单片机课程设计指导书-课程设计指导手册2012

单片机课程设计指导书
西安理工大学电气工程系
2012年7月
第1章单片机最小系统的设计
一、AT89S52 单片机简介
AT89S52是一种低功耗、高性能、基于CMOS技术的8位微控制器，它具有8K在系统可编程Flash存储器，使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品的指令和引脚完全兼容。

其片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高度灵活且有效的解决方案。

AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

此外，AT89S52还可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

1、AT89S系列单片机对一般用户来说，存在下列明显的优点：
（1）片内含Flash存储器
在系统开发过程中，可十分容易地进行程序的修改，大大缩短了系统的开发周期。

同时，在系统工作过程中，能有效地保存一些数据信息，即使外界电源损坏也不影响到信息的保存。

（2）和80C51兼容
89S系列单片机的引脚和80C51是全兼容的，所以当选用89S系列单片机取代80C51时，可以直接进行代换（二者封装一样是前提）。

（3）静态时钟方式
89S系列单片机采用静态时钟方式，故很节能，这对于降低便携式产品的功耗十分有用。

（4）错误编程亦无废品产生
一般的OTP产品，一旦错误编程就成了废品，而89S系列单片机内含Flash存储器，故在出现错误编程之后仍可以重新编程，直到正确为止，并不存在废品。

（5）可以进行反复系统试验
89S系列单片机系统，可反复进行系统试验，每次能编入不同的程序，以保证系统设计达到最优。

且能随用户的需要和发展，多次进行修改，以使系统能不断满足用户的最新要求。

2、AT89S系列单片机的内部结构
AT89S系列单片机的内部结构和80C51相近，是增强型，其主要含有如下一些部件：（1）8031CPU
（2）振荡电路
（3）片内Flash
（4）片内RAM
（5）总线控制部件
（6）中断控制部件
（7）并行I/O接口
（8）串行I/O接口
（9）定时器/计数器
3、AT89S系列与AT89C系列的区别
这两者内核相同，而且管脚也相互兼容，所以在通常情况下能相互代替，不过请注意：下载程序时稍有不同！
AT89C系列需要用并行编程器下载其程序，接线多且复杂；而AT89S系列却能支持ISP 下载，可以在AT89S52的系统板上预留出ISP下载接口，再用廉价且方便的下载线连接电脑USB口就可以利用软件将hex文件下载至AT89S52了。

二、应用单片机最小系统实现基本电子时钟
1、课设目的
（1）掌握51单片机的工作原理及使用方法，学会使用编译环境和下载器（含相关软件），会用其调试和下载程序；
（2）掌握一般硬件电路的设计方法和常用电子元器件的选用原则；
（3）熟悉印制电路板（PCB）的设计过程，掌握常用元件的焊接方法和技巧；
（4）掌握单片机系统的设计过程及其调试过程，增加对实际电路的感性认识；
（5）培养学生发现问题、独立思考并解决问题的能力，最终提高其实践能力。

2、课设内容
本课程设计的内容是利用51单片机最小系统设计一个电子时钟，时钟采用24小时制，设有按键，可设置时钟参数，并利用LCD进行显示。

其具体要求如下：
（A）熟悉硬件电路原理，掌握各部分电路功能，焊接好单片机最小系统；
（B）编写程序，调试LED，实现流水灯控制；
（C）编写程序，调试LCD（显示数字或英文字符），使其显示正常；
（D）编写程序，实现电子时钟显示，时钟采用24小时制。

3、课程设计计划
该次课程设计共一周时间，下面对每一天的安排作出详细规划如下表：
4、设计思路
（1）最小系统
本次课设选用STC89C52RC单片机作为系统核心，其封装是DIP-40。

要使单片机正常工作，就必须有相应的外围电路，能使单片机正常工作的最简化外围电路系统，就称之为：单片机的最小系统，通常包括：电源电路、复位电路、晶振电路等。

最小系统再扩展，可扩展以下一些功能模块：键盘（独立、矩阵）、显示（LED、LCD）、通信（RS232、UART等）、总线（SPI、I2C等）、通用IO（LED、蜂鸣器、继电器等）、前向通道、后向通道等。

（2）显示电路
鉴于液晶显示越来越普遍，故本次课设特选用驱动方便的COG型1602液晶显示模块。

常见的液晶显示模块可以分为：字符型、点阵型等，该1602模块属于字符型液晶。

该模块是一种用5×7点阵图形来显示字符的液晶显示器，其显示容量为2行16个字，故称之为1602。

其14针接口为通用接口：
1号管脚：GND。

模块的接地。

2号管脚：VCC。

模块的供电，+5V供电。

3号管脚：VO。

液晶模块对比度调整端，接正电源时对比度最低，接地时对比度最高，对比度过高或过低都不能使液晶达到最佳显示效果，因此在使用时可以通过一个10K的电位器来调整对比度。

4号管脚：RS。

为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。

5号管脚：RW。

为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。

当RS和RW都为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。

6号管脚：EN。

为使能端，当EN端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。

7~14号管脚：D0～D7。

为8位双向数据线。

此外，该液晶模块还配有背光，所以还有单独的两根背光电源线：红线为正电源，黑线
接地。

注意！该1602模块背光供电电源为4.2V，若要在5V系统中用5V供电的话，需串入一个10欧姆的限流电阻，防止背光模块损坏。

1602液晶模块内的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，如下表所示，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、日文的假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。

1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如下表所示：
1602的读写操作以及屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。

说明：1为高电平，0为低电平。

指令1：清显示，指令码01H，光标复位到地址00H位置。

指令2：光标复位，光标返回到地址00H。

指令3：光标和显示模式设置。

I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移；S：屏幕上所有文字是否左移或者右移，高电平表示有效，低电平表示无效。

指令4：显示开关控制。

D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示；C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标；B：控制光标是否要闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。

指令5：光标或显示移位。

S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。

指令6：功能设置命令。

DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线；N：低电平时单行显示，高电平时双行显示；F：低电平时显示5×7的点阵字符，高电平时显示5×10的点阵字符。

注意！有些1602模块DL定义为：高电平是8位总线，低电平是4位总线。

指令7：字符发生器RAM地址设置。

指令8：DDRAM地址设置。

指令9：读忙信号和光标地址。

BF：忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平则表示不忙，可以进行操作。

指令10：写数据。

指令11：读数据。

一个典型的1602液晶模块与单片机的接口电路如下：
液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要先确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。

要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，下表是该1602液晶模块的内部显示地址：
注意！比如第二行第一个字符的地址是40H，那么是否直接写入40H就可以将光标定位在第二行第一个字符的位置呢？NO！因为写入显示地址时要求最高位D7恒定为高电平1，所以实际写入的数据应该是：01000000B（0H）+ 10000000B（80H）= 11000000B（C0H）。

（3）软件定时
时钟由定时器T0完成定时。

当时钟晶体振荡器为6MHz时，由于T0的最大定时达不到1s，故为方便计算及实现，取定时0.1s。

这样每0.1s中断1次，中断10次为1s。

0.1s的定时值为3CB0H。

5、参考流程图
第2章单片机系统软硬件调试
一、硬件焊接步骤
在焊接前请同学们认真对照原理图，了解开发板电路原理图（参见开发板说明书）和开发板各器件的对应关系，仔细查看印刷电路板，找到对应元件的功能区后，开始准备元件和工具。

此电路板焊接要求使用25W左右尖烙铁。

1.根据电路元件及电路原理图进行合理布局；
2.将集成电路插座按管脚方向布局；
3.注意电阻、电容、开关以及三极管等布局，电阻色环朝同一方向，电容有字面统一朝外方向，便于查看参数，开关个三级管按相同方向摆放；
4.焊接电阻、电容、开关以及三极管等；
5.每次焊接时，烙铁头与焊盘接触时间不应超过3秒，焊点应饱满。

二、硬件调试步骤
1.焊接完后，检查布局是否正确，特别是集成电路的管脚方向；
2.用万用表测试电源和地是否存在短路现象；
3.测试开发板电源部分器件是否正常；
4.用万用表检查是否存在焊接错误、虚焊等现象；
5.插上AT89S52、液晶和其他集成电路，注意芯片方向；
6.通电，利用硬件测试程序，对焊接电路进行测试；
7.若出现故障，则断电，根据故障现象，找出对应电路部分，进行排除。

三、软件调试
STC单片机ISP下载步骤：
1、安装下载线驱动程序。

见文件：支持STC下载的PL2303HX驱动
2、安装STC单片机ISP下载软件：
见文件：STC烧写软件(中文版).exe
3、编写程序，编译，生成.hex文件备用。

4、双击烧写软件图标，进入软件，如下图：
5、进行设置：
（1）选择STC89C52RC；
（2）点击“Open File”，选择相应路径，打开第三步生成的.hex文件。

如下图：
（3）首先打开电脑的设备管理器，查看USB转TTL设备（下载线）所在的串口号，再选择相应的COM和波特率。

如下图：
（4）用杜邦线连好下载线和实验板：
下载线的GND接实验板的GND；
下载线的TXD接实验板的RXD（P3.0）；
下载线的RXD接实验板的TXD（P3.1）；
（5）接好线后千万不能先上实验板的电！
应先：点击：Download/下载，
出现下图：
出现：请给MCU上电后，再给实验板上电！
（6）实验板上电后，窗口如下图：
当出现下图时，即代表下载完毕。

即可见调试效果。

附录1 液晶按键测试参考程序
#include<reg52.h>
#include<stdio.h>
#include<intrins.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
uchar a;
static uchar address=0x01;
static uchar address_1=0x05;
static uchar address_2=0x41;
uchar XPOS,YPOS;
sbit RS = P2^5; //Pin4
sbit RW = P2^6; //Pin5
sbit E = P2^7; //Pin6
sbit CLK=P3^6; //txd
sbit DATA=P3^5; //RXD
sbit SH_LD=P3^7; //
uchar code table[]={'W','E','L','C','O','M'};
uchar code table_1[]={'W','W','W','.','X','A','-','P','C','B','.','C','N'}; uchar code table_2[]={""};
uchar code table_3[]= {"saosao"};
#define Data P0 //数据端口
/******************************************************************/
/* 函数声明 */
/******************************************************************//********** *****************************************************/
void DelayUs(unsigned char us)//delay us
{
unsigned char uscnt;
uscnt=us>>1;/* Crystal frequency in 12MHz*/
while(--uscnt);
}
/******************************************************************/
void DelayMs(unsigned char ms)//delay Ms
{
while(--ms)
{
DelayUs(250);
DelayUs(250);
DelayUs(250);
DelayUs(250);
}
}
void WriteCommand(unsigned char c)
{
DelayMs(5);//short delay before operation
E=0;
RS=0;
RW=0;
_nop_();
E=1;
Data=c;
E=0;
}
/****************************************************************/
void WriteData(unsigned char c)
{
DelayMs(5); //short delay before operation
E=0;
RS=1;
RW=0;
_nop_();
E=1;
Data=c;
E=0;
RS=0;
}
/*********************************************************************/ void ShowChar(unsigned char pos,unsigned char c)
{
unsigned char p;
p=pos+0x80; //是第二行则命令代码高4位为0x8
WriteCommand (p);//write command
WriteData (c); //write data
}
void InitLcd()
{
DelayMs(15);
WriteCommand(0x38); //display mode
WriteCommand(0x38); //display mode
WriteCommand(0x0f); //display mode
WriteCommand(0x06); //显示光标移动位置 WriteCommand(0x0c); //显示开及光标设置 WriteCommand(0x01); //显示清屏
}
uchar get_data()
{
uchar value=0x00;
uint cnt;
SH_LD=1;
_nop_();
SH_LD=0;
_nop_();
SH_LD=1;
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
for(cnt=0;cnt<8;cnt++)
{ value = value<<1;
DATA=1;
CLK=1;
_nop_();
_nop_();
CLK=0;
if(DATA)
{
value|=0x01;
}
_nop_();CLK=1;
}
CLK=1;SH_LD=1;
return value;
}
void welcom()
{
uint i,j;
for(i=0;i<6;i++)
{ShowChar(address_1++,table[i]);DelayMs(5);}
for(j=0;j<13;j++)
{ShowChar(address_2++,table_1[j]);DelayMs(5);} }
void welcom1()
{
uint i,j;
for(i=0;i<6;i++)
{ShowChar(address_1++,table_2[i]);DelayMs(5);} for(j=0;j<13;j++)
{ShowChar(address_2++,table_3[j]);DelayMs(5);} }
void charge(uchar date)
{ int i;
switch(date)
{
case 0x10:
for(i=0;i<100;i++);
ShowChar(address++,'1');
break;
case 0x20:
ShowChar(address++,'2');break;
break;
case 0x40:
ShowChar(address++,'3');break;
case 0x80:
ShowChar(address++,'4');break;
case 0x08:
ShowChar(address++,'5');break;
case 0x04:
ShowChar(address++,'6');break;
case 0x02:
ShowChar(address++,'7');break;
case 0x01:
ShowChar(address++,'8');break;
default:
ShowChar(0x00,'_');break;
}
if(address==0x10){address=0x40;}
DelayMs(60);
}
/////////////////////////////////////////////////////////////////
void main(void)
{ uint b=0;
InitLcd();
while(1)
{
DelayMs(15);
a=get_data();
P1 = 0x00;
if(b==0)
{
welcom();
while(a==0x00){a=get_data();} WriteCommand(0x01); //显示清屏
b=1;
}
charge(a);
}
}
附录2 单片机系统电路原理图。