲等无处不见单片机的影子，

4、单片机早已深深 地溶入我们每个人的生活之 中。单片机能大大地提高这些产品的智能性，易用性及节能性等主要性能指标， 给我们的生活带来舒适和方便的同时，在工农业生产 上也极大地提高了生产效 率和产品质量。 单片机按用途大体上可分为两大类：1- -通用型单片机2- -专用型单片机 专用型单片机是指用途比较专一，出厂时程序已经一次性固化好， 不能再修改的单片机。例如电子表里的单片机就是其中的一种。 其生产成本很低。通用型单片机的用途很广泛，使用不同的接口电路及编制不同的应用程序就 可完成不同的功能。小到家用电器仪器仪表，大到机器设备和整套生产线都可用单片机来实现自动化控制。单片机比专用处理器更适合应用

5、于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。 事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子 和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、 掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有 1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数 不少的单片机在工作。汽车上一般配备 40 多部单片机，复杂的工业控制系统上 甚至可能有数百台单片机在同时工作。单片机的数量不仅远超过PC机和其他计 算的综合，甚至比人类的数量还要多。1.2 本课题研究的主要内容按键控制8X8LED点阵显示不同内容。每个按键均有对应数字显示；当按 键时，按键对应的数字在8X8LED点阵上显示，延时后显示按键

6、对应的数字。本设计所介绍的8X8LED点阵显示器可以横向自右向左地循环拉幕显示 09这十个数字和空字符。在程序中可以相应地改变显示字符的样式和显示的 个数。此显示系统也可用于不同的场合显示信息。第 2 章 硬件设计2.1 各部分原件介绍随着单片机功能集成化的发展，其应用领域也逐渐地由传统的控制，扩展为 控制处理数据处理以及数字信号处理，DSP ( Digital Signal Processing)等领域。 凌阳的 16位单片机就是为适应这种发展而设计的。她的 CPU 内核采用凌阳最新 推出的 Microcontroller and Signal Processor 16 位微机处理器芯片，以

7、下简称 µnSP 。围绕 micro;nSP 所形成的 16 位 unSP 系列单片机，以下简 称µ nSP家族。采用的是模块式集成结构，它以µ nSP内核为中 心集成不同规模的ROM PAM和功能丰富的各种外设部件。µ nSP内核 是一个通用的和结构。除此之外的其它功能模块均为可选结构。以及这种结构可 大可小可有可无，借助这种通用结构附加可选结构的积木式的构成，便可成为各 种系列的派生产品，以适合不同场合，这样做无疑会使每种派生产品具有更强的 功能和更低的成本。 µ nSP 家族有有以下特点：体积小 ，集成度高，可 靠性好易于扩展。

8、 µ nSP 家族把各功能把各功能部件模块化地集成在一 个芯片里。内部采用总线结构，因为减少了各功能部件之间的连接，提高了其可 靠性和抗干扰能力，另外，模块化的结构易于系列的扩展，以适应不同用户的需 求。具有较强的中断处理能力。|J nSPTM家族的中断系统支持10个中断向量 及10余个中断源，适合实时应用领域。高性能价格比：|J nSPTM家族片内带 有高寻址能力的ROM，静态RAM和多功能的I/O 口，另外J nSPTM的指令 系统提供出具有较高运算速度的 16位， 16位的乘法运算指令和内积运算指令， 为其应用添加了 DSP功能，使得J nSPTM家族运用在复杂的数字信号处理

9、方 面既很便利又比专用的DSP芯片廉价。当数字键按下时，在8X8LED点阵上显示数字，显示时间为Is,之后显示 数字键对应的图形。其中各个键对应的数字和动态图形如下表 2-1。表 2-1 各个键对应的数字和动态图形键对应功能显示数字对应动态图形11最下面红色的一排LED，向上移动直到最上面22最上面红色的一 排LED，向下移动直到最下面33最下面和最上面分别红色的一 排LED，分别向下和向上移动， 直到两者相遇44最右边红色的一 排LED，向左移动直到最左边55最左边红色的一 排LED，向右移动直到最右边66最右边和最左边各红色的一排LED，分别向左边和右边移动， 直到两者相遇77最右边红色的

10、一 排LED向左移动，同时最上面红色的一排LED 向下移动，分别到最左边和最下面。88所有的绿色的LED全部点亮，之后所有红色的LED全部点亮2.2 硬件原理图列码；如果是有键被按下时，则对应的列扫描线必然会被读回高电平，如果是无 键盘按下时，则读取的列码必定全是0（低电平）。这也就可以判断有无按键的按 下了。单片机与该电路连接时，使用4个端口作为输出口，接4条行扫描线；使用4 个端口作为输入口，接4条列扫描线。使用SPCE061A的I0A815八个端口作4X4 键盘的扫描，IOAO3接行扫描线，10A47接列扫描线。IOA1S+JIOAWdIOA13+JdL3SPCEIA4X4键盘卩IOA

11、1 lJIOAIUpIOA&+JIOA8*JC4a图2-2 SPCE061A和4X4键盘电路连接图键盘按其接线方法有：直接式键盘、行列式键盘（又称矩阵键盘）、串转并 键盘等；在本设计中，采用 4X4 的行列式键盘，即键盘排列为 4 行、4 列，共 16个按键。4X4键盘的电路图如图2-1所示，分别定义这16个按键盘为KEY116。实验箱中8X8点阵元件符号、内部结构如图2-3、图2-4所示。图2-3 LED点阵的元件符号8X8LED点阵可作为信息输出器件。它是由发光二极管阵列按8排8列的方式排列起来，由x和y引脚输入的电信号对其进行选通，使不同位置的二极管被点 亮，相应地显示出文字或图案等信息

12、来。图 2-4 LED 点阵的元件内部结构SPCE061A控制8X8LED点阵显示数字或者字符和显示图形的原理相同，只 要点亮8 X 8LED点阵不同位置的LED就可以显示任意的字符。如图2-5。图 2-5 LED 点阵显示示例2.3 硬件连接硬件连接图如图2-6所示，IOAOI0A7连接8 X 8LED点阵GRE- 18 , I0A8I0A15连接8X8LED点阵RED- 18, I0B8I0B15连接8X8LED点阵COM+ 18, IOBOI0B7连接4X4键盘L1L4、C1C4；即用8pin排线分别连接J26和J33、 J27和J32、 J29和J34、 J28和JP7。图 2-6 硬

13、件连接图2.4 本章小结本章介绍了凌阳单片机、8X8点阵的工作原理以及内部结构，并将二者有机 的结合起来，用以实现本课程设计的目标。8X8LED点阵可作为信息输出器件。 它是由发光二极管阵列按8排8列的方式排列起来，由x和y引脚输入的电信号对其 进行选通，使不同位置的二极管被点亮，相应地显示出文字或图案等信息来。单片机利用外部晶振作为时钟信号输入，RST端口接入上电复位信号使它加 电后自动进行复位操作。将要显示的字符码表编入单片机的程序中，由单片机控 制时序输出相应的扫描数据和字符数据。行码数据由单片机P0口输出，经一个双 向总线收发器控制传输方向后进入LED点阵，点亮相应的发光二极管。列码扫

14、描 信号由P3 口输出后，直接输入LED点阵控制8列的扫描，每列选通时间为5ms, 看上去就像8列同时显示的效果一样。加上行中相应的LED灯被点亮，就能看到 显示的字符了。3.1 程序的设计流程程序设计流程图如图3-1 所示。第3章 软件设计无键按卜播放语句-播放语句-播放语句三播放语句四播放语句五播放语句无播放语句七播放语句八播放语句九播放语句十图 3-1 程序流程图清看门狗3.2 程序流程图介绍在主程序里，初始化I/O 口，由于要在中断中扫描键盘，所以需要开128Hz 中断；调用键盘程序取键值；在8X8LED点阵上显示键值数字：数字键19的 键值为相应的数字，0、F1F4、DEL和ENT键

15、的键值为“0”；根据键值显示动 态图片，各个动态图片符合实验要求。程序部分见附录。以显示数字“1”为例来说明显示数字和英文字符的原理。同样先是从左到 右有先后顺序的显示（也可以从右到左）。如图4-31和图4-32，先给RED- 18 送数据“Oxfffb”，即给IOA 口送数据“Oxfbff”，选中第三列列驱动信号，再给 行驱动信号COM+ 18送数据“0x0044”，也即给IOB 口送数据“0x4400”，就 可以点亮第三列的两个红色的LED；接着给RED- 18送数据“0xfff7”，即给 IOA 口送数据“0xf7ff”，选中第四列列驱动信号，再给行驱动信号COM+ 18 送数据“0x0042”，也即给IOB 口送数据“0x4200”，就可以点亮第四列的两个 红色的LED；接着给RED- 18送数据“0xffef” ，即给IOA 口送数据“0xefff”, 选中第五列列驱动信号，再给行驱动信号COM+ 18送数据“0x007f”，也即给 IOB 口送数据“0x7f00”,就可以点亮第五列