單片機課程設(shè)計（論文）設(shè)計并實現(xiàn)可編倒計時裝置

1、課程設(shè)計任務書學生姓名: 專業(yè)班級: 指導教師: 工作單位: 題 目: 設(shè)計并實現(xiàn)可編倒計時裝置初始條件：1. protues軟件；2. 課程設(shè)計輔導資料：“可編倒計時裝置設(shè)計與應用”、“電路設(shè)計技術(shù)與應用”等；3. 先修課程：模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、protues電路設(shè)計教程及單片機原理及應用等課程要求完成的主要任務：（包括課程設(shè)計工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）1. 課程設(shè)計時間：1周；課程設(shè)計內(nèi)容：按秒倒計時，鍵盤預置分、秒各兩位數(shù)，鍵控啟動計時，數(shù)碼管顯示倒計時。計時器歸零時輸出一音頻信號。2. 本課程設(shè)計統(tǒng)一技術(shù)要求：研讀輔導資料對應章節(jié)，對選定的設(shè)計題目進行理論分

2、析，針對具體設(shè)計部分的原理分析、建模、必要的推導和可行性分析，畫出程序設(shè)計框圖，編寫程序代碼（含注釋），上機調(diào)試運行程序，記錄實驗結(jié)果（含計算結(jié)果和圖表），并對實驗結(jié)果進行分析和總結(jié)；3. 課程設(shè)計說明書按學校“課程設(shè)計工作規(guī)范”中的“統(tǒng)一書寫格式”撰寫，具體包括： 目錄； 設(shè)計原理和方法； 系統(tǒng)硬件線路設(shè)計圖； 程序框圖； 資源分配表； 源程序 性能分析 課程設(shè)計的心得體會（至少500字）； 參考文獻；時間安排：指導教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日目錄1.mcs-51單片機簡介.22.系統(tǒng)硬件及主要模塊設(shè)計原理 2.1 led模塊和顯示原理.4 2.2震蕩電路模塊

3、和原理.6 2.3復位電路模塊和原理.72.4按鍵電路和原理.82.5蜂鳴器電路和原理.92.6設(shè)計總電路和原理.103.程序框圖.114.資源分配表.125.設(shè)計源程序.13.6.仿真與分析.167.心得體會.178.參考文獻.181. mcs-51單片機簡介單片機它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。作為嵌入式系統(tǒng)控制核心的單片機具有其體積小、功能全、性價比高等諸多優(yōu)點。51系列單片機是國內(nèi)目前應用最廣泛的單片機之一，隨著嵌入式系統(tǒng)、片上系統(tǒng)等概念的提出和普遍接受及應用，51系列單片機的發(fā)展又進入了一個新的階段。在今后很長一段時間內(nèi)51系列單片機仍將占據(jù)嵌入

4、式系統(tǒng)產(chǎn)品的中低端市場。c語言是本設(shè)計的程序設(shè)計語言，它比低級語言更通俗易懂，設(shè)計更為方便，故采用它來設(shè)計程序。單片機全稱為單片微型計算機（single chip microcomputer）。因為單片機主要用于控制系統(tǒng)中，所以又稱微控制器（microcontroller unit，mcu）或嵌入式控制器（embedded controller）。它具有嵌入式應用系統(tǒng)所要求的體系結(jié)構(gòu)，微處理器，指令系統(tǒng)，總線方式，管理模式等。他把計算機的基本部件都微型化集成到一塊芯片上了，通常片內(nèi)部都含有中央處理部件（cpu），數(shù)據(jù)存儲器（ram），程序存儲器（rom，eprom，flsh rom），定時器/

5、計數(shù)器和各種輸入/輸出（i/o）接口他們之間的相互連接結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。cpu romram 定時器/ 計數(shù)器i/o 外設(shè)接口時鐘 圖1-1 單片機結(jié)構(gòu)8051是mcs-51系列單片機的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機型進行系統(tǒng)的講解。 8051單片機包含中央處理器、程序存儲器(rom)、數(shù)據(jù)存儲器(ram)、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說明：中央處理器：中央處理器(cpu)是整個單片機的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進制數(shù)據(jù)或代碼，cpu負責控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制

6、輸入輸出功能等操作。數(shù)據(jù)存儲器(ram)8051內(nèi)部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的ram只有128個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。程序存儲器(rom)：8051共有4096個8位掩膜rom，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。定時/計數(shù)器(rom)：8051有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。并行輸入輸出(i/o)口：8051共有4組8位i/o口(p0、 p1、p2或p3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。全

7、雙工串行口：8051內(nèi)置一個全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當同步移位器使用。中斷系統(tǒng)：8051具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優(yōu)先級別選擇。時鐘電路：8051內(nèi)置最高頻率達12mhz的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序，但8051單片機需外置振蕩電容。單片機的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的形式，即哈佛(harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(princeton)結(jié)構(gòu)。in

8、tel的mcs-51系列單片機采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的mcs-96系列單片機則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。本課設(shè)使用at89s52 加上少許的外圍電路就可做成一個秒分倒計時器,并在計時結(jié)束時發(fā)出報警聲音。本文旨在從硬件和軟件上具體分析其設(shè)計方法。系統(tǒng)由主單片機和外圍電路構(gòu)成,其功能框圖如圖:系統(tǒng)整體硬件電路包括，電源部分、顯示部分、按鍵調(diào)整部分以及單片機主板部分主機包括秒定時輸入電路、按鍵控制電路、電源電路、led 顯示電路等,從機包括led 顯示電路、揚聲器輸出電路等。其中主機的秒分定時值由p2和p3口進行選擇輸入,設(shè)置3個按鍵分別控制時鐘的走、停和清除(復位);主機led 采用7

9、段共陰極數(shù)碼管,從機led 采用多個發(fā)光二極管陣列組成字形段碼,以滿足較遠距離清晰顯示。2.系統(tǒng)硬件及主要模塊設(shè)計原理2.1 led模塊和顯示原理led顯示器又稱為數(shù)碼管，led顯示器由8個發(fā)光二極管組成。中7個長條形的發(fā)光管排列成“日”字形，另一個賀點形的發(fā)光管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點用，它能顯示各種數(shù)字及部份英文字母。ledd顯示器有兩種不同的形式：一種是8個發(fā)光二極管的陽極都連在一起的，稱之為共陽極led顯示器；另一種是8個發(fā)光二極管的陰極都連在一起的，稱之為共陰極led顯示器下圖為典型的數(shù)碼管：圖2-3 7段led數(shù)碼管數(shù)碼管的分類 數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)

10、碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(com)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應用時應將公共極com接到+5v，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(com)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應用時應將公共極com接到地線gnd上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陽極為低電平時，相

11、應字段就不亮。數(shù)碼管的驅(qū)動方式 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。 靜態(tài)顯示驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的i/o端口進行驅(qū)動，或者使用如bcd碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用i/o端口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5840根i/o端口來驅(qū)動，要知道一個89s521單片機可用的i/o端口才32個呢：），實際應用時必須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬件電路的復雜性。 動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示

12、接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極com增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的i/o線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通com端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的com端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余

13、輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的i/o端口，而且功耗更低。本次電路設(shè)計采用的是共陰極數(shù)碼管，通過動態(tài)掃描方式驅(qū)動，其電路模塊如下：2.2震蕩電路模塊和原理本次設(shè)計要使用到at89c52單片機的時鐘振蕩功能。at89c52中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部震蕩器的高增益反相放大器，引腳xtal1和xtal2分別是該放大器的輸入和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或者陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。振蕩電路如下圖所示圖3-6 時鐘振蕩電路如圖所示，外接石英晶體或者陶瓷諧振器

14、以及電容c1，c2接在放大器的反饋電路中構(gòu)成并聯(lián)諧振電路。諧振器本身對外接電容c1、c2雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度以及溫度的穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，推薦使用30pf，而使用陶瓷諧振器建議選擇40pf。本次設(shè)計使用的是石英晶體諧振器，因此采用30pf的電容，頻率大小采用12mhz與6mhz均可，這里采用的是12mhz晶振。2.3復位電路模塊和原理復位電路雖然簡單，但其作用非常重要。一個單片機系統(tǒng)能復正常運行，首先要檢查是否能復位成功，其中手動復位開關(guān)比較常用，圖4-3手動開關(guān)復位電路手動開關(guān)未按下之前，電容正極處于充電狀

15、態(tài)，當按鍵按下去后，vcc與gnd導通，電容放電，從而實現(xiàn)放電。2.4按鍵電路和原理采用一一對應式方式輸入設(shè)計鍵盤控制電路部分，其鍵盤結(jié)構(gòu)圖如下所示：那么在什么時候使用上拉電阻呢？總結(jié)如下： (1)、當ttl電路驅(qū)動cmos電路時，如果ttl電路輸出的高電平低于cmos電路的最低高電平（一般為3.5v），這時就需要在ttl的輸出端接上拉電阻，以提高輸出高電平的值。 (2)、oc門電路必須加上拉電阻，以提高輸出的搞電平值。(3)、為加大輸出引腳的驅(qū)動能力，有的單片機管腳上也常使用上拉電阻。(4)、在cmos芯片上，為了防止靜電造成損壞，不用的管腳不能懸空，一般接上拉電阻降低輸入阻抗，提供泄荷通路

16、。 (5)、芯片的管腳加上拉電阻來提高輸出電平，從而提高芯片輸入信號的噪聲容限，增強抗干擾能力。 (6)、提高總線的抗電磁干擾能力。管腳懸空就比較容易接受外界的電磁干擾。 (7)、長線傳輸中電阻不匹配容易引起反射波干擾，加上拉電阻使電阻匹配，有效的抑制反射波干擾10。另外，上拉電阻阻值的選擇原則包括: (1)、從節(jié)約功耗及芯片的灌電流能力考慮應當足夠大；電阻大，電流小。(2)、從確保足夠的驅(qū)動電流考慮應當足夠小；電阻小，電流大。(3)、對于高速電路，過大的上拉電阻可能邊沿變平緩。綜合考慮以上三點,上拉電阻阻值通常在1k到10k之間選取。根據(jù)以上原則，本設(shè)計所選擇的是10k的電阻。2.5蜂鳴器電

17、路和原理 蜂鳴器部分采用io口輸出，單片機p1端口驅(qū)動蜂鳴器。蜂鳴器有兩類3大品種。一類是壓電式，一類是電磁式，電磁式又有兩大品種，鐵振膜式和動圈式，二者原理一樣只是結(jié)構(gòu)不同。所有蜂鳴器都有兩種類型：純蜂鳴器和帶驅(qū)動的蜂鳴器，蜂鳴器都是用音頻信號驅(qū)動的，都是交流驅(qū)動。報警器的種類很多，比如：揚聲器，蜂鳴器等，本次設(shè)計采用的是電磁式蜂鳴器作為報警器。電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、震動膜片以及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號通過電磁線圈，使得電磁線圈產(chǎn)生了一個磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。蜂鳴器電路圖如圖所示：2.6設(shè)計總電路和原理本課設(shè)使用at

18、89s52 加上少許的外圍電路就可做成一個秒分倒計時器,并在計時結(jié)束時發(fā)出報警聲音。本文旨在從硬件和軟件上具體分析其設(shè)計方法。系統(tǒng)由主單片機和外圍電路構(gòu)成。系統(tǒng)整體硬件電路包括，電源部分、顯示部分、按鍵調(diào)整部分以及單片機主板部分主機包括秒定時輸入電路、按鍵控制電路、電源電路、led 顯示電路等,從機包括led 顯示電路、揚聲器輸出電路等。其中主機的秒分定時值由p2和p3口進行選擇輸入,設(shè)置3個按鍵分別控制時鐘的走、停和清除(復位);主機led 采用7 段共陰極數(shù)碼管,從機led 采用多個發(fā)光二極管陣列組成字形段碼,以滿足較遠距離清晰顯示。其功能框圖如圖:3.程序框圖程序流程圖如圖所示：4.單片

19、機資源分配表編程之前，應先將可用資源和需要資源列舉出來，一一分配后就能清楚的了解整個設(shè)計結(jié)構(gòu)，不易出錯。at89s52單片機io口有p0、p1、p2、p3，中斷源有外部中斷0、1兩個，定時器中斷0、1兩個，一個串口中斷。外圍電路為2個4位數(shù)碼管，8個上拉電阻，2個蜂鳴器，2個led，8個輕觸式按鍵，并要求能夠計時1秒?，F(xiàn)分配如下：4位數(shù)碼管的數(shù)據(jù)端連接在一起，然后接入at89s52 p2端口；其8個共陰極引腳接入p3口作為選通。p1為標準雙向io口，因而將4個按鍵接到p1上。蜂鳴器則接到p1口上，使用p1.1端口。為了計時1秒以及動態(tài)掃描數(shù)碼管，使用一個定時器0作為時鐘。表3-1 單片機資源使

20、用分配p0 未使用p14個按鍵，按鍵另一端接地. p1.4接蜂鳴器p2數(shù)碼管數(shù)據(jù)端p3數(shù)碼管的選通端5.設(shè)計源程序#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intcode char table10=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;uchar temp ,num,d11,d21;uint miao;uint ge,shi,bai,qian,i,j;sbit d1=p10;sbit d2=p11;sbit d3=p12;sbit d4=p14;void del

21、ay(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void display(uint ge,uint shi,uint bai,uint qian) p3=0x01;p2=tableqian; delay(5); p3=0x02;p2=tablebai; delay(5);p3=0x04;p2=tableshi;delay(5);p3=0x08;p2=tablege;delay(5);void main() ge=0;shi=0;bai=5;qian=0; p3=0xf0; d4=1; while(1) display(ge,shi,bai,q

22、ian); while(d1=0) delay(10); if(d1=0) ge=ge+1; if(ge9) shi+; if(shi5) shi=0; ge=0; while(d1=0)display(ge,shi,bai,qian); while(!d1); if(d2=0) delay(10); if(d2=0) bai=bai+1; if(bai9) qian+; if(qian5) qian=0; bai=0; while(d2=0)display(ge,shi,bai,qian); while(!d2); while(d3=0) miao=(qian*10+bai)*60+shi*

23、10+ge; delay(10); if(d3=0) d3=0; miao-; for(i=1;i60;i+) display(ge,shi,bai,qian); ge=(miao%60)%10; shi=(miao%60)/10; bai=(miao/60)%10; qian=(miao/60)/10; if(miao=0) d3=1; display(0,0,0,0); for(j=0;j100;j+) d4=0; display(0,0,0,0); d4=1; 6.仿真與分析本課設(shè)使用at89s52 加上少許的外圍電路就可做成一個秒分倒計時器,并在計時結(jié)束時發(fā)出報警聲音。本文旨在從硬件和

24、軟件上具體分析其設(shè)計方法。系統(tǒng)由主單片機和外圍電路構(gòu)成。系統(tǒng)整體硬件電路包括，電源部分、顯示部分、按鍵調(diào)整部分以及單片機主板部分。主機包括秒定時輸入電路、按鍵控制電路、電源電路、led 顯示電路等,從機包括led 顯示電路、揚聲器輸出電路等。其中主機的秒分定時值由p2和p3口進行選擇輸入,設(shè)置3個按鍵分別控制時鐘的走、停和清除(復位);主機led 采用7 段共陰極數(shù)碼管,從機led 采用多個發(fā)光二極管陣列組成字形段碼,以滿足較遠距離清晰顯示。其仿真圖如下圖所示：7.心得體會通過本次課程設(shè)計，我對單片機和c語言的相關(guān)知識得到了進一步的，剛開始看到這個題目的時候，感覺倒計時不是很難，有對應的輸入，在控制芯片的作用下，進行遞減的控制，就可以達到效果。所以剛開始的時候，做的還不是很認真，當設(shè)計進行到具體環(huán)節(jié)的時候，問題就體現(xiàn)出來了，并不是像剛開始的那樣簡單。 首先要想到芯片的對應p口的功能，于是要對所學的單片機的知識進行復習，查找相關(guān)資料對那些知識進行擴充，于是就大量的查找相關(guān)資料和閱讀，了解清楚了相應的功能后，開始了設(shè)計。接著就是具體的模塊部分的設(shè)計。我把整體模塊分為三個部分進行滴，輸入部分，即倒計時的預設(shè)置模塊，用鍵盤作為輸入模塊。顯示部分，由于我把設(shè)計的