万方数据
万方数据
第７期江游等：基于ＭＣＳ５１单片机的８位ＰＣＩ０４总线主板的研发与应用１２３１
中断复用的原理是，首先，程序设置Ｐ８９ｃ５１ＲＤ２的ＩＮＴ０中断为电平触发方式，规定ＰＣＩ０４总线中断ＩＲＱ下降沿有效，当ＩＲＱ２～１ＲＱ７其中任意一个或几个产生中断信号，Ｄ触发器将输出低电平，经过与门再触发Ｐ８９ｃ５１ＲＤ２产生中断，执行中断服务程序；然后在Ｐ８９ｃ５１ＲＤ２程序中读取７４４６５（三态缓冲器）的数据获知产生中断的对应通道（７４４６５输出的低６位分别对应６个中断的状态），如果是０，则产生了中断，反之没有产生；最后，程序对Ｄ触发器进行置１操作，清除与门对ＩＮＴＯ的中断驱动。
２．２．３主板与上位机通信的接口电路
主板与上位机的数字通信方式是ＲＳ２３２串口和以太网接口。
８９ｃ５１ＲＤ２内部集成了全双工的ＲＳ２３２通信协议，用１片ＭＡＸ２３２电平转换芯片实现接口电路。
使用１片以太网控制芯片８０１９ＡＳ一１，１片１０ＭＨｚ变压器ＨＲ６０１６２７，以及上述的微控制器系统，组成以太网通信的硬件，再在单片机中编写解析ＡＲＰ、ＩＣＭＰ、ＩＰ、ＴＣＰ、ＵＤＰ¨叫协议的程序，可实现Ｐ８９ｃ５１ＲＤ２的以太网通信。２．２．４编程的注意事项
编程需注意两点：
其一，切换Ｐ８９ｃ５１ＲＤ２对外部数据存储器和ＰＣＩ０４Ｉ／Ｏ总线的控制。它们复用Ｐ８９ｃ５１ＲＤ２的外部数据总线，使用Ｐ８９ｃ５１ＲＤ２的Ｐ１．５口进行切换。代码如下。
向ＰＣＩ０４总线Ｉ／Ｏ地址为０ｘ３００的端口写数据０ｘ５５的汇编代码：
ＣＬＲＰ１５
ＭＯＶＡ，５５Ｈ
ＭＯＶＤＰＴＲ，３００Ｈ
ＭＯＶＸ＠ＤＰＴＲ．Ａ
向外部数据存储器地址０ｘＦＥ００写数据０ｘＡＡ的汇编代码：
ＳＥＴＢＰ１５
ＭＯＶＡ，ＡＡＨ
ＭＯＶＤＰＴＲ，０ＦＥ００Ｈ
ＭＯＶＸ＠ＤＰＴＲ．Ａ
其二，复位中断信号。根据图２，Ｐ８９ｃ５１ＲＤ２处理完中断后，需要将Ｄ触发器的输出复位成高电平。
假设ＰＣＩ０４的ＩＲＱ２产生了中断，与ＩＲＱ２连接的Ｄ触发器置‘１’操作的总线地址是０ｘ０３ＦＦ，读操作有效，解除ＩＲＱ２中断的汇编代码如下。
ＣＬＲＰ１５
ＭＯＶＤＰＴＲ．３ＦＦＨ
ＭＯＶＸＡ．＠ＤＰｒｒＲ
２．３主板实现的主要技术指标
单片机Ｐ８９ｃ５１ＲＤ２的晶振频率是２０ＭＨｚ，６时钟模式，平均运算速度１．７ＭＩＰＳ。
８位ＰＣＩ０４总线地址锁存信号频率３．３ＭＨｚ；８位ＰＣＩ０４总线读写信号频率５２５ｋＨｚ；中断源６个。
主板最大功耗４１４ｍＷ；程序存储器容量６４ＫＢ，数据存储器容量６４ＫＢ；１路ＲＳ２３２串口，可编程波特率范围是６００一ｉ１５２００Ｂａｕｄ；１路以太网通信口，应用层通信的速率是３０ＫＢ／ｓ；两层ＰＣＢ电路板制造工艺，长宽尺寸９０ｍｍ×９６ｍｍ［１｜．
３主板在质谱仪中的应用
ＺＤＺ型质谱仪是一台主要用于测量气体样品中稀有气体含量的磁质谱仪。仪器的控制信号有２４路数字信号，４路１６位０～１０Ｖ的模拟电压信号；采集的模拟电压信号０～１０Ｖ，分辨率１６位。控制方法与Ｆｉｎｎｉｇａｎ公司的ＭＡＴ２６１¨“”ｏ质谱仪器类似。
测控系统的组成包括：１块基于Ｐ８９ｃ５１ＲＤ２的８位ＰＣＩ０４主板，２块ＨＴ－７４６４型４路１６位ＤＡＣ接口板（北京宏拓控制技术有限责任公司），１块ＰＭ５０５型４８路Ｌ／Ｏ、３路计数器接口板（北京中泰研创科技有限责任公司），１块１６位ＶＦ’１副转换接口板。
工作原理是：在以太网通信中，主板首先接受计算机发出的控制命令，转换成对ＰＭＳ０５和ＨＴ－７４６４的控制数据，驱动仪器的高压和磁场扫描系统；然后，计算机发出读ＶＦ的命令，主板将ＶＦ转换结果立即返回给计算机，完成单点扫描，循环即可获得谱图。
该测控系统运行良好，协助计算机软件系统对仪器进行了正确的控制和数据获取。
主板和在ＺＤＺ质谱仪器中的测控系统如图３和图４所示。
图３基于ＭＣＳ５１单片机的８位ＰＣＩ０４主板
Ｆｉｇ．３Ｐｉｃｔｕｒｅ
ｏｆｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄ
ｍａｉｎｂｏａｒｄ
万方数据
１２３２仪器仪表学报第２８卷
［７］
图４在ＺＤＺ型质谱仪中的的应用［８］
Ｆｉｇ．４Ｐｉｃｔｕｒｅｏｆ
ＺＤＺｍａｓｓｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒｕｓｉｎｇｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌ
ｓｙｓｔｅｍ
ｂａｓｅｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｍａｉｎｂｏａｒｄ
４结束语
与标准的ＰＣＩ０４主板相比，基于ＭＣＳ５１单片机设计
的ＰＣＩ０４总线主板的特点是成本较低，开发与应用简便。
按照上述的结构设计，ＣＰＵ可以用３２位单片机设
计，例如ＡＲＭ等，实现１６位ＰＣＩ０４总线或３２位的
ＰＣＩ０４一ｐｌｕｓ…总线以提高主板的性能，相对标准的ＰＣＩ０４
主板仍然具有较高的性价比和更灵活的嵌入式应用。软
件上，可以将ＨＴＭＬ集成到单片机的代码中，开发出基于
Ｂ／Ｓ模式的仪器远程测控‘１…；也能将科学仪器的图像远
程操作¨纠功能移植到ＰＣＩ０４的测控系统中，减小控制系
统的体积和功耗。
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万方数据
第７期江游等：基于ＭｃＳ５ｌ单片机的８位ＰＣＩ０４总线主板的研发与应用１２３３
作者简介
江游，男，１９７９年３月出生，２００１年于
吉林大学获得学士学位，２００４年于吉林大
学获得硕士学位，现吉林大学仪器科学与电
气工程学院的博士研究生，主要研究方向为
测控技术及仪器。
Ｅ—ｍａｉｌ：ｊｙｏｕ—ｔｅｃｈ＠１６３．ｅｏｍ
ＪｉａｎｇＹｏｕ，ｍａｌｅ，ｂｏｒｎｉｎＭａｒｃｈ１９７９，ｒｅｃｅｉｖｅｄｂａｃｈｅｌｏｒｄｅ—ｇｒｅｅｉｎ２００１，ｍａｓｔｅｒｄｅｇｒｅｅｉｎ２００４，ｂｏｔｈｆｒｏｍＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．ＮｏｗｈｅｉｓａＰｈＤｓｔｕｄｅｎｔｉｎＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎ：ｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍａｎｄｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ．
Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｙｏｕ—ｔｅｃｈ＠１６３．ｔｏｍ
田地，男，１９５８年１０月出生，博士，
１９８２年于长春地质学院获得学士学位，１９８５
年于长春地质学院获得学士硕位，１９９９年
于中国科学院长春光机所获得博士学位，现
吉林大学仪器科学与电气工程学院教授、博
士生导师。主要研究方向为分析仪器技术改造与远程共享、分布式测控系统。
Ｅ—ｍａｉｌ：ｔｉａｎｄｉ＠ｊｌｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
Ｔｉａｎｄｉ，ｍａｌｅ，ｂｏｒｎｉｎＯｃｔ．１９５８，ｒｅｃｅｉｖｅｄｂａｃｈｅｌｏｒｄｅｇｒｅｅｉｎ１９８２，ｍａｓｔｅｒｄｅｇｒｅｅｉｎ１９８５，ａｎｄＰｈＤｉｎ１９９９．Ｎｏｗｈｅｉｓａｐｒｏｆｅｓｓｏｒ
ａｎｄｄｏｃｔｏｒｉａｌｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｉｎＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎ：ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄｒｅｍｏｔｅｓｈａｒｅｏｆａｎａｌｙｔｉｃａｌｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，
ａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌ
ｓｙｓｔｅｍ．
Ｅ—ｍａｉｌ：ｔｉａｎｄｉ＠ｊｌｕ．ｅｄｕ．ｃｎ 万方数据
基于MCS51单片机的8位PC104总线主板的研发与应用
作者：江游， 田地， 方向， 赵东植， Jiang You， Tian Di， Fang Xiang， Zhao Dongzhi
作者单位：江游,Jiang You(吉林大学仪器科学与电气工程学院,长春,130026;中国计量科学研究院,北京,100013)， 田地,Tian Di(吉林大学仪器科学与电气工程学院,长春,130026)， 方向
,Fang Xiang(中国计量科学研究院,北京,100013)， 赵东植,Zhao Dongzhi(中国科学院地质
研究所,北京,100029)
刊名：
仪器仪表学报
英文刊名：CHINESE JOURNAL OF SCIENTIFIC INSTRUMENT
年，卷(期)：2007,28(7)
被引用次数：8次
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本文读者也读过(1条)
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引用本文格式：江游.田地.方向.赵东植.Jiang You.Tian Di.Fang Xiang.Zhao Dongzhi基于MCS51单片机的8位PC104总线主板的研发与应用[期刊论文]-仪器仪表学报 2007(7)
摘要 热量计在我们生活中最实际的应用应该是民用住宅的暖气计量了而我国现有的按使用面积收费的方式存在着许多不合理的因素。为解决这一问题，本论文介绍了一种新型的热量计，该热量计是基于51系列单片机，主要由流量传感器、温度传感器、单片机三部分组成。本文详细阐述了热量计的硬件和软件设计，并简要介绍了相应的抗干扰措施。 热量计可以精确的对实际热量的耗损进行测量，是实施城市供热体制改革，推行按热量计费的关键设备，对热量计消耗智能计算，以用户实际耗用热量为计量收费依据。如果将热量计作为供暖公司向每一位住户收费的依据和手段，是容易被百姓们所接受和推崇的，而且由于热量与费用直接相关，也加强了住户的节能意识。用热量计进行计量更为科学、合理，既方便用户，又便于管理。 关键词：热量计；单片机；温度传感器；流量传感器 Abstract
Calorimeter in our lives should be the most practical application of measurement of residential heating and use of the area by our existing way of charging, there are many irrational factors. To solve this problem, this paper introduces a new type of calorimeter, the calorimeter is based on the 51 series, mainly by the flow sensor, temperature sensor, microcontroller three parts. This paper describes the calorimeter hardware and software design, and briefly describes the corresponding anti-jamming measures. Calorimeter can accurately on actual measurement of heat loss is to implement the urban heating system, the implementation of key equipment by heat billing for consumption calorimeter intelligent computing to user's actual calorie consumption metering and charging basis. If the calorimeter as heating companies charge to every household basis and means, people who are likely to be accepted and respected, and because of the heat and the costs are directly related, but also strengthened the household energy awareness. Measured with a calorimeter more scientific and reasonable, not only user-friendly, and easy to manage. Keywords: Calorimeter; SingleChip Microcomputer; Temperature sensor; Flow sensors
摘要 本实验是基于PHILIPS AT89C51 单片机所设计的，可以实现键位和数字动态显示的一种频率可调方波发生器。通过键盘键入(10HZ-9999HZ)随机频率，使用七段数码管显示，每一个数码管对应一个键位。单片机对各个键位进行扫描，确定键位的输入，然后数码管显示输入的数值，方波发生器输出以数码管显示的数值为频率的方波。 关键词：单片机七段数码管键盘电路频率可调方波发生器
一、目的和功能 1.1 目的： 设计一种频率范围限定且可调的方波发生器，志在产生特定频率的方波。 1.2功能： 假设键盘是4*4的键盘，当键盘输入范围在10hz-9999hz的数字，单片机控制数码管显示该数值，并把该数值当做方波发生器的输入频率，单片机控制该方波发生器以该数值作为频率显示方波，从而得到我们想要频率的方波。 二、硬件设计 2.1 硬件设计思想 键盘的数字和键位关系固定，通过键盘输入产生频率，通过LED数码管显示出来，每一个数码管对应一个键位。基本设备是基于PHILIPS AT89C51单片机，外围设备采用的是4个七段数码管，PHILIPS A T89C51单片机，1个OSCILLOSCOPE 方波发生器，16个Button，若干电阻，电源电池。 2.2 部分硬件方案论述 2.2.1 七段数码管扫描显示方式的方案比较 方案一：静态显示方式：静态显示方式是指当显示器显示某一字符时，七段数码管的每段发光二极管的位选始终被选中。在这种显示方式下，每一个LED数码管显示器都需要一个8位的输出口进行控制。静态显示主要的优点是显示稳定，在发光二极管导通电流一定的情况下显示器的亮度大，系统运行过程中，在需要更新显示内容时，CPU才去执行显示更新子程序，这样既节约了CPU的时间，又提高了CPU的工作效率。其不足之处是占用硬件资源较多，每个LED数码管需要独占8条输出线。随着显示器位数的增加，需要的I/O口线也将增加。
学校代码:11509 学号:1005073029 Hefei University 毕业设计（论文） BACH ELOR DISSERTATI ON 论文题目：基于MCS51单片机步进电机的控制系统设计与实现学位类别：工学学士 学科专业： 10级自动化2班 作者姓名： 导师姓名： 完成时间： 2014年5月12日
基于MCS51单片机步进电机的控制系统设计与实现 中文摘要 步进电机最早出现在十九世纪初期，经过一段时期的发展步进电机被广泛应用在各个领域，因为其具有良好的控制作用。所以对步进电机控系统进一步的探索有着更为深远的意义。 本设计是基于单片步进电机的控制系统，硬件设计采用STC89C52单片机为控制核心；选取ULN2003作为驱动器提供脉冲频率，驱动步进电机运转；通过键盘的加减速按钮、正反转按钮和停止按钮来控制步进电机的速度、方向和停止，最后通过测试传感器将这几个参数显示在12864液晶显示器上。软件设计采用KEIL软件工具进行C语言编写，通过各个模块端口的定义，编写出了步进电机加减速控制和正反转的程序，最后通过各模块程序调试对硬件电路施行控制。 本设计以经济实用为原则，通过软硬件结合的设计，实现了对步进电机转动速度和方向的有效控制。该系统具有控制性好，设计成本低等优点。 关键字：STC89C52；步进电机；控制系统；测速传感器
Stepper motor control system design and implementation based on MCS51 microcontroller ABSTRACT The stepping motor was invented in the early 1800s, after a long period of development of the stepper motor is widely used in various fields, because it has good control effect. Therefore, the study of the stepper motor control system has a very important significance. This design is stepper motor control system based microcomputer, hardware design uses STC89C52 microcontroller as the control core; select ULN2003 as driver provides pulse frequency drive stepper motor rotation; through acceleration and deceleration button keyboard,forward and reverse button and stop buttons to control the stepper motor speed, direction and stops, Then these several parameters was displayed on the LCD monitor 12864 by the speed sensor. Software design using KEIL software tools for C language, defined each module port, and write a stepper motor control acceleration and deceleration and reversing the process. finally to control the hardware circuit through debugging. The design principle of economical and practical, through combination of software and hardware designed to achieve the effective control of the stepper motor rotation speed and direction. The system has good controllability and low coat. Keywords: STC89C52; stepper motor; control systems; speed sensor
2016-2017学年第1学期 单片机应用系统设计/工程实践 (课号:103G06B/D/E) 实验报告 项目名称：基于AT89C51单片机温度报警系统 学号 姓名 班级 学院信息科学与工程学院 完成时间
目录 一、项目功能及要求 (3) 1.1、课程设计的性质和目的 (3) 1.3、项目设计要求 (3) 二、系统方案设计及原理 (3) 2.1、设计主要内容 (3) 2.2 、AT89C51单片机简介 (3) 2.3 、DS18B20简介 (4) 2.4 、数码管显示 (5) 2.5、报警电路 (6) 三、系统结构及硬件实现 (7) 3.1、总电路图 (7) 3.2、单片机控制流程图 (8) 四、软件设计过程 (8) 五、实验结果及分析 (8) 5.1 、Proteus仿真 (8) 5.2 、C程序调试 (9) 六、收获及自我评价 (14) 七、参考文献 (15)
一、项目功能及要求 1.1、课程设计的性质和目的 本温度报警器以AT89C51单片机为控制核心,由一数字温度传感器DS18B20测量被控温度，结合7段LED以及驱动LED的74LS245组合而成。当被测量值超出预设范围则发出警报，且精度高。 利用现代虚拟仿真技术可对设计进行仿真实验，与单片机仿真联系紧密的为proteus仿真，利用keil软件设计单片机控制系统，然后与proteus进行联合调试，可对设计的正确性进行检验。 1.2、课程设计的要求 1、遵循硬件设计模块化。 2、要求程序设计结构化。 3、程序简明易懂，多运用输入输出提示，有出错信息及必要的注释。 4、要求程序结构合理，语句使用得当。 5、适当追求编程技巧和程序运行效率。 1.3、项目设计要求 1、基于AT89C51单片机温度报警系统； 2、设计3个按键分别为：设置按钮、温度加、温度减； 3、DS18B20温度传感器采集温度，并在数码管上显示按键的区别； 二、系统方案设计及原理 2.1、设计主要内容 本设计以AT89C51单片机为核心，从而建立一个控制系统，实现通过3个按键控制温度，以达到设置温度上下限的功能，并在数码管上显示三个数字当前的温度上下限设置值和DS18B20温度采集值的显示（精确到小数点后一位），当温度高于上限或者低于下限蜂鸣器报警。 2.2 、AT89C51单片机简介 AT89C51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机,片内含4kBytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用A TMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及89C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89C51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案.AT89C51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器，32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，片内时钟振荡器。 此外，AT89C51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。AT89C51单片机的基本结构和外部引脚如下图所示。
基于MCS51单片机的压力测量 系统的设计与实现 班级； 学号： 姓名： 指导老师：
摘要 以STC-51单片机为核心，应用变阻式应变片测量压力并通过ADC0809的转换，经过单片机处理后在数码管模块显示的智能压力测量系统。是变阻式应变片和51单片机相结合的一个很典型的应用，本系统包括信号采集及转换电路、单片机最小系统、显示模块三个最基本的核心模块。外围扩展了键盘模块、蜂鸣器报警模块，用以调节系统的测量和显示范围。 经试验证明，系统能正常工作且误差在允许误差范围内，符合所有技术指标。 1.方案设计 通过应变片，将机械形变变为电压信号，再通过三级集成放大电路把信号放大，之后，ADC0809把模拟信号转化为数字信号，输入到单片机中，通过按键的控制，将电压的信号输出以数码管的形式显示出来，如果电压信号超出报警上线，蜂鸣
器就发出报警信号。 2.硬件系统设计与分析 （1）应变片与信号放大器的电路分析 应变片运用的是电阻式应变片，原理是吸附在基体材料上的应变电阻随机械性形变而产生电阻变化的现象，即它可以将被测件上的应变变化转化成一种电信号。桥式电路的输入信号是0~10v，经过电路后，输出的电压经过集成运放电路放大后，输入到A/D的In0口，完成信号的输入与传 (2)AD转换分析 A/D转换器是将模拟信号转化为数字信号，start与ale信号接到51到单片机的的p2.6接口，完成信号的输出，而clock接口接到74ls74d的2q接口, D0~D7接到单片机的p1.0~p1.7接口. （3）单片机最小系统分析
单片机的RST是复位接口，刚开始时是低电平，闭合s1开关，接通电源，获得高电平，完成复位。Xtal1与xtal2是晶振电路，为单片机提供工作频率，为12m。P0.0~p0.7接到74hc573的段锁存器，完成数码管的段选择，p2.4~p2,7接到位锁存器，完成数码管的位选择。 （4）按键分析 （5）数码管分析
燕山大学 课程设计说明书题目：压力传感器实验 学院（系）：里仁学院 年级专业：仪表10-2 学号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称：
燕山大学课程设计（论文）任务书 院（系）：电气工程学院基层教学单位：仪器科学与工程系 说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。 年月日
摘要 此次设计是基于8051单片机的压力检测系统，简要介绍了压力传感器电路的工作原理和弱信号传感器电路以及A/D变换电路的工作原理,通过压力传感器将需要测量的位置的压力信号转化为电信号，再经过运算放大器进行信号放大，送至8位A／D转换器ADC0808，然后将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号，再经单片机转换成LED显示器可以识别的信息，最后显示输出。 关键词：8051单片机压力传感器A/D变换电路LED显示器
目录 摘要---------------------------- -------------------------------------------------------------------------2 关键字---------------- ----------------------------------------------------------------------------------2 第一章总体设计方案及模块划分---------------------------------------------------------------4 1.1总体设计方案--------------------------------------------------------------------------------4 1.2模块划分--------------------------------------------------------------------------------------4 1.3设计框图如下图所示-----------------------------------------------------------------------5 第二章各模块设计参数-------------------------------------------------------------------------------5 2.1传感器元件模块------------------------------------------------------------------------------5 2.2 A/D转换模块---------------------------------------------------------------------------------8 2.3控制器处理模块-----------------------------------------------------------------------------14 第三章压力传感器实验数据采集、显示及程序---------------------------------------------20 3.1数据采集及显示-----------------------------------------------------------------------------20 3.2程序设计--------------------------------------------------------------------------------------20 第四章心得体会--------------------------------------------------------------------------------------29 参考文献资料------------------------------------------------------------------------------------------30
毕业论文（设计）材料 题目：基于MCS-51单片机的电子时钟的 设计 学生姓名：童晨阳 学生学号：0908030230 系别：电气信息工程学院 专业：电子信息工程 届别：2013 指导教师：张大雷
一、毕业论文（设计）任务书 要求完成的主要任务及达到的目标 电子时钟是实现对时、分、秒进行数字显示的计时装置，广泛用于车站、办公室等公共场所，成为人们日常生活中的必需品。钟表的数字化给人们的生产生活带来了极大的方便，电子时钟的精度，远远超过传统时钟，而且钟表的功能也加强了。例如学校上下课时自动打铃的功能、电视机的定时关机等，这些都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字时钟及推广其应用，有着非常现实的意义。 ?基于单片机内部的定时器/计数器研究 ?基于时钟芯片（如DSC21887）的方式研究 ?基于共阴/阳数码管的方式研究 ?基于液晶显示研究 ?常见扩展功能研究 在此基础上巩固、加深和扩大51系列单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力。学会查阅书籍，并且要能够熟练的编写程序、仿真、会画流程图、原理图及PCB图。对课题设计方案的分析、选择、比较，熟悉用51单片机做系统开发、研制的过程，软硬设计的方法、内容及步骤。 工作进度要求 2012.12.1——2012.12.28 撰写开题报告 2012.12.29——2012.12.31 拟定论文提纲 2013.1.1——2013.2.28 撰写论文初稿 2013.3.1——2013.4.31 论文修改 2013.5.1——2013.5.14 论文定稿 指导教师签名：年月日
二、毕业论文（设计）开题报告 课题研究目的 现代的电子时钟是基于单片机的一种计时工具，采用延时程序产生一定的时间中断，用于一秒的定义，通过计数方式进行满六十秒分钟进一，满六十分小时进一，满二十四小时小时清零。从而达到计时的功能，是人民日常生活不可缺少的工具。数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用LED显示器代替指针显示进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时、分、秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。在这里我们将已学过的比较零散的数字电路的知识有机的、系统的联系起来用于实际，来培养我们的综合分析和设计电路，写程序、调试电路的能力。 本次课题研究的目的是应用单片机控制技术，设计出以89C51单片机为核心的电子时钟，电子时钟能够显示时、分、秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，而且其片选的灵活性强。 课题研究计划 根据课题的实际需要和研究现状，为更好地高效地保证完成论文，拟如下具体安排：第一阶段：查阅文献、资料 第二阶段：撰写论文开题报告 第三阶段：实验探索 第四阶段：论文定稿与答辩 工作进度 2013.1.1——2013.2.28 学习了解STC89C51单片机和各个器件所实现的功能和本次论文相关的原理，与指导老师就所研究的课题进行详细的探讨后再逐条拟定论文提纲。 2013.3.1——2013.3.31 尽力完成论文课题实物并撰写论文初稿。 2013.4.1——2013.4.30初稿完成后，根据指导老师意见就细节和内容进行修改论文。 2013.5.1——2013.5.14多次修改后，最终定稿并上交指导老师。
基于MCS-51单片机的交通灯设计 设计一个基于单片机的交通灯信号控制器。已知东、西、南、北四个方向各有红黄绿色三个灯，在东西方向有两个数码管，在南北方向也有两个数码管。要求交通灯按照表1进行显示和定时切换，并要求在数码管上分别倒计时显示东西、南北方向各状态的剩余时间。 表1 交通灯的状态切换表 1:系统设计 （1）任务分析与整体设计思路 试题要求实现的功能主要包括计时功能、动态扫描以及状态的切换等几部分。 计时功能：要实现计时功能则需要使用定时器来计时，通过设置定时器的初始值来控制溢出中断的时间间隔，再利用一个变量记录定时器溢出的次数，达到定时1 秒中的功能。当计时每到 1 秒钟后，东西、南北信号灯各状态的暂存剩余时间的变量减1。当暂存剩余时间的变量减到0 时，切换到下一个状态，同时将下一个状态的初始的倒计时值装载到计时变量中。开始下一个状态，如此循环重复执行。 动态扫描：需要使用4 个数码管分别显示东西、南北的倒计时数字，将暂存各状态剩余时间的数字从变量中提取出“十位”和“个位”，用动态扫描的方式在数码管中显示。整个程序依据定时器的溢出数来计时，每计时1S 则相应状态的剩余时间减1，一直减到0时触发下一个状态的开始。 （2）单片机型号及所需外围器件型号，单片机硬件电路原理图 图1 交通灯硬件电路原理图 选用MCS51 系列AT89S51 单片机作为微控制器，选择两个四联的共阴极数码管组成8位显示模块，由于AT89S51 单片机驱动能力有限，采用两片74HC244 实现总线的驱动，一个74HC244完成共阴极数码管位控线的控
制和驱动，另一个74HC244完成数码管的7 段码输出，在7段码输出口上各串联一个100 欧姆的电阻对7 段数码管限流。用P3口的P3.0-P3.5完成发光二极管的控制，实现交通灯信号的显示，每个发光二极管串联500欧姆电阻起限流作用。硬件电路原理图如图1 所示。 （3）程序设计思路，单片机资源分配以及程序流程 ①单片机资源分配 单片机P3口的P3.0-P3.1引脚用作输出，控制发光二极管的显示。在计时模块中，需要定义两个数组变量（init_sn[3]，init_ew[3])来存储东西、南北两个方向在不同状态中倒计时的初始值，题目中每个方向的交通灯共有3种显示状态，因此数组元素个数为3。还需要定义两个变量( cnt_sn, cnt_ ew)暂存东西、南北两个方向的倒计时剩余时间。在状态的切换中，为了明确当前处于哪种状态，东西、南北方向各设置一个状态变量(state_val_sn, state_val_ew),当倒计时的剩余时间到零时，状态变量增1，表示启动下一个状态，当该变量增到3 时变为0，回到序号为1的状态。 ②程序设计思路 在设计中，由于没有键盘功能，因此只涉及定时计数和动态扫描功能。主程序将变量初始化之后，设置单片机定时器和中断特殊功能寄存器的初始值，将定时器T1的工作方式设置为8位自动装载模式，定时器每隔250us 产生一次溢出。在初始化变量与寄存器后，主程序进入一个循环结构，在循环中只做动态扫描的工作，根据东西、南北两向的剩余时时间进行动态扫描显示。计时以及状态的切换通过定时器的中断服务程序来实现，在中断服务程序中，每计时到一秒时，则各方向当前状态的剩余时间减1，一直减到0时触发下一个状态的开始，改变交通灯的指示。 ③程序流程 图3-7 交通灯主程序流程图图3-8 中断服务程序流程图 （4）软硬件调试方案
基于MCS-51单片机的四路抢答器 基于MCS-51单片机的四路抢答器 抢答器是为智力竞赛参赛者答题时进行抢答而设计的一种优先判决器电路，广泛应用于各种知识竞赛、文娱活动等场合。能够实现抢答器功能的方式有多种，可以采用前期的模拟电路、数字电路或模拟与数字电路相结合的方式，但这种方式制作过程复杂，而且准确性与可靠性不高，成品面积大，安装、维护困难。本节介绍一种利用8051单片机作为核心部件进行逻辑控制及信号产生的四路抢答器。 硬件设计 硬件电路应能完成以下功能：参加竞赛者对主持人提出的问题要在最短的时间内作出判断，并按下抢答按键回答问题。当第一个人按下按键后，则在显示器上显示此竞赛者的号码并进行声音提示，同时电路将其他抢答按键封锁，使其不起作用。若有人在可以抢答之前按键，应该有违规提示。电路应该具有倒计时功能，倒计时时间可以设置并显示，在规定时间内没有人抢答则本题作废。回答完或超时后，由主持人将所有按键恢复，重新开始下一轮。 完成上述功能的电路包括时间设定开关、声光显示、按键控制以及按键锁存等部分，如图所示。 各电路模块的功能如下。 ·单片机部分：通过读取P3.7～P3.3的状态决定倒计时时间；通过读取P1.3～P1.0的状态读取按键情况；通过P2.4～P2.2控制显示模块以显示按键者的号码和倒计时所剩时间；通过P0.1控制蜂鸣器。 ·时间设定模块：以拨码开关U3作为倒计时时间的选择信号。若P3.7通过U 3接地，倒计时时间为10s；若P3.6通过U3接地，倒计时时间为8s，若P3.5通过U3接地，倒计时时间为6s，若P3.4通过U3接地，倒计时时间为4s。判断时P3.7优先级最高，P3.4优先级最低。 ·按键模块：KEY1～KEY4的信息可以直接传输到P1.3～P1.0。单片机一旦检测到有按键按下，立即将P1.4置为低电平，将按键信息锁存，以免后来的按键对其产生影响。KEY1～KEY4为抢答按键，KEY5为主持人控制按键。
单片机应用系统设计开发主要步骤 单片机应用系统的研究开发步骤，大致分为几个部分： 1.策划阶段： 策划阶段决定研发方向，是整个研发流程中的重中之重，所谓“失之毫厘谬以千里”。因此必须“运筹帷幄，谋定而动”。策划有两大内涵：做什么？怎么做？ 1）项目需求分析。解决“做什么？”“做到什么程度？”问题。 对项目进行功能描述，要能够满足用户使用要求。对项目设定性能指标，要能够满足可测性要求。所有的需求分析结果应该落实到文字记录上。 2）总体设计，又叫概要设计、模块设计、层次设计，都是一个意思。解决“怎么做？”“如何克服关键难题？”问题。 以对项目需求分析为依据，提出解决方案的设想，摸清关键技术及其难度, 明确技术主攻问题。 针对主攻问题开展调研工作, 查找中外有关资料, 确定初步方案，包括模块功能、信息流向、输入输出的描述说明。在这一步，仿真是进行方案选择时有力的决策支持工具。 3）在总体设计中还要划分硬件和软件的设计内容。单片机应用开发技术是软硬件结合的技术, 方案设计要权衡任务的软硬件分工。硬件设计会影响到软件程序结构。如果系统中增加某个硬件接口芯片, 而给系统程序的模块化带来了可能和方便, 那么这个硬件开销是值得的。在无碍大局的情况下, 以软件代替硬件正是计算机技术的长处。 4）进行总体设计时要注意，尽量采纳可借鉴的成熟技术, 减少重复性劳动，同时还能增加可靠性，对设计进度也更具可预测性。 2. 实施阶段之硬件设计 策划好了之后就该落实阶段，有硬件也有软件。随着单片机嵌入式系统设计技术的飞速发展，元器件集成功能越来越强大，设计工作重心也越来越向软件设计方面转移。硬件设计的特点是设计任务前重后轻。 单片机应用系统的设计可划分为两部分: 一部分是与单片机直接接口的电路芯片相关数字电路的设计，如存储器和并行接口的扩展, 定时系统、中断系统扩展, 一般的外部设备的接口, 甚至于A/D、 D/A芯片的接口。另一部分是与模拟电路相关的电路设计, 包括信号整形、变换、隔离和选用传感器，输出通道中的隔离和驱动以及执行元件的选用。 工作内容： 1）模块分解。策划阶段给出的方案只是个概念方案，在这一步要把它转化为电子产品设计的概念描述的模块，并且要一层层分解下去，直到熟悉的典型电路。尽可能选用符合单片机用法的典型电路。当系统扩展的各类接口芯片较多时, 要充分考虑到总线驱动能力。当负载超过允许范围时, 为了保证系统可靠工作, 必须加总线驱动器。 2）选择元器件。尽可能采用新技术, 选用新的元件及芯片。 3）设计电原理图及说明。 4）设计PCB及说明。 5）设计分级调试、测试方法。 设计中要注意： 1）抗干扰设计是硬件设计的重要内容, 如看门狗电路、去耦滤波、通道隔离、合理的印制板布线等。 2）所有设计工作都要落实到文字记录上。
目录 第一章 MSC51单片机的结构与原理 (2) 1.1 MSC51单片机的发展 (2) 1.2 单片机的结构 (2) 1.2.1 MSC51单片机的基本结构 (2) 1.2.2 单片机的内部结构 (3) 1.3 单片机的引脚 (4) 1.4 MCS51的存储器结构 (5) 1.4.1 程序存储器ROM (5) 1.4.2 数据存储器RAM (5) 第二章温度控制系统硬件设计 (7) 2.1 系统使用的仪器设备及芯片 (7) 2.2 实验相关芯片介绍 (7) 2.2.1 串行E2PROM芯片AT24C02 (7) 2.2.2 串行A/D转换芯片TLC1549 (8) 2.2.3 8D锁存器74573 (10) 2.3 LED数码管显示器 (11) 第三章温度控制系统软件设计 (13) 3.1 温度控制系统软件实验内容 (13) 3.2 软件设计 (13) 3.3 程序的修改 (14) 3.4 程序流程图 (15) 第四章心得体会 (16) 附录（源程序） (17)
第一章 MSC51单片机的结构与原理 1.1 MSC51单片机的发展 随着集成电路技术的发展，单片微型计算机的功能也不断增强，许多高性能的新型机种不断涌现出来。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，称为自动化和各个测控领域中广泛应用的器件，在工业生产中称为必不可少的器件，尤其是在日常生活中发挥的作用也越来越大。 单片机作为微型计算机的一个重要分支，应用面很广，发展很快。自单片机诞生至今，已发展为上百种系列的近千个机种。 1.2 单片机的结构 1.2.1 MSC51单片机的基本结构 图1.1 单片机的基本结构 图中包括: 1. 一个8位中央处理器CPU 数据处理、测试位，置位，复位，位操作 2. 数据存储器RAM（128B与 SFR）在程序运行时存储工作变量和资料
目录 摘要 (3) 第一章绪论 (4) 1.1 研究背景 (4) 1.2 基于单片机的压力采集与显示系统的原理 (5) 1.2.1 压力的概念 (5) 1.2.2 测量压力的意义 (5) 第二章基于单片机的压力采集与显示系统的硬件设计 (6) 2.1 压力传感器 (6) 2.1.1 压力传感器的选择 (6) 2.1.2金属电阻应变片的工作原理 (6) 2.1.3 电阻应变片的基本结构 (8) 2.1.4 电阻应变片的测量电路 (9) 2.2 信号放大电路 (11) 2.2.1 放大器的选择 (11) 2.2.2 三运放大电路 (11) 2.3 A/D转换器 (12) 2.3.1 A/D转换模块器件选择 (12) 2.3.2 A/D转换器的简介 (13) 2.3.3 配置位说明 (14) 2.3.4 ADC0832工作时序图 (14) 2.3.5 单片机对ADC0832的控制原理 (15) 2.4 单片机 (16) 2.4.1 AT89C51单片机简介 (16) 2.4.2主要特性 (17) 2.4.3 管脚说明 (18) 2.4.5 芯片擦除 (19) 2.5 单片机于键盘的接口技术 (20) 2.5.1 键盘功能及结构概述 (20)
2.5.2 键盘抖动及去除 (20) 2.5.3 单片机与键盘的连接 (21) 2.6 LED显示接口 (23) 2.6.1发光二极管及LED显示器 (23) 2.6.2七段数码显示器 (24) 2.6.3 LED数码管静态显示接口 (24) 第三章软件设计 (26) 3.1 A/D转换器的软件设计 (26) 3.1.1 ADC0832芯片接口程序的编写 (26) 3.2 单片机与键盘的接口程序设计 (27) 3.3 LED数码管显示程序设计 (27) 第四章总结 (28) 参考文献 (29) 致谢 (30)
M C S-51单片机原理及接口技术习题参考答案 第一章绪论 1-1解答： 第一台计算机的研制目的是为了计算复杂的数学难题。它的特点是：计算机字长为12 位，运算速 度为5 000 次/s，使用18 800 个电子管，1 500 个继电器，占地面积为150 m2，重达30 t，其造价为100 多万美元。它的诞生，标志着人类文明进入了一个新的历史阶段。 1-2解答： 单片微型计算机简称单片机。一个完整的单片机芯片至少有中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、定时/计数器及I/O 接口等部件。 1-3解答： 单片机的发展大致经历了四个阶段： 第一阶段（1970—1974 年），为4 位单片机阶段； 第二阶段（1974—1978 年），为低中档8 位单片机阶段； 第三阶段（1978—1983 年），为高档8 位单片机阶段； 第四阶段（1983 年至今），为8 位单片机巩固发展阶段及16 位单片机、32 位单片机推出阶段。 1-4解答： Intel 公司的MCS-48 系列、MCS-51 系列、MCS-96 系列产品； Motorola 公司的6801、6802、6803、6805、68HC11 系列产品； Zilog 公司的Z8、Super8 系列产品； Atmel 公司的AT89 系列产品； Fairchild 公司的F8 和3870 系列产品； TI 公司的TMS7000 系列产品； NS 公司的NS8070 系列产品； NEC 公司的μCOM87（μPD7800）系列产品； National 公司的MN6800 系列产品； Hitachi 公司的HD6301、HD63L05、HD6305。 1-5解答： （1）8031/8051/8751 三种型号，称为8051 子系列。8031 片内没有ROM，使用时需在片外接EPROM。8051 片内含有4KB 的掩模ROM，其中的程序是生产厂家制作芯片时烧制的。8751 片内含有4KB 的EPROM，用户可以先用紫外线擦除器擦除，然后再利用开发机或编程器写入新的程序。 （2）8032A/8052A/8752A 是8031/8051/8751 的增强型，称为8052 子系列。其中片内ROM 和RAM 的容量比8051 子系列各增加一倍，另外，增加了一个定时/计数器和一个中断源。 （3）80C31/80C51/87C51BH 是8051 子系列的CHMOS 工艺芯片，80C32/80C52/87C52 是8052 子系列的CHMOS 工艺芯片，两者芯片内的配置和功能兼容。 1-6解答： 8052 子系列片内ROM 和RAM 的容量比8051 子系列各增加一倍，另外，增加了一个定时/计数器 和一个中断源。 1-7解答： AT89 系列单片机是美国Atmel 公司的8 位Flash 单片机产品。它的最大特点是在片内含有Flash 存