单片机开发软件综合应用

第一章,AT89C51单片机综合设计,1 单片机间的多机通信 1.1 Proteus电路设计 1.2 Proteus调试与仿真 1.3 总结与提示 2 I2C总线应用技术 2.1 Proteus电路设计 2.2 Proteus调试与仿真 2.3 用I2C调试器监视I2C总线 2.4 总结与提示 3 基于单片机控制的电子万年历 3.1 设计任务及要求 3.2 设计背景,3.3 电路设计 3.4 系统硬件实现 4 基于DS18B20的水温控制系统 4.1 Proteus电路设计 4.2 Proteus调试与仿真 5 基于单片机的24×24点阵LED汉字显示 5.1 设计任务及要求 5.2 设计背景简介 5.3 电路设计 5.4 系统硬件实现 5.5 系统仿真,Proteus是目前最好的模拟单片机外围器件的工具，与其他单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机CPU的工作情况，也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其他电路的工作情况。因此在仿真和调试程序时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变，而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。对于这样的仿真实验，从某种意义上讲，解决了实验和工程应用间脱节的矛盾。,1 单片机间的多机通信,内容 三个AT89C51单片机间进行“1主2从”多机通信，主机可以将其数码管显示的内容发送给每个从机，也可以采集每个从机数码管显示的数值并求和后显示出来，每个单片机的数码管显示值可以通过外接的按键进行设置。 训练目的 掌握MCS-51单片机间进行多机通信的实现方法。,1.1 Proteus电路设计,1. 元件清单列表 打开Proteus ISIS编辑环境，按表1所列的清单添加元件。,2. 电路原理图 元件全部添加后，在Proteus ISIS的编辑区域中按图1和图2所示的主、从机电路原理图(晶振和复位电路略)连接硬件电路。,图1 主机部分电路原理图,图2 从机部分电路原理图,1.2 Proteus调试与仿真,参照6.3.3节建立程序文件，加载目标代码文件，在Proteus ISIS界面中，单击按钮 启动仿真。 主机操作如下： (1) 每按下“加1”键，数码管显示值加1，对应左边的数码管显示“7”； (2) 每按下“汇总数据”键，主机数码管显示值变为从机1的显示值+从机2的显示值之和，对应左边的数码管显示“5”； (3) 每按下“发送数据”键，各从机的数码管显示值均变为主机数码管所显示的数值，对应左边的数码管显示“3”。,从机操作如下： (1) 每按下“加1”键，数码管显示值加1； (2) 运行中的数码管显示值随主机的操作而发生改变。 仿真运行片段如图3和图4所示。仿真过程中可单击 按钮暂停仿真，从“Debug”菜单中调出各个单片机的“8051 CPU Registers”窗口来观察各单片机运行中相关寄存器的工作状态，如图4所示。,图3 仿真运行片段1,图4 仿真运行片段2,1.3 总结与提示,在仿真刚开始的几秒钟，仿真系统还未完全就位，仿真结果可能会不正常，稍停一会儿便可正常运行； 可将从机的串口工作方式改为采用中断方式进行编程和仿真实验。,2 I2C总线应用技术,内容 I2C总线是一种用于IC器件之间的二线制总线。它通过SDA(串行数据线)及SCL(串行时钟线)两根线在连到总线上的器件之间传送消息，并根据地址识别每个器件。本例使用串口通信I2C存储器24C01扩展AT89C51单片机的数据存储器，完成读写操作。 训练目的 学习使用Proteus设计并仿真I2C器件扩展单片机存储器的方法； 掌握单片机进行I2C通信的编程方法； 学会使用Proteus VSM虚拟I2C调试器。,2.1 Proteus电路设计,1. 元件清单列表 打开Proteus ISIS编辑环境，按表2所列的清单添加元件。,2. 电路原理图 元件全部添加后，在Proteus ISIS的编辑区域中按图5所示的原理图(晶振和复位电路略)连接硬件电路。,图5 电路原理图,2.2 Proteus调试与仿真,参照6.3.3节建立程序文件，加载目标代码文件，执行以下操作： (1) 在Proteus ISIS界面中，单击按钮启动仿真； (2) 仿真过程中单击按钮暂停仿真，从“Debug”菜单中调出“8051 CPU Internal (IDATA) Memory”窗口和“I2C Memory Internal Memory-U2”窗口，观察单片机内部数据存储器和24C01存储器相关单元的状态变化，如图6所示。,图6 仿真暂停时程序运行的中间结果,2.3 用I2C调试器监视I2C总线,1. 在电路中添加I2C调试器 在工具栏单击按钮，再在对象选择器中选择“I2C DEBUGGER”。将其中两引脚与单片机连接，其中SCL接P3.0，SDA接P3.1。 2. 仿真监视 从图6中的I2C调试器窗口可以看到I2C总线在循环读/写，窗口的左上角区域，记录了总线上的所有活动，其中向左的蓝箭头表示I2C调试器作为从器件监视总线上的活动。单击“+”，可显示详细的数据，以字节，甚至以位的形式显示。其中：,第一行内容是单片机向24C01存储器写数据过程，其时序为S、A0、A、地址(30H)、A、数据1、A、数据2、A、数据16、A、P； 第二行内容是单片机从24C01存储器读数据过程，其时序为S、A0、A、地址(30H)、A、Sr、A1、A、数据1、A、数据16、N、P。 3. I2C通信读/写操作序列中的专用字符 I2C通信读/写操作序列中的专用字符，如表3所示。,2.4 总结与提示,本例中，如果将AT89C51单片机的时钟频率设置为12MHz，则应将24C01属性中的TD_WRITE=1m项改为TD_WRITE=0.5m。具体步骤为：双击24C01元件，打开其属性编辑框，选中“Edit all properties as text”项，然后进行修改。,3 基于单片机控制的 电子万年历,3.1 设计任务及要求,1. 设计题目 基于单片机的万年历。 2. 设计要求与目的 利用单片机、时钟芯片、温度传感器、数码管等实现日期、时间、温度的显示即一个简单的万年历； 万年历的设计是几个简单模块的组合，硬件上是这样，软件上也是这样，要熟悉这种模块化的设计思路； 通过万年历的设计要掌握好对Proteus仿真设计的熟练使用；,通过万年历的设计要熟练掌握单片机的各个功能，并且能对单片机有一个总体的把握，在设计的过程中能够凭借对单片机各功能的了解，达到理想的设计效果； 本例使用了时钟芯片DS1302、温度传感器DS18B20和74HC164，通过对单片机的学习能够对它们触类旁通。,3. 设计任务 设计系统硬件； 设计系统软件； 编写设计说明书。,3.2 设计背景,在生活中，我们经常能看到各种各样的制作精美的万年历，万年历大有取代常规钟表的趋势。随着人们生活水平的提高，智能产品越来越受到人们的欢迎。而单片机、传感器及各种集成电路起到关键作用。希望通过本设计能够对未来的趋势有所把握，从而适应社会需要。,3.3 电路设计,万年历大体可以分为三大模块，74HC164与数码管的显示模块、DS1302时钟芯片与单片机的时钟模块和DS18B20与单片机的温度模块。 单片机在5V电压下，各个模块正常工作。单片机从DS1302芯片中读出一组时间日期数据，同时单片机通过DS18B20温度传感器获得当前温度并且发送给单片机。单片机接收到各个数据时，利用串行通信原理把数据按照一定的顺序发送给74HC164。74HC164移位到最后一个数码管后，把各个数据显示出来。,1. 74HC164芯片相关知识 (1) 74HC164简介 74HC164是一种8位串行输入并行输出的移位寄存器。它是高速硅门 CMOS 器件，与低功耗肖特基型 TTL (TTL LS) 器件的引脚兼容。74HC164、74HCT164 是 8 位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据，然后并行输出。数据通过两个输入端之一(DSA 或 DSB)串行输入；任一输入端可以用作高电平使能端，控制另一输入端的数据输入。两个输入端或者连接在一起，或者把不用的输入端接高电平，一定不要悬空。时钟(CP)每次由低变高时，数据右移一位，输入到 Q0，Q0是两个数据输入端,(DSA和DSB)的逻辑与，它在上升时钟沿之前保持一个建立时间的长度。主复位 (MR) 输入端上的一个低电平将使其他所有输入端都无效，同时非同步地清除寄存器，强制所有的输出为低电平。,(2) 74HC164的引脚功能 74HC164的引脚功能如图7、图8和表4所示。,图7 74HC164的引脚图 图8 74HC164的IEC逻辑符号,2. DS1302芯片相关知识 (1) DS1302简介 DS1302是DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，它可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿功能，工作电压为2.55.5V。DS1302采用三线接口，与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时间数据或RAM数据。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM存储器。 (2) DS1302的引脚功能 DS1302的引脚功能如图9及表5所示。,(3) 控制字格式 控制字格式如表6所示。控制字最高位必须是1，如果它为0，则不能把数据写入到DS1302中，位6如果为0则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据；位51指示操作单元的地址；最低位为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。,表6 控制字格式,(4) 复位和时钟控制 DS1302通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供了终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中置RST为低电平，则会终止此数据传送，并且I/O引脚变为高阻状态。上电运行时，在VCC2.5V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。 (5) DS1302寄存器 7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式，其日历、时间寄存器及其控制字如表7所示。,时钟与日历暂停。 时钟与日历包含在七个写/读寄存器中，采用BCD码形式。秒寄存器的位7(CH)为时钟暂停位，为1时，时钟振荡停止，DS1302为低功率的备份方式，当为0时，时钟将启动。 AM-PM/12-24方式。 小时寄存器的位7定义为12/24小时方式选择位。为高电平，选择12小时方式。在12小时方式下，位5是AM/PM位，此位为高电平时表示PM。在24小时方式下，位5是第二个10小时位(2023时)。,写保护寄存器。 写保护寄存器的位7是写保护位。开始七位(位06)置为0，在读操作时总是读出0。在对时钟或RAM进行写操作之前，位7必须为0。当为高电平时，写保护防止对任何其他寄存器进行写操作。 慢速充电寄存器。 这个寄存器控制DS1302的慢速充电特征。慢速充电选择位(TCS)控制慢速充电器的选择。为了防止偶然的因素使之工作，只有1010模式才能使慢速充电器工作，所有其他模式将禁止慢速充电器。,DS1302上电时，慢速充电器被禁止。二极管选择位(DS)选择一个还是两个二极管连接在VCC1与VCC2之间。如果DS为01选择一个，如果DS为10选择两个。如果DS为00或11，那么充电器被禁止，与TCS无关。RS选择连接在VCC1与VCC2之间的电阻。RS为00无电阻，为01用2K，为10用4K，为11用8K。 时钟/日历多字节方式。 时钟/日历命令字节可规定多字节方式，在此方式下，最先八个时钟/日历寄存器可以从地址0位开始连续地读写。当指定写时钟/日历为多字节方式时，如果写保护位被设置为高电平，那么没有数据会传送到八个时钟/日历寄存器的任一个。在多字节方式下，慢速充电器是不可访问的。,