单片机原理与接口技术课程设计实验报告(2)

单片机应用的意义不仅在于它的广阔范围及所带来的经济效益，更重要的意义在于，单片机的应用从根本上改变了控制系统传统的设计思想和设计方法。以前采用硬件电路实现的大部分控制功能，正在用单片机通过软件方法来实现。所以学好单片机对以后的发展有重大意义。

第1章 系统概述

1.1 设计题目

基于51系列单片机的实验平台开发设计

1.2 系统设计目的和内容

1.2.1 设计目的

利用STC系列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。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。

1.2.2 设计内容

1. 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；

2. 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；

3. 在Keil C环境下，进行软件设计并进行仿真。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；

4. 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。

1.2.3 设计要求

1. 完成综合实验平台的电路结构分析，进行模块分解，掌握各部分电路的工作

原理；

2. 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；

3. 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； 4. 按照要求撰写课程设计论文。

1.2.4 设计步骤

1. 完成每一个模块的C51程序，包括数码管显示模块，LCD模块，流水灯模块；

并在仿真软件中运行仿真；

2. 按照电路原理图完成电路板的焊接； 3. 下载验证

第2章 整体设计方案

2.1 开发板整体外观

图2-1

2.2 整板电路PROTUES仿真电路

图

2-2-1

图2-2-2

2.3 软件功能描述

1. Keil

Keil C51 µVision3集成开发环境是Keil Software，Inc/Keil Elektronik GmbH开发的基于80C51内核的微处理器软件开发平台，内嵌多种符合当前工业标准的开发工具，可以完成从工程建立到管理、编译、链接、目标代码的生成、软件仿真、硬件仿真等完整的开发流程尤其是C编译工具在产生代码的准确性和效率方面达到了较高的水平，而且可以附加灵活的控制选项，在开发大型项目时非常理想。Keil C51集成开发环境的主要功能有以下几点：

µVision3 for Windows：是一个集成开发环境，它将项目管理、源代码编辑和

程序调试等组合在一个功能强大的环境中；

C51国际际准化C交叉编译器：从C源代码产生可重定位的目标模块； BL51链接器/定位器：组合由C51和A51产生的可重定位的目标模块，生成

绝对目标模块；

LIB51库管理器：从目标模块生成连接器可以使用的库文件； OH51目标

文件至HEX格式的转换器，从绝对目标模块生成Intel Hex文件； RTX-51实时操作系统：简化了复杂的实时应用软件项目的设计。这个工具

套件是为专业软件开发人员设计的，但任何层次的编程人员都可以使用，并获得80C51单片机的绝大部分应用。 2. ISIS Protues

Protues ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。该软件可以对模拟电路、数字电路、模数混合电路、单片机及外围电路进行绘制、分析、仿真，并提供了简便易用的印刷电路板设计工具。

Protues软件有如下几个特点： 强大的原理绘图功能。

支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051

系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。

提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点的等调试

功能，同时在仿真系统中也加入了观察各个变量、寄存器等的当前状态的功能；它还支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C51 Vision2等软件。 丰富的元器件库。提供30多个元器件库，数千种元器件。包括：电阻、电容、

二极管、三极管、MOS管、变压器、继电器、各种激励、各种微控制器、各种门电路和终端等。

软件包中提供各种仪表。包括：交直流电压表、交直流电流表、逻辑分析仪、

定时\计数器和信号发生器等，它们通过图形显示功能，将线路中的变化的信号以图形方式实时显示出来。

Protues中主要包括ISIS和ARES两个基本模块，其中ISIS集单片机电路图绘制、汇编语言编程、调试和仿真运行等功能于一体；ARES模块则可根据ISIS原理图实现印刷电路板的设计功能。总之，在Protues中，从原理图设计、单片机编程、系统仿真到PCB设计可以一气呵成，具有从概念到产品的完整设计能力。

2.4 仿真软件PROTUES中的效果图

图2-3

第3章 硬件电路设计

3.1两位一体共阴数码管

3.1.1 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。

3.1.2 数码管内部结构

8段LED数码管如图3-1所示：

图3-1 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

按照表3-1中的格式，显示各种字符的8段LED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

3.1.3 两位一体共阴数码管和74LS374锁存器接口电路

图3-2 两位一体共阴数码管和74LS374锁存器接口电路

3.2 LCD1602液晶

3.2.1 LCD1602液晶简介

1602LCD，工业字符型液晶，能够同时显示16×2即32个字符（16列2行）每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。。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5×10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。 3.2.2 LCD1602液晶引脚介绍

图3-3 LCD1602外观 图3-4 LCD1602引脚

显示容量：16个×2排字符；工作电流2.0mA(5.0V)；字符尺寸：2.95×4.35mm。 LCD1602C采用标准的16脚接口，各引脚情况如下：

第1脚：VSS为电源地；

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