99秒倒计时器单片机课程设计

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1、99秒倒计时器单片机课程设计 摘 要近年来随着计算机在社会领域的渗透单片机的应用正在不断地走向深入同时带动传统控制检测日新月益更新在实时检测和自动控制的单片机应用系统中单片机往往是作为一个核心部件来使用仅单片机方面知识是不够的还应根据具体硬件结构以及针对具体应用对象特点的软件结合以作完善At89s52 是一种低功耗高性能CMOS8位微控制器具有 8K 在系统可编程Flash 存储器使用Atmel 公司高密度非 易失性存储器技术制造与工业80C51 产品指令和引脚完 全兼容片上Flash允许程序存储器在系统可编程亦适于 常规编程器在单芯片上拥有灵巧的8 位CPU 和在系统 可编程Flash使得A

2、T89S52为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活超有效的解决方案模拟多通道压力系统是利用压力传感器采集当前压力并放映在显示器上它可以分析压力过量程并发出报警并采用电子秤原理可根据输入单价准确的计算出物体的金额本篇论文讨论了简单的倒计时器的设计与制作对于倒计时器中的LED数码显示器来说我为了简化线路降低成本采用以软件为主的接口方法即不使用专门的硬件译码器而采用软件程序进行译码关键词AT89C51 LED数码管显示器 晶体振荡器目 录摘 要I第一章 概述111 课程设计目的112 总体设计1第二章 硬件电路221各个元件介绍2com AT89C51的芯片概述2com LED数码管显示器概述322

3、其他元器件介绍及参数选择6com 单片机的最小系统与复位电路6com路的设计7第三章 软件部分931 相关软件介绍9com Keil C软件9com Proteus软件932 软件设计10com 程序框图如图1032 2 软件程序11第四章 软件调试1441 系统调试工具keil c511442 PROTEUS仿真14第五章 电路焊接与调试1751 电路板的焊接17总结19参考文献20致谢21第一章 概述11 课程设计目的课程设计是单片机课程教学的最后一个环节是对学生进行全面的系统的训练进行课程设计可以让学生把学过的比较零碎的知识系统化真正的能够把学过的知识落到实处能够开发简单的系统也进一步激

4、发了学生再深一步学习的热情因此课程设计是必不可少的是非常必要的课程设计是提高学生单片机技术应用能力以及文字总结能力的综合训练环节是配合单片机课程内容掌握应用得的专门性实践类课程通过典型实际问题的实际训练学生的软硬件的综合设计调试能力以及文字组织能力建立系统设计概念加强工程应用思维方式的训练同时对教学内容做一定的扩充通过课程设计使自己深刻理解并掌握基本概念掌握单片机的基本应用程序设计及综合应用程序设计的方法通过做一个综合性训练题目达到对内容的消化理解并提高解决问题的能力的目的要求单片机控制的99s倒计时器1用单片机AT89C51的定时器实现1-99s倒计时器2用PROTEUS设计仿真基于AT89

5、c51单片机的1-99s倒计时器实验的硬件电路设计的大体分析硬件电路都主要由AT89C51芯片LED数码管显示器晶振产生电路复位电路组成其中电子时钟的课程设计外加了8155芯片的扩展电路还有AT89C51芯片主要由软件完成驱动最终通过Keil与Proteus软件联调完成模拟仿真功能总体分析草图如下图图1-1 总体设计图第二章 硬件电路21各个元件介绍com AT89C51的芯片概述 AT89C51是一个低功耗高性能CMOS 8位单片机片内含4k Bytes ISP In-system programmable 的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器器件采用ATMEL公司的高密度非易失

6、性存储技术制造兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元功能强大的微型计算机的AT89C51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案 455V一般我们选用5V电压外形及引脚排列如图所示 图2-1 89C51的核心电路框图一主要特性与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命1000写擦循环数据保留时间10年全静态工作0Hz-24MHz三级程序存储器锁定1288位内部RAM32可编程IO线两个16位定时器计数器5个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉

7、电模式片内振荡器和时钟电路 管脚说明 Vcc 电源接入引脚 Vss接地引脚 XTAL1晶振震荡器接入的一个引脚采用外部振荡器时此引脚接地 XTAL2晶体振荡器的另一个引脚采用外部振荡器时此引脚作为外部振 荡器信号的输入端 2控制线引脚4个 RSTVpd复位信号输入引脚备用电源输入引脚 ALE地址锁存允许信号输出引脚编程脉冲输入引脚 EA内外存储器选择引脚片外EPROM编程电压输入引脚 PSEN外部程序存储器选通信号输出引脚 3并行IO引脚 P00-P07一般IO口引脚或数据低位地址总线复用引脚 P10-P17一般IO口引脚 P20-P27一般IO口引脚或高位地址总线引脚 P30-P37一般IO

8、口引脚或第二功能引脚三振荡器特性XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出该反向放大器可以配置为片内振荡器石晶振荡和陶瓷振荡均可采用如采用外部时钟源驱动器件XTAL2应不接有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度 本设计中采用的是7SEGMPS2-CC型号双数码管它是一种半导体发光器件其基本单元是发光二极管图2-2 7SEGMPS2-CC型号双数码管一数码管的分类数码管按段数分为七段数码管和八段数码管八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元多一个小数点显示按能显示多少个8可分为1位2位4位等等数码管按发光二极管单

9、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 的数码管共阳数码管在应用时应将公共极COM接到5V当某一字段发光二极管的阴极为低电平时相应字段就点亮当某一字段的阴极为高电平时相应字段就不亮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 的数码管共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上当某一字段发光二极管的阳极为高电平时相应字段就点亮当某一字段的阳极为低电平时相应字段就不亮LED 共阳极接法把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极使用时公共阳极接5V每个发光二极管的阴极通过电阻与输入端相连 共阴极接法把发光二极管

10、的阴极连在一起构成公共阴极使用时公共阴极接地每个发光二极管的阳极通过电阻与输入端相连图2-3 LED数码管的连接LED数码显示器的显示段码 为了显示字符要为LED显示器段码或称字形代码组成一个8字形字符的7段再加上1个小数点位共计8段因此提供给LED显示器的显示段码为1个字节二数码管的驱动方式数码管要正常显示就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码从而显示出我们要的数字因此根据数码管的驱动方式的不同可以分为静态式和动态式两类 静态显示驱动静态驱动也称直流驱动静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的IO端口进行驱动或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动静态驱动的优点是编程简单显示亮

11、度高缺点是占用IO端口多如驱动5个数码管静态显示则需要5840根IO端口来驱动要知道一个89S51单片机可用的IO端口才32个呢实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动增加了硬件电路的复杂性 动态显示驱动数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划abcdefgdp的同名端连在一起另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路位选通由各自独立的IO线控制当单片机输出字形码时所有数码管都接收到相同的字形码但究竟是那个数码管会显示出字形取决于单片机对位选通COM端电路的控制所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开该位就显示出字形没有选通的数码管就

12、不会亮通过分时轮流控制各个数码管的的COM端就使各个数码管轮流受控显示这就是动态驱动在轮流显示过程中每位数码管的点亮时间为12ms由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应尽管实际上各位数码管并非同时点亮但只要扫描的速度足够快给人的印象就是一组稳定的显示数据不会有闪烁感动态显示的效果和静态显示是一样的能够节省大量的IO端口而且功耗更低数码管参数8字高度8字上沿与下沿的距离比外型高度小通常用英寸来表示范围一般为025-20英寸长宽高长数码管正放时水平方向的长度宽数码管正放时垂直方向上的长度高数码管的厚度时钟点四位数码管中第二位8与第三位8字中间的二个点一般用于显示时钟中的秒数码管应用数码管是一类

13、显示屏 通过对其不同的管脚输入相对的电流 会使其发亮 从而显示出 数字 能够显示 时间 日期 温度 等所有可用数字表示的参数 由于它的价格便宜 使用简单 在电器 特别是家电领域应用极为广泛 空调 热水器 冰箱 等等 绝大多数 热水器用的都是数码管 其他家电 也用液晶屏与 荧光屏五数码管使用的电流与电压电流静态时推荐使用10-15mA动态时161动态扫描时平均电流为4-5mA峰值电流50-60mA电压查引脚排布图看一下每段的芯片数量是多少当红色时使用19V乘以每段的芯片串联的个数当绿色时使用21V乘以每段的芯片串联的个数数码管共阴和共阳引脚测量找公共共阴和公共共阳首先我们找个电源3到5伏和1个1

14、K几百欧的也行的电阻VCC串接个电阻后和GND接在任意2个脚上组合有很多但总有一个LED会发光的找到一个就够了然后GND不动VCC串电阻逐个碰剩下的脚如果有多个LED一般是8个那它就是共阴的了相反用VCC不动GND逐个碰剩下的脚如果有多个LED一般是8个那它就是共阳的也可以直接用数字万用表红表笔是电源的正极黑表笔是电源的负极本设计中还用到其他一些元器件例如晶振电容电阻电解电容开关等等晶振采用频率为12MHZ连接的两个电容为30pF电解电容为10u开关功能是在仿真过程中按下开关便能实现99秒复位com 单片机的最小系统与复位电路 一最小系统 最小系统就是单片机在发挥具体测控功能时所必须的组成部分

15、 1时钟频率电路的设计单片机必须在时钟的驱动下才能工作在单片机内部有一个时钟振荡电路只要外界一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元决定单片机的工作速度时钟电路如下图图2-4 外部震荡源电路一般选用石英晶体振荡器此电路在加电大约延迟10ms后振荡器起振在XTAL2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号其振荡频率主要由石英晶振的频率确定电路中两个电容C1C2的作用有两个一是帮助振荡器起振二是对振荡器的频率进行微调C1C2的典型值为30pf单片机在工作时有内部振荡器产生或由外直接输入的送至内部控制逻辑单元的时钟信号的周期称为时钟周期其大小是时钟信号频率的倒数f表示图中的时钟频率为1

16、2MHz即f 12MHz则时钟周期为112us2复位电路的设计单片机的第九脚RES为硬件复位端只要将该端持续4个机器周期的高电平即可实现复位复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态其电路图如下图图2-5 复位电路图中由按键K1以及电解电容C3构成了复位电路由于单片机是高电平复位所以当按下K1时单片机的9脚RESET管脚处于高电平此时单片机处于复位状态当上电后由于电容缓慢充电单片机的9脚电压逐步由高向低转化经过一段时间后单片机的9脚处于稳定的低电平状态此时单片机上复位完毕系统程序从0000H开始执行值得注意的是在设计当中使用到了硬件复位和软件复位两种功能由上面的硬件复位后的各状态可知寄存器及存储器

17、的值都恢复到了初始值而前面的功能介绍中提到的倒计时时间的记忆功能com路的设计显示功能与硬件关系极大当硬件固定后如何在不引起操作者误解的前提下提供尽可能丰富的信息全靠软件来解决在这里我们使用的是七段数码管显示通常在显示上我们采用的方法一般包括两种一种是静态显示另一种是动态显示其中静态显示的特点是显示稳定不闪烁程序编写简单但占用端口资源多动态显示的特点是显示稳定性没静态好程序编写复杂但是相对静态显示而言占用端口资源少在本设计中根据实际情况采用的是动态显示方法七段数码管显示电路如下图图2-6 共阳极数码管图中数码管采用的是一位七段共阳数码管其中99秒倒计时的十位接P0口个位接P2口总体硬件电路设计

18、图图2-7 总体电路图第三章 软件部分31 相关软件介绍com Keil C软件用到了Keil C软件集成调试环境集成了编辑器译码器调试器支持软件模拟支持项目管理功能强大的观察窗口支持所有的数据类型树状结构显示一目了然支持ASM汇编C语言多模块源程序混合调试在直接修改编译调试源程序错误指令定位功能很强大用于对程序的调试和编辑其界面如下图3-1 Keil C界面com Proteus软件系统仿真还用到了Proteus软件可通过仿真显示出所设计系统的功能对于程序的调试等有很大的帮助系统仿真时首先在使用Keil C 译码器把所写的程序进行编译同时在仿真器里设置生成HEX文件编译无错误进行Proteu

19、s仿真等所有的原件都连接完成后可以把Keil C编译生成的无错误文件加载到AT89C51中方法是右键点中器件然后再用左键点击出来一个对话框在program file后选择要添加的文件文件要求必须是HEX文件然后可以点击运行观察现象看与自己设置的是否符合如果不相符再查找错误进行修改一般的错误都是程序中的所以要认真的读取程序的每一个部分系统的仿真图如下图图3-2 系统的仿真图32 软件设计com 程序框图如图设定子程序流程图按键处理图3-3 子程序流程图图3-4 程序流程图32 2 软件程序 ORG 00H AJMP MAIN ORG 03H AJMP NT0 ORG 30HMAIN MOV P1

20、00H SETB P35 CLR P36 CLR P30 CLR P31 CLR 00H CLR 01H MOV 34H09H MOV 35H09H MOV R104H MOV R205H MOV R30F8H MOV DPTRTABLE MOV TMOD01H MOV IE81HLOOP JNB 01HLOOP MOV AR4 MOV B10 DIV AB MOV R0A MOV R1B ACALL DISP DJNZ R3LOOP MOV R30F8H DEC R4 CJNE R400LOOP SETB P36 ACALL DELAY1S CLR P36 MOV R424H AJMP LO

21、OPDISP MOV AR1 MOVC AADPTR MOV P1A SETB P30 ACALL DELAY CLR P30 MOV AR0 MOVC AADPTR MOV P1A SETB P31 ACALL DELAY CLR P31 RETNT0 CLR EX0 CLR ET0 CLR 01H PUSH ACC PUSH PSW ACALL DIS1 KEY JB P32RETURNKEY0 ACALL DIS1 JNB P32KEY0 KEY2 JB P33KEY3 ACALL DIS1 INC 34H MOV A34H CJNE A0AHKEY22 MOV 34H00HKEY22

22、ACALL DIS1 JNB P33KEY22 AJMP KEY2KEY3 ACALL DIS1 JB P34KEY1 INC 35H MOV A35H CJNE A0AHKEY33 MOV 35H00HKEY33 ACALL DIS1 JNB P34KEY33 AJMP KEY3KEY1 ACALL DIS1 JB P32KEY2 KEY10 ACALL DIS1 JNB P32KEY10 ACALL BCDBIN SETB 01H RETURN SETB EX0 SETB ET0 MOV R30F8H POP PSW POP ACC RETIBCDBIN MOV B10 MOV A34H

23、MUL AB ADD A35H MOV 24HA MOV R424H RETDIS1 MOV R034H MOV DPTRTABLE MOV AR0 MOVC AADPTR MOV P1A SETB P31 CLR P30 ACALL DELAY CLR P31 INC R0 MOV AR0 MOVC AADPTR MOV P1A SETB P30 ACALL DELAY CLR P30 RETDELAY MOVR719 D1MOVR625 D2DJNZR6D2 DJNZR7D1 RETDELAY1SMOV R720DEL1 MOV R6100DEL2 MOV R5248 DJNZ R5 DJ

24、NZ R6DEL2 DJNZ R7DEL1 RETTABLE DB 0C0H0F9H0A4H0B0H99H92H 82H 0F8H80H90H END第四章 软件调试41 系统调试工具keil c51Keil C51 仿真器是一款利用KEIL C51 的IDE 集成开发环境作为仿真环境的廉价仿真器是利用SST公司具有IAP功能的单片机SST89C58制作而成主要是利用了SST89C58的IAP功能所谓IAP功能是In application program 的英文缩写是在应用编程的意思通俗一点讲就是它可以通过串口将用户的程序下载到单片机中可以通过串口对单片机进行编程它之所以具有这种功能实际上它

25、有两块程序flash区其中一块flash中运行的程序可以更改另外的一块程序flash区中的程序正是利用这一特性才用它作成了仿真器我们把仿真器的监控程序事先烧入SST89C58监控程序通过SST89C58的串口和PC通讯当使用KEIL C51的IDE环境仿真时用户的程序通过串口被监控程序写入flash程序区中当用户设置断点等操作仿真程序时flash程序中的用户程序也在相应的更改从而实现了仿真功能 调试的主要方法 1 启动Keil c51 2 新建一个工程Project菜单New project 选择好我们要保存的文件夹后键入Frist 保存接着弹出CPU类型选择框我们选择最常用的AT89C51按

26、确定3 在工程中加入文件新建一个文件文件菜单FileNew我们再选择文件菜单FileSave As 另存为弹出 对话框后我们文件名框中键入Firstc注意文件后缀名是 c保存C文件建好啦现在我们把文件加入到工程中去 点击Target 1前面的号右键单击Source Group 1选择Add Files to Group Source Group 1选择添加 Add编译运行检查程序是否有错误42 PROTEUS仿真 Proteus是一款EDA软件该软件具有模拟电路仿真数字电路仿真单片机以及外围电路组成的系统的仿真RS-232动态仿真I2C调试器SPI调试器键盘和LCD系统的仿真以及各种虚拟仪器如

27、示波器逻辑分析仪信号发生器等该软件目前支持的单片机类型有68000系列8051系列AVR系列PIC12系列PIC16系列PIC18系列Z80系列HC11系列ARM以及各种外围芯片该软件还支持大量的存储器和外围芯片所以该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件调试方法首先用Keil软件将C编译成HEX文件打开Keil软件新建一个文档输入C程序保存成C格式文件然后新建工程连接单片机为AT89C51选择Options for target选择OUTPUT子菜单在Create HEX Fi前打钩DeBug子菜单中Settings选择ProteusVSM SimulatorUSE前打钩再次运行

28、文件成功后在目录下会生成HEX文件打开Proteus软件或直接点击DSN文件双击单片机模板点击文件夹式样的图标选择对应的HEX驱动文件然后点击开始进行调试1按下按键1电路开始工作显示99如下图所示2再次按按键1电路开始倒计时如图所示3按按键2修改起始时间的十位数按按键3修改起始时间的个位数然后按按键1开始倒计时第五章 电路焊接与调试51 电路板的焊接一布线 根据仿真电路图将元器件插在单面电路板上并画出最简洁适合的元器件连接线二正确使用电烙铁1电烙铁使用前要上锡2注意焊接手法3在万能板上焊接直插元件时要将引脚尽量插到底4焊接时间不宜过长否则容易烫坏元件5焊接完成后检查电路的属性三注意元件焊接顺序

29、先难后易先低后高先贴片后插装四电路调试将焊接完成的实际电路接通电源并进行调试电路无反应经过用万用表测试看各个连线有无断路或短路并将存在问题的线路纠正再次连接电源进行调试发现数码管的引脚连接错误及时进行更正电路仍旧无任何反反应下面分析一下电路可能存在的问题1单片机复位电路是易受噪声干扰的敏感部位当复位端串入干扰时大多数情况下不会造成单片机的错误复位但会引起CPU内部的某些寄存器和接口电路的错误复位因此在复位电路抗干扰能力3单片机复位电路就好比电脑的重启部分当电脑在使用中出现死机按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行单片机也一样当单片机系统在运行中受到环境干扰出现程序跑飞的时候按下复位按钮内部的程

30、序自动从头开始执行4用万用表测数码管的各引脚发现数码管的小灯均不亮证明数码管在焊接中烧坏不能再正常工作总结本课程设计充分利用单片机内部硬件资源和软件功能将可以大大减少硬件电路的复杂性使电路结构更加简洁有利于提高频率计的工作可靠性本电路接口简单价格低廉测量速度快可单独使用也可嵌入大型系统中根据用户的需求可扩展该系统如提高被测信号的上限频率和下限频率增加键盘加强人机交流等通过这短短的课程设计我感觉到自己从课本上学到的理论知识和实践仍有很大的差距最少很多元器件根本不知道有什么功效在仿真仪器中是什么代码我遇到了不少问题花费了很多的时间这让我重新反思我们的学习深刻领悟到我们这个专业动手实践的重要性虽然我

31、的实际电路没有实现仿真的相应功能但是我学会了很多知识掌握了更多的在课堂和书本上学不到的知识增强了自己的动手和动脑的能力理论不经过实践考验是没法实施的就像我们编的程序很多方面考虑的都不够几乎没有涉及到实际应用时的防范方法措施焊接时要注意不要把元器件烧坏等凡事要做到用心用脑更要用耐心参考文献1肖洪兵 跟我学用单片机 北京北京航空航天大学出版社20028 何立民 单片机高级教程 第1版北京北京航空航天大学出版社2001 赵晓安 MCS-51单片机原理及应用 天津天津大学出版社20013 李广第 单片机基础 第1版北京北京航空航天大学出版社1999 徐惠民安德宁 单片微型计算机原理接口与应用 第1版

32、北京北京邮电大学出版社1996 何立民从Cygnal 80C51F看8位单片机发展之路 单片机与嵌入式系统应用2002年第5期P58 夏继强 单片机实验与实践教程 北京北京航空航天大学出版社 2001 陈志强 胡辉 单片机应用系统设计实践指南 自编教材 致谢本次课程设计中在选题及进行过程中夏颖老师给予了我们很大的帮助非常感谢老师在课程设计给我们的指导从最初的定题到资料收集到设计修改到报告定稿他给了我们耐心的指导和细心无私的帮助在我们最初设计电路时不厌其烦的帮助我们修改电路耐心的给我们讲解模糊的知识点每当我们去老师那里寻求帮助时不管他多忙他都会抽出时间帮助我们修改给我们讲解没有一丝的马虎为了指导我们的课程设计她放弃了自己的休息时间她的那种无私奉献的敬业精神令人钦佩行文过程中夏老师多次帮我们分析思路开拓视角在我们遇到困难想放弃的时候给予我们最大的支持和鼓励夏老师严谨求实的治学态度丰富渊博的知识敏锐的学术思维精益求精的工作态度使我们终生受益再多华丽的言语也显得苍白在此我向她表示我诚挚的谢意单片机课程设计设计II-AT89C5124PI1208复位电路时钟电路显示电路电源进入时间调整按K2循环执行S1按K3循环执行S2返回按K1 开始程序初始化是否产生外部中断是否进入工作状态进入设定状态 判断是否足够1秒 倒计时时间减1是否到0返回是是否否是否是否