单片机技术综合实训.doc

- -石油化工大学实习设计本第 册专业班级： 电气自动化技术1032班 姓 名： 春玉 学号： 13 实习、设计名称：单片机综合实训 实习、设计地点： 计算机网络中心 实习、设计时间：2021年 9月 24日至10月10日指导教师： 牟淑杰 闫兵 文志 成 绩：评阅人：职业技术学院教务科制前言随着社会的进步和开展和人们生活水平的不断提高单片机技术已经成为当今各种新技术的载体各个应用领域的工程技术人员都应掌握单片机应用技术。同时它所给人带来的方便也是不可否认的其中数字温度计就是一个典型的例子但人们对它的要求越来越高要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手一切向着数字化控制智能化控制方向开展。 本次设计的共分五大章第一章简单介绍了本次实训的目的及要求第二章介绍的是实训中主要用到的软件Protel 99 SE和Protues软件进展两个小型试验的Protues仿真一个是步进电机正反转一个是外部中断应用。第四章是单片机的综合实例设计本文所设计的是数字温度计。最后一章是对本次单片机综合实训的总结。 对于本次单片机仿真实训用到的Protel 99 SE 、Protues两种运行软件是在单片机技术不断开展情况下最为流行的两种软件。Protel99SE是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能。Proteus软件也是一种EDA工具软件。它除了具有其它EDA工具软件的仿真功能还能仿真单片机及外围器件 本设计最后介绍的数字温度计具有读数方便测温围广测温准确的特点。它的温度控制器输出温度采用数字显示主要用于对测温比拟准确的场所或科研实验室使用该设计控制器使用单片机AT89C51测温传感器使用DS18B20用3位共阳极LED数码管以串口传送数据实现温度显示能准确到达以上要求。 本人水平有限编写过程中难免有错误之处希望教师能给与批评指导。前言II第1章实训中软件的应用- 1 -1.1Proteus软件应用- 1 -1.1.1 Proteus软件概述- 1 -1.2.1 Protues的功能特点- 1 -1.2.2 Protues 的功能模块- 1 -1.2.3 Protues提供了丰富的资源- 3 -1.2 Protel 99 SE的介绍- 3 -1.2.1 Protel 99 SE的系统组成- 3 -1.2.2 Protel 99 SE的功能特性- 4 -第2章单片机仿真- 5 -2.1单片机控制步进电机的仿真- 5 -2.1.1主要元器件- 5 -2.1.2电路原理图- 5 -2.1.3系统程序设计- 5 -2.1.4系统仿真- 7 -2.2数字温度计的设计- 8 -2.2.1功能要求- 8 -2.2.2方案论证- 8 -2.2.3主要元器件- 8 -2.2.4系统程序设计- 8 -2.2.5电路原理图- 9 -2.3两8051单片机单工收发数据实例- 10 -2.3.1实例容- 10 -2.3.2实例步骤- 10 -2.3.3参考程序- 10 -2.3.4用到的元器件- 11 -2.3.5电路原理图- 12 -2.4两8051单片机双工收发数据实例- 12 -2.4.1实例容- 12 -2.4.2实例步骤- 12 -2.4.3应用的元器件- 13 -2.4.4参考程序- 13 -2.4.5电路原理图- 14 -总结- 15 -参考文献- 16 - word.zl- -第1章 实训中软件的应用1.1Proteus软件应用1.1.1 Proteus软件概述Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件该软件中国总代理为风标电子技术。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国推广刚起步但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具仿真软件从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真一键切换到PCB设计真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等2021年即将增加Cortex和DSP系列处理器并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。1.2.1 Protues的功能特点Proteus软件具有其它EDA工具软件例multisim的功能这些功能是 1原理布图 2PCB自动或人工布线 3SPICE电路仿真 此外它还具有革命性的特点 1互动的电路仿真 用户甚至可以实时采用诸如RAMROM键盘马达LEDLCDAD/DA局部SPI器件局部IIC器件。 2仿真处理器及其外围电路 可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型 上编程再配合显示及输出能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等Proteus建立了完备的电子设计开发环境。1.2.2 Protues 的功能模块1智能原理图设计ISIS 1丰富的器件库超过27000种元器件可方便地创立新元件。 2智能的器件搜索通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件。 3智能化的连线功能自动连线功能使连接导线简单快捷大大缩短绘图时间。 4支持总线构造使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰。5可输出高质量图纸通过个性化设置可以生成印刷质量的BMP图纸可以方便地供WORD、POWERPOINT等多种文档使用。1完善的电路仿真功能Prospice 1ProSPICE混合仿真基于工业标准SPICE3F5实现数字/模拟电路的混合仿真。 2超过27000个仿真器件可以通过部原型或使用厂家的SPICE文件自行设计仿真器件Labcenter也在不断地发布新的仿真器件还可导入第三方发布的仿真器件。 石油化工大学实习、设计用纸 。3多样的鼓励源包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频使用wav文件、指数信号、单频FM、数字时钟和码流还支持文件形式的信号输入。4丰富的虚拟仪器13种虚拟仪器面板操作逼真如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、直流电压/电流表、交流电压/电流表、数字图案发生器、频率计/计数器、逻辑探头、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器等。 5生动的仿真显示用色点显示引脚的数字电平导线以不同颜色表示其对地电压大小结合动态器件如电机、显示器件、按钮的使用可以使仿真更加直观、生动。 6高级图形仿真功能ASF基于图标的分析可以准确分析电路的多项指标包括工作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅立叶频谱分析等还可以进展一致性分析。 3独特的单片机协同仿真功能VSM 1支持主流的CPU类型如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430等CPU类型随着版本升级还在继续增加如即将支持CORTEX、DSP处理器。2支持通用外设模型如字符LCD模块、图形LCD模块、LED点阵、LED七段显示模块、键盘/按键、直流/步进/伺服电机、RS232虚拟终端、电子温度计等等其PIM口物理接口模型还可以使仿真电路通过PC机串口和外部电路实现双向异步串行通信。3实时仿真支持UART/USART/EUSARTs仿真、中断仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真。4编译及调试支持单片机汇编语言的编辑/编译/源码级仿真带8051、AVR、PIC的汇编编译器也可以与第三方集成编译环境如IAR、Keil和Hitech结合进展高级语言的源码级仿真和调试。 4实用的PCB设计平台 1原理图到PCB的快速通道 原理图设计完成后一键便可进入ARES的PCB设计环境实现从概念到产品的完整设计。 2先进的自动布局/布线功能支持器件的自动/人工布局支持无网格自动布线或人工布线支持引脚交换/门交换功能使PCB设计更为合理。3完整的PCB设计功能最多可设计16个铜箔层2个丝印层4个机械层含板边灵活的布线策略供用户设置自动设计规那么检查3D 可视化预览。4多种输出格式的支持可以输出多种格式文件包括Gerber文件的导入或导出便利与其它PCB设计工具的互转如protel和PCB板的设计和加工。1.2.3 Protues提供了丰富的资源 1Proteus可提供的仿真元器件资源仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件有30多个元件库。 2Proteus可提供的仿真仪表资源 示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。 3除了现实存在的仪器外Proteus还提供了一个图形显示功能可以将线路上变化的信号以图形的方式实时地显示出来其作用与示波器相似但功能更多。这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。这些都尽可能减少了仪器.Protel99SE是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件采用设计库管理模式可以进展联网设计具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能是一个32位的设计软件可以完成电路原理图设计印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作可以设计32个信号层16个电源-地层和16个机加工层。1.2 Protel 99 SE的介绍1.2.1 Protel 99 SE的系统组成按照系统功能来划分Protel99se主要包含以下俩大局部和6个功能模块。 1） 电路工程设计局部 (1)电路原理设计局部Advanced Schematic 99电路原理图设计局部包括电路图编辑器简称SCH编辑器、电路图零件库编辑器简称Schlib编辑器和各种文本编辑器。本系统的主要功能是绘制、修改和编辑电路原理图更新和修改电路图零件库查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。 (2)印刷电路板设计系统Advanced PCB 99印刷电路板设计系统包括印刷电路板编辑器简称PCB编辑器、零件封装编辑器简称PCBLib编辑器和电路板组件管理器。本系统的主要功能是绘制、修改和编辑电路板更新和修改零件封装管理电路板组件。(3)自动布线系统Advanced Route 99本系统包含一个基于形状Shape-based的无栅格自动布线器用于印刷电路板的自动布线以实现PCB设计的自动化。2)电路仿真与PLD局部 电路模拟仿真系统Advanced SIM 99电路模拟仿真系统包含一个数字/模拟信号仿真器可提供连续的数字信号和模拟信号以便对电路原理图进展信号模拟仿真从而验证其正确性和可行性。 3可编程逻辑设计系统Advanced PLD 99可编程逻辑设计系统包含一个有语法功能的文本编辑器和一个波形编辑器Waveform。本系统的主要功能是对逻辑电路进展分析、综合观察信号的波形。利用PLD系统可以最大限度的精简逻辑部件使数字电路设计到达最简化。4把需要的元件放置到界面里，最后把所有元件连接起来，完成图形。例如下列图单片机控制步进电机电路原理图、数字温度计设计电路原理图等。1.2.2 Protel 99 SE的功能特性1、开放式集成化的设计管理体系 2、超强功能的、修改与编辑功能 3、强大的设计自动化功能第2章 单片机仿真2.1单片机控制步进电机的仿真2.1.1主要元器件单片机AT89C51；运放ULN2003A；电阻；按扭；电容；晶振；单极性步进电机；反向器74LS04。2.1.2电路原理图图2-1单片机控制步进电机电路原理图2.1.3系统程序设计ORG 0000HNOPCALL DLYSTOP:ORL P2,#0FFHLOOP:JNB P1.0,FOR2JNB P1.1,REV2JNB P1.2,STP1JMP LOOPFOR:MOV R0,#0FOR1:MOV A,R0MOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRJZ FORMOV P2,AJNB P1.2,STP1JNB P1.1,REV2ACALL DLYINC R0JMP FOR1REV:MOV R0,#5REV1:MOV A,R0MOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRJZ REVMOV P2,AJNB P1.2,STP1JNB P1.0,FOR2ACALL DLYINC R0JMP REV1STP1:ACALL DLYJNB P1.2,$ACALL DLYJMP STOPFOR2:ACALL DLYJNB P1.0,$ACALL DLYJMP FORREV2:ACALL DLYJNB P1.1,$ACALL DLYJMP REVDLY:MOV R1,#20D1:MOV R2,#248DJNZ R2,$DJNZ R1,D1RETTAB:DB 3,6,0CH,9DB 0DB 3,9,0CH,6DB 0END2.1.4系统仿真将生成的目标代码STEP.HEX添加到单片机中。然后运行。图2-2 运行中的状态2.2数字温度计的设计2.2.1功能要求 测温围：-50+110摄氏度； 精度误差在0.5摄氏度以。2.2.2方案论证 按照系统设计功能的要求，确定系统由3个模块组成：主控制器、测温电路及显示电路。数字温度计总体电路构造框图如图2-3所示。DS18B20AT89C51主控制器显示电路扫描驱动图2-3 电路构造框图2.2.3主要元器件 单片机AT89C51；LED数码管 7SEG.MPX4.CA；三同相三态缓冲器74HC245；数字温度传感器 DS18B20 。2.2.4系统程序设计略2.2.5电路原理图图2-4数字温度计设计电路原理图图2-5运行中的状态2.3两8051单片机单工收发数据实例2.3.1实例容 1学习使用PROTEUS、KEIL软件，掌握绘制原理。 2理解UART工作在模式1方式，完成串行发送和接收程序的编写，并编译。 3完成两8051之间RXD、TXD借口的连接，并正确连接虚拟终端。2.3.2实例步骤 1在PROTEUS中绘制电气原理图。 2在KEIL中输入参考程序，并编译通过，可通过单步调式的方式观察运行的结果，以及各个存放器的值如何变化。3在PROTEUS中加载程序，观察仿真结果。2.3.3参考程序参考程序1ORG 00HJMP STARTSTART:MOV SP,#60HMOV SCON,#50HMOV TMOD,#20HMOV TH1,#0E6HSETB TR1MOV 30H,#0FFHSCAN0:MOV A,P1CJNE A,30H,KEYINJMP SCAN0KEYIN:MOV 30H,AMOV SBUF,AWAIT:C TI,SCAN0JMP WAIT ;END参考程序2ORG 00HJMP STARTSTART:MOV SP,#60HMOV SCON,#50HMOV TMOD,#20HMOV TH1,0E6HSETB TR1SCAN0: RI,UARTJMP SCAN0UART:MOV A,SBUFMOV P2,ACLR RIJMP SCAN0END2.3.4用到的元器件470R的电阻；AT89C51；7447；7SEG-AN-GRN2.3.5电路原理图图2-6电路原理图2.4两8051单片机双工收发数据实例2.4.1实例容 1学习使用PROTEUS、KEIL软件，掌握绘制原理。 2理解UART工作在模式1方式，完成串行发送和接收程序的编写，并编译。 3完成两8051之间RXD、TXD借口的连接，并正确连接虚拟终端。2.4.2实例步骤 1在PROTEUS中绘制电气原理图。 2在KEIL中输入参考程序，并编译通过，可通过单步调式的方式观察运行的结果，以及各个存放器的值如何变化。3在PROTEUS中加载程序，观察仿真结果。2.4.3应用的元器件470R的电阻；AT89C51；7447；7SEG-AN-GRN；SWITCH；VIRTUAL TERMINAL。2.4.4参考程序 ORG 0000HJMP STARTSTART:MOV SP,#60HMOV SCON,#50HMOV TMOD,#20HMOV TH1,#0E6HSETB TR1MOV 30H,#0FFHSCAN0: RI,UARTMOV A,P1CJNE A,30H,KEYINJMP SCAN0KEYIN:MOV 30H,AMOV SBUF,AWAIT:C TI,SCAN0JMP WAITUART:MOV A,SBUFMOV P2,ACLR RIJMP SCAN0END2.4.5电路原理图图2-7单片机双工收发数据电路原理图图2-8运行中的电路总 结通过为期四周的单片机实训，是我们对这门课有了许多新的了解，弥补了在课堂上学习的缺乏。相信这对我们以后的学习和工作都会有很大的帮助。我们一定要在最短的时间里对这些缺乏加以改正！首先，在这次试训中我被单片机强大的功能所震撼，以前在课堂上完全没有能理解可编程单片机的优越性。这次通过实体仿真软件等辅助软件的共同效果，是这次试训有了鲜明的活力。换是我们认识到这次试训不仅仅是一个软件的应用，更多的是使我们认识到学习到很多在课堂上无法得到的东西。特别是protues软件的功能是我们了解了当今开发系统的新方向，简直太不可思议啦！单片机作为一种最简单的软件，与我们的日常生活息息相关，了解一些单片机程序的简单录入是费城必要的。如：LED显示器、键盘和显示器的应用和原理。通过这四周的试训，使我的感触很深，真实“条条大路通罗马，要到达目的，不同的人就有不同的方法。只要你的方法不错！五花八门都可以，而且是各有特色。走出来的结果都有各自的独到之处。在编程中“简字贯穿于整个程序设计中，越简单越好，毕竟单片机留给用户的资源是有限的，所以我们要充分利用这些资源，到达更好的效果，这些是我们在以后的学习生活中应值得注意的地方。在试训中有苦有甜，当我们为一个很难攻破的程序找出路时，心情烦躁，感觉自己很不可理喻，当程序一点一点编好后，自己从心底感觉到一点小小的抚慰，看着自己的成果。感觉很欣慰，有一丝丝的甜意，几周的实训使自己的思维逻辑也有了小小的进步。 严谨，踏实务实，是我这次实训的深刻总结。参考文献【1】冬芹等.Protues软件的应用.：航空工业,2004【2】斯可克.Protues根底理论知识.：人民教育,2021【3】何立民.电路设计辅助软件.：航空航天大学,2021【4】鹏翼.Protues与Keil C软件的应用.：中国电力，2006【5】胡翔骏.电路分析电子教案.：高等教育，2004【6】晓东，Protel 99 SE 电路设计实用教程(第二版)，：中国铁道2007【7】靖武，单片机原理、应用，：电子工业，2021【8】夏继强，单片机实验与实践教程，：航空航天大学，2007【9】胡文金,钟秉翔. 单片机应用技术实训教程M. 大学. 2005.【10】毅刚.单片机原理及应用.：高等教育,2005- word.zl