單片機(jī)原理與應(yīng)用課程設(shè)計(jì) —單片機(jī)與 PC機(jī)通訊及動(dòng)態(tài)顯示

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1、單片機(jī)原理與應(yīng)用課程設(shè)計(jì) -一單片機(jī)與PC機(jī)通訊及動(dòng)態(tài)顯示 1、 摘要： 在單片機(jī)的應(yīng)用中，單片機(jī)的通訊是不可缺少的一部分. 單片機(jī)的通訊分為 并行通信和串行通信。 并行通信時(shí)， 數(shù)據(jù)的個(gè)位同時(shí)傳送。 其優(yōu)點(diǎn)是傳送速度快； 缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)有多少位就需要多少根數(shù)據(jù)線，在長(zhǎng)距離傳輸中 , 傳輸線過(guò)多是不經(jīng) 濟(jì)的，并使系統(tǒng)的抗干擾能力降低. 串行通信時(shí)，數(shù)據(jù)的個(gè)位按照一定的順序逐 位分時(shí)傳送。 它的突出優(yōu)點(diǎn)是只需要一對(duì)數(shù)據(jù)線， 大大的降低了網(wǎng)絡(luò)成本， 特別 適用于遠(yuǎn)距離通信. 其缺點(diǎn)就是通信速度較低。相比之下，并行通信雖然傳輸效 率高， 但是所需要設(shè)備復(fù)雜， 遠(yuǎn)距離通信成本太高， 所以

2、其只適用于實(shí)時(shí)性較強(qiáng) , 傳輸速率要求較高的設(shè)備中。而串行通信則相對(duì)需要設(shè)備簡(jiǎn)單, 成本低廉，適合 遠(yuǎn)距離傳輸通信, 所以已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各工業(yè)控制系統(tǒng)中。在此系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告 中，硬件方面包括單片機(jī)供電穩(wěn)壓系統(tǒng)、單片機(jī)基礎(chǔ)介紹、MAX232B片介紹、數(shù) 碼管的動(dòng)態(tài)顯示介紹、硬件的連線等。軟件方面包括了程序框圖、程序流程圖、 C語(yǔ)言的最后程序° 關(guān)鍵詞： 串行通信動(dòng)態(tài)顯示 中斷 2、簡(jiǎn)介 系統(tǒng)功能：在PC機(jī)上輸入00——FF的十六進(jìn)制數(shù)據(jù)，通過(guò)用行口發(fā)送至單 片機(jī)，單片機(jī)接收之后用中斷系統(tǒng)控制兩個(gè)八位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示出來(lái). 且將數(shù)據(jù) 回發(fā)至PC機(jī)，以確定單片機(jī)系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)是否正確

3、。本系統(tǒng)基于AT89S52單片機(jī) 開發(fā)，其中數(shù)碼管的片選信號(hào)由 P2 口控制，各段的顯示由 P0 口控制 .所有器件 集中在銳志開發(fā)板上，有串行總線經(jīng)US璉接至PC機(jī)上。 3、系統(tǒng)硬件說(shuō)明 1單片機(jī)各引腳分布及其簡(jiǎn)要介紹 (1) P0 口：是八位雙向三態(tài)I/O □.在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)可以做低八位地 址線和八位數(shù)據(jù)線。沒有接上拉電阻。 (2) P1 口:內(nèi)部帶有上拉電阻的八位雙向三態(tài)I/O 口。能接收低八位地 址， (3) P2 口:內(nèi)部帶有上拉電阻的八位雙向三態(tài)I/O 口。訪問外部存儲(chǔ)器 的時(shí)候可以送出高八位地址。 (4) P3 口:內(nèi)部帶有上拉電阻的八位雙向三態(tài) I/O

4、口.有第二功能。 P3.0 RXD用行輸入口 P3.1 TXD用行輸出口 P 1.0 , PL1 PI2 P1.3- PL4 PL5 P1.6 P] 7* RST/VPD RXD TXDP3』 TNTg P3 2—— INTI P33 TO P3.4 JI P35 WR P3 6 RD P3.7 XTAE2 XTALI —— vs$ 】0 I) 12 13 14 15 16 17 18 19 20 POQ 21 P0.2 P03 P0.4 PO 5 P0.6 POJ ea'Y

5、cu At E/PROG PSER PZ? P26 P2 5 P24 P2 3 P22 P2 I P2C P3.2 /INT0外部中斷0 P3.3 /INT1外部中斷1 P3。 4 T0定時(shí)計(jì)數(shù)器0 P3.5 T1定時(shí)計(jì)數(shù)1 P3。 6 /WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 P3。 7 /RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 5) Vcc 和 Vss 分別是+5V 電源和地 6) ) XTAL1和XTAL2外接晶振引腳 7) RESET 復(fù)位引腳 8) EA 內(nèi)部外部存儲(chǔ)器選通信號(hào) 9) ALE 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和地址的分離 10) /PSEN 外部

6、程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào) 3.2。 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 從下圖可知， 它主要由 8 個(gè)部件通過(guò)片內(nèi)總線連接而成。 部件有中央處理器 (CPU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM、程序存儲(chǔ)器(ROM/EPRQM并行輸入/輸出口、串行 口、定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器。 3。3本設(shè)計(jì)中所用特殊功能寄存器介紹 3.3。 1 TMOD GATA C/T M1 M0 GATA C/T M1 M0 (1)GATA:門空位。是定時(shí)控制器的開啟與外部中斷和單片機(jī)內(nèi)部開啟結(jié)合起來(lái) (2)C/T : 為0時(shí)，是定時(shí)器。為1時(shí)，是計(jì)數(shù)器 (3)M0和

7、M1:用來(lái)選擇工作方式。 3.3.2 TCON TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 (1)TF1和TF0:定時(shí)計(jì)數(shù)器0和1的溢出標(biāo)志位. (2)TR1和TRQ 定時(shí)計(jì)數(shù)器0和1的開啟位。 (3)其中低四位與中斷系統(tǒng)的外部中斷有關(guān)。本設(shè)計(jì)中不涉及 3.4。 3 SCON SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI (1)SM群口 SM1:用來(lái)確定串行都得工作模式. (2) SM2:用于多機(jī)通信，本設(shè)計(jì)中不涉及. ⑶TB8和RB8 本設(shè)

8、計(jì)中不涉及； (4) TI：發(fā)送數(shù)據(jù)標(biāo)志位。表示發(fā)送緩沖器以空. (5) RI:接收數(shù)據(jù)標(biāo)志位。表示接收緩沖器已滿。 3。3.4 PCON 該寄存器的SMO應(yīng)是波特率倍增位。 3.4MAX232K 片介紹 3.4。1 MAX232弓|腳介紹 (1 )第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功 能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個(gè)電源，提供給RS-232串口電平的需要。 (2)第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩 個(gè)數(shù)據(jù)通道。 其中 13腳(R1IN)、12 腳(R1OUT、11 腳(T1IN)、14 腳(T1OUT 為第

9、 一數(shù)據(jù)通道。 (3) 8 腳(R2IN)、9 腳(R2OUT) 10 腳(T2IN)、7 腳(T2OUT 為第二數(shù) 據(jù)通道. (4) TTL/CMO嗷據(jù)從 T1IN、T2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 RS-232 數(shù)據(jù)從 T1OUT T2OUT 送到電腦DB所頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS 數(shù)據(jù)后從R1OUT R2OUT俞出。 lla叵E醫(yī)叵口后 mgs 「C2-V-QM (5)第三部分是供電.15腳GND 16腳VCC(+5v)。 3。4。2主要特點(diǎn): (1 )符合所有的RS-232C技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) (2)只需要單一 +5V電源供電 (

10、3)片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生 +10V和-10V電壓 V+、V— (4)功耗低，典型供電電流5mA (5)內(nèi)部集成2個(gè)RS-232C驅(qū)動(dòng)器 (6)高集成度，片外最低只需4個(gè)電容即可工作 3。4。3 RX232簡(jiǎn)單應(yīng)用電路 十科INPUT C3 rrurMos INPUTS 1 4-lOVlO W C2- VOLTAGE 叫EFHE目 3 10 3 5k “ RS/美 OUTPUTS 嬰 INPUTS Tib CMOS / OUTPUTS \ -10 V C4 C2^-5 C5 口 Vcc 同T04MW M- V0L1

11、WE 叫UELfR TIin 堂k CND后 門（HJ1 (電容器應(yīng)選擇1pF的電解電容.在使用過(guò)程中本人曾用過(guò)10 pF的代 替。 注意，由于RS232電平較高，在接通時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)電涌非常高,很有可能擊 毀max23Z所以在使用中應(yīng)盡量避免熱插拔 3.5八段數(shù)碼管介紹 5。 1 LED的分類 八段LED數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽(yáng)兩類 按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管 是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極( COM的數(shù)碼管，共陽(yáng)數(shù) 碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極 COMS到+5V,當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平

12、 時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。 共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM的 數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極 COMS到地線GNDh,當(dāng)某一字段發(fā)光 二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相 應(yīng)字段就不亮。 3.5.2 LED的封裝 led數(shù)碼管(LED Segment Displays )是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成 “8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極 led數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn). 3。5。3LE曲碼管的驅(qū)動(dòng)方式

13、(1)靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng) 靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單 片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二一十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用 I/O端口多，如驅(qū)動(dòng)5 個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5X8=40根I/O端口來(lái)驅(qū)動(dòng)，而一個(gè)89S52單片機(jī)可用 的I/O端口才32個(gè)呢，實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件 電路的復(fù)雜性。 (2)動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng) 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū) 動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b , c, d,e,f,g,dp ”的同名端連在一起,

14、另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極 COM曾加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O 線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼， 但究竟是 那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通CO閶電路的控制，所以我們 只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼 管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的CO郵，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受 控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1?2m6 由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同 時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)， 不會(huì) 有閃爍

15、感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而 且功耗更低。 4模塊設(shè)計(jì) 4.1 電源模塊 系統(tǒng)供電電源模塊電網(wǎng)電壓為220V交流電，我們自制了直流穩(wěn)壓電源為系統(tǒng) 供電。采取三端可調(diào)式穩(wěn)壓器LM系列作穩(wěn)壓部分制作普通的正壓穩(wěn)壓直流電源， 對(duì)電路的數(shù)字部分和模擬部分共同供電. 220v 50Hz 4.2 控制模塊 選用AT89S52單片機(jī)，它是八位微處理器，集成度高，可靠性高?？捎脜R編 語(yǔ)言和C語(yǔ)言編程. P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 VCC S1 R1 C3 10u P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7

16、 P1.7 8 R3 10K 10 11 12 13 14 15 16 17 「C0P 18 19 C2 | 30P Y1 12M 20 P10 VCC ,P11 P00 P12 P01 ,P13 P02 P14 P03 ,P15 P04 P16 P05 , P17 P06 P07 RESET EA P30/RXD P31/TXD ALE/P P32 P33 PSEN P34 P35 P27 P36 P26 P37 P25 P24 X2 P23 X1 P2

17、2 P21 Vss P20 U1 37 31 30 AT89C51 36 35 34 33 32 VCC 40 4 7K*4 P0.1 一P0.2 P0.3 ,P0.4 VCC 28 P2.7 27 P2.6 26 P2.5 25 P2.4 24 23 P2.2 22 P2.1 21 P2.0 29 S2 S3 S4 （上圖為單片機(jī)最小系統(tǒng)） 該最小系統(tǒng)由按鍵復(fù)位RESET電路、晶體振蕩電路以及I/O接口電路組成。 復(fù)位的實(shí)現(xiàn)通常用2種方式：開機(jī)上電復(fù)位和外部手

18、動(dòng)復(fù)位，本設(shè)計(jì)用的 是外部手動(dòng)復(fù)位。電路圖2.5如下： = 10uF |J a.2K 4系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.1電路框序 PC 框圖說(shuō)明: 主程序模塊循環(huán)檢測(cè)用行口接收標(biāo)志位是否為 檢測(cè)到有新的數(shù)據(jù)輸入之后，將數(shù)據(jù)送至中斷模塊 位和低位在兩個(gè)八段數(shù)碼管上顯示。 在單片機(jī)接收到數(shù)據(jù)的同時(shí) 確定單片機(jī)接收數(shù)據(jù)的正確性。 4 。 2程序流程圖 數(shù)碼管的顯示模塊 1,即是否有新的數(shù)據(jù)輸入。 ,由中斷控制，分別取數(shù)據(jù)的高 ，將所接收的數(shù)據(jù)回發(fā)至PC機(jī)上，使數(shù)據(jù)發(fā)送者 主程序 開始

19、 定時(shí)務(wù)程器0中斷服序 定時(shí)器0中斷入口 4。4 C語(yǔ)言程序及其解釋 # include

20、2系列單片機(jī)的頭文件和預(yù)定義字符 uchar i , j,t , txd,flag ; ucharcode s8 [16] ={0xc0,0xf9 , 0xa4,0xb0 , 0x99, 0x92, 0x82,0xf8,0x80,0x90 , 0x88, 0x83, 0xc6,0xa1 , 0x86,0x8e }; void send_char(uchar txd ); void time0 ()； //變量的定義、數(shù)碼管段碼表的輸入、函數(shù)的聲明 void main () { TMOD=0x21 TH1=TL1=0xfd ; TH0= (65536-1000)/256;

21、TL0=(65536-1000 ) % 256; //定時(shí)計(jì)數(shù)器的初始化和其初值的設(shè)定 SCON=0x50; PCON=0x00; //串行口的初始化 EA=1 ； ET0=1 ； TR1=TR0=1 ； // 中斷的開啟 flag=0x00; while(1 ) {if (RI==1) {RI=0;〃驗(yàn)證是否有數(shù)據(jù)自PC輸入 t=SBUF; send_char (t)//將數(shù)據(jù)發(fā)送回PC機(jī)的函數(shù) } } } void send_char(uchar txd ) {SBUF=txd； while (！ TI ) ; TI=0; } void tim

22、e0() interrupt 1//使數(shù)據(jù)在兩位數(shù)碼管上動(dòng)態(tài)顯示的中斷函數(shù) {TH0=(65536-1000) /256 ； TL0=(65536— 1000) ％256； i=t%16; j=t/16 ； switch(flag ) { case 0x00： P0=s8[j] ； P2=0xfe ； flag++;break; case 0x01 ： P0=s8[ i ] ； P2=0xfd;flag=0;break ； } } 該程序用 Keil uVision3 軟件編譯成功 , 且借助串口大師軟件成功運(yùn)行，并且能 達(dá)到預(yù)期效果, 即輸入00—-FF 之間的十六位進(jìn)

23、制數(shù)可以在數(shù)碼管上得到顯示, 并且PC機(jī)上可以接受單片機(jī)接受的數(shù)據(jù)。y 4 設(shè)計(jì)總結(jié) 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全過(guò)程中我們遵循了以下設(shè)計(jì)原則， 使我們的方案系統(tǒng)化、 清 晰易懂、可靠性高、可維護(hù)性好。總結(jié)如下 : （ 1） 正確性和完備性原則: 我們?cè)诿俊凹?jí)”的設(shè)計(jì)完成后，都進(jìn)行反復(fù)的過(guò) 細(xì)檢查， 確保指標(biāo)所要求的各項(xiàng)功能全部實(shí)現(xiàn)并留有必要的余地， 以便最后對(duì)設(shè) 計(jì)進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化 . （ 2 ）模塊化、結(jié)構(gòu)化原則：每個(gè)模塊均有明確的可獨(dú)立完成的功能，而且 對(duì)某個(gè)模塊內(nèi)部進(jìn)行修改時(shí)不應(yīng)影響其他的模塊。這樣方便系統(tǒng)的調(diào)試和查錯(cuò)。 （ 3）直觀性、清晰性原則:我們不采用使人難以理解的訣竅和技巧,而選用最 合適最清晰易懂的設(shè)計(jì)方案,這使得系統(tǒng)的可維護(hù)性非常好。 參考文獻(xiàn) : （ 1） 。 黃智偉。 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽訓(xùn)練教程。 北京: 電子工業(yè)出版社，2005 （ 2） 。 潘新民，王燕芳。微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社,2005 （ 3） ．萬(wàn)文略。單片機(jī)原理及應(yīng)用 . 重慶大學(xué)出版社 （ 4） 趙麗清 . 51 單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用