99秒馬表課程設(shè)計說明書

1、<p><b>　　信息與電氣工程學(xué)院</b></p><p><b>　　課程設(shè)計說明書</b></p><p>　?。?013/2014 學(xué)年第 二 學(xué)期）</p><p>　　課程名稱 ： 單片機(jī)應(yīng)用課程設(shè)計 </p><p>　　題 目 ：

2、99秒馬表 </p><p>　　專業(yè)班級 ： 電氣工程及其自動化0000班 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、課程設(shè)計目的2</p><p><b>　　1.1概述2</b></p><p><b>　　1

3、.2設(shè)計要求2</b></p><p>　　二、課程設(shè)計正文2</p><p><b>　　2.1整體設(shè)計2</b></p><p><b>　　2.2器件清單3</b></p><p>　　2.3主要器件說明4</p><p>　　2.3.1 STC9

4、0C52AD的功能參數(shù)介紹4</p><p>　　2.3.2譯碼單元6</p><p>　　2.3.3共陰極數(shù)碼管7</p><p>　　2.4單元電路設(shè)計8</p><p>　　2.4.1 時鐘模塊8</p><p>　　2.4.2 復(fù)位電路模塊8</p><p>　　2.4.3控

5、制模塊8</p><p>　　2.4.4 顯示模塊9</p><p><b>　　2.5系統(tǒng)調(diào)試9</b></p><p>　　2.4系統(tǒng)分析10</p><p>　　2.5系統(tǒng)設(shè)計10</p><p>　　2.5.1程序流程圖10</p><p>　　2.5.

6、2 T0中斷服務(wù)程序框圖11</p><p>　　2.6系統(tǒng)實施11</p><p><b>　　三、總結(jié)：12</b></p><p><b>　　四、參考文獻(xiàn)13</b></p><p>　　附錄一：C語言設(shè)計程序代碼：14</p><p>　　附錄二： 設(shè)計原

7、理圖及PCB圖16</p><p>　　附錄三、課程設(shè)計評語及成績18</p><p>　　99秒馬表單片機(jī)設(shè)計</p><p><b>　　課程設(shè)計目的</b></p><p><b>　　概述</b></p><p>　　單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計是學(xué)生綜合運用所學(xué)知識

8、，全面掌握單片微型計算機(jī)及其接口的工作原理、編程和使用方法的重要實踐環(huán)節(jié)。通過獨立或協(xié)作提出并論證設(shè)計方案，進(jìn)行軟、硬件調(diào)試，最后獲得正確的運行結(jié)果，可以加深和鞏固對理論教學(xué)和實驗教學(xué)內(nèi)容的掌握，進(jìn)一步建立計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)整體概念，初步掌握單片機(jī)軟、硬件開發(fā)方法，為以后進(jìn)行實際單片機(jī)軟、硬件應(yīng)用開發(fā)奠定良好的基礎(chǔ)。</p><p>　　課程設(shè)計的主要內(nèi)容：根據(jù)單片機(jī)原理及應(yīng)用課程的要求，主要進(jìn)行兩個方面的設(shè)計，即單

9、片機(jī)最小系統(tǒng)和接口技術(shù)應(yīng)用設(shè)計。其中，單片機(jī)最小系統(tǒng)主要要求學(xué)生熟悉單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳功能、引腳的使用、復(fù)位電路、時鐘電路、4個并行接口和一個串行接口的實際應(yīng)用，從而可構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)，并編程進(jìn)行簡單使用。</p><p>　　接口技術(shù)應(yīng)用設(shè)計主要要求學(xué)生能綜合運用單片機(jī)、存儲器、常用接口芯片構(gòu)成單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，有針對性地進(jìn)行軟、硬件設(shè)計與開發(fā)。</p><p><b>　　

10、設(shè)計要求</b></p><p>　　設(shè)計并制作出一個以單片機(jī)為核心的計時控制系統(tǒng)：①設(shè)計方案；②設(shè)計鍵盤輸入電路；③設(shè)計顯示電路；④合理分配地址，編寫系統(tǒng)程序；⑤用Protel設(shè)計硬件電路原理圖和PCB圖；⑥軟硬件聯(lián)機(jī)調(diào)試</p><p>　?。?）開始時，顯示“00”，第1次按下按鍵后開始計時。</p><p>　　（2）第2次按下按鍵后，計時停止。

11、 </p><p>　?。?）第3次按下按鍵后，計時歸零。</p><p><b>　?。?）程序循環(huán)。</b></p><p><b>　　課程設(shè)計正文</b></p><p><b>　　2.1整體設(shè)計</b></p><p>　　采用單片機(jī)的TO定

12、時器，使其工作在方式1，產(chǎn)生一個100ms定時中斷，循環(huán)10次，到1s時，秒加1；到99秒時清零，循環(huán)顯示。顯示數(shù)碼管只需兩個兩個，I/O口足夠用，但為了更好的學(xué)習(xí)和以后工作時單片機(jī)的使用，本次課程設(shè)計數(shù)碼管用CD4511譯碼器譯碼，屬于動態(tài)顯示。</p><p>　?。?）在“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中，把單片機(jī)的P0.0－P0.3端口分別連接到一個CD4511的a-d端口上；要求：P0.0對應(yīng)著A（7），P0.1對應(yīng)

13、著B（1），P0.2對應(yīng)著C（2），P0.3對應(yīng)著D（3）。</p><p>　?。?）在“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中，把單片機(jī)的P2.0－P2.1端口連接到數(shù)碼管的2位位選線上，在某一時刻，只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài)，其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，同時，段碼線上輸出相應(yīng)位要顯示的字符段碼。如此循環(huán)下去，就可以使各位顯示出將要顯示的字符，雖然這些字符是在不同時刻出現(xiàn)的，而在同一時刻，只有一位顯示，其他各位熄滅，但由于

14、LED顯示器的余輝和人眼的視覺暫留作用，只要每位顯示間隔足夠短，則可以造成多位同時亮的假象，達(dá)到同時顯示的效果。</p><p>　?。?）按鍵設(shè)計：單片機(jī)的P1.7管腳通過按鍵開關(guān)接地，不按下開關(guān)時P1.7口保持高電平。</p><p><b>　　總體設(shè)計思路圖</b></p><p><b>　　2.2器件清單</b>

15、;</p><p><b>　　萬能板器件：</b></p><p>　　電阻：1K (9個) 360（7個） 4.7K（2個）</p><p><b>　　按鍵開關(guān)：1個</b></p><p>　　CD4511: (1個）三極管（NPN型）9014:2個</p><p>

16、;　　共陰極數(shù)碼管：（2個）</p><p><b>　　萬能電路板：1個</b></p><p><b>　　導(dǎo)線若干 </b></p><p>　　課程設(shè)計配發(fā)的小電路板（ISP-MCU Basic circuit）電路板器件：</p><p><b>　　2.3主要器件說明<

17、/b></p><p>　　2.3.1 STC90C52AD的功能參數(shù)介紹</p><p>　　STC90C52AD是由宏晶公司生產(chǎn)的高性能八位單片機(jī)。如圖一所示。該芯片采用FLASH存儲技術(shù)，內(nèi)部具有8KB字節(jié)快閃存存儲器，采用DIP封裝，是目前在中小系統(tǒng)中應(yīng)用最為普及的單片機(jī)。 </p><p>　　STC90C52AD可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小

18、系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的可靠性，降低系統(tǒng)的成本。只要程序長度小于8K，四個I/O口全部提供給用戶?？捎?V電壓編程，而且擦寫時間僅需10毫秒，僅為8751/87C51的擦除時間的百分之一，與8751/87C51的12V電壓擦寫相比， 不易損壞器件，沒有兩種電源的要求，改寫時不拔下芯片， STC90C52AD</p><p>　　適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。工作電壓范圍（

19、2.7V~6V），全靜態(tài)工作，工作頻率寬在0Hz～24MHz之間，比8751/87C51等51系列的6MHz～12MHz更具有靈活性，系統(tǒng)能快能慢。STC90C52AD芯片提供三級程序存儲器加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段，能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。P0口是三態(tài)雙向口，通稱數(shù)據(jù)總線口，因為只有該口能直接用于對外部存儲器的讀/寫操作。</p><p>　　STC90C52AD單片機(jī)為40引腳芯片如圖一所示

20、，在本設(shè)計中，主要用到P0口、P2口、P1.0口及P3.0、P3.1、P3.2口。</p><p>　　P0口可作為通用I/O口，但須外接上拉電阻，所以在設(shè)計顯示數(shù)碼管我們避免了使用P0口這樣大大簡化了動態(tài)顯示電路。</p><p>　　P1口：8位、雙向I/0口，內(nèi)部含有上拉電阻。</p><p>　　P1口可作普通I/O口。輸出緩沖器可驅(qū)動四個TTL負(fù)載；用作輸

21、入時，先將引腳置1，由片內(nèi)上拉電阻將其抬到高電平。P1口的引腳可由外部負(fù)載拉到低電平，通過上拉電阻提供電流。</p><p>　　在FLASH并行編程和校驗時，P1口可輸入低字節(jié)地址。在串行編程和效驗時，P1.5/MO-SI,P1.6/MISO和P1.7/SCK分別是串行數(shù)據(jù)輸入、輸出和移位脈沖引腳。 </p><p>　　P2口：具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。</p>

22、<p>　　P2口用做輸出口時，可驅(qū)動4各TTL負(fù)載；用做輸入口時，先將引腳置1，由內(nèi)部上拉電阻將其提高到高電平。若負(fù)載為低電平，則通過內(nèi)部上拉電阻向外部輸出電流。</p><p>　　在FLASH并行編程和校驗時，P2口可輸入高字節(jié)地址和某些控制信號。</p><p>　　P3口：具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向口。</p><p>　　P3口用做輸出口時，

23、輸出緩沖器可吸收4各TTL的灌電流；用做輸入口時，首先將引腳置1，由內(nèi)部上拉電阻抬位高電平。若外部的負(fù)載是低電平，則通過內(nèi)部上拉電阻向輸出電流。在本設(shè)計中，P3口作為時間設(shè)置的4按鍵輸入，因為有上拉電阻，所以可以通過按鍵直接接地，簡化了電路。</p><p>　　在與FLASH并行編程和校驗時，P3口可輸入某些控制信號。P3口除了通用I/O口功能外，還有替代功能如表1所示。</p><p>

24、;　　表1 P3口的第二功能</p><p>　　單片機(jī)使用宏晶公司支持串口下載程序（ISP）的單片機(jī)，為STC90C52AD課程設(shè)計配發(fā)的小電路板（ISP-MCU Basic circuit）電路原理圖見下圖。該板作為課程設(shè)計的核心電路板使用，板上有單片機(jī)及附屬電路，RS-232通信驅(qū)動電路，高低電平測試電路等。課程設(shè)計電路中需要的其他電路在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展，通過插孔連接。</p><p>

25、;　　課程設(shè)計配發(fā)的小電路板（ISP-MCU Basic circuit）電路原理圖見下圖。</p><p><b>　　2.3.2譯碼單元</b></p><p><b>　　其功能介紹如下： </b></p><p>　　BI：4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0 時， 不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（

26、消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。</p><p>　　LT：3腳是測試輸入端，當(dāng)BI=1，LT=0 時，譯碼輸出全為1，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來檢測數(shù)碼管是否損壞。 </p><p>　　LE：鎖定控制端，當(dāng)LE=0時，允許譯碼輸出。 LE=1時譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時的數(shù)值。</p><p>　　A1、A2

27、、A3、A4、為8421BCD碼輸入端。 </p><p>　　a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。</p><p>　　2.3.3共陰極數(shù)碼管</p><p>　　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)用時應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就

28、點亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。數(shù)碼管動態(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，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a, b, c, d, e, f, g, dp"的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機(jī)對位選通COM端電路的控制

29、，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)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，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)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是</p><p&

30、gt;<b>　　2.4單元電路設(shè)計</b></p><p>　　本設(shè)計主要分為時鐘電路模塊，復(fù)位電路模塊，顯示模塊和控制模塊。設(shè)計方案如下 </p><p>　　2.4.1 時鐘模塊 </p><p>　　如上圖所示89C51單片機(jī)的時鐘信號通常用內(nèi)部振蕩方法得到，在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器(簡稱晶振)或陶瓷諧

31、振器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方法。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。晶振通常選擇6MHz、12MHz、24MHz。本設(shè)計采用12MHz晶振。圖中電容C1、C2起到穩(wěn)固振蕩頻率、快速起振的作用。電容值一般為5—30pF。本設(shè)計選用30pF電容。</p><p>　　2.4.2 復(fù)位電路模塊 </p><p>　　復(fù)位操作完成電路的初始

32、化，使單片機(jī)從一種確定的狀態(tài)開始運行。 由上圖可知，控制模塊實際上就是單片機(jī)的最小系統(tǒng)。本設(shè)計采用常用的上電且開關(guān)復(fù)位電路。上電后，由于電容的充電，使RST持續(xù)一段高電平時間。當(dāng)單片機(jī)已在運行中時，按下復(fù)位鍵也能使RST持續(xù)一段時間的高電平，從而實現(xiàn)上電且開關(guān)復(fù)位的操作。此處C3電容取10uF，R2=K。 </p><p><b>　　2.4.3控制模塊</b></p>&l

33、t;p>　　 </p><p>　　2.4.4 顯示模塊 </p><p>　　顯示部分電路設(shè)計如上圖：</p><p>　　為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都

34、接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機(jī)對位選通COM端電路的控制，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)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間為1～2ms。 </p><p>　　2.5系統(tǒng)調(diào)試 <

35、/p><p>　　硬件調(diào)試時可先檢查印制板及焊接的質(zhì)量情況，在檢查無誤后可通電檢查LED顯示器的點亮狀況。若亮度不理想，可以調(diào)整P1口的電阻大小，一般情況下取200Ω電阻即可獲得滿意的亮度效果。 </p><p>　　實驗室制作時，可結(jié)合示波器測試晶振及P1,P2端口的波形情況進(jìn)行綜合硬件測試分析。</p><p>　　硬件調(diào)試：硬件調(diào)試是利

36、用DVCC實驗與開發(fā)系統(tǒng)、基本測試儀器（萬用表、示波器等），檢查用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障。硬件調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試與動態(tài)調(diào)試兩步進(jìn)行。</p><p>　　靜態(tài)調(diào)試：是在用戶系統(tǒng)未工作時的一種硬件檢測。</p><p>　　第一步：目測。檢查外部的各種元件或者是電路是否有斷點。</p><p>　　第二步：用萬用表測試。先用萬用表復(fù)核目測中有疑問的連接點，再檢測各種電

37、源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。</p><p>　　第三步：加電檢測。給板加電，檢測所有插座或是器件的電源端是否符合要求的值 </p><p>　　第四步：聯(lián)機(jī)檢查。因為只有用單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)才能完成對用戶系統(tǒng)的調(diào)試。 </p><p>　　動態(tài)調(diào)試：是在用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶系統(tǒng)硬件中存在的器件內(nèi)部故障、器件連接邏輯錯誤等的一種硬件檢查。動態(tài)調(diào)試的一般方

38、法是由近及遠(yuǎn)、由分到合。由分到合是指首先按邏輯功能將用戶系統(tǒng)硬件電路分為若干塊，當(dāng)調(diào)試電路時，與該元件無關(guān)的 器件全部從用戶系統(tǒng)中去掉，這樣可以將故障范圍限定在某個局部的電路上。當(dāng)各塊電路無故障后，將各電路逐塊加入系統(tǒng)中，在對各塊電路功能及各電路間可能存在的相互聯(lián)系進(jìn)行調(diào)試。由分到合的調(diào)試既告完成。由近及遠(yuǎn)是將信號流經(jīng)的各器件按照距離單片機(jī)的邏輯距離進(jìn)行由近及遠(yuǎn)的分層，然后分層調(diào)試。調(diào)試時，仍采用去掉無關(guān)元件的方法，逐層調(diào)試下去，就會定

39、位故障元件了。</p><p>　　軟件調(diào)試：軟件調(diào)試是通過對程序的匯編、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯誤與邏輯錯誤并加以排除糾正的過程。</p><p>　　可以利用仿真器加以調(diào)試，對系統(tǒng)單個單元進(jìn)行調(diào)試，當(dāng)單元電路成功后，在對整個程序調(diào)試，最后在用CPU芯片調(diào)試。</p><p><b>　　2.4系統(tǒng)分析</b></p>

40、<p>　　通過軟件編程，將相應(yīng)的端口賦成變量的形式。分別通過調(diào)用中斷子程序，動態(tài)顯示子程序，時間調(diào)整子程序，整點報時子程序等來控制各端口的輸出，以達(dá)到理想的效果。</p><p><b>　　2.5系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p>　　2.5.1程序流程圖</p><p>　　2.5.2 T0中斷服務(wù)程序框圖 </p>

41、<p><b>　　2.6系統(tǒng)實施</b></p><p>　　軟件調(diào)試是通過對程序的編譯、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯誤與邏輯錯誤并加以排除糾正的過程。軟件編程是在keil軟件環(huán)境下編程的。</p><p>　　調(diào)試過程中使用了仿真軟件Proteus在計算機(jī)上先進(jìn)行仿真實驗，驗證了軟硬件的可行性。（附仿真圖）</p><p&g

42、t;<b>　　總結(jié)： </b></p><p>　　這次單片機(jī)課程設(shè)計我們歷時兩個星期，在我們班里算是倒數(shù)幾組完成的吧，但經(jīng)過這兩個星期的實踐和體驗下來，我們又怎么會去在乎那個先后問題呢，因為對我來說學(xué)到的不僅是那些知識，更多的是團(tuán)隊和合作?，F(xiàn)在想來，也許學(xué)校安排的課程設(shè)計有著它更深層的意義吧，它不僅僅讓我們綜合那些理論知識來運用到設(shè)計和創(chuàng)新，還讓我們知道了一個團(tuán)隊凝聚在一起時所能發(fā)揮出的

43、巨大潛能! </p><p>　　沒想到這項看起來不需要多少技術(shù)的工作卻是非常需要耐心和精力在兩個星期后的今天我已明白課程設(shè)計對我來說的意義，它不僅僅是讓我們把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力，更重要的是同學(xué)間的團(tuán)結(jié)! 其次，在這次課程設(shè)計中，我們運用到了以前所學(xué)的專業(yè)課知識，如PCB制圖、C語言等。雖然過去從未獨立應(yīng)用過它們，但在學(xué)習(xí)的過程中帶著問題去學(xué)我發(fā)現(xiàn)效率

44、很高，這是我做這次課程設(shè)計的又一收獲。要做好一個課程設(shè)計，就必須做到：在設(shè)計程序之前，對所用單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一個系統(tǒng)的了解，知道該單片機(jī)內(nèi)有哪些資源；要有一個清晰的思路和一個完整的軟件流程圖；在設(shè)計程序時，不能妄想一次就將整個程序設(shè)計好，反復(fù)修改、不斷改進(jìn)是程序設(shè)計的必經(jīng)之路；要養(yǎng)成注釋程序的好習(xí)慣，一個程序的完美與否不僅僅是實現(xiàn)功能，而應(yīng)該讓人一看就能明白你的思路，這樣也為資料的保存和交流提供了方便；在設(shè)計課程過程中遇到問題是很正常

45、的，但我們應(yīng)該將每次遇到的問題記錄下來，并分析清楚，以免下次再碰到同樣的問題的課程設(shè)計結(jié)束了，但是從中學(xué)到的知識會讓我受益終身。發(fā)現(xiàn)、提出、分析、解決問題和實踐能力的提高都會受益于我在以后</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用.高等教育出版社，2003</p><p>　　[2] 權(quán)明

46、富,齊佳音,舒華英.客戶價值評價指標(biāo)體系設(shè)計[J].南開管理評,2004,7(3):17-18.</p><p>　　[3]蘇家鍵等.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù).北京：高等教育出版社，2004</p><p>　　[4]鐘睿.MCS-51 單片機(jī)原理及應(yīng)用開發(fā)技術(shù).北京：中國鐵道出版社，2006</p><p>　　[5]藍(lán)清華等.單片機(jī)應(yīng)用教程.北京：清華大學(xué)