关于单片机应用实习的实习报告
一、实习目的
本次实习的目的在于加深对MCS-51单片机的理解，初步掌握单片机应用系统的设计方法；掌握常用接口芯片的正确使用方法；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；培育学生综合运用理论知识解决问题的能力，力求实现理论结合实际，学以至用的原则。
二、设计题目: 单片机数据采集系统设计
三、功能描述
1．实时采集0-5V的电压信号；
2．将采集的0-5V的电压信号实时显示；
3．可以轮流采集8路通道，或指定通道数据；
4．可以设定报警上下限，并报警。
四、方案设计
4.1系统分析
根据系统功能要求，可将系统组成结构分成四大部分。单片机控制中心、键盘接口。其中，单片机控制中心是核心。MCU根据按键输入，可切换不同的显示模式或设置不同的参数。数码显示管第2至4位将实时采集的0~5V电压，数码管第1位显示指定通道数。通过按键可切换到设定电压上下限报警的模式。由于我组单片机实验板缺少烽鸣器，因此利用LED灯来报警。
以下是系统组成结构图：
图1 系统组成结构图
五、硬件电路设计
5.1 单片机最小系统设计
最小系统包括CPU时钟与复位电路，其原理图如下：
图2单片机最小系统设计
5.2 显示电路设计
数码管主要是用于数字的显示，图中采用共阴极。电源+5V通过470欧的电阻直接给数码管的7个段位供电，P0.0-P0.7对应了两个接数码管的a,b,c,d,e,f,g和小数点位p，P1.0，P1.1，P1.2，P1.3接位选码。其原理图如下：
图3 显示电路设计
5.3 按键电路设计
其原理图如下：
图4 按键电路设计
5.4 A/D转换电路设计
其原理图如下：
图5 A/D转换电路设计
5.5 电源电路设计
单片机工作电压为5V。
一般使用USB接口供电，直接从USB接口获取5V电源。其原理如下图。
图6 电源电路设计
5.6 报警电路设计
当电压小于下限电压值或大于上限电压值时，蜂鸣器将报警。
如图所示：
图7 报警电路设计
六、软件设计
6.1 操作功能设计
根据系统的功能描述，可以将系统功能大致分成三类：轮流采集8路通道，指定通道显示，设置报警上下限。
此系统设有四个数码管，三个按键。利用按键可切换形成多个模式，按键1将轮流采集8路通道模式与指定通道显示之间相互切换，按键2将轮流采集8路通道与设置电压上下限报警模式之间相互切换，按键3是增加1，可指定显示1~8通道，也可利用其来设置上下限电压的大小。
模式设计如下：
模式1：轮流采集8路通道，此时数码管显示如1.0.00，2.4.97, 3.0.00……8.4.97。（此时1、3通道接地，2、8通道接+5V）
模式2：指定通道显示，按下键1时，模式由轮流采集8路通道变成指定通道显示，此时数码管初始显示为1.0.00, 表示为1通道的电压值；当按下按键3时，数码管值变为2.4.97, 表示2通道的电压值；当再次按下按键3时，数码管显示为3.0.00，表示3通道的电压值。即每按一次键3, 通道数即增一，以此显示指定通道的实时电压。
模式3：当在轮流采集8路通道的模式下，按下键2。模式将会自动切换到设置电压上下限报警模式。此时，初始设置的电压上限为5V，电压下限为0V，通过键3可对其修改。
6.2 程序设计思路
此程序所需实现的基本功能主要有：1使数码管显示采集来的实时电压，并对8个通道的电压实施轮流输出显示；2使用按键操作，将轮流显示的8个通道的电压切换成按指定通道显示输出；3可通过一功能键切换不同的模式，使系统可以调节上下限报警电压。4通过一按键可实现对通道与上下限电压的更改，如加减。
本程序主要分为2大块，主程序与子程序。主程序包括八通道循环采集电压工作方式，模拟量通道输入循环选择，选择通道显示电压工作方式，模拟量通道输入按键选择等。而子程序则需包括对定时器T0进行初始化程序（定时时间设为5ms，即每5ms扫描一次数码管，总共有4位数码管，20ms循环扫描一次），启动A、D转换程序，数码管显示程序，延时程序等。
此程序使用定时器0完成数码管动态扫描，并对按键及串口进行扫描。当扫描到相应的按键时即执行相应的操作（如当扫描到键1时，就会改变当前的模式，从轮流采集通道模式转换到指定通道显示电压的模式）。
6.3 程序流程图
图8 程序流程图
七、程序调试
对程序来说，最重要的就是调试阶段。一段写好的程序当中会出现很多问题。在单片机数据采集系统设计的程序中，出现了很多问题，有的是语法错误，以致不能成功编译；有的则是可以成功编译，但是不能达到系统的功能要求。在单片机的实验学习中，我们做过关于A/D转换的实验。它的功能是可以实现单通道采集电压。但如何由单通道变成8通道，并且还能够指定通道显示，而且可以切换模式，对上下限电压进行修改。这就需要对程序的不断调试，其调试过程具体如下：
1、由单通道改至8通道：首先，这其中肯定要用到循环语句。程序中用到了for循环，k作为循环变量。全局变量m作为通道，m的值从1至8循环。即当m大于8时，令m等于1。
2、按键按下检测及相关设置：此系统用到了三个按键，如何对按键进行扫描，程序位于void Timer0_ISR() interrupt 1中，即于定时器T0的中断程序中，每5ms调用一次，检测键盘是否按下，如果按下去延时抖动，然后检测到底是哪个按键按下，不同的按键有不同的功能。 用“a++, if(a>=50&&P31==0&&moshi==1)”程序实现延时消抖。然后用if判断语句实现按键的不同作用。
3、数码管刷新显示程序；刷新显示就是根据不同的模式将显示的不同数据放到显示缓冲区中，比如模式1时显示轮流显示采集电压，模式2是显示指定通道的电压，数码管的第一位要显示通道数，数码管的后三位显示电压值，模式3是显示设置电压上下限报警值，然后由数码管输出程序输出到数码管。
4、数码管输出程序；数码管输出程序就是送段选码和位选码的程序，位于定时器T0的中断程序中。轮流点亮4个数码管，每5ms变换一次，由于速度快，从而达到点亮每个数码管的作用。
八、使用说明
8.1功能
1. 可以轮流显示8个通的实时采集的电压值；
2. 可以指定通道显示电压值；
3. 可以设置上下限报警电压。
8.2 人机接口
共有三个按键。分别为键1,键2,键3。总共可以实现3个模式的转换。
8.3 操作说明
1. 通电后，在初始状态下，数码管显示的是轮流显示8通道电压值。通过三个按键可以对模式进行切换，以及对其中参数进行修改。
2. 按下键1,系统切换到指定通道显示界面，在此基础上按键3,可以实现从1通道到8通道任意指定通道显示电压值。再按下键1,又可返回到轮流显示8通道电压值。
3. 按下键2,系统切换到设置电压上下限报警电压值。在此基础上，按下键3,可以对上下限电压值进行设置，每按一下键3,电压值增1,电压值的范围为0~5V。当电压值设置好之后，再按下键2,则重新返回到轮流显示8通道电压值。
九、心得体会
在本次实习中，我通过查阅资料，请教于老师及同学。基本完成了硬件设计、程序设计、安装调试等环节。但其中有很多问题值得我去思考。1.实习作风不好：不能积极对待，注意力不够集中；2. 实习效率不高：单片机课程功底较差，实践动手能力不强；3. 独立解决问题的能力较差。以为三点都值得我反思，本次实习揭露了我的不足，希望在以后学生工作中得到改进。
十、实验总结
本次实习的过程主要可分为三个部分。分别是绘制硬件原理图，编写程序，系统调试。
1. 绘制硬件原理图：这是我们第一次接触到Protel99电路设计软件，它与CAD绘制一样，需要有一个熟悉的过程，其中我觉得难点是建元件库。如单片机与A/D转换部分需要自己绘制，其它部分大多可以在元件库中找到，可直接添加。其次需注意的地方就是端口一定要与程序一致。
2. 编写程序：编写程序是难点。须一层层做起，刚开始的源程序来自A/D转换实验中的单通道采集电压值。在不断的对程序修改过程中实现8通道。再添加按键程序。
3. 系统调试；系统调试是最重要的环节，他涉及到程序的各个部分及硬件端口的接线。刚开始，我组用SST单片机，由于端口被占，因此无法接按键，程序虽然能够顺利下载，但是无法对按键进行操作。因此只能换成STC单片机。由于我组电路板上缺少蜂鸣器，因此改用LED灯实现电压上下限报警。虽然程序不一定有错。但调试的过程就是程序与硬件相结合的过程。必须相互匹配，才能调试成功。
十一、参考文献
1. 张义辉，李家庆，单片机系统综合训练指导书.重庆科技学院
2. 汪德彪. MCS-51单片机原理及接口技术[M]. 北京电子工业出版社.
3. 张毅刚.单片机原理及应用.北京：高等教育出版社,2005
4. 胡文金.单片机系统实训教程.重庆：重庆大学出版社,2005
5. 胡文金,钟秉翔. 单片机应用技术实训教程[M]. 重庆大学出版社. 2005.
附录1：电路原理图
附录2：源程序代码
#include "reg51.h"
#define THCO 0xee
#define TLCO 0x0
unsigned char code Duan[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x00};
//共阴极数码管-9段码表
unsigned char xuan[]={0,1,10,11,100,101,110,111};
unsigned char Data_Buffer[4]={0,0,0,0};
unsigned int m=1;
unsigned int moshi=0,zengjia=0,sheding=0,dianyazeng=0,shangyazhi=5;
float AdValue;
/**************************************************/
sbit P30=P3^0;
sbit P31=P3^1;
sbit P32=P3^2; //三个按键位码口定义
/**************************************************/
sbit P34=P3^4;
sbit P35=P3^5;
sbit P36=P3^6; //四个数码管的位码口定义
sbit P37=P3^7;
/**************************************************/
sbit ADWR=P1^0;
sbit RS=P1^1;
sbit CS=P1^2; //ADC0809控制线接通C51P1口位码口定义
sbit Add1=P1^3;
sbit Add2=P1^4;
sbit Add3=P1^5;
sbit EOC=P1^6;
/**************************************************/
sbit LED=P1^7; //报警灯
/**************************************************/
void Sysinit();
void AD_Start(void);
void LED_Fresh();
void delay_ms(unsigned int x); //子函数定义
void zhu();
void xianyajiemian();
/**************************************************/
void main()
{
unsigned int k,i;
Sysinit();
while(1)
{
if(moshi==0) //八通道循环采集电压工作方式
{ m=8;
for(k=0;k<=7;k++)
{
if(moshi==1){
k=0;break; }
Add1=xuan[k]/100; //模拟量通道输入循环选择
Add2=xuan[k]%100/10;
Add3=xuan[k]%10;
m++;
if(m>8)
m=1;
if(dianyazeng==1)
{dianyazeng=0;
shangyazhi++;
if(shangyazhi>5)
shangyazhi=0;
}
zhu();
for(i=0;i<40000;i++);
}
}
else //选择通道显示电压工作方式
{ m=1;
while (1)
{ if(moshi==0) break;
Add1=xuan[m-1]/100; //模拟量通道输入按键选择
Add2=xuan[m-1]%100/10;
Add3=xuan[m-1]%10;
if(zengjia==1)
{ zengjia=0;
m++;
if(m>8)
m=1;
}
zhu();
}
}
}
}
void Timer0_ISR() interrupt 1
{
static unsigned char Bit=0,a=0;
TH0=THCO;
TL0=TLCO;
Bit++;
if(Bit>=4)Bit=0;
P34=0;
P35=0;
P36=0;
P37=0; //关位码
if(sheding==0)
{
if(Bit==0)
P2=Duan[m]|0x80; //开断码
if(Bit==1)
{
P2=Duan[Data_Buffer[Bit]]|0x80;
}
else if(Bit>1)
P2=Duan[Data_Buffer[Bit]];
if(Data_Buffer[1]>=shangyazhi
)
LED=0;
else
LED=1;
}
else
{ if(Bit==1)
P2=Duan[shangyazhi]|0x80; //开断码
else if(Bit>1)
P2=Duan[Data_Buffer[Bit]];
}
switch(Bit)
{ //开位码
case 0: P34=1;break;
case 1: P35=1;break;
case 2: P36=1;break;
case 3: P37=1;break;
}
if(P30==0||P31==0||P32==0) //按键按下检测及相关设置
{
a++;
if(a>=50&&P30==0)
{a=0;
moshi=!moshi;
}
if(a>=50&&P31==0&&moshi==1)
{a=0;
zengjia=1;
}
if(a>=50&&P32==0)
{a=0;
sheding=!sheding;
}
if(a>=50&&P31==0&&sheding==1)
{a=0;
dianyazeng=1;
}
}
}
void LED_Fresh() //数码管显示数据来源（电压信号的分离）
{unsigned int temp;
AdValue=AdValue*1.95;
temp=AdValue;
Data_Buffer[1]=temp/100;
Data_Buffer[2]=temp/10%10;
Data_Buffer[3]=temp%10;
}
void Sysinit()
{
TMOD=0x11; //定时器0初始化
TH0=THCO;
TL0=TLCO;
TR0=1;
ET0=1;
EA=1;
}
void AD_Start(void)
{
ADWR=1; //开启AD转换
CS=0;
delay_ms(1);
ADWR=0;
delay_ms(1);
ADWR=1;
}
void delay_ms(unsigned int x) //延时程序
{
unsigned char y;
for(x;x>0;x--)
1 for(y=110;y>0;y--);
}
void zhu()
{
AD_Start();
while(!EOC);
RS=0;
AdValue=P0;
if(sheding==0)
LED_Fresh();
else
{m=0;
xianyajiemian();
}
RS=1;
}
void xianyajiemian() //电压上线设置界面初值显示设定
{
Data_Buffer[2]=0;
Data_Buffer[3]=0;
}