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1、课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 电信1206班 指导教师： 工作单位： 信息工程学院 题目：基于键盘输入单元的单片机实验或仿真和C语言开发初始条件：具备单片机和C语言的理论知识；具备电子电路的基础知识和设计能力；具备查阅资料的基本方法；熟悉常用的电子器件；熟悉Protues、Keil软件的使用；要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1设计一种基于单片机的行列式键盘输入模块，能检测并判断是否有键按下；对按键开关进行时延的消抖；确定按键的键值，并实现相应状态的输入显示。2要求进行电路实验或仿真，使用C语言进行程序的开发。时间安排：一周，其中3天程序设
2、计，2天程序调试指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目 录摘 要1Abstract21 概述31.1 51单片机简介31.2 Proteus软件31.3 C语言开发环境42 系统框图与方案设计52.1系统框图设计52.2方案设计与论证52.2.1显示电路方案52.2.2按键电路方案53 硬件电路设计63.1 控制电路63.1.1MCU简介63.2复位电路73.3时钟电路83.4矩阵键盘电路83.5液晶显示电路93.6直流稳压源设计94 软件设计114.1软件流程图115 仿真与调试125.1仿真总电路图125.2仿真结果135.3实物电路图155.3.1总电路图15
3、5.3.2单片机最小系统及外围电路155.3.3电路背面图166 元件清单177 总结18参考文献19本科生课程设计成绩评定表20摘 要单片机，即单片微型计算机的简称。是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。本项目的目的旨在利用所学到的单片机理论知识，建立单片机的最小系统，并搭建单片机的外围电路，编写C语言程序，在先利用P
4、roteus软件仿真的基础上通过电路设计、焊接、程序设计及调试，一步一步的实现与单片机有关的流水灯、液晶显示、矩阵键盘输入等基本功能。以此巩固所学到的单片机知识，增强自己的理论知识与动手实践能力。关键字：单片机 C语言编程 Proteus仿真软件AbstractSingle chip microcomputer, the single chip microcomputer.Is A kind of integrated circuit chips, is to use very large scale integrated circuit technology with data proces
5、sing ability of the central processor CPU, RAM, the RAM), read-only memory ROM, A variety of I/O mouth and interrupt system, timer/counter function (may include display driver circuit, pulse width modulation circuit, analog multiplexer and A/D converter circuit) is integrated into A piece of silicon
6、 consisting of A small and perfect microcomputersystem, widely used in industrial control field.The purpose aims to use learned knowledge of SCM theory, establishing SCM smallest system, and build the MCU peripheral circuit, write C language program, on the basis of prior use of proteus simulation s
7、oftware through the circuit design, welding, programming and debugging, step by step, the implementation of the related to SCM of flowing water light, LCD display, the basic function such as matrix keyboard input.To consolidate the learned knowledge of MCU, strengthen their theoretical knowledge and
8、 practical ability.Key word: Single chip microcomputer C language programming Proteus simulation software1 概述1.1 51单片机简介51单片机是对所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称。51系列单片机是国内目前应用最广泛的单片机之一，随着嵌入式系统、片上系统等概念的提出和普遍接受及应用，51系列单片机的发展进入了一个新的阶段，许多专用功能芯片的内核集成了51系列单片机，与51系列单片机兼容的微控制器以IP核的方式不断地出现在FPGA的片上系统上，随着基于51系列单片机的嵌入式
9、实时操作系统的出现与推广，在很长一段时间内，51系列单片机仍将占据嵌入式系统产品的中、低端市场。1.2 Proteus软件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。是目前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年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。Proteus软件具有
10、其它EDA工具软件（例：multisim）的功能。这些功能是：1原理布图2PCB自动或人工布线3SPICE电路仿真革命性的特点1互动的电路仿真用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。2仿真处理器及其外围电路可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。1.3 C语言开发环境C语言是嵌入式系统中一种通用的程序设计语言，其数据类型及运算符丰富，代
11、码率高，有较好的移植性和丰富的功能函数，并具有良好的程序结构，适用于各种应用的程序设计，是目前嵌入式系统中使用较广的编程语言，C语言的编程环境是在Keil软件中。Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（Vision）将这些部分组合在一起。2 系统框图与方案设计2.1系统框图设计图2.1系统框图设计2.2方案设计与论证2.2.1显示电路方案方
12、案一：采用数码管动态显示利用数码管能显示的功能较简单，电路与程序设计实现起来也比较方便，但是由于本次设计中增加了递增递减及位数选择，所以选择液晶显示。方案二：采用LCD液晶显示采用1602LCD液晶显示，此方案显示内容相对丰富，且价格不高。2.2.2按键电路方案方案一：采用独立按键输入，独立按键操作起来比较容易控制，但是一旦按键数量要求多时，占用的I/O口过多，不利于单片机功能应用。方案二：采用矩阵按键输入，矩阵按键可以通过较少的I/O口操作尽可能多的按键，不仅能节省I/O口，还能充分发挥单片机的I/O口的功能。3 硬件电路设计3.1 控制电路3.1.1MCU简介CPU是整个控制部分的核心。在
13、考虑经济性和满足需求的前提下，本系统选用宏晶公司生产的8位STC89C52单片机作为整个系统的控制中心。STC89C52是宏晶公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可系统编程的Flash只读程序存储器，器件采用宏晶公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚，它集Flash存储器既可在线编辑（ISP）也可用传统方法进行编辑及通用8位微处理器于单片芯片中，功能强大STC89C52单片机可为您提供许多高性价比的应用场合。器管脚图如图3.1.1所示： 图3.1.1单片机引脚图1个串行中断128x8bit内部RAM两个外部中断源共6个中断源可直接驱动L
14、ED3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能表3.1.1 AT89C52单片机的管脚功能兼容MCS-51指令系统4k可反复擦写（1000次）Flash ROM32个双向I/O口可编程UARL通道两个16位可编程定时/计数器全静态操作0-24MHz3.2复位电路图3.2复位电路为确保两点间温度控制系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般电路正常工作需要供电电源为5V5%，即4.755.25V。复位是单片机的初始化操作，其目的是使CPU及各专用寄存器处于一个确定的初始状态。如：把PC的内容初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行
15、程序。除了进入系统的正常初始化之外，当单片机系统在运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要复位以使其恢复正常工作状态。RST端的外部复位电路有两种操作方式：上电自动复位和按键手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种，本系统设计采用上电复位，如图3所示。上电复位是直接将RST端通过电阻接高电平来实现单片机的复位。3.3时钟电路图3.3时钟电路单片机的时钟信号用来提供单片机内各种微操作的时间基准，时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号。单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种微操作的时间基准，时钟信号通常用两种电路形式得到:内部振荡和外部振荡。本系统设计采用内部振荡方式，
16、如图4所示。MCS-51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，引脚XTALl和XTAL2分别是此放大电器的输入端和输出端，由于采用内部方式时，电路简单，所得的时钟信号比较稳定，实际使用中常采用这种方式。3.4矩阵键盘电路图3.4矩阵键盘电路为了节省I/O口，通常将按键排列成矩阵形式，每条水平线和垂直线在交处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。通过事先给某一行置低电平，通过检测列电平的变化就可以判断出是哪一个按键按下。极大地扩大了键值范围。3.5液晶显示电路图3.5液晶显示电路本次液晶电路采用LCD1602液晶显示屏，1602是字符型液晶，它是16*2的显示的，1602字符型LCD
17、通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线，图中EN、RW、RS三个端口为控制端口，分别是使能端，读写控制端数据/指令选择寄存器；D0D7为数据输入端口，来控制液晶的输出。3.6直流稳压源设计由于单片机的供电电压是5V,所以需要5V直流稳压电源为其供电，故需要制作一个直流稳压电源，其电路图如下：图3.6直流稳压源电路在上述电路图中可以看出，直流稳压电源的设计包括四个部分，他们分别是变压，整流，滤波，稳压这几个步骤。其中的主要元件就是两个三端稳压7805和7905。变压：变压电路的作用是将220V的交流电变换成电路所需的低压交流电，用普通的电源变压器即可实现。整流：整流
18、的目的是将交流电转为具有直流电成分的有一定波动的直流电，本次实验采用桥式整流电路，他的优点在于谐波电压较小，电源变压器的利用率较高。滤波：但是由于整流后的输出电压并非理想的直流电压，同样有脉动成分，故需要滤波电路，滤波电路由电容组成，利用其对直流开路，对交流短路的特点，可以进一步滤掉交流信号，保留直流信号，改善直流电压的质量。稳压：在稳压电路中，我们采用了7812和7912两个集成稳压器，分别输出+12V与-12V,集成稳压器具有体积小，安装调试等方便等优点，稳压器输入端电容用以抵消输入端较长接线的电感效应，以防止自激震荡，还可以抑制电源的高频脉冲干扰，一般取0.11uf。输出端电容用以改善负
19、载的瞬态响应，消除电路的高频噪声，同时也具有消振作用，选择电容值较大可以提高稳压电源的脉冲响应，输出较大的脉冲电流，同时，在稳压器的两端添加一个二极管是用来防止在输入端短路时输出电容C3所存储电荷通过稳压器放电而损坏器件。4 软件设计4.1软件流程图图4.1软件流程图5 仿真与调试5.1仿真总电路图图5.1.1仿真总电路图仿真软件选择Proteus软件，Proteus能仿真单片机及外围器件，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，是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。所有基本元件都能从元件库中找到，并通过连接电路及设置网络编号
20、，检查电路无误后，双击单片机，在出现的窗口中将事先写好的程序并编译生成的hex文件导入单片机中，点击“运行”按钮即可实时仿真。图5.1.2程序导入窗口5.2仿真结果 图5.2.1初始显示 图5.2.2按下“1”键显示图5.2.3三位同步显示图5.2.4流水灯显示由以上仿真结果可知，该电路在实现基本键值显示功能的基础上，还增加了三位同步显示、键值加减以及跑马灯的按键控制。初始时液晶显示屏上会显示“The key is ”字样，并且每当按下19中的任意一个按键时，就会显示对应的数字，按键10、11、12分别对应百位、十位、个位。按键13、14分别进行加、减运算。按键15、16则是控制跑马灯按照一定
21、的时间延迟和流向进行流动。5.3实物电路图5.3.1总电路图图5.3.1总电路图5.3.2单片机最小系统及外围电路图5.3.2单片机最小系统及外围电路5.3.3电路背面图图5.3.3电路背面图6 元件清单元件数量STC89C521LCD1602液晶屏1按键17LED灯812M晶振110K排阻11K电阻1100电阻81K滑动变阻器130pf电容210uf电容11000pf电容47805芯片17905芯片1整流桥1双9伏变压器1万用板2排针若干排母若干杜邦线若干7 总结通过本次课程设计，将在单片微型计算机与接口技术这本书中的学的理论知识进行了充分的实践，作为典型的工科专业，实践是本专业必不可少的一
22、个环节，俗话说，实践是检验真理的唯一标准，本次课程设计里收获良多。首先，对已经学过的理论知识进行了巩固，单片机的重要性以及典型性已不用多说，但仅仅停在理论层面是远远不够的，通过动手制作电路，我不仅加深了对单片机电路结构的了解，同时更清楚了每一块电路的作用，并将所学的单片机知识牢记于心。其次，我的动手能力得到了极大的提高，常用的元器件已是见怪不怪了，但真正的焊接一块完整的单片机最小系统附带基本外围电路还是头一次，所以，整个焊接过程中尽管状况不断，不过最终凭借着我们的坚持不懈的精神还是克服了重重阻碍，完成了电路板的焊接，虽然外观不是很美观，但是毕竟凝聚了我们的新心血，我们还是十分激动。最后，也是最
23、重要的是思维的转换，在想与做之间的跨越是意义深远的，现在社会需要的是复合型人才，人们需要的是更加全能的人才，单纯的理论或是手工技能或许很难在社会上立足，而通过这次锻炼我也更重视理论与实践的结合，书本不可不信，也不可全信，只有自己动手探索才会得出自己的结论。单片机的功能与应用远远不止这些，我们所学到的还只是皮毛，以后需要学的东西还有很多，为了更好地掌握专业知识，我必须脚踏实地的不断学习，不断实践，找出自己所信仰的真理。参考文献1 李群芳.单片微型计算机与接口技术第四版.北京.电子工业出版社.20122 周润景. Proteus入门实用教程第二版.北京.机械工业出版社. 20073 郭天祥.新概念51单片机C语言教程.北京.电子工业出版社.20094 马德骏.张建宏计算机程序设计基础第二版.科学出版社.2009本科生课程设计成绩评定表姓 名 杨茜性 别 男专业、班级 电信1206班课程设计题目： 基于键盘输入单元的单片机实验或仿真和C语言开发课程设计答辩或质疑记录：成绩评定依据：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定） 指导教师签字： 年 月 日
