单片机课程设计

第1页共25页二O一三——二O一四学年第二学期单片机原理及应用课程设计（适用于2012级本科自动化专业)设计题目：数字电压表专业班级：12GB自动化1班学号：01210221y10姓名：贾庭轩完成日期：20140605分数：审阅人：第2页共25页引言单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器，常用英文字母的缩写MCU表示单片机，单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。单片机由运算器，控制器，存储器，输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机（最小系统），和计算机相比，单片机缺少了外围设备等。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。它最早是被用在工业控制领域。其中我们用于学习用的最多的是STC89C52单片机，STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但也做了很多改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。STC89C52具有8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构，全双工串行口。本设计就是以单片机STC89C52为核心，附以外围电路，实现数字电压表的功能，并运用软件Proteus进行仿真来得到实验结果。关键词：STC89C52单片机、仿真、中断、数字电压表、数码管显示第3页共25页目录一、设计目的和要求.......................................41.1设计目的.............................................................41.2设计要求.............................................................41.3发挥部分.............................................................41.4创新部分.............................................................4二、方案总体设计及论证....................................5三、硬件设计.............................................63.1单片机晶振部分......................................................63.2单片机复位部分......................................................73.3电源模块部分........................................................83.4A/D转换部分.........................................................83.5数码管显示部分.....................................................103.6单片机STC89C52.....................................................13四、软件设计............................................164.1程序设计总方案.....................................................164.2系统子程序设计.....................................................174.3A/D转换子程序......................................................174.4中断...............................................................18五、系统仿真与调试......................................18六、课程总结与心得体会..................................216.1设计总结............................................................216.2心得体会............................................................22七、参考文献............................................23八、附录................................................23第4页共25页一、设计目的和要求1.1设计目的使用所学的单片机以及编程的知识，利用PCF8591A/D转换芯片把电阻转换为电压并使用四位数码管显示出来。1.2设计要求利用所学的软硬件知识，使用KEILuVision4软件编写能够实现数字电压表功能的程序。使用软件将数字电压表的硬件电路的模拟电路在70mm*90mmPCB板模板上绘制出来，然后根据lochmaster30软件所绘制的模拟电路在70mm*90mmPCB板上焊接出来。检查电路焊接完好后把编写好的程序下载到单片机内验证编写的程序，观察数字电压表的显示情况是否与实验要求相符。1.3发挥部分使用PCF8591A/D转换芯片通过电阻的调节改变电压并在数码管上显示出来，并且使用一个LED实时的把电压的大小体现出来，电压变高LED就变亮，电压变低LED就变暗。1.4创新部分本实验需求测量0-5V电压，发挥创新，测量电压的大小增大，设置成可调挡的形式。可测量5V、10V、20V电压等。由于时间关系，程序只写了测量5V电压的，稍后会更新程序。本实验采用的是四路检测问做法尽可能发挥了它的功能。第5页共25页二、方案总体设计与论证本次步进电机控制实验以单片机为主体，P0口接上拉电阻驱动数码管的段码，P2口连接数码管的位码，P2口的高四位从低到高分别控制第一、二、三、四个数码管亮或者灭。P1.0口和P1.1口分别接PCF8591芯片的SCL和SDA引脚。SCL和SDA引脚分别为I2C总线的时钟线、数据线。AIN0口接蓝白卧式可调电阻，当可调电阻滑动时，电阻的变化引起电压的变化，经过PCF8591芯片的实时转换，通过单片机处理实时的在数码管上显示出来。同时也能够通过外接在芯片的AOUT口的LED体现电压的大小。AOUT口为芯片的D/A转换输出端。外加复位和晶振电路等组成的最小系统。EA引脚接高电平。进行本实验之初具有两套方案：方案一：使用附加发光二极管的亮与暗来体现电压的大小。此方法拥有体现电压大小的效果更明确的优势。但是硬件电路会复杂一点。方案二：不使用附加发光二极管的亮与暗来体现电压的大小。此方法具有硬件电路简单的优势，节约了成本。但是体现效果不明显。经过衡量，觉得附加LED体现会使电压大小的体现效果更加明了。所以选择方案一。使用数码管显示附加LED来体现不电压的大小。设计变化框图如图1所示：设计系统功能图如图2所示第6页共25页总体方案工作原理：STC89C52是集成40个I/O口的单片机，拥有12MHZ的晶振周期，电路拥有可控复位电路。PCF8591芯片可实现模拟量与数字量的变化。移动滑动变阻器，电压的变化模拟量通过PCF8591芯片转换为数字量输送到单片机中，通过单片机处理，并在数码管上显示出来。三、硬件设计3.1单片机晶振部分如图3所示，为单片机的晶振电路部分。其中C1、C2为22pF的电容，它是振荡回路交联电容，如果没这两个电容的话，振荡部分会因为没有回路而停振。电路就不能正常工作。Y1就是12MHZ的晶振。一般来说单片机内部有一个带反馈的线性反相放大器，外界晶振（或接陶瓷振荡器）和电容就可组成振荡器，晶振结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的。可以说晶振就是单片机的心脏，为单片机工作提供动力。第7页共25页3.2单片机复位部分如图4所示，为单片机的复位电路部分。复位电路，就是利用它把电路恢复到起始状态。当电源低于单片机正常工作电压，影响单片机工作；程序跑飞，时钟失步等情况下需要使单片机复位。该复位电路为按键复位，按键复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平。一般采用的办法是在RST端和正电源VCC之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则VCC的+5V电平就会直接加到RST端。按键复位的电路如所示。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。第8页共25页3.3电源模块部分如图5所示，为单片机的电源模块部分。电源模块包括一个四脚直排针(P0)，一个蓝白自锁开关(S5)，一个1K限流电阻(R2)和一个发光二极管(L0)。电源模块能够为电路提供电源。3.4A/D转换部分如图6所示，为A/D转换部分。其中R3为蓝白卧式电位器，调节电阻可使VO输入芯片的电压发生变化R4为LED的限流电阻，L1为电压大小体现的发光二极管。第9页共25页PCF8591是一个单片集成、单独供电、低功耗、8-bitCMOS数据获取器件。PCF8591具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行I2C总线接口。PCF8591的3个地址引脚A0，A1和A2可用于硬件地址编程，允许在个I2C总线上接入8个PCF8591器件，而无需额外的硬件。在PCF8591器件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向I2C总线以串行的方式进行传输。PCF8591的功能包括多路模拟输入、内置跟踪保持、8-bit模数转换和8-bit数模转换。PCF8591的最大转化速率由I2C总线的最大速率决定。如图7为PCF8591内部结构图：如图8为PCF8591引脚图：第10页共25页AIN0～AIN3：模拟信号输入端。A0～A3：引脚地址端。VDD、VSS：电源端。SDA、SCL：I2C总线的数据线、时钟线。OSC：外部时钟输入端，内部时钟输出端。EXT：内部、外部时钟选择线，使用内部时钟时EXT接地。AGND：模拟信号地。AOUT：D/A转换输出端。VREF：基准电源端。3.5数码管显示部分数码管按段数可分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位等数码管；按发光二极管单元连接方式可分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阴码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管，共阴数码管在应用时应将公共9极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。本实验用的是四位八段共阴数码管。第11页共25页图9为共阴极数码管电路结构：如图10所示，为本实验的数码管显示部分：如图11所示，为四位共阴数码管的引脚图：第12页共25页如图11所示，其中A1,A2,A3,A4分别是数码管从左到右的位选，dp为共地端，在使用时，共阴极数码管应该将它接地。其中a,b,c,d,e,f,g,dp对应的段选分别为如图12对应段选：数码管要显示数字就需要通过PO口输入高低电平控制每个LED灯的亮灭，公共端接地线P0口接1K的上拉电阻。由于并未用到小数点显示，所以DP引脚悬空。如表1所示为数码管显示数字的实现：第13页共25页3.6单片机STC89C52STC8