高雄縣高英高級工商職業學校

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犁但林
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1 高雄市高英高級工商職業學校 Kao Ying Industrial Commercial Vocational High School 專題製作報告電子輪盤指導老師 : 林勇志老師科別班級 : 電機科三年二班姓名 : 施振華施宗佑簡佑霖羅傳逸中華民國 103 年 4 月

2 誌謝首先感謝高英工商陳德松校長提倡教師專業本位之學術研究專題製作, 以教師專業領域跨於教師帶領學生深入專題製作的依據, 使學生這門專題製作課程有一個遵循規範, 並了解實質專題製作的學習意義及專業探討研究的精神, 如此便能使教師及學生在專業研究領域中不斷追求專業, 並養成專業科技人的涵養同時在這段時間內, 也感謝週遭同事及學生的支持協助, 使得有著一股執著的動力, 領導著學生突破時間及距離的障礙, 充份善用科技人的專業研究執著溝通及檢討修正的精神, 一同完成此專題製作的任務

3 目錄誌謝 ii 目錄 iii 表目錄 iv 圖目錄 v 壹前言 i 一製作動機 i 二製作目的 i 三製作架構 ii 貮理論探討參專題製作一設備及器材二製作方法與步驟三甘特圖肆製作成果伍問題與討論

4 表目錄表 1 程式記憶體表 2 一般資料存放區或堆疊區表 3 計時器模式控制暫存器表 4 計時器控制暫存器表 5 串列埠控制暫存器表 6 SFR 的記憶體分佈圖表 7 設備及器材

5 圖目錄圖 1 製作架 ii 圖單晶片圖單晶片的接腳圖 4 硬體電路圖圖 5 程式流程圖圖 6 基本電路連接圖圖記憶體結構示意圖圖 8 製作方法與步驟專題製作圖 9 甘特圖圖 10 組長 : 施振華圖 11 組員 : 施宗佑圖 12 組員 : 羅傳逸圖 13 組員 : 簡佑霖圖 14 電路圖圖 15 LED 燈圖 16 歐姆圖 17 焊錫圖 18 電路圖圖 19 完成圖圖 20 全體成員圖 21 全體成員操作中

6 壹前言一製作動機現今社會科技日新月異, 電子產品電腦化已經是必然的趨勢, 各式各樣的電子產品和新發明無非是要讓人們的生活更加方便舒適二製作目的以高職三年專業背景能力, 其中利用利用 8051 的便利性與 LED 的特性來設計一套既簡單又實用的控制系統, 並實質應用在生活上達到做中學學中做的道理並讓學生了解一套系統並非是只要有一門專業技術能力就夠了, 而是要多種專業能力的融合才能設計出成果

7 三製作架構圖 1 製作架構

8 貮理論探討 8051 單晶片 : 微電腦普遍應用在日常生活中的一些自動化設備中, 可以說帶動了整個人類科技的進步本章主要介紹微電腦組成的基本架構, 單晶片微電腦的特點及其應用領域使初學者可以很快地了解一套控制系統是如何構成的內部結構 : 8051 為 Intel 公司推出的 MCS-51 系列產品之一, 其結構如下圖 : 圖單晶片 8051 主要功能列舉如下 : 為一般控制應用的 8 位元單晶片晶片內部具時脈振盪器 ( 傳統最高工作頻率可至 12MHz) 內部程式記憶體 (ROM) 為 4K 位元組內部資料記憶體 (RAM) 為 128 位元組外部程式記憶體可擴充至 64K 位元組外部資料記憶體可擴充至 64K 位元組 32 條雙向輸入輸出線, 且每條均可以單獨做 I/O 的控制 5 個中斷向量源 2 組獨立的 16 位元定時器 1 個全多工串列通信埠 8751 及 8752 單晶片具有資料保密的功能單晶片提供位元邏輯運算指令 8051 單晶片的接腳 8051 為 40 隻接腳的單晶片, 其位置圖如下圖所示 : - 3 -

9 圖單晶片的接腳 - 4 -

10 接腳功能說明如下 ( 僅說明有用到的部分 ): Pin40: VCC 8051 電源正端輸入, 接 +5V Pin20: VSS 電源地端 Pin19: XTAL1 單晶片系統時脈的反相放大器輸入端 Pin18: XTAL2 系統時脈的反相放大器輸出端, 一般在設計上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振盪晶體系統就可以動作了, 此外可以在兩接腳與地之間加入一 20PF 的小電容, 可以使系統更穩定, 避免雜訊干擾而當機 Pin9: RESET 8051 的重置接腳, 高電位動作, 當要對晶片重置時, 只要對此接腳電位提昇至高電位並保持兩個機器週期以上的時間,8051 便能完成系統重置的各項動作, 使得內部特殊功能暫存器之內容均被設成已知狀態, 並且至地址 0000H 處開始讀入程式碼而執行程式 Pin31: EA/Vpp - 5 -

11 外部存取致能 (External Access,EA) EA=0 時, 系統會存取外部記憶體中的程式碼 EA=1 時, 系統會存取內部記憶體中的程式碼 Pin39~32: P0.0~P0.7 Port 0 為 8 位元開路汲極 (Open Drain) 的雙向 I/O Port 可以推動 8 個 TTL 負載與 MOS 元件連接時必須加上提升電阻如下圖 : 存取外部程式及資料記憶體時, 利用多工的方式送出低位元位址 (A0~A7) 或資料 (D0~D7) Pin21~28: P2.0~P2.7 Port2 為可位元定址的雙向 I/O Port 內部具提升電阻可以推動 4 個 TTL 負載 Port2 另外一個功能 : 存取外部記憶體時, 為高位元組的位址 (A8~A15) Pin1~8: P1.0~P

12 Port1 為可位元定址的雙向 I/O Port 內部具提升電阻可以推動 4 個 TTL 負載 Port1 大部分只做單純的 I/O 用 Pin10~17: P3.0~P3.7 Port3 為可位元定址的雙向 I/O Port 內部具提升電路的雙向 I/O Port 可以推動 4 個 TTL 負載 Port3 另一功能如下 : P3.0:RXD, 串列通訊輸入 P3.1:TXD, 串列通訊輸出 P3.2:INT0, 外部中斷 0 輸入 P3.3:INT1, 外部中斷 1 輸入 P3.4:T0, 計時計數器 0 輸入 P3.5:T1, 計時計數器 1 輸入 P3.6:WR: 外部資料記憶體的寫入信號 P3.7:RD, 外部資料記憶體的讀取信號 - 7 -

13 硬體電路說明 : 電路總和 : 本專題所使用的電路包含了 89C51 主電路,LED 驅動電路, 以及按鍵開關輸入電路軟體程式說明 : 程式流程圖 : 圖 4 硬體電路圖圖 5 程式流程圖 - 8 -

14 主程式說明 ***************************************************************** 電子輪盤 ***************************************************************** PB BIT INT0 ; 啟動按鈕 T1_val DATA 22H ; 左移延時時間 T1_5S DATA 23H ; 計時 5 秒中斷次數 RND_val DATA 24H ; 亂數存放變數 END_FLAG BIT 20H.0 ;5 秒計時完成旗號 CSEG AT 00H JMP START CSEG AT 1BH JMP T1_int ;TIMER1 中斷副程式 START: MOV SP,#60H ; 設堆疊指標 MOV MOV TMOD,#11H ;TIMER0,1 工作在 MODE1 TH1,#HIGH ( ) ; 中斷時間 50ms MOV TL1,#LOW ( ) SETB EA SETB ET1 ;TIMER1 中斷致能 CLR TR1 ;TIMER1 停止計時 SETB TR0 ;TIMER0 開始計時產生亂數 MOV MOV T1_val,#2 ; 左移預定 50msx2 P1,#00 SS1: JNB PB,SS2 ; 是否按啟動按鈕? MOV 08H,#2 ; 延時 100ms CALL MOV CPL D50MS A,P1 A - 9 -

15 MOV JMP P1,A SS1 SS2: MOV A,TL0 ; 讀取亂數 MOV CLR SUBB R3,A C A,#10 JNC SS21 ; 是否小於 10? MOV T1_5S,#10 ;C=1 小於 10, 則設為 10, 最小為 500ms JMP SS22 SS21: CLR C ; 大於 10 SUBB A,#100 JC SS22 ; 是否大於 100? MOV T1_5S,#100 ;C=0 大於 100, 則設為 100, 最大為 5 秒 SS22: SETB TR1 ;TIMER1 開始計時 5 秒 CLR END_FLAG ;5 秒計時旗號為 0 SS3: MOV R2,#8 ; 左移 8 次, 延時加 100ms MOV P1,#0FEH ; 左移初值 SS4: JB END_FLAG,SS5 ; 計時 5 秒完成否? MOV CALL 08H,T1_val ; 延時 D50MS MOV A,P1 ; 左移 1 位元 RL MOV DJNZ A P1,A R2,SS4 INC T1_val ; 左移 8 次, 延時時間加 100ms INC JMP T1_val SS3 SS5: CLR TR1 ;TIMER1 停止計時 MOV MOV A,TL0 ; 讀取亂數 B,#

16 DIV AB ;0~255/32=0~7 找出對應的 LED MOV MOVC CPL MOV DPTR,#TAB A RND_val,A SS6: MOV A,RND_val CJNE A,P1,SS7 JB PB,$ ; 是否按啟動按鈕? MOV JMP T1_val,#2 ; 左移預定 50msx2 SS2 SS7: INC T1_val INC MOV CALL T1_val 08H,T1_val ; 延時 D50MS MOV A,P1 ; 左移 1 位元 RL MOV JMP A P1,A SS6 T1_int: ;TIMER1 中斷副程式 PUSH MOV ACC TH1,#HIGH ( ) ; 中斷時間 50ms MOV TL1,#LOW ( ) DJNZ T1_5S,T11 ; 中斷次數減 1 SETB END_FLAG ; 設定完成旗號 =1 T11: POP ACC RETI D50MS: ;08Hx50ms D51: MOV R6,#100 ;50 毫秒 D52: MOV R7,#248 ;0.5 毫秒 DJNZ R7,$

17 DJNZ DJNZ R6,D52 08H,D51 RET TAB: DB 01H,02H,04H,08H,10H,20H,40H,80H END

18 基本電路連接如下圖 : 的記憶體結構圖 6 基本電路連接圖 8051 的記憶體分為程式記憶體及資料記憶體, 所以程式與資料是分開存放的, 又可在分為內部及外部, 下圖為 8051 記憶體結構示意圖 : 8051 記憶體結構示意圖 : 圖記憶體結構示意圖程式記憶體 (ROM) 程式記憶體主要是存放程式碼,CPU 會自動到程式記憶體提取程式碼, 並依照程式內容執行工作, 所以 CPU 無法存入或更新程式記憶體的資料 8051 的程式記憶體可以分成內部 (4K) 及外部 (64K), 利用 EA 接腳來做設定, 若 EA 接高電位則表示使用內部程式記憶體, 反之,EA 接低電位則表示使用外部記憶體程式記憶體用來存放 8051 程式, 可使用內部的 4K 位元組 (EA 接腳為高電位 ), 若

19 使用者在做內部記憶體的讀取時, 程式區超 4Kbytes 後,CPU 自動會送出 Low 的訊號至 PSEN 接腳, 進而繼續至外部 ROM 提取程式指令使用外部的 64K 位元組則將 EA 接腳接地在寫 8051 的程式時, 必須知道幾個程式記憶體的特殊位址, 這些位址是各種中斷服務程式的進入點, 下表列出了各種中斷的進入點位址, 其中位址 0000H 是重置 (RESET) 的進入點, 這意思是說,8051 被重置時, 從位址 0000H 開始執行程式表 1 程式記憶體

20 資料記憶體 (RAM) 內部資料記憶體 8051 內部有一塊 256 個 byte 的位址空間, 這塊空間是存放資料記憶體 (RAM) 和特殊功能暫存器 (SFR) 的地方這塊記憶體空間雖然只有 256byte, 但是 8051 將其中位指教高的 128byte(80H~FFH) 採用不同的定址方式而容納了兩組 128byte 的記憶空間, 因此總共的空間為 =384 byte

21 以下位址 00H~7FH 的 RAM 位址 80H~FFH 的 RAM 位址 80H~FFH 的 SFR 三個部分分開加以解說 : 1. 位址 00H~7FH 的 RAM: 此 128 位元組可以使用直接或間接定址法的方式來存取其內部的資料, 以下圖來說明, 此位址可以分為 A. 暫存器庫 00H~1FH B. 可用位元定址區 20H~2FH C. 一般用途空間 30H~7FH

22 2. 位址 80H~FFH 的 RAM: 表 2 一般資料存放區或堆疊區只有 8052,8752 和 8032 的內部 RAM 有這 128byte,8031,8051 和 8751 則沒有這塊 RAM 的內容必須使用間接定址法 3. 位址 80H~FFH 的 SFR: 特殊功能暫存器是一塊 128byte 的記憶空間, 它是存放 8051 內部的週邊所使用的暫存器的地方, 例如 I/O port 的輸出栓鎖器 (P0,

23 P1,P2,P3), 計時器的 counter, 致能中斷系統的 IE 暫存器等因為 8051 的週邊設備並不多, 因此 SFR 裡 128 個位址空間並未用完, 這些目前沒有用到的位址, 裡面是空的 SFR 所使用個位址是 80H~FFH, 這塊區域與 8051 的較高 128 位元組的 RAM 使用了同一塊記憶空間,8051 採用了不同的指令的定址法來區分這兩塊記憶體, 如前面所述,RAM 是使用間接定址法,SFR 是使用直接定址法在 SFR 裡的各種位元組都有其個別的名稱, 在寫程式時, 要用到這些位元組, 可直接呼叫其名稱, 而不需要使用位址特殊功能暫存器 (Special Function Register, SFR) SFR 中暫存器的功能及用途 ( 僅說明有用到的部分 ): (1) 累加器 ( Accumulator,ACC ): 累加器又可稱之為 ACC 或 A 暫存器, 這是一個使用頻率頗高的一個通用暫存器, 而有許多指令是以其為操作對象 (2) P0 P1 P2 P3 埠暫存器 : 這四個埠暫存器可存放 8051 單晶片的 4 個 I/O 埠的輸出閂鎖 (Latch), 主要是存放並保持 I/O 的輸出資料 (3) TH0~TH2 TL0~TL2 計時器 / 計數時暫存器 : 這 3 組 16 位元的暫存器是分別用來儲存計時器 / 計數器的計時 / 計數值 TH0 TH1 TH2 為高位元組,TL0 TL1 TL2-18 -

為低位元組 TH0 及 TL0 對應於計時器 / 計數器 0,TH1 及 TL1 對應於計時器 / 計數器 1,TH2 及 TL2 對應於計時器 / 計數器 2(8052 系列 ) (4) 計時器模式控制 (Timer/Counter Mode Control,TMOD) 暫存器 : 表 3 計時器模式控制暫存器 GATE: 計時器動作閘控位元, 當 GATE=1 時,INT0 或 INT1

24 為低位元組 TH0 及 TL0 對應於計時器 / 計數器 0,TH1 及 TL1 對應於計時器 / 計數器 1,TH2 及 TL2 對應於計時器 / 計數器 2(8052 系列 ) (4) 計時器模式控制 (Timer/Counter Mode Control,TMOD) 暫存器 : 表 3 計時器模式控制暫存器 GATE: 計時器動作閘控位元, 當 GATE=1 時,INT0 或 INT1 接腳為高電位, 同時 TCON 中的 TR0 或 TR1 控制位元為 1 時, 計時 / 計數器 0 或 1 才會動作若 GATE=0, 則只要將 TR0 或 TR1 控制位元設為 1, 計時 / 計數器 0 或 1 即可動作 C/T: 做計時器或計數器功能之選擇位元 C/T=1 為計數器, 由外部接腳 T0 或 T1 輸入計數脈波 C/T=0 為計時器, 由內部系統時脈提供計時工作脈波 M1: 模式選擇位元 1 M0: 模式選擇位元

25 (5) 計時器控制 (Timer Control,TCON) 暫存器 : 表 4 計時器控制暫存器 TF1(TCON.7): 計時器 1 溢位旗號, 當計時溢位時, 由硬體設定為 1, 在執行過相對的中斷服務常式後則自動清除為 0 TR1(TCON.6): 計時器 1 啟動控制位元, 可以由軟體來設定定或清除 TF0(TCON.5): 計時器 0 溢位旗號, 當計時溢位時, 由硬體設定為 1, 在執行過相對的中斷服務常式後則自動清除為 0 TR0(TCON.4): 計時器 0 啟動控制位元, 可以由軟體來設定定或清除 IE1(TCON.3): 外部中斷 1 動作旗號, 當外部中斷被偵測出來時, 硬體自動設定此位元, 在執行過中斷服務常式後, 則消除為 0 IT1(TCON.2): 外部中斷 1 動作型態選擇, 當 IT1=1 時, 中斷型態

26 為負緣觸發, 當 IT1=0 時, 中斷型態則為低準位觸發 IE0(TCON.1): 外部中斷 0 動作旗號, 當外部中斷被偵測出來時, 硬體自動設定此位元, 在執行過中斷服務常式後, 則消除為 0 IT0(TCON.0): 外部中斷 0 動作型態選擇, 當 IT1=1 時, 中斷型態負緣觸發, 當 IT1=0 時, 中斷型態則為低準位觸發 (6) 串列埠控制 (Serial Port Control) 暫存器 : 表 5 串列埠控制暫存器 SM0(SCON.7): 串列傳輸模式選擇, 共有 4 種模式 SM1(SCON.6): 串列傳輸模式選擇, 共有 4 種模式 SM2(SCON.5): 在串列傳輸動作模式 2 或模式 3 時, 作多處處機控制功能用 REN(SCON.4): 串列介面接收位元, 當 REN=1 時表示接收致能 TB8(SCON.3): 在模式 2 或 3 時, 所送出的第 9 個資料位元, 可以由軟體指令來做控制設定或清除 RB8(SCON.2): 在模式 2 或 3 時, 所接收到的第 9 個資料位元, 存放在此位元中 TI(SCON.1): 串列資料傳送中斷旗號, 在工作模式 0 時, 送出 8 個資料位元後, TI 設為 1, 而在其他模式時, 在送出停止位元時,TI 也會被設為 1; 此位元必須由軟體來清除

27 RI(SCON.0): 串列資料接收中斷旗號, 在工作模式 0 時, 收到第 8 個串列輸入資料位元後,RI 會設為 1, 在其他模式時, 收到停止位元的一半時, 硬體會自動將此位元設為 1 此位元必須由軟體來清除 (7) 串列資料緩衝 ( Serial Data Buffer,SBUF ) 暫存器 : 8051 單晶片的串列埠是全雙工的, 故實際上 SBUF 暫存器分開為兩個不同的暫存器, 一個是當作 UART 傳送資料的緩衝區, 另一個是當作 UART 接收資料的緩衝區若將資料寫到 SBUF 時, 就會將資料放入傳送緩衝區,UART 就會將這個資料轉成串列資料透過 TXD 傳出去若去讀 SBUF, 就會讀到接收緩衝區的資料

28 下圖為 SFR 的記憶體分佈圖 : 表 6 SFR 的記憶體分佈圖

29 參專題製作一. 設備及器材表 7 設備及器材項目品名規格數量 1 電阻 100ohm, 1/4W 8 2 電阻 10K ohm, 1/4W 1 3 電阻 8.2K ohm, 1/4W 1 4 電解電容 10u/16V 1 5 陶瓷電容 22p, pitch=2.5mm 2 6 單晶片 89C52( 含程式 ) 1 7 發光二極體紅色, 5mm 8 8 DIP IC 座 40Pin, 600mil 1 9 TACK SW 6*6* XTAL 12M Hz 1 11 PCB 洞洞板 1 12 電池座 3A *

30 二製作方法與步驟專題製作資料蒐集撰寫計畫書專題準備理論探討分工製作軟體規劃硬體規劃軟體編撰硬體製作 N 測試 Y 開始焊接 Y 檢測 N N 軟硬體整合檢測 N Y 紀錄專題書面口頭報告完成專題圖 8 製作方法與步驟專題製作

31 三甘特圖圖 9 甘特圖

32 肆製作成果 : 圖 10 組長 : 施振華圖 11 組員 : 施宗佑圖 12 組員 : 羅傳逸圖 13 組員 : 簡佑霖圖 14 電路圖圖 15 LED 燈

33 圖 16 歐姆圖 17 焊錫圖 18 電路圖圖 19 完成圖圖 20 全體成員圖 21 全體成員操作中

34 伍問題與討論一電子零件與腳位極性 : 腳位或極性接反會造成零件燒壞或無動作二焊接技巧 : 焊接技術不好, 會造成冷焊或空焊三在做測試時發現不會動作, 檢查原因是電路板線路有少焊四測試檢查時, 有時動作正常, 有時動作錯誤, 檢查結果原因是電池沒電, 造成電壓不足, 無法完整驅動整的電路

35 高足盈校英才輩出高雄市高英高級工商職業學校校址 : 高雄市大寮區鳳林三路 19 巷 44 號電話 :(07) 網址 : kyic@kyicvs.khc.edu.tw

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<4D F736F F D20B3E6B4B9A4F930365F32A443AC71C5E3A5DCBEB9B1B1A8EE2E646F63> 七段顯示器控制電路四位數 _ 使用解碼器驅動 +5 V 10 uf 8.2 k 12 MHz 20 pf 1 2 3 4 5 6 7 8 9 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RESET 10 P3.0 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 XTAL2 XTAL1