單片機(jī)課程設(shè)計(jì)-簡(jiǎn)易安防聲光報(bào)警器.doc

目 錄 第一章：序言 （3）第二章：設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) （3）第三章：電路組成和工作原理 （3）第四章：程序設(shè)計(jì) （7）第五章：Proteus仿真 （16）第六章：硬件制作及組裝調(diào)試部分 （17）第七章：組裝 及調(diào)試部分（18）第一章 序 言單片機(jī)課程設(shè)計(jì)是一門(mén)實(shí)踐課程，要求學(xué)生具有制作調(diào)試單片機(jī)最小系統(tǒng)及外設(shè)的能力，能夠掌握單片機(jī)內(nèi)部資源的使用。單片機(jī)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容包括硬件設(shè)計(jì)、制作及軟件編寫(xiě)、調(diào)試，學(xué)生在熟練掌握焊接技術(shù)的基礎(chǔ)上，能熟練使用單片機(jī)軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境Keil C51編程調(diào)試，并使用STC ISP調(diào)試工具采用串口下載方式聯(lián)調(diào)制作的單片機(jī)最小系統(tǒng)。單片機(jī)課程設(shè)計(jì)題目包含基本部分及擴(kuò)展部分，基本部分即單片機(jī)最小系統(tǒng)部分，擴(kuò)展部分是對(duì)單片機(jī)內(nèi)部資源及外部IO口的功能擴(kuò)展，使制作的單片機(jī)系統(tǒng)具有一定的功能。第二章 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、設(shè)計(jì)題目：簡(jiǎn)易安防聲光報(bào)警器二、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求： 自制一個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng)，包括串口下載、復(fù)位電路，采用兩路外部中斷輸入門(mén)禁和紅外探測(cè)兩路信號(hào)（采用兩個(gè)小按鍵模擬），中斷信號(hào)輸入后能將報(bào)警信息在四位一體數(shù)碼管上顯示，并輸出聲光報(bào)警信號(hào)。 三、設(shè)計(jì)內(nèi)容 1.芯片簡(jiǎn)介2.電路各部分的組成和工作原理。3.元器件的選取及其電路邏輯圖和功能。4.電路各部分的調(diào)試方法。5.在整機(jī)電路的設(shè)計(jì)調(diào)試過(guò)程中，遇到什么問(wèn)題，其原因及解決的辦法。第三章 電路組成和工作原理一. MSC-51芯片簡(jiǎn)介MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8051是MCS-51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。 8051單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說(shuō)明：中央處理器：中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)8051內(nèi)部有128個(gè)8位用戶(hù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專(zhuān)用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專(zhuān)用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶(hù)只能訪問(wèn)，而不能用于存放用戶(hù)數(shù)據(jù)，所以，用戶(hù)能使用的RAM只有128個(gè)，可存放讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶(hù)定義的字型表。圖1程序存儲(chǔ)器(ROM)：8051共有4096個(gè)8位掩膜ROM，用于存放用戶(hù)程序，原始數(shù)據(jù)或表格。定時(shí)/計(jì)數(shù)器(ROM)：8051有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。并行輸入輸出(I/O)口：8051共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。全雙工串行口：8051內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。中斷系統(tǒng)：8051具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿(mǎn)足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。時(shí)鐘電路：8051內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但8051單片機(jī)需外置振蕩電容。單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類(lèi)型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)。INTEL的MCS-51系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的MCS-96系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。下圖是MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖2。二設(shè)計(jì)過(guò)程和有關(guān)說(shuō)明：（1）警情探測(cè)：在該設(shè)計(jì)中，需采用兩路外部中斷輸入門(mén)禁報(bào)警和紅外報(bào)警，分別采用兩個(gè)小按鍵模擬。其中一個(gè)按鍵模擬門(mén)禁報(bào)警，對(duì)應(yīng)外部中斷0；另一個(gè)按鍵模擬紅外報(bào)警，對(duì)應(yīng)外部中斷1。（2）報(bào)警設(shè)計(jì)：正常狀態(tài)下， 數(shù)碼管不顯示，當(dāng)發(fā)生門(mén)禁報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警信息并在數(shù)碼管顯示1；，當(dāng)發(fā)生紅外報(bào)警時(shí)系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警信息并在數(shù)碼管顯示2。只有由主人按下報(bào)警接觸按鈕或系統(tǒng)復(fù)位后，才能解除聲光報(bào)警并將數(shù)碼管的數(shù)字重置為0。三硬件電路設(shè)計(jì)：本系統(tǒng)是基于51系列單片機(jī)的簡(jiǎn)易安防聲光報(bào)警系統(tǒng)，主要包括的硬件電路模塊有：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)、七段數(shù)碼管顯示模塊、安防報(bào)警器（點(diǎn)觸開(kāi)關(guān)模擬）、聲光報(bào)警。1.單片機(jī)最小系統(tǒng)簡(jiǎn)介單片機(jī)最小系統(tǒng),或者稱(chēng)為最小應(yīng)用系統(tǒng),是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng).對(duì)51系列單片機(jī)來(lái)說(shuō),最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括:單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。結(jié)構(gòu)圖如右圖所示：各部分的功能介紹如下：復(fù)位電路:由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成,由圖并結(jié)合電容電壓不能突變的性質(zhì),可以知道,當(dāng)系統(tǒng)一上電,RST腳將會(huì)出現(xiàn)高電平,并且,這個(gè)高電平持續(xù)的時(shí)間由電路的RC值來(lái)決定.典型的51單片機(jī)當(dāng)RST腳的高電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上就將復(fù)位,所以,適當(dāng)組合RC的取值就可以保證可靠的復(fù)位.晶振電路:典型的晶振取11.0592MHz(因?yàn)榭梢詼?zhǔn)確地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通訊的場(chǎng)合)/12MHz(產(chǎn)生精確的uS級(jí)時(shí)歇,方便定時(shí)操作).其電路系統(tǒng)框圖如下：STC89C51串口下載復(fù)位電路聲光報(bào)警紅外報(bào)警輸入門(mén)禁報(bào)警輸入解除報(bào)警4位七段數(shù)碼管顯示圖1 系統(tǒng)原理框圖特別說(shuō)明：由于實(shí)驗(yàn)條件有限，本課程設(shè)計(jì)中所涉及到的報(bào)警器裝置采用點(diǎn)觸開(kāi)關(guān)模擬，具體電路圖如圖2所示。當(dāng)有報(bào)警事件發(fā)生時(shí)，即開(kāi)關(guān)被按下，報(bào)警器輸出低電平，單片機(jī)由此產(chǎn)生一個(gè)中斷事件，并對(duì)其作出相應(yīng)的處理，圖中C53是用于消除點(diǎn)觸開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的干擾，防止單片機(jī)發(fā)生誤動(dòng)作。報(bào)警器輸出圖2 報(bào)警器模擬電路整體的硬件電路圖如圖3所示。圖3：硬件電路原理圖第四章 程序設(shè)計(jì)基于STC89C51單片機(jī)的功能特點(diǎn)，并根據(jù)系統(tǒng)的要求編寫(xiě)出基于keil C51的程序，首先單片機(jī)上電復(fù)位，并進(jìn)行初始化包括寄存器和數(shù)碼管，當(dāng)發(fā)生報(bào)警事件時(shí)，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警裝置并且在數(shù)碼管上顯示相應(yīng)的報(bào)警信息，退出中斷時(shí)，單片機(jī)檢測(cè)報(bào)警解除按鈕，當(dāng)報(bào)警解除按鈕被按下時(shí)單片機(jī)關(guān)閉聲光報(bào)警并清除數(shù)碼管上的報(bào)警信息，具體的程序流程如圖4所示。上電復(fù)位EA=0數(shù)碼管初始化INT0、INT1 均設(shè)為下降沿觸發(fā)EA = 1P3.4 是否為0？檢測(cè)P3.4解除報(bào)警信息是否終止圖4 主程序流程圖中斷入口顯示報(bào)警信息聲光報(bào)警退出中斷圖5 中斷函數(shù)流程圖參考程序如下所示：#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int/uchar code table_data=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00;/uchar code table_select=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f;/uchar table_buffer=0,0;uchar count0,count1;sbit LEDREDCON=P00;sbit LEDGREENCON=P01;sbit spe=P20;sbit Kint0=P32;sbit Kint1=P33;sbit RS=P37;sbit RW=P36;sbit E=P35;uchar FRQ=0x00;void delay(uint ms) uchar i;while(ms-) for(i=0;ioptions for project-debug tab5、 選中use Proteus VSM monitor 516、 載入Proteus 文件7、 KeilC與Proteus連接仿真調(diào)試 單擊仿真運(yùn)行開(kāi)始按鈕，我們能清楚地觀察到每一個(gè)引腳的電頻變化，紅色代表高電頻，藍(lán)色代表低電頻。在LED顯示器上，循環(huán)顯示1-4。8、若聯(lián)調(diào)失敗，則返回重新檢查再進(jìn)行調(diào)試。報(bào)警器硬件仿真圖如下：第六章 硬件制作及組裝調(diào)試部分一、硬件制作在軟件仿真成功交老師檢查后，就可以去領(lǐng)取器件做硬件設(shè)計(jì)了。硬件制作所要求的就是細(xì)心，再就是經(jīng)驗(yàn)。硬件制作過(guò)程如下：1、 領(lǐng)取元器件，檢查元器件是否是自己所需要的；2、 規(guī)劃，綜合考慮各個(gè)器件的引腳及接電源和節(jié)點(diǎn)的情況，對(duì)接線路徑進(jìn)行規(guī)劃，盡量避免線路的重疊，要求做的美觀、使用；3、 焊接固定座槽，注意不要短路和段路；4、 連接各條線路，不要錯(cuò)漏，也不要重復(fù)，這里尤其要小心；5、 接線完畢進(jìn)行檢查，再把芯片裝上去；6、 下載程序7、 接通電源，測(cè)試8、 測(cè)試成功則交老師檢查，否則返回5重做。二、程序調(diào)試過(guò)程1、現(xiàn)對(duì)調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題做如下說(shuō)明：（1）硬件：這部分沒(méi)有多大的難題。主要是在最開(kāi)始對(duì)最小系統(tǒng)的理解和參數(shù)的選擇上面。單片機(jī)最小系統(tǒng)是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。應(yīng)該包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)、晶振電路、復(fù)位電路等。由于之前沒(méi)有這類(lèi)概念，因此查了很多資料才開(kāi)始有所理解，并開(kāi)始動(dòng)手焊接板子。而在參數(shù)的選擇方面，有很多參數(shù)都是經(jīng)典的參數(shù)，但我也要求自己認(rèn)真去分析了一下為什么要這么選擇。有些是因?yàn)閱纹瑱C(jī)內(nèi)部要求，有些是用于上拉電阻，還有些則要通過(guò)模電中的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于這部分現(xiàn)在雖有所了解了，但面對(duì)一個(gè)很復(fù)雜的、完全需要自己搭建系統(tǒng)時(shí)，我想現(xiàn)在還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。所以，盡管課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，但對(duì)單片機(jī)的學(xué)習(xí)不能結(jié)束。（2）軟件：軟件的編程選用C來(lái)編程，容易理解和掌握。但是跟我們所學(xué)的匯編又有很多的差異。首先，我學(xué)習(xí)了KEIL_C51最基本的使用：從頭文件到中斷入口地址的編程，再到如何定義和使用單片機(jī)的資源，我學(xué)到了很多。比如最開(kāi)始，我不知道在編程中P0.0口需寫(xiě)為P00口，以及大小寫(xiě)都要注意；另外，在數(shù)字的使用中不要寫(xiě)在最前面等等很多細(xì)節(jié)要注意。我想，如果以后編寫(xiě)更大的一個(gè)系統(tǒng)，碰到的問(wèn)題將會(huì)更多，也能收獲更多。（3）但是，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中我沒(méi)有先使用仿真再進(jìn)行實(shí)物的連接，這是一個(gè)不好的習(xí)慣，以后必須改掉，以免不必要的損失。第七章 總結(jié)經(jīng)過(guò)兩周的努力，我終于完成了單片機(jī)課程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易安防聲光報(bào)警器電路系統(tǒng)。通過(guò)兩周不斷的查找資料的過(guò)程讓我積累了很多實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，已初步掌握了單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù)，以及單片機(jī)的知識(shí)和有關(guān)器件的應(yīng)用。我深刻地體會(huì)到單片機(jī)技術(shù)對(duì)當(dāng)代社會(huì)發(fā)展的重要作用。 在這次課程設(shè)計(jì)中，我學(xué)會(huì)了Proteus的使用和操作,學(xué)會(huì)了如何利用網(wǎng)絡(luò)資源,學(xué)會(huì)了怎么看電路圖,讀電路圖,這些都使我受益匪淺，并為我以后的學(xué)習(xí)和工作積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。使我在單片機(jī)的編程設(shè)計(jì)思路技巧的掌握方面向前邁了一大步。同時(shí)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，要把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，而這次的設(shè)計(jì)正是從人們所需出發(fā)，做出一個(gè)有實(shí)際應(yīng)用意義的東西，從而真正做到學(xué)以致用，為今后的學(xué)習(xí)指明了方向。而且在焊板子的時(shí)候要充分細(xì)心，我在做最小系統(tǒng)的時(shí)候，檢查了很久，但是恁是覺(jué)得自己的電路沒(méi)錯(cuò)，也沒(méi)搭接在一起，后來(lái)還是李渥湘同學(xué)給我檢查出來(lái)的，一般元件都是要跨兩個(gè)孔的，而那個(gè)開(kāi)關(guān)卻要只要跨一個(gè)孔，而板子一般是三個(gè)孔連在一起的，導(dǎo)致了，本來(lái)只是對(duì)角相連的，卻成了四