基于STC89C52单片机的实验平台开发设计.docx

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1、基于STC89C52单片机的实验平台开发设计摘要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，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MA*810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

2、中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双共串口。另外 STC89C52 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。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。利用STC89C52单片机作为微控制器开发一套软、硬件相结合的单片机实验平台，在Keil C环境下进行软件设计，主要包括流水灯、数码管显示以及LCD显示模块，在Protues中仿真成功，下载到电路板中验证成功。实现流水灯的跳转显示流动，应用中断

3、实现数码管60之内计数以及LCD显示不同字符的功能。关键词： STC单片机，实验平台，数码管，流水灯，串口通信DESIGN AND DEVELOPMENT PLATFORM BASED ON STC89C52 MICROCONTROLLER E*PERIMENTABSTRACTThe STC89C52 is a low power, high performance CMOS8 produced STC, with 8K in system programmable Flash memory. STC89C52 sing classic MCS-51 kernel, but made a lo

4、t of improvements make the chip with raditional 51 SCM features not available. In a single chip, with 8 CPU de*terous and in-system programmable Flash, the STC89C52 offers solutions for high fle*ibility, super efficient for many embedded control applications. Has the standard features: 8K bytes of F

5、lash, 512 bytes of RAM, 32 I/O lines, the watchdog timer, built-in 4KB EEPROM, MA*810reset circuit, 3 16 timer / counter, 4 e*ternal interrupts, a 7 vector level 4 interrupt structure, a total of. In addition STC89C52 can be reduced to 0Hz static logic operation, support 2 software selectable power

6、saving mode. The idle mode, the CPU stops working, RAM, timer / counter, serial port interrupt, continue to work permit.Theower-down mode, the RAM content being saved, has been frozen, disabling all other chip functions, until the ne*t interrupt or hardware reset. Ma*imum operating requency of 35MHz

7、, 6T/12T optional.SCM e*periment platform based on STC89C52 MCU development of a soft, bined with hardware, software design in Keil C environment, including water lights, digital tube display and LCD display module, the simulation successfully in Protues, download to the circuit board test successfu

8、l. To achieve water lamp jump display flow, using interrupt 60 digital tube counting and LCD display different characters within the function.KEYWORDS:STC microcontroller, prehensive e*perimental board, software and hardware bined with, and the program development design目录摘要I目录III前言1第1章系统概述21.1设计题目2

9、1.2系统设计目的和内容2设计目的2设计内容2设计要求3设计步骤3第2章整体设计方案42.1开发板整体外观42.2整板电路PROTUES仿真电路42.3软件功能描述52.4仿真软件PROTUES中的效果图7第3章硬件电路设计93.1两位一体共阴数码管9数码管概述9数码管内部结构9两位一体共阴数码管和74LS374锁存器接口电路113.2LCD1602液晶12液晶简介12液晶引脚介绍12液晶外围接口电路143.3 串口通信14串口通讯概述14*232接口电路15第4章软件设计164.1程序整体流程图164.2程序清单17第5章调试及故障分析215.1 焊接准备阶段元器件测试、电路原理图故障分析2

10、15.2 电路焊接过程中的故障分析215.3 程序编写过程中的故障分析215.4 实物演示效果22结论24谢辞25参考文献26附录27前言随着电子技术的发展，单片机在电讯技术、工业控制、汽车自动化、家用电器等领域得到了广泛的应用，而单片机由于其实用性好、可靠性高、便于扩展等特点得到了广泛的应用。为了更好的学习和应用单片机，可以将经常应用到的单片机外围电路集成到一个学习/开发板上以供使用者方便使用。同时应提供常用的移植性较好的模块代码（本设计选用C作为源代码的编写工具）。市场上现存的单片机开发板很多，因此，要求设计尽量能够达到资源丰富、易用性好、设计美观等特点。而STC89C52是STC公司生产

11、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，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。本系统是基于STC89C52单片机的学习开发板，集成了单片机应用过程中常用到的硬件资源，数码管、LCD显示器、流水灯。为学习和开发单片机产品提供平台。第1章 系统概述设计题目基于STC89C52的实验平台开发设计系统设计目的和内容设计目的利用STC89C52作为微控制器开发一套软

12、、硬件相结合的单片机实验平台。实现对数码管、LCD显示器、流水灯的操作，锻炼学生的设计思维和动手能力，使其具备独立完成设计的能力，也让学生更好的了解课本内容。设计内容 电路原理图设计，主要包括集LCD显示模块、串口通信模块、数码管显示模块、LED发光二极管、键盘等接口电路的设计； 学习集成电路等芯片的焊接方法与技巧，进行实际元器件的识别，进行电路板焊接； 在Keil C环境下，进行软件设计。主要包括流水灯、计数器、定时器、LCD字符显示、键盘的控制等功能程序设计； 针对所开发的实验板，结合器件选择、原理图设计、硬件焊接、软件编程调试、软硬件联调等方面写出课程设计报告。设计要求 完成综合实验平台

13、的电路结构分析，进行模块分解，掌握各部分电路的工作原理； 独立完成电路板的焊接，掌握故障排除方法，完成实验平台的硬件设计及开发； 结合Keil C软件在焊接无误的单片机实验平台上开发出流水灯、LCD显示模块，通信模块等程序设计； 按照要求撰写课程设计论文。设计步骤 先对原理图进行分析 根据图示对电路板进行焊接 焊接完成后，在protues上连接仿真电路图 再根据原理图进行编程序，并在keil C上运行，检查是否有误 将程序加载在仿真图上运行，截取需要的电路图 最后在焊接好的电路板上实验第2章 整体设计方案开发板整体外观图2-1开发板外观图整板电路PROTUES仿真电路图2-2仿真原理图软件功能

14、描述1.Keil C51C51工具包的整体结构，如图(1)所示，其中uVision与Ishell分别是C51 for Windows和for Dos的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的He*文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接

15、写入程序存贮器如EPROM中。使用独立的Keil仿真器时，注意事项* 仿真器标配11.0592MHz的晶振，但用户可以在仿真器上的晶振插孔中换插其他频率的晶振。* 仿真器上的复位按钮只复位仿真芯片，不复位目标系统。* 仿真芯片的31脚（/EA）已接至高电平，所以仿真时只能使用片内ROM，不能使用片外ROM；但仿真器外引插针中的31脚并不与仿真芯片的31脚相连，故该仿真器仍可插入到扩展有外部ROM（其CPU的/EA引脚接至低电平）的目标系统中使用。2. ISIS ProtuesProtues软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件

16、的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。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。迄今为止是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，2010年即将增加Corte*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MATLAB等多种编译支持当前的主流单片机，如51系列、AVR系

17、列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列、68000系列等。 提供软件调试功能。 提供丰富的外围接口器件及其仿真。RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。这样很接近实际。在训练学生时，可以选择不同的方案，这样更利于培养学生。 提供丰富的虚拟仪器，利用虚拟仪器在仿真过程中可以测量外围电路的特性，培养学生实际硬件的调试能力。 具有强大的原理图绘制功能在PROTUES绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HE*，可以在PROTUES的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。PROTUES 是单片机课堂教学的先

18、进助手。PROTUES不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。它具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险。相信在单片机开发应用中PROTUES也能茯得愈来愈广泛的应用。可实现Keil C 与 Protues连接调试。在已经绘制出了8051驱动原理图的基础上，完整地展示一个Protues 与 Keil C 相结合的仿真过程。 硬件设计 程序设计 仿真实现步骤仿真软件PROTUES

19、中的效果图图2-3仿真效果图1图2-4仿真效果图2图2-5仿真效果图3第3章 硬件电路设计3.1两位一体共阴数码管数码管概述LED数码管是由发光二极管构成的,具有显示亮度高、响应速度快的特点。常见的是七段LED显示器为“8”字型，该显示器内部有7个条形发光二级管和一个小圆点发光二级管，共计8段，每段对应一个发光二级管。有共阴极和共阳极两种，共阴极发光二极管的阴极连在一起，通常公共阴极接地。当阳极为高电平时发光二级管发光。共阳极发光二极管的阳极连在一起，通常公共阳极接正电压。当阴极为低电平时发光二级管发光。数码管内部结构led数码管（LED Segment Displays）是由多个发光二极管封

20、装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。led数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等，led数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。图2是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。颜色有红，绿，蓝，黄等几种。led数码管广泛用于仪表，时钟，车站，家电等场合。选用时要注意产品尺寸颜色，功耗，亮度，波长等。下面将

21、介绍常用LED数码管内部引脚图片。图3-1 LED数码管引脚定义图3-2 10引脚数码管实物图8段LED数码管如图3-3所示：图3-3 8段LED数码管结构及外形LED数码管通过7个发光二极管亮暗的不同组合可以显示各种数字，另外一个圆的型发光二级管（图3-1（a）中以dp显示）显示小数点。只要为LED数码管提供了段码就可以显示不同的符号和数字。LED数码管共计8段。正好是一个字节。习惯上是以“a”段对应段码字节的最低位。各段与字节中各位对应关系如表3-1所示。表3-1段码与字节中各位对应关系代码位D7D6D5D4D3D2D1D0显示段dpgfedcba按照表3-1中的格式，显示各种字符的8段L

22、ED数码管的段码如表3-2所示（以共阴极为例）。表3-2 8段LED数码管段码显示字符段符号十六进制代码dpgfedcba共阴极共阳极0001111113FHC0H10000011006HF9H2010110115BHA4H3010011114FHB0H40110011066H99H5011011016DH92H6011111017DH82H70000011107HF8H8011111117FH80H9011011116FH90H两位一体共阴数码管和74LS374锁存器接口电路图3-4共阴数码管和74LS374锁存器接口电路图LCD1602液晶LCD1602液晶简介工业字符型液晶，能够同时显示

23、16*02即32个字符。（16列2行）1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5*7或者5*11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。1602LCD是指显示的内容为16*2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。其特性： 3.3V或5V工作电压，对比度可调 内含复位电路 提供各种控制命令,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能 有80字节显示数

24、据存储器DDRAM 内建有192个5*7点阵的字型的字符发生器CGROM 8个可由用户自定义的5*7的字符发生器CGRAMLCD1602液晶引脚介绍1602采用标准的16脚接口，如图3-4所示，其中：图3-5 LCD1602液晶引脚图第1脚：VSS为电源地第2脚：VCC接5V电源正极第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。如表

25、3-3所示：表3-3 读写操作选择RSRW寄存器及操作00指令寄存器写入01忙信号和地址计数器读出10数据寄存器写入11数据寄存器读出第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端,高电平（1）时读取信息，负跳变时执行指令。第714脚：D0D7为8位双向数据端。第1516脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。LCD1602液晶外围接口电路图3-6 LCD1602液晶外围接口电路3.3 串口通信串口通讯概述串行通信是指计算机主机与外设之间以及主机系统与主机系统之间数据的串行传送。使用一条数据线，将数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。其只需要少数几条线就可以在系

26、统间交换信息，特别适用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信。如图3-5所示：图3-7 串口通信串口通信时，发送和接收到的每一个字符实际上都是一次一位的传送的，每一位为1或者为0。串行通信按信息的格式可分为异步通信和同步通信两种方式；根据信息传送的方向，串行通信可以分为单工、半双工和全双工3种，如图3-6所示。图3-8串行通信的3种传输形式同步通信是一种连续串行传送数据的通信方式，一次通信只传送一帧信息。异步通信中，在异步通信中有两个比较重要的指标：字符帧格式和波特率。数据通常以字符或者字节为单位组成字符帧传送。字符帧由发送端逐帧发送，通过传输线被接收设备逐帧接收。发送端和接收端可以由

27、各自的时钟来控制数据的发送和接收，这两个时钟源彼此独立，互不同步。MA*232接口电路图3-9 MA*232接口电路第4章 软件设计4.1程序整体流程图4.2程序清单#include #define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit sw2=P32;sbit sw3=P33;sbit lcdrs=P16;sbit lcdrw=P17;sbit A0=P25;sbit A1=P26;sbit A2=P27;sbit E1=P15;uchar code table=wel to check!;uchar code table1=B11

28、050619;uchar code table3=0*3f,0*06,0*5b,0*4f,0*66,0*6d,0*7d,0*07,0*7f,0*6f;uchar code table2=0*7f,0*bf,0*df,0*ef,0*f7,0*fb,0*fd,0*fe,0*ff,0*ff,0*00,0*00,0*55,0*55,0*aa,0*aa;unsigned char count,num;void delay(uint *ms) uint i,j;for(i=*ms;i0;i-) for(j=110;j0;j-);void write_(uchar ) lcdrs=0;P0=;lcdrw=0

29、;/没有这条语句不行delay(5);P2=0*40;delay(5);P2=0*00;void write_data(uchar date) lcdrs=1;P0=date;lcdrw=0;/没有这条语句不行delay(5);P2=0*40;delay(5);P2=0*ff;void lcd_init() write_(0*38);write_(0*0c);write_(0*06);write_(0*01);void liushuideng()uchar i;while(1)if(sw2=0) for(i=0;i3;i+) P2=0*aa; delay(500); P2=0*55; dela

30、y(500); P2=0*00; delay(500); P2=0*ff; delay(500); if(sw3=0) for(i=0;i16;i+) P2=table2i; delay(500); P2=0*ff;void yejing() lcd_init();write_(0*80);for(num=0;num16;num+) write_data(tablenum); delay(5);write_(0*80+0*40);for(num=0;num9;num+) write_data(table1num); delay(5);while(1);void display(unsigned

31、 char count)A0=0; A1=0; A2=0; E1=1; P0=table3count%10; delay(100); A0=1; A1=0; A2=0; E1=1; P0=table3count/10; delay(100);void init() TMOD=0*01;TH0=(65536-50000)/256;/赋初值TL0=(65536-50000)%256;EA=1;/开总中断ET0=1;TR0=1;void T0_time() interrupt 1 TH0=(65536-50000)/256;/赋初值TL0=(65536-50000)%256;void shumagu

32、an()init();P0=0*ff;for(count=0;count60;count+) display(count);delay(500); void main() while(1) switch(P3) case 0*fb:yejing();break;case 0*f7:shumaguan();break;case 0*ef:liushuideng();break;case 0*df:;break;第5章 调试及故障分析5.1 焊接准备阶段元器件测试、电路原理图故障分析 检测各器件是否完好，包括二极管、数码管、单片机、LED、电容等 将一定值的器件摆放在应在的位置 按照所给的电路图正

33、确焊接 利用万用表进行测试，找到短路、短路的地方进行修改5.2 电路焊接过程中的故障分析 焊接过程中焊接不完善，导致断路，不能导通 电容、LED正负极接反，导致灯不会亮，也影响整体电路 芯片插槽接反，将导致整体电路不能执行功能 焊接过程中造成短路，将导致整体电路不能执行功能 将电阻排接反，也不能得到预期的效果5.3 程序编写过程中的故障分析在编写程序的时候，总会出现一些这样那样的错误，例如：在编写完成后，不能完成预期的功能，则就需要对其进一步的修改直到可以实现功能为止，完成后，流水灯不会亮，经过检查后，原来是设置值的时候没有设置对。5.4 实物演示效果图5-1 液晶显示效果图图5-2 流水灯效

34、果显示图5-3 数码管效果显示1图5-3 数码管效果显示2结论这次的课程设计，虽然时间不长，但是却学到了很多东西。首先，我们花费了一天的时间对电路板进行焊接，焊接的过程中也会出现一些不必要的错误，例如:把器件的位置焊接错误，但是经过检测还是可以发现的。并且学到在焊接的时候团队合作是必要的，只有调动几个人的积极性，共同参与，才能更好的完成任务。因此在我们的配合下很快就完成了任务，并且一次性的通过，没有错误，虽然焊接的不是很美观。通过对电路板的焊接，我学到了干什么事都要认真，只要认真做，没有什么事是做不好的，并且不会出现太多的错误，还有就是团队合作的重要性，只有合作，才能双赢，这是自古不变的真理。

35、接下来的工作就是按照原理图进行编程了，刚开始的时候，什么也不会写，感觉无从下手。但是，在经过共同的努力、讨论下终于找到思路，进行编程，可是在编写完成后，不能实现预期的功能，最后在经过不断的修改、实验下，可以运行了。通过编程，对课本的内容更加的了解，尤其对其流水灯的控制，中断、定时的设置。也对单片机更加的了解，对STC系列的单片机的各个端口更加的熟练，清楚的知道每个端口的功能、作用等。在此过程中，也了解到万事开头难，因为在开始的时候总是不知道该怎样做，只要开一个头，其余的就好做了，很快就可以顺利的结束。就像这次的编程，在刚开始的时候无从下手，但是一旦开一个头，以后的就水到渠成了。总之，这次的单片

36、机实习，我学到了许多的东西，有许多是课本上不能学到的。首先，学到了团队合作的重要性，在面对问题时，同时发动几个人的大脑会更快的解决问题，在合作中学会吸取经验，虚心的接受别人的建议，向他人学习自己欠缺的、自己不懂的；其次，在实习中独立思考也是必要的，在过程中，少不了自己的独立思考，也只有自己会独立思考了。才能更好的融会贯通；最后，了解到实践是检验真理的唯一标准，光靠理论是不行的，只有多实践，才能好的理解，练习我们的动手能力，在以后的学习和生活中都是很有帮助的。谢辞本次实习在舒老师和李的悉心指导下完成的。两位老师在炎热的夏天亲临，为我指导、讲解，为我们检测电路等工作，在此对两位老师表示衷心的感谢。

37、在实习过程中，老师也为我们讲解了许多我们不理解的内容，给我深刻的印象，同时在这里也感谢老师给了我们实习的机会，我们能在实习中学到很多有用的东西。我也要感谢同组的同学，在他们的帮助下，才能顺利的完成这次的实习，也了解到团队的重要性。在这里再次对两位老师和同组的同学表示感谢。参考文献1 树立.*俊亮曹旭东等编单片机原理及应用M. ：电子工业, 20122 杨居义.单片机课程设计指导.清华大学，2009.93 李蒙.毛建东编单片机原理及应用M. ：中国轻工业, 20104 楼然苗.51系列单片机设计实例.航天航空大学,2003.35 唐继贤.51单片机工程应用实例.航天航空大学，2009.16 马忠梅.单片机的C语言应用程序设计.航天航空大学，19997 李勋.单片机使用教程.航天航空大学，2000附录名称数量单片机STC89C52 40CPDIP401MA*202174HC373274HC1381发光二级管9开关1按键5电阻470欧19电阻10K5电阻8.2K1两位一体共阴数码管1晶振1无相电容13有相电容2NPN三极管1排阻100欧1排阻5.1K1二极管1