当前位置：文档之家 › 单片机原理及接口技术报告

单片机原理及接口技术报告

  • 格式：doc
  • 大小：225.50 KB
  • 文档页数：26

《单片机原理及接口技术》 课程设计报告

课题名称 课题23：简单计算机的设计★★

学院 自动控制与工程学院 2

目 录 一、设计的目的、任务……………………………………………3

二、设计步骤及方案……………………………………………….5

三、硬件电路设计……………………………………………………6

四、软件设计及系统流程图……………………………………....9

1、初始化程序模块…………………………………………….11

2、键盘扫描程序模块…………………………………………12

3、显示程序模块……………………………………………….15

五、调试过程及方法……………………………………………17

六、课程设计心得体会…………………………………………….18

七、参考文献………………………………………………………..19

附录…………………………………………………………………....20 3

一、设计的目的、任务 1、 课程设计的目的 单片机课程设计作为独立的教学环节，是自动化及相关专业集中实践性环节系列之一，是学习完《单片机原理及其运用》课程后。并在进行相关课程设计基础上进行的一次综合练习。 单片机课程设计过程中，学生通过查阅资料、接口设计、程序设计、安装调试等环节，完成一个基于MCS-51系列单片机，涉及多种资源应用，并具有综合功能的小应用系列设计。使学生不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，而且能够对电子电路，电子元器件等方面的知识进一步加深认识，同时在软件编程，调试，相关仪器设备和相关软件的使用技能得到较全面的锻炼和提高。使学生增进对单片机的感兴认识，加深对单片机理论方面的理解，加深单片机的内部功能模块的应用，如定时器/计时器、中断、片内外存储器、I/O接口、串行接口等。使学生了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程、方法及实现，强化单片机应用电路的设计与分析能力。提高学生在单片机应用方面的实践技能和科学作风；培养学生综合运用理论知识解决问题的能力。 2、基于AT89C51单片机简易计算器的设计 【摘 要】单片机的出现是计算机制造技术高速发展的产物，它是嵌入式控制系统的核心，如今，它已广泛的应用到我们生活的各个领域，电子、科技、通信、汽车、工业等。本设计是基于51 4

系列单片机来进行的数字计算器系统设计，可以完成计算器的键盘输入，进行加、减、乘、除六位数范围内的基本四则运算，并在LCD上显示相应的结果。设计电路采用AT89C51单片机为主要控制电路，利用MM74C922作为计算器4*4键盘的扫描IC读取键盘上的输入。显示采用字符LCD静态显示。软件方面使用C语言编程，并用PROTUES仿真。 3．设计任务及要求 1）、 基于MCS-51系列单片机AT89C51，设计一个简单的计算器。 2）、通过4*4的矩阵键盘输入数字及运算符； 3）、可以进行4为十进制数以内的加法运算，如果计算结果超过4位十进制数，则屏幕显示E。 4）、@可以进行加法以外的计算（乘、除、减）。 5）、其他功能。 二、设计步骤及方案 1、总体设计及方案 根据功能和指标要求，本系统选用MCS-51系列单片机为主控机。通过扩展必要的外围接口电路，实现对计算器的设计。具体设计如下： （1）由于要设计的是简单的计算器，可以进行四则运算，为了得到较好的显示效果，采用LCD 显示数据和结果。 （2）另外键盘包括数字键（0～9）、符号键（+、-、×、÷）、清除键和等号键，故只需要16 个按键即可，设计中采用集成的 5

计算键盘。 （3）执行过程：开机显示零，等待键入数值，当键入数字，通过LCD显示出来，当键入+、-、*、/运算符，计算器在内部执行数值转换和存储，并等待再次键入数值，当再键入数值后将显示键入的数值，按等号就会在LCD上输出运算结果。 （4）错误提示：当计算器执行过程中有错误时，会在LCD上显示相应的提示,如：当输入的数值或计算得到的结果大于计算器的表示范围时，计算器会在LCD上显示E；当除数为0时，计算器会在LCD上显示E。 系统方案图：

2、总体硬件配置 本设计选用AT89C51单片机为主控元件。显示部分：采用LCD静态显示。按键部分：采用4*4键盘；利用MM74C922为4*4的键盘扫描IC，读取输入的键值。

单片机 输入模块 运算模块

显示模块 6

三、硬件电路设计 1、总体设计效果如图1-1所示：

P15P16P17P10P14P15P16P17P10p11p12p13p14p11p12p13

XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C5112365489=7+CON0ABCD1243D714D613D512D411D310D29D18D07E6RW5RS4VSS1VDD2VEE3LCD1LM016L23456789

1RP

10KC1

30pC230pR3

1k

X112MHZ

RV13K

+6BV+5V

+5V

C410u 图1-1 2、输入模块（键盘）接口电路 计算器输入数字和其他功能按键要用到很多按键，如果采用独立按键的方式，在这种情况下，编程会很简单，但是会占用大量的I/O 口资源，因此在很多情况下都不采用这种方式，而是采用矩阵键盘的方案。矩阵键盘采用四条I/O 线作为行线，四条I/O 线作为列线组成键盘，在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。这样键盘上按键的个数就为4×4个。这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中I/O 口的利用率。 4*4矩阵键盘的工作原理： 7

计算器的键盘布局如图2-1所示：一般有16个键组成，在单片机中正好可以用一个P口实现16个按键功能，这种形式在单片机系统中也最常用。

P10

P14P15P16P17p11p12p13123

65489=7

+CON0

ABCD1243

图2-1 4*4键盘内部电路图如图2-2所示： 8

图2-2 3、显示模块（LCD）: 本设计采用LCD液晶显示器来显示输出数据。通过D0-D7引脚向LCD写指令字或写数据以使LCD实现不同的功能或显示相应数据。 接口信号说明： RS: 数据/命令选择端（H/L） RW: 读/写选择端（H/L） E: 使能信号

图2-3所示：

D714D613D512D411D310D29D18D07E6RW5RS4VSS1VDD2VEE3

LCD1LM016L

图2-3 4、运算模块（单片机控制） MCS-51 单片机是在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时 9

器/计数器和多功能I/O等一台计算机所需要的基本功能部件。如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM/EPROM）、并行I/O 口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器（SFR）。 AT89C51如图2-4所示

567

01234

XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435

P0.5/AD534

P0.6/AD633

P0.7/AD732

P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11

P3.2/INT012

P3.3/INT113

P3.4/T014

P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115

P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922

P2.2/A1023

P2.3/A1124

P2.4/A1225

P2.5/A1326

P2.6/A1427

U1

AT89C51 图2-4

四、软件设计及系统流程图

合集下载

单片机原理及接口技术 李全利 第2章

单片机原理及接口技术 李全利 第2章


4
2.1.2 80C51系列
以 8051 为基核开发出的 CMOS 工艺单片机产品统 称为80C51系列。 ﹡ Intel 的 ： 80C31 、 80C51 、 87C51 ， 80C32 、 80C52、87C52等； ﹡ ATMEL的：89C51、89C52、89C2051等；
5
2.2 80C51的基本结构及内部结构
ACC B
指令寄存器IR 指令译码器ID DPH
缓冲器 DPL ROM 4K字节
暂存器1
暂存器2
PC增量器 PSW ALU 振荡器 定时与控制 程序计数器PC 地址寄存器AR
XTAL2 VSS XTAL1 EA RST ALE PSEN
8
2.2.2 80C51的内部结构
一、80C51微处理器（CPU) 二、80C51片内存储器(ROM、RAM) 三、80C51的I/O口及功能单元 四、80C51特殊功能寄存器（SFR）
1
第2章 80C51的结构和原理
2.1 80C51系列概述 2.2 80C51的基本结构及内部结构 2.3 80C51典型产品资源配置与引脚封装 2.4 80C51的时钟与时序 2.5 80C51的复位 2.6 80C51的存储器组织
2.7 80C51的并MCS-51系列
2.1 80C51系列概述 80C51和MCS-51的关系
8051是MCS-51系列单片机的典型品种。以8051为基 核开发出的CHMOS工艺单片机产品统称为80C51。 （1）MCS-51是Intel公司生产的一个单片机系列名称。 （2）该系列生产工艺有两种：
HMOS工艺（高密度短沟道MOS工艺）。 H:高速度和高密度 ；与TTL电平兼容 CHMOS工艺（互补金属氧化物的HMOS工艺）。 C:低功耗；CHMOS与TTL和COMS电平都兼容 型号中凡带有字母“C”的即为CHMOS芯片 8051的功耗为630mW，而80C51的功耗只有120mW。
单片机的工作过程以及原理

单片机的工作过程以及原理

单片机的工作过程以及原理单片机是一种专用的小型计算机芯片，它集成了处理器核心、存储器和各种外设接口等组成部分。

它广泛应用于嵌入式系统中，是现代电子产品中的重要组成部分。

本文将详细介绍单片机的工作过程和原理。

一、单片机的工作过程：1.初始化阶段：初始化是单片机启动的第一个阶段，其目的是准备单片机所需的各种资源。

在这个阶段，单片机会执行一系列预定义的操作，如清除寄存器、设置工作模式、配置外设接口等。

2.执行阶段：执行阶段是单片机进行计算、控制和通信等任务的阶段。

在这个阶段，单片机根据程序的指令和数据，通过寄存器、算术逻辑单元(ALU)和存储器等功能模块进行计算、存储和控制。

单片机的执行可以分为两个层次：指令层和操作层。

（1）指令层：指令层是单片机执行的最基本单位，包括指令的获取、解码和执行等过程。

指令的获取是指从存储器中读取指令，并将其送入指令寄存器中。

单片机采用顺序读取的方式获取指令，即按照指令的地址从存储器中读取指令，并将地址自动增加，以获取下一条指令。

指令的解码是指根据指令的格式和功能，将其解析成相应的操作。

单片机根据指令的操作码和操作数，通过控制逻辑单元将指令解码成相应的操作。

指令的执行是指根据指令的操作，进行计算、存储和控制等操作。

单片机根据指令的操作码和操作数，通过寄存器和算术逻辑单元进行相应的运算和存储，同时进行控制相关的外设接口。

（2）操作层：操作层是单片机执行的高级单位，包括各种操作的组合和执行过程。

在操作层，单片机根据程序的逻辑和需要，进行各种任务的操作。

例如，单片机可以进行算术运算、逻辑运算、移位运算、存储和读取数据等。

同时，单片机可以通过外设接口与外部设备进行通信和控制。

例如，单片机可以通过串口和计算机进行通信，通过IO口控制LED灯和蜂鸣器等外设。

3.终止阶段：终止阶段是单片机工作的最后阶段，其目的是释放已占用的资源，并保存必要的状态信息。

在这个阶段，单片机会执行一些清理工作，如关闭外设接口、保存相关寄存器的值等。

单片机原理及接口技术 李朝青 第4版

单片机原理及接口技术 李朝青 第4版

单片机原理及接口技术
3、CPU中的主要寄存器
1）累加器（A） 2）数据寄存器（DR） 3）指令寄存器（IR） 4）指令译码器（ID） 5）程序计数器（PC） 6）地址寄存器（AR）
单片机原理及接口技术
1）累加器（A）
累加器是微处理器中最繁忙的寄存器。 在算术和逻辑运算时，它具有双重功能：
运算前，用于保存一个操作数； 运算后，用于保存所得的和、差或逻辑运算结果。
例如： 两个数（7和9）相加，在相加之前，操作数
9放在累加器中，7放在数据寄存器中，执行两 数相加运算的控制线发出“加”操作信号，ALU 即把两个数相加并把结果（16）存入累加器， 取代累加器前面存放的数9。
单片机原理及接口技术
3）ALU的两个主要的输入来源
输入来源
累加器 数据寄存器
单片机原理及接口技术
设计者：刘艳玲
单片机原理及接口技术
第1章 微机基础知识
1.1 微处理器、微机和单片机的概念 1.2 微机的工作过程 1.3 常用数制和编码 1.4 数据在计算机中的表示 1.5 89C51/S51单片机 1.6 思考题与习题
单片机原理及接口技术
§1.1 微处理器、微机和单片机的概念
§1.1.1 微处理器(机)的组成 §1.1.2 存储器和输入输出接口
单片机原理及接口技术
5）程序计数器（PC）
通常又称为指令地址计数器。 在程序开始执行前，必须将其起始地址，即程序的
第一条指令所在的内存单元地址送到PC。
当执行指令时，CPU将自动修改PC的内容，使之总是保 存将要执行的下一条指令的地址。
由于大多数指令都是按顺序执行的，所以修改的过程 通常是简单的加1操作。
1）运算器的组成
运算器
单片机技术的原理及应用

单片机技术的原理及应用

单片机技术的原理及应用单片机（Microcontroller）是一种带有计算机功能的芯片，通常包含有处理器、内存、输入输出端口、定时器、计数器等功能模块。

它集成了多种外围设备功能于一个芯片中，因此被广泛应用于自动化控制、仪器仪表、家电电子、医疗设备、安全监控、智能交通等领域。

那么，单片机技术的原理是什么？它有哪些应用场景呢？一、单片机技术的原理单片机主要由中央处理器、存储器和外设接口三部分组成。

中央处理器是单片机的核心组成部分，其作用是执行程序、获取和处理数据，控制系统的运行。

存储器是单片机的数据储存部分，主要分为程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）两种类型。

其中ROM是只读存储器，用于存储单片机的程序代码和指令；而RAM是随机存储器，用于存储程序的中间结果、数据、程序计数器等。

外设接口包括输入输出接口、定时计数器、中断控制器等，用于与外部设备进行通信和数据交换。

单片机技术的实现过程主要包括指令执行周期和中断等操作。

指令执行周期是指单片机在每个指令周期内的操作，其基本过程包括取指、译码、执行和存储四个步骤。

中断操作是指当单片机执行某些任务时，遇到紧急情况需要停止当前操作，同时执行其他任务的操作过程。

二、单片机技术的应用单片机技术广泛应用于各个领域，以下列举几个具体的应用场景：1、智能家居控制：通过单片机技术可实现家电设备自动化控制，如智能门锁、智能灯光等。

通过单片机芯片集成了输入输出端口、计时器、PWM控制等功能，可实现对家电设备的远程控制和定时开关。

2、医疗设备：单片机技术在医疗设备上应用较为广泛，如心电图、血糖仪、血氧仪等。

通过单片机芯片集成的高精度ADC、LCD显示器、脉冲宽度调制器等模块，可实现对生命体征的监测和数据处理。

3、智能交通：当今城市交通越来越拥堵，为了保障交通安全和优化交通流量，智能交通系统应运而生。

单片机技术被应用于交通信号灯、车辆卡口等设备中，可实现自动控制、数据采集等功能。