基于C8051F02x单片机的Modbus实验系统

基于C8051F02x单片机的Modbus实验系统

潘悦，佟为明，赵志衡

（哈尔滨工业大学，哈尔滨150001）

摘要：Modbus是一种开放的、标准的现场总线通信协议，是世界自动化领域中普遍使用的协议之一。本文设计了Modbus实验系统，给出了该系统功能描述及硬件原理框图，建立了软件分层模型，并通过实例描述了系统节点的程序设计思想和设计流程。

关键词：Modbus协议；实验系统；C8051F单片机

Modbus Experiment System Based on C8051F02x

Pan Yue，Tong Wei-ming，Zhao Zhi-heng

（Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China)

Abstract:Modbus is a kind of exoteric and standard field bus protocol, which is applied widely in the world field of automation and control. This paper introduces the Modbus protocol and design experiment system based on C8051F Series Single Chip. The system function and the composing of hardware are described. A software configuration is summarized. In addition, some examples to design an experiment program are given.

Key words: Modbus protocol; experiment system; C8051F Singlechip

1引言

Modbus是一种基于主站－从站／客户机－服务器方式连接智能设备、实现数据交换的总线协议，于1979年由Modicon公司开发，现已被许多工控厂商所支持，广泛应用于智能仪表、总线控制等领域。目前，对于Modbus协议本身的研究很少，大部分厂商仅限于应用现有成品或在此基础上自定义应用协议及功能[1]，但由于对协议理解不深，造成产品兼容性较低，功能不完备等问题。鉴于当前国内缺乏对协议本质技术的研究，本文设计了Modbus实验系统，透明演示和实现Modbus协议核心内容，以便于更好的理解和应用Modbus协议，提高Modbus总线控制系统产品的功能水平和兼容性。

2实验系统功能设计

所设计的实验系统包括一个主站节点/客户机和三个从站节点/服务器。用户能够通过键盘和液晶实现对总线节点和通信参数的配置，以及对实验结果的观察。针对Modbus协议的核心技术，实验系统可提供Modbus－RTU报文字符时间间隔、CRC 校验域的作用、Modbus异常响应类型及产生条件、对Modbus设备离散量和设备寄存器的读写、设备诊断功能等共10个实验。

3Modbus通信协议简介

3.1串行链路上的通信规范

Modbus通信协议采用主从问答方式工作，仅主设备能初始化查询，从设备根据主设备的查询命令做出响应。Modbus消息帧分为RTU模式和ASCII模式，其中RTU模式信息帧中的8位数据包括两个4位16进制字符，相对于ASCII模式，RTU模式表达相同的信息需要较少的位数，在相同的波特率下能够获得更大的数据流量。因此工业智能仪器仪表一般采用RTU模式。典型的RTU消息帧包括起始位、地址域、功能域、数据域和CRC校验域。使用RTU模式，至少为3.5个字符的时间间隔将消息帧区分开。同时，整个报文帧必须以连续的字符流发送，帧内两个字符之间的间隔小于1.5个字符时间[2]。

3.2应用层协议

应用层协议定义Modbus功能代码的范围是1～127，包括由https://www.wendangku.net/doc/4e3921544.html,确认的唯一定义的公共功能码、用户无需Modbus组织的任何批准就可以选择和实现的用户自定义功能码，以及某些公司在传统产品上先行使用、不作为公共使用的保留功能码[3]。已定义的Modbus公共功能码按其功能可分为数据访问类和异常响应及诊断类。数据访问功能码可实现对输入离散量、线圈的位访问，对寄存器、FIFO队列的16位访问以及对文件记录的读写。诊断类功能码提供了读异常状态、设备标识等功能。

4硬件设计

4.1设计思想

实验系统由4个节点组成。根据Modbus协议

的主从网络模式，设定0节点为主节点，可以对总线上任一从节点发送查询和控制命令。节点1、2、3为三个从节点。为了模拟工业现场需要采集和控制的对象的数据类型，扩展数字量／模拟量的输入和输出功能。主站通过Modbus应用协议访问从站采集的数字量和模拟量。主、从节点间的通信遵循Modbus串行链路层通信规范，这里采用RS485物理标准。为达到便于设置和演示的目的，各节点均带有键盘和液晶模块。用户根据液晶提示，通过键盘输入必要的配置信息和控制要求。系统根据用户的配置信息，透明的实现Modbus通信协议内容和功能。系统框图如图1。

图1 实验系统框图

4.2节点硬件原理框图

图2 节点硬件框图

根据前面提出的要求，设计节点硬件原理框图如图2所示：包括微控制器及外围电路（复位电路、JTAG调试接口等）、模拟量与数字量输入输出模块、Modbus接口芯片MAX485、液晶、键盘及驱动电路，由于微处理器C8051F020采用低电压供电，为确保系统正常工作，还需要在微处理器与其它芯片之间采用 3.3V～5V电压双向转换芯片SN74LVC4245ADW来进行电压转换。

4.2.1 C8051F020微控制器

微处理器选用C8051F020，它是CIP51处理器，在指令集上与传统的MCS-51完全兼容。CIP51采用了流水线处理构架，不区分系统时钟和机器周期，绝大部分指令只需1~2个系统时钟即可完成。处理器最高运行时钟可达25MHz。片内集成12位或10位、100ksps的8通道ADC，能够满足大多数应用场合的精度要求。相比传统51，C8051F020微处理器还具有低电压供电、集成JTAG调试器，支持程序在线调试和下载等特点[4]。

4.2.2 Modbus接口电平转换芯片

Modbus链路层基于UART串行通讯实现，目前并没有专用的Modbus控制器芯片，常见做法是数据在核心控制器或附属微处理器芯片中成帧，经过电平转换发送到总线上。RS485物理标准具有良好的抗噪声干扰性、长距离传输和多站能力等优点，使其成为首选的串行接口标准[5]。MAX485芯片的作用是实现TTL电平与RS485差分电平之间的透明转换。将DE引脚与RE引脚短接，并接至单片机的I／O口（经过SN74LVC4245ADW进行

3.3V到5V的电平转换），用于控制数据流的方向。

4.2.3 数字量与模拟量输入输出模块

系统中，主节点不需扩展该输入输出模块；节点1作为8路数字量输入和输出节点，通过拨码开关和继电器实现；节电2作为8路模拟量输入节点，通过电位器实现；节点3作为2路模拟量输出节点，通过发光二极管发光强度直观表现，并利用万用表测量。

4.2.4 液晶与键盘及驱动电路

由于单片机对液晶与键盘的访问是分时的，设计液晶与键盘共用低位地址总线，将片选信号作为高位地址线，节省I/O口资源，并且避免了外扩译码器芯片的麻烦。液晶内部自集成了驱动电路。

5软件设计

Modbus实验系统软件总体划分为3层：数据

数据

输入

及

显示

程序

协议

实现

程序

总线

通信

程序

图5 软件总体结构

输入及显示、应用协议实现和总线通信程序，如图3 所示。数据输入及显示程序包括液晶、键盘的驱动和配置程序；通信程序通过单片机串口接收和发送数据，波特率可配置；协议实现程序包括解析串口接收到的数据、判断命令功能和响应查询命令。下面用实例说明协议实现程序的设计思路和流程。

5.1字符间隔时间对RTU模式通信的影响

Modbus-RTU协议关键技术之一是对报文帧间字符间隔时间的规定。通过间隔时间的设定，界定了数据帧的起始和结束，同时避免两个节点同时向总线发送数据，造成信息冲突和错误。

本系统通过实验体现该内容：通过键盘输入主节点发送报文帧的帧内字符间隔In_Delay、帧间字符间隔Ex_Delay。主节点按照配置的参数在串口发送程序中调用延时，该时间为前一字符停止位与下一字符起始位之间的时间。从节点遵照协议标准接

收，即帧内字符间隔小于1.5个字符，帧间字符间隔大于3.5个字符。当主节点发送数据不满足该条件时，将产生CRC校验错误。从节点通过定时器来检测字符间隔时间。由于检测到的是两个字符停止位之间的时间，故设定这两个时间段为2.5和4.5个字符时间。使用一个定时器，定时时间为0.5个字符时间。定义一个变量TCOUNT，在定时中断程序中对TCOUNT做加一运算，并判断是否累加到5或9。图4为从节点定时器中断程序流程图。

图4 定时器中断

5.2 读／写多个寄存器命令

Modbus总线协议简单，通信信息量大，除与MAC帧包含有效数据信息量大密切相关，还得益于其应用层丰富的对数据访问和控制命令。

图5 读／写多个寄存器命令的响应程序流程

例如，主站向某从站节点发送读／写多个寄存器命令（17H），数据域为读、写的寄存器起始地址和数量。总线上的从站首先根据其地址域信息解析该命令是否发往本节点。从站仅接收和处理发往本节点的消息帧。被查询节点接收到完整的消息帧，检验命令信息无误后，响应命令，并返回响应报文。设计服务器对该命令的响应过程如图5所示。

6结论

（1）本文在对Modbus通信协议的介绍与研究的基础上，设计了Modbus实验系统。通过

系统各节点之间通信，实现了对Modbus协

议链路层规范和应用层协议的透明演示。（2）该实验系统的设计，为Modbus在工控领域的应用提供了参考和解决方案。通过对系统

节点的配置，可方便的移植到工业设备中。（3）设计中采用了C8051F系列单片机，其先进的流水线处理技术和丰富的硬件资源，大大

简化了电路设计，提高效率。

参考文献

［1］贺春,任春梅,张冉.Modbus协议在电动机保护装置中的应用.继电器, 2006, 1: 73-76

［2］GB／Z19582.1-2004，基于Modbus协议的工业自动化网络规范，第1部分：Modbus应用协议. ［3］GB／Z19582.2-2004，基于Modbus协议的工业自动化网络规范，第2部分：Modbus协议在串行链

路上的实现指南.

［4］鲍可进. C8051F微控制器原理及应用[M]. 北京：中国电力出版社,2006.

［5］阳军, 唐臻宇, 唐昌建.基于RS485 物理层的MODBus－JBus现场总线通信协议.中国测试技

术.2006, (1):92-94

作者简介

潘悦：女，1983-，硕士研究生，主要研究方向为嵌入式系统和现场总线。

佟为明：男，1964-，教授，博士生导师，主要从事现场总线、继电保护等的研究。

单片机课程设计报告实验报告

课程设计报告 学号： 1328403028 姓名：张帅华 班级： 13电子信息工程指导老师：邓晶 苏州大学电子信息学院 2016年4月

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目录 摘要 (1) 目录 (2) 第1章基于DS18B20的数字温度计设计 (3) 1.1 设计要求 (3) 1.2 系统组成 (3) 1.3 系统设计 (3) 1.3.1 硬件设计 (3) 1.3.2软件设计 (4) 1.4 设计结果 (6) 第2章基于AT24C02的电子密码锁设计 (7) 2.1 设计要求 (7) 2.2 系统组成 (7) 2.3 系统设计 (8) 2.3.1 硬件设计 (8) 2.3.2 软件设计 (9) 2.4 设计结果 (9) 第3章基于DS1302的电子日历的设计 (11) 3.1 系统功能 (11) 3.2 系统组成 (11) 3.3 系统设计 (11) 3.3.1 硬件设计 (11) 3.3.2 软件设计 (13) 3.4 设计结果 (14) 第4章基于NRF24L01的无线通信系统的设计 (15) 4.1 系统功能 (15) 4.2 系统组成 (15) 4.3 系统设计 (15) 4.3.1 硬件设计 (15) 4.3.2 软件设计 (16) 4.4 设计结果 (16) 总结 (17)

多模块单片机实验系统设计

多模块单片机实验系统设计 设计一种单片机实验系统，针对单片机实验系统的应用要求，采用模块化的设计方法，使得实验系统能够支持多种不同的应用，扩展方便，同时能够与多种实验系统兼容，在日常的教学实验和研发中应用广泛。 标签：单片机实验系统多模块 单片机作为一门实践性很强的专业课程，平时的实验练习不可缺少。因此作为实验载体的实验系统非常重要。常规的单片机实验系统，其功能比较单一，与别的实验系统之间也毫无联系，能够完成的实验都是单一的单片机实验。当前实验室中一般都有多种实验设备，如EDA实验箱、模电实验箱、数电实验箱、信号处理实验箱等。如何使得单片机实验系统在现有的实验条件下，能够进行更多、更复杂的实验，利用更多的实验设备，多模块实验系统为我们指出了一种设计思路。 针对实验室的条件，设计了一种模块化的单片机实验系统，可以利用现有的多种实验设备，提高单片机实验系统的灵活性和利用率。其主要模块有电源模块、核心模块、功能模块、下载模块等，下面分别介绍。 1 电源模块 作为单片机实验系统的供电部分，电源模块非常重要，直接关系到系统的稳定，为了便于扩展，同时方便实验，电源模块采用多种方式供电。利用跳线或者开关进行选择，其电路图如图1所示。利用外部供电时电源通过J1输入，当电压大于5V时，一般常见的有9V和12V，需要将J2跳线拔掉；当电源为5V时，将跳线闭合，直接供电。同时实验系统还可以通过USB直接供电，外部供电和USB供电的切换通过开关S1来实现，为了保护电脑，在USB供电中增加了保险丝。 2 CPU模块 CPU模块是单片机实验系统的中心，也即芯片所在的部分，为了能够最大限度的利用实验系统的资源，本核心模块采用锁紧卡座设计，便于芯片的安装与卸载，并且将卡座的40个引脚全部引出，便于进行二次开发。同时设计了两种不同的复位电路，以适应普通的51单片机和A VR单片机，使得实验系统能够支持两种不同的单片机进行实验。在设计时，主要通过一个跳线实现不同的复位电平，如图2所示。可以通过跳帽来选择51单片机的高电平复位和A VR单片机的低电平复位，而芯片本身的引脚差异可以通过一个小转换板子来实现，主要将I/0口对应起来，一些功能引脚进行转换即可，通过这种处理方式，可以在一个实验平台上调试两种不同的单片机系统，大大提高了外设的利用率。 3 功能模块

单片机课程设计51实验报告DOC

福建工程学院软件学院 题目：51开发洗衣机 班级：物联网工程1202 成员： 座号：04 28 指导老师： 日期：年月日课设报告

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1摘要 是为了方便足球比赛时计时与计分及时与准确公开而引申出的实用产品。在此设计中接入了一个1602液晶显示屏，第一行用来记录赛程的时间，第二行用于显示比赛的得分情况。赛程计时用倒计时来计时。在比赛结束时按下相应按键蜂鸣器会响起，提醒比赛时间结束。 这次试验运用C语言进行编程，编程后利用Keil uVision来进行编译，再生成.hex文件装入芯片中，采用Proteus软件来仿真，检验功能是否能够正常实现，最后利用单片机MCS-51实机来实现功能。 本设计以AT89S51单片机作为核心，综合应用单片机定时器、中断、LCD1602 液晶显示等知识，设计一款单片机和简单外设控制的足球计分器应用，同时显示当前的比赛进行时间，比赛队伍，比分状况。 2.设计需求 2.1功能需求 2.1.1 基本功能 （1）屏上显示比赛已运行时间 （2）屏上显示A队和B队的得分 （3）屏上显示上下半场（H-L） （4）通过按键控制比分的增减 2.1.2扩展功能 （1）按键实现比赛场次的更换 （2）按键实现比赛计时的复位 （3）按键实现比赛比分的复位 （4）在比赛结束时，蜂鸣器在主裁判的控制下响起

单片机实验四报告材料_外中断实验

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Void main { EA=1; EX0=1; EX1=1; ITO=1; IT1=1; PX0=1; PX1=0; While(1); } Void int0(void) interrupt 0 { if（！P3_2） { While(1) { P2_0=1; delay02s(); P2_0=0; delay02s(); } } } Void int1(void) interrupt 2 { if（！P3_3） { While(1) { P2_1=1; delay02s(); P2_1=0; delay02s(); } } }

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基本单片机的CAN实验系统设计（CAN教学案例设计） 邵健2014秋季学期

目录 摘要......................................................... 错误！未定义书签。前言......................................................... 错误！未定义书签。 1 总体设计方案 (3) 1.1设计任务 (3) 1.2总体CAN网络设计框图 (4) 1.3 CAN节点结构 (4) 2 系统的硬件设计 (5) 2.1 电源模块设计 (6) 2.2 单片机最小系统 (7) 2.3 MAX232组成的单片机和PC机通信电路 (8) 2.4 看门狗电路设计 (9) 2.5 键盘输入电路模块 (10) 2.6 显示电路模块 (11) 2.7 扩展ROM功能模块 (12) 2.8 CAN通信模块 (12) 3 系统的软件设计 (15) 3.1 CAN控制器初始化函数CANINI (15) 3.2 CAN接收函数CANREC (16) 3.3 CAN发送函数TDATA (16) 3.4 主程序流程图 (17) 3.5 总程序清单........................................... 错误！未定义书签。 4 总结....................................................... 错误！未定义书签。 4.1 结束语............................................... 错误！未定义书签。

单片机应用系统设计开发主要步骤

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。

51单片机课程设计

课程设计说明书
课程设计名称
专
业
班
级
学
号
学生姓名
指导教师
单片机原理及应用课程设计 电子信息工程 140405 20141329 李延琦 胡黄水
2016 年 12 月 26 日

课程设计任务书
课程设计 题目
酒精测试仪
起止日期
2016 年 12 月 26 日— 2017 年 1 月 6 日
设计地点
计算机科学与工程学 院单片机实验室 3409
设计任务及日程安排： 设计任务：分两部分： （一）、设计实现类：进行软、硬件设计，并上机编程、联线、调试、 实现； 1.电子钟的设计 2.交通灯的设计 3.温度计的设计 4.点阵显示 5.电机调速 6.电子音乐发声（自己选曲） 7.键盘液晶显示系统 （二）、应用系统设计类：不须上机，查资料完成软、硬件设计画图。 查资料选定题目。 说明：第 1--7 题任选其二即可。（二）里题目自拟。 日程安排： 本次设计共二周时间，日程安排如下： 第 1 天：查阅资料，确定题目。 第 2--4 天：进实验室做实验，连接硬件并编写程序作相关的模块实验。 第 5--7 天：编写程序，并调试通过。观察及总结硬件实验现象和结果。 第 8--9 天：整理资料，撰写课程设计报告，准备答辩。 第 10 天：上交课程设计报告，答辩。 设计报告要求：
1. 设计报告里有两个内容，自选题目内容+附录（实验内容），每 位同学独立完成。 2. 自选题目不须上机实现，要求能正确完成硬件电路和软件程序 设计。内容包括： 1） 设计题目、任务与要求 2）硬件框图与电路图 3） 软件及流程图 （a）主要模块流程图 （b）源程序清单与注释 4） 总结 5） 参考资料 6）附录 实验上机调试内容
注：此任务书由指导教师在课程设计前填写，发给学生做为本门课程设计 的依据。

《单片机系统设计》实验报告

短学期实验报告 （单片机系统设计） 题目： 专业： 指导教师： 学生姓名： 学号： 完成时间： 成绩：

基于单片机的交流电压表设计 目录 1系统的设计要求 (2) 2系统的硬件要求 (2) 2.1真有效值转换电路的分析 (2) 2.2放大电路的设计 (3) 2.3A/D转换电路的设计 (3) 2.4单片机电路的分析 (4) 2.5显示电路 (4) 3 软件设计 (5) 3.1 软件的总流程图 (5) 3.2 初始化定义与定时器初始化流程图 (5) 3.3 A/D转换流程图 (6) 3.4 数据处理流程图 (6) 3.5 数据显示流程图 (7) 4 调试 (7) 4.1 调试准备 (7) 4.2 关键点调试 (7) 4.3 测试结果 (8) 4.4 误差分析 (8) 5结束语 (8) 5.1 总结 (9) 5.2 展望 (9) 附录1 总原理图 (10) 附录2 程序 (10) 附录3 实物图 (14)

基于单片机的交流电压表设计 ****学院 ****专业 姓名 指导老师：******* 1 设计要求 （1）运用单片机实现真有效值的检测和显示。 （2）数据采集使用中断方式，显示内容为有效值与峰值交替进行。 2 硬件设计 本系统是完成一个真有效值的测量和显示，利用AD737将交流电转换成交流电压的有效值，用ADC0804实现模数转换，再通过单片机用数码管来显示。系统原理框图如图2-1所示。系统框图由真有效值转换电路、放大电路、A/D 转换电路、单片机电路、数码管显示电路五部分。 图2-1 原理框图 2.1 真有效值转换电路 真有效值转换电路主要是利用AD737芯片来实现真有效值直流变换的，即将输入的交流信号转换成直流信号的有效值，其原理图如图2-2所示。 图2-2 真有效值转换电路 由于AD737最大输入电压为200mV, 所以需要接两个二极管来限制输入电压，起到限幅的作用。如图中D1、D2，由IN4148构成，电容C6是耦合电容，电阻R1是限流电阻。 2.2 放大电路设计 放大电路主要是利用运放uA741来进行放大，电路原理图如图2-3所示。 A/D 转换 单片机 电路 显示 电路 转换 电路 交流 信号 放大 电路

89C51单片机课程设计之秒表设计实验报告

单片机课程设计报告 单 片 机 秒 表 系 统 课 程 设 计 班级： 课程名称：秒表设计 成员： 实训地点：北校机房 实训时间：6月4日至6月15日

目录 1课程设计的目的和任务 1.1 单片机秒表课程设计的概述 1.2课程设计思路及描述 1.3 课程设计任务和要求 2硬件与软件的设计流程 2.1系统硬件方案设计 2.2所需元器件 3 程序编写流程及课程设计效果 3.1源程序及注释 3.2原理图分析 3.3课程设计效果 4 心得体会

1. 课程设计的目的和任务 1.1单片机秒表课程设计的概述 一、课程设计题目 秒表系统设计——用STC89C51设计一个4位LED数码显示“秒表”，显示时间为000.0~9分59.9秒，每10毫秒自动加一，每1000毫秒自动加一秒。 二、增加功能 增加一个“复位”按键（即清零），一个“暂停”和“开始”按键。 三、课程设计的难点 单片机电子秒表需要解决几个主要问题，一是有关单片机定时器的使用；二是如何实现LED的动态扫描显示；三是如何对键盘输入进行编程；四是如何进行安装调试。 四、课程设计内容提要 本课程利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，结合集成电路芯片8051、LED数码管以及课程箱上的按键来设计计时器。将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，数码管能够正确地显示时间。其中本课程设计有三个开关按键：其中key1按键按下去时开始计时，即秒表开始键，key2按键按下去时数码管清零，复位为“00.00”. key3按键按下去时数码管暂停。 五、课程设计的意义 1)通过本次课程设计加深对单片机课程的全面认识复习和掌握，对单片机课程的 应用进一步的了解。 2)掌握定时器、外部中断的设置和编程原理。 3)通过此次课程设计能够将单片机软硬件结合起来，对程序进行编辑，校验。 4)该课程通过单片机的定时器/计数器定时和计数原理，设计简单的计时器系统， 拥有正确的计时、暂停、清零，并同时可以用数码管显示，在现实生活中应用广泛，具有现实意义 1.2课程设计思路及描述

单片机外部中断实验

(仿真部分) 一、实验目的 1. 学习外部中断技术的基本使用方法。 2. 学习中断处理程序的编程方法。 二、实验内容 在INT0和INT1上分别接了两个可回复式按钮，其中INT0上的按钮每按下一次则计数加一，其中INT1上的按钮每按下一次则计数减一。P1．0~ P1．3接LED灯，以显示计数信号。 三、实验说明 编写中断处理程序需要注意的问题是： 1．保护进入中断时的状态，并在退出中断之前恢复进入时的状态。 2．必须在中断处理程序中设定是否允许中断重入，即设置EX0位。 3．INT0和INT1分别接单次脉冲发生器。P1．0~ P1．3接LED灯，以查看计数信号． 四、硬件设计 利用以下元件：AT89C51、BOTTON、CAP、CAP-POL、CRYSTAL、RES、NOT、LED-Yellow。设计出如下的硬件电路。晶振频率为12MHz。 五、参考程序框图 中断处理程序框图

(实验箱部分) 1.实验目的 认识中断的基本概念 学会外部中断的基本用法 学会asm和C51的中断编程方法 2.实验原理 图按键中断 【硬件接法】 P1.1控制LED，低电平点亮 P3.3/INT1接按键，按下时产生低电平 【运行效果】 程序工作于中断方式，按下按键K2后，LED点亮，1.5秒后自动熄灭。 8051单片机有/INT0和/INT1两条外部中断请求输入线，用于输入两个外部中断源的中断请求信号，并允许外部中断源以低电平或下降沿触发方式来输入中断请求信号。/INT0和/INT1中断的入口地址分别是0003H和0013H。 TCON寄存器（SFR地址：88H）中的IT0和IT1位分别决定/INT0和/INT1的触发方式，置位时为下降沿触发，清零时为低电平触发。实际应用时，如果外部的中断请求信号在产生后能够在较短时间内自动撤销，则可以选择低电平触发。在中断服务程序里要等待其变高后才能返回主程序，否则会再次触发中断，产生不必要的麻烦。 如果外部的中断请求信号产生后可能长时间后才能撤销，则为了避免在中断服务程序里长时间无谓等待，可以选择下降沿触发。下降沿触发是“一次性”的，每次中断只会有1个下降沿，因此中断处理程序执行完后可以立即返回主程序，而不必等待中断请求信号恢复为高电平，这是一个重要的技巧。 3. 实验步骤 ●参考实验例程，自己动手建立Keil C51工程。注意选择CPU类型。Philips半导体的P89V51RB2。 ●编辑源程序，编译生成HEX文件。 ●ISP下载开关扳到“00”，用Flash Magic软件下载程序HEX文件到MCU BANK1，运行。 运行Flash Magic软件。各步骤操作如下： Step 1： COM Port：选择实际使用的串行口，通常为COM1； Baud Rate：波特率不可设置得过高，推荐用9600； Device：请选择正确的型号89V51RB2； Interface：选择None(ISP)。 Step 2：请勾中“Erase blocks used by Hex File”。

《单片机系统设计技术》实验指导

《单片机系统设计技术》 实验指导书 适用专业: 电气、自动化、信息等 编写单位: 电气信息学院 编写人: 曹 林 审核人: 审批人: 批准时间:年月日

目 录 实验1 IO控制LED流水灯实验 (3) 实验2 IO控制数码管动态扫描实验 (5) 实验3 外部中断实验 (8) 实验4 定时器应用控制实验 (10) 实验5 UART实验 (12) 实验6 键盘扫描输入编程 (14) 实验7 UART与PC对话实验 (17) 实验8 ADC数据采集实验 (19)

实验1 IO控制LED流水灯实验 1．实验目的 1）、熟悉KEIL编程环境和调试环境。 2）、掌握单片机汇编语言和指令的用法。 3）、理解简单的IO控制程序，延迟子程序，并对其修改，使其功能改变。 2．实验设备 硬件： PC 机，单片机教学实验开发平台； 软件： KEIL集成开发环境、STC ISP程序下载软件。 3．实验内容 使用P0口控制8个LED 进行流水灯显示。 4．实验预习要求和实验准备要求 预习教科书关于单片机硬件架构内容、IO口的内容，特殊寄存器内容。 预习汇编程序编写、MCS-51指令表。 带上教科书、U盘、具备二进制和十六进制转换的科学计算器。 5．实验原理和步骤 1）实验原理 （1）实验原理图 图1 P0口连接的8盏LED灯 从图1中可以看出：如果需要把LED点亮有两个条件，其一是需要用短接帽把J1的2脚和3脚短接，在PCB上就是将电路板左上角LED和VCC短接起来；其二是P0.X口给出低电平，让电流从VCC开始流经限流电阻、LED后进入单片机的P0.X口，最后到单片机内部的地线上。因此，简单地说就是在短接帽接好的前提下，向P0.X口写0则LED将点亮，写1则LED将熄灭。图中网络标识PORT0_0、PORT0_1……PORT0_7和单片机P0.0、P0.1……P0.7连接，可观察原理图上单片机P0口的网络标识也是PORT0_0、 PORT0_1……PORT0_7。

单片机课设实验报告

电气工程学院 单片机课程设计 实验报告 班级：电142 姓名： 学号：1412021061 设计题目：实时时钟系统设计 设计时间：2017.01.09~01.13 评定成绩： 评定教师：

摘要 人类为了观测时间，从远古的观太阳、革命时期的摆钟到现在电子钟，不断的在研究、创新纪录；随着科技、社会的快速发展，时间的流逝。美国DALLA S公司推出的具有涓细电流充电能的低功耗实时时钟芯片DS1302。电子万年历诞生了，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，还具有闰年补偿等多种功能，而且DS1302的使用寿命长，误差小。对于数字电子万年历采用直观的数字显示，可以同时显示年、月、日、周日、时、分、秒和温度等信息，还具有时间校准等功能。该电路采用AT89C51单片机作为核心，功耗小，能在3V 的电子万年历是一种非常广泛日常计时工具，对现代社会越来越流行。低压工作，电压可选用3~5V电压供电。 电子万年历是一种非常广泛日常计时工具，对现代社会越来越流行；万年历具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁、成本低廉等诸多优点，符合电子仪器仪表的发展趋势，具有广阔的市场前景。 关键词：时钟芯片DS1302，LCD液晶显示，单片机T89C52

目录 摘要 (2) 一、调试过程 (4) 二、运行效果 (6) 三、系统优化 (10) 四、设计总结 (11) 附录 (12)

一、调试过程 1、DS1302实时时钟部分进行调试，程序编完之后，点击编译，对程序进行编译，编译后，发现程序中出现了错误，无法编译通过，查看错误步骤，进行调试，发现是程序的格式错误，调节代码的格式通过编译，编译通过之后，进行软件的仿真实验，看看DS1302是否会生成实时时钟，将编译生成的hex文件导入AT89C51芯片中，之后进行运行，发现DS1302生成了实时时钟，证明这一部分编译成功。 2、LCD的显示部分进行调试，先对产生年月日时分秒之间的连接符进行显示，编译之前先选择自动生成hex文件，让后进行编译，编译完成后调节格式上的错误，直到编译通过后，进行软件上的仿真，仿真时发现，LCD显示上出现了错位现象，让后调节源程序，调节LCD的显示行列位置之后在进行重新编译，在软件上进行仿真，出现了想要的结果；连接符编译成功后，将时钟时间显示在LCD相应的位置上，时钟显示程序，在连接符显示程序基础上进行编译，不停地循环检测60H-66H单元的内容，将这些单元的内容送入到LCD上显示，编译通过之后，发现LCD的时钟显示不正确，通过连调，发现检测60-66单元内容时出错了，重新调节程序，进行编译，成功的出现了时钟的显示。 3、添加开关程序，开关程序添加完成后，编译成功，在软件上进行仿真时发现开关不起作用，按下开关DS1302的时钟继续运行，调节时钟数据，不起作用，通过连调发现，没有对60-66单元的收据进行保护，因此，将开关拨到设置模式时，DS1302时钟并未停止，继续进行计数，所以，将60-66单元送入20-26单元进行保护，当进入设置模式时，将数据进行保护，最后如果没有确认，则将20-26数据送出，如果改变了，则将60-66直接输出，将程序更改完成后，再次仿真达到了预期的效果，可以对时钟进行调节，可以暂停，重新调节时间。 仿真和实际硬件的实验还是有着不小的区别，在软件上进行仿真，所有的端口是自己连接的，因此可以选择不同的端口使用，而在硬件实验中，硬件实验上的一些连线已经自己确定了，必须采用该端口，因此在硬件调试时，需要改变端口的地址以用来符合硬件实验的标准，其次在软件仿真上没有出现问题，在硬件实验时可能有问题，在利用软件仿真时，LCD清屏不清屏，对于实验显示来说没有产生什么影响，然而转入硬件实验室，如果不进行LCD的清屏程序，那么由于

单片机外部中断的使用

哈尔滨理工大学荣成学院 单片机原理及应用Protues 仿真实验 班级： 学号： 姓名： 日期：

实验三单片机外部中断的使用 一、实验名称：单片机外部中断的使用 二、实验目的 1.掌握在Keil环境下建立项目、添加、保存源文件文件、编译源程序的方法； 2.掌握运行、步进、步越、运行到光标处等几种调试程序的方法； 3.掌握在Proteus环境下建立文件原理图的方法； 4..实现Proteus与Keil联调软件仿真。 三、使用仪器设备编号、部件及备件 1.实验室电脑； 2.单片机实验箱。 四、实验过程及数据、现象记录 在Proteus 环境下建立如下仿真原理图，并保存为文件；

原理图中常用库元件的名称： 无极性电容：CAP 极性电容：CAP-ELEC 单片机：AT89C51 晶体振荡器：CRYSTAL 电阻：RES 按键：BUTTON 发光二极管：红色LED-RED 绿色LED-GREEN 蓝色LED-BLUE 黄色LED-YELLOW 在Keil环境下建立源程序并保存为.ASM文件，生成.HEX文件；汇编语言参考程序如下：ORG 0000H

LJMP MAIN ORG H ;外部中断0程序入口地址LJMP EXINT0 ORG 0030H MAIN: MOV SP,#60H ;堆栈指针初始化 SETB ;设置外部中断 0 为边沿触发 SETB ;开外部中断0 SETB ;开CPU总中断MOV A,#01H LOOP: MOV P1,A RL A CALL DELAY SJMP LOOP DELAY: MOV R1,# ;延时250ms子程序DL1: MOV R2,# DL2: MOV R3,# DJNZ R3,$ DJNZ R2,DL2 DJNZ R1,DL1 ;延时子程序返回EXINT0: PUSH PUSH CLR RS1 SETB RS0 MOV R0,# LP: MOV P1,#0FFH CALL DELAY MOV P1,#00H CALL DELAY DJNZ R0,LP POP PSW POP ACC ;中断返回END 将以上程序补充完整，流水时间间隔，闪烁时间间隔为250ms。C51语言参考程序： #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int void delay_ms(uint x) { uint i; uchar j; for(i=0;i

上师大单片机综合实训报告

单片机系统应用综合设计报告 专业：班级： 姓名：学号： 指导教师：成绩： 完成日期：2014年12月18日

一、基于ADC0809芯片的简单采集系统设计 1.方案论证 1．1 系统的设计任务 1．用单片机、ADC0809芯片、数码管等组成温度数据采集显示系统。温度范围为0—255℃，数码管显示被测温度；当温度低于下限70℃时，实现低温报警，当温度高于上限150℃时，实现高温报警。 2.原理图设计 根据所确定的设计电路，利用Proteus 软件绘制电路原理图。 3.软件设计 根据电路工作过程，画出软件流程图，根据流程图编写相应的程序。利用Proteus 与Keil μVision4联调，直到实验现象正确为止。 4.设计报告按规定的规范和要求书写并打印。 1．2 设计方案 根据系统的设计要求，当温度传感器把所测得的温度通过驱动电路转换成电压信号，89C51通过控制ADC0809对AD 值进行采集并进行处理，把温度在数码管上显示。 利用89C51芯片控制温度传感器进行实时温度检测并显示能够实现快速测量环境温度。 1.3软、硬件开发环境 利用Proteus 软件绘制电路原理图、利用Proteus 与Keil μVision4联调。 2.系统硬件设计 2.1单片机主电路设计 单片机选用AT89C51 ·内含4KB 的FLASH 存储器，擦写次数1000次； ·内含28字节的RAM ； ·具有32根可编程I/O 线； ·具有2个16位可编程定时器； ·具有6个中断源、5个中断矢量、2级优先权的中断结构； ·具有1个全双工的可编程串行通信接口； ·具有一个数据指针DPTR; 图1：采集系统程序框图

(完整word版)51单片机课程设计实验报告

51单片机课程设计报告 学院： 专业班级： 姓名： 指导教师： 设计时间：

51单片机课程设计 一、设计任务与要求 1.任务：制作并调试51单片机学习板 2.要求： （1）了解并能识别学习板上的各种元器件，会读元器件标示； （2）会看电路原理图； （3）制作51单片机学习板； （4）学会使用Keil C软件下载调试程序； 用调试程序将51单片机学习板调试成功。 二、总原理图及元器件清单 1．总原理图 2．元件清单 三、模块电路分析 1. 最小系统： 单片机最小系统电路分为振荡电路和复位电路， 振荡电路选用12MHz 高精度晶振, 振荡电容选用22p和30p 独石电容;

图 1 图 2 复位电路使用RC 电路，使用普通的电解电容与金属膜电阻即可； 图 3 当单片机上电瞬间由于电容电压不能突变会使电容两边的电位相同，此时RST 为高电平，之后随着时间推移电源负极通过电阻对电容放电，放完电时RST 为低电平。正常工作为低电平，高电平复位。 2. 显示模块： 分析发光二极管显示电路： 图 4 发光二极管显示电路分析:它是半导体二极管的一种,可以把电能转化成光能,常简写为

LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成,也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后,产生自发辐射的荧光。图中一共有五个发光二极管其中一个为电源指示灯,当学习板通电时会发光以指示状态。其余四个为功能状态指示灯,实际作用与学习板有关 分析数码管显示电路 图 5 数码管显示电路分析:数码管按段数分为七段数码管和八段数码管,图中所用为八段数码管(比七段管多了一个小数点显示位),按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管.共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。数码管主要用来显示经电路板处理后的程序的运行结果。图中使用了八个八段数码管,可以显示八个0-15的数字。使用数码管可以直观的得到程序运行所显示的结果.也可以显示预置在学习板上的程序,主要通过16个开关来控制。 四、硬件调试 1、是否短路 用万用表检查P2两端是短路。电阻为0，则短路，电阻为一适值，电路正常。 2、焊接顺序 焊接的顺序很重要，按功能划分的器件进行焊接，顺序是功能部件的焊接--调试--另一功能部件的焊接，这样容易找到问题的所在。 3、器件功能 1）检查原理图连接是否正确 2）检查原理图与PCB图是否一致 3）检查原理图与器件的DATASHEET上引脚是否一致 4）用万用表检查是否有虚焊，引脚短路现象 5）查询器件的DATASHEET，分析一下时序是否一致，同时分析一下命令字是否正确 6）通过示波器对芯片各个引脚进行检查，检查地址线是否有信号的 7）飞线。用别的的口线进行控制，看看能不能对其进行正常操作，多试验，才能找到问题出现在什么地方。 1、详细描述硬件安装过程中出现的故障现象，并作故障分析，及解决方法。 六、软件调试

基与89C51单片机外部中断实验

实验六外部中断实验一 一、实验要求 1.在Proteus软件中画好51单片机最小核心电路，包括复位电路和晶振电路 2.P1口上拉接8个LED； 3.在Keil软件中编写程序,对LED显示进行控制，显示方式有两种：（1）0、7亮，1、 6亮，2、5亮，3、4亮，0、7亮循环；（2））3、4亮，2、5亮，1、6亮，0、7亮， 3、4亮循环。 4.在P3.2连接一个按键，当按键弹起时引脚为高电平，当按键按下时引脚为低时平 5.编写程序：系统对LED显示进行控制，一开始显示方式为（1），当按下P3.2连接 的按键时，系统在（1）和（2）之间切换显示方式 二、实验目的 1.学习端口输入输出的高级应用 2.掌握LED查表显示法 3.掌握外部中断的工作原理 4.掌握外部中断程序设计 三．实验说明 （条理清晰，含程序的一些功能分析计算） 1.程序中void my_int(void) interrupt 0 using 1 { flag=!flag;} //中断子程序是中断子程序，就是按键按下中断一次。 2.以下是灯亮的方式改变，即flag取反一次就改变一次。通过i++或i—实现 变化。 while(1) { P1=LED[i]; //在P1口显示灯亮的方式 delay_ms(500); //延时0.05s if(flag) //判断P3^2开关是否按下 {i++; if(i>=4) //如果灯显示从两边到中间要在回到两边 i=0;} else{i--; if(i<0)//同上 i=3;} 四、硬件原理图及程序设计 （一）硬件原理图设计

（二）程序流程图设计 是 开始 定义变量 i=0;flag=1; P0=LED[i]; Flag ？ i++; 否 i--； P3.3按下时进行中 断 Flag=flag!;