[論文]基于單片機(jī)控制的60秒倒計(jì)時的設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)控制的60秒倒計(jì)時的設(shè)計(jì)學(xué)生：專業(yè)：學(xué)號：指導(dǎo)老師：摘要今年來隨著計(jì)算機(jī)在社會領(lǐng)域的滲透，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。在實(shí)時檢測和自動控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個核心部件來使用，僅單片機(jī)方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應(yīng)用對象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，以作完善。模擬多通道壓力系統(tǒng)是利用壓力傳感器采集當(dāng)前壓力并放映在顯示器上，它可以分析壓力過量程，并發(fā)出報(bào)警。并采用電子秤原理可根據(jù)輸入單價準(zhǔn)確的計(jì)算出物體的金額。本篇論文討論了簡單的倒計(jì)時器的設(shè)計(jì)與制作，對于倒計(jì)時器中的led數(shù)碼顯示器來說，我為了簡化線路、降低成本，采用以

2、軟件為主的接口方法，即不使用專門的硬件譯碼器，而采用軟件程序進(jìn)行譯碼。【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；at89c51；led數(shù)碼管顯示器；keil c；晶體振蕩器abstractpermeate in the social realm along with the calculator in recent years,single slice the application of the machine just at constantly alignment thorough,arouse a traditional control an examination a day a new moon bene

3、fit renewal in the meantime.in solidly the hour the examination the single slice that controls with auto the machine the application the system,slice machine usually be a core parts to use,only single slice the machine aspect knowledge is not enough,return should according to concrete the hardware s

4、tructure,and aim at concrere application the sofwatre of the object characteristics combine to make perfect.imitating many passage pressure systemses is to make use of presure to spread the feeling machine to collect current pressure combine the reflection is on tne display,it can analyze the pressu

5、re surfeit distance,erupting to report to the police.combine the adoption electronics steelyard principle can according to input the amount of money that the unit price compures an object accurately.this thesis discuss that pour the design and creation of the timer in brief,for pour led figures disp

6、lays in the timer to say,i an for the sake of the simpification circuit,decline low cost,adopt to take software as connect of lord a peoples methdo,do not use specialized hardwate to translate the code machine namely,but adopt the software procedure to carry on translating code.【keyword】single slice

7、 machine;at89c51;the ledfigure tube display;keil c;crystal oscillactor一、原理設(shè)計(jì)1.at89c51芯片at89c51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（fperomflash programmable and erasable read only memory）的低電壓，高性能cmos 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。圖1 at89c51 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.1管腳說明：圖2 at89c51管腳圖（1）vcc：供電電壓。（2）gnd：接地。（3）p0口：p0口為一個8位漏級開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。當(dāng)p

8、1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在fiash編程時，p0 口作為原碼輸入口，當(dāng)fiash進(jìn)行校驗(yàn)時，p0輸出原碼，此時p0外部必須被拉高。（4）p1口：p1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗(yàn)時，p1口作為第八位地址接收。（5）p2口：p2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個ttl門電流，當(dāng)p2口被寫“1”時，

9、其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗(yàn)時接收高八位地址信號和控制信號。（6）p3口：p3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門電流。當(dāng)p3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。

10、（7）rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持rst腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。（8）ale/prog：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時， ale只有在執(zhí)行movx，movc指令是ale才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止，置位無效。（9）/ps

11、en：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/psen有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/psen信號將不出現(xiàn)。（10）/ea/vpp：當(dāng)/ea保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/ea將內(nèi)部鎖定為reset；當(dāng)/ea端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。（11）xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。（12）xtal2：來自反向振蕩器的輸出。2.系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)2.1硬件電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)分為硬件設(shè)

12、計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，這兩者相互結(jié)合，不可分離；從時間上看，硬件設(shè)計(jì)的絕大部分工作量是在最初階段，到后期往往還要做一些修改。只要技術(shù)準(zhǔn)備充分，硬件設(shè)計(jì)的大返工時比較少的，軟件設(shè)計(jì)的任務(wù)貫徹始終，到中后期基本上都是軟件設(shè)計(jì)任務(wù)，隨著集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，各種功能很強(qiáng)的芯片不斷出現(xiàn)，是硬件電路的集成度越來越高，硬件設(shè)計(jì)的工作量在整個項(xiàng)目中所占的比重逐漸下降。為使應(yīng)硬件電路設(shè)計(jì)盡可能合理，應(yīng)注意以下幾個方面：（1）盡可能采用功能強(qiáng)的芯片，以簡化電路，功能強(qiáng)的芯片可以代替若干普通芯片，隨著生產(chǎn)工藝的提高，新型芯片的價格不斷下降，并不一定比若干普通芯片的價格總和高。（2）留有設(shè)計(jì)余地。在設(shè)計(jì)硬件電路時，要考慮

13、到將來修改擴(kuò)展的方便。因?yàn)楹苌儆幸诲N定音的電路設(shè)計(jì)，如果現(xiàn)在不留余地，將來可能要為一點(diǎn)小小修改或擴(kuò)展而被迫進(jìn)行全面返工。（3）程序空間，選用片內(nèi)程序空間足夠大的單片機(jī)，本設(shè)計(jì)采用at89c51單片機(jī)。（4）ram空間，at89c51內(nèi)部ram不多，當(dāng)要增強(qiáng)軟件數(shù)據(jù)處理功能時，往往覺得不足。如果系統(tǒng)配置了外部ram，則建議多留一些空間。隨著軟件設(shè)計(jì)水平的提高，往往只要改變或增加軟件中的數(shù)據(jù)處理算法，就可以是系統(tǒng)功能提高很多，而系統(tǒng)的硬件不必做任何更換就使系統(tǒng)升級換代。只要在硬件電路設(shè)計(jì)初期考慮到這一點(diǎn)，就應(yīng)該為系統(tǒng)將來升級足夠的ram空間，哪怕多設(shè)計(jì)一個ram得插座，暫不插芯片也好。（5）i/o

14、端口;在樣機(jī)研制出來進(jìn)行現(xiàn)場使用時，往往會發(fā)現(xiàn)一些被忽視的問題，而這些問題不是靠單純的軟件措施來解決的。如有些新的信號需要采集，就必須增加輸入檢測端：有些物理量需要控制，就必須增加輸出端。如果在硬件電路設(shè)計(jì)就預(yù)留出一些i/o端口，雖然當(dāng)時空著沒用，但是需要用的時候就派上用場了。2.2時鐘頻率電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)必須在時鐘的驅(qū)動下才能工作。在單片機(jī)內(nèi)部有一個時鐘振蕩電路，只要外界一個振蕩源就能產(chǎn)生一定的時鐘信號送到單片機(jī)內(nèi)部的各個單元，決定單片機(jī)的工作速度。時鐘電路如下圖：圖3 外部震蕩源電路一般選用石英晶體振蕩器。此電路在加電大約延遲10ms后振蕩器起振，在xtal2引腳產(chǎn)生幅度為3v左右的正弦波

15、時鐘信號，其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。電路中兩個電容c1、c2的作用有兩個：一是幫助振蕩器起振；二是對振蕩器的頻率進(jìn)行微調(diào)。c1、c2的典型值為20pf。單片機(jī)在工作時，有內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生或由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時鐘信號的周期稱為時鐘周期。其大小是時鐘信號頻率的倒數(shù)，f表示。圖中的時鐘頻率為12mhz，即f=12mhz，則時鐘周期為1/12us。2.3復(fù)位電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)的第九腳res為硬件復(fù)位端，只要將該端持續(xù)4個機(jī)器周期的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，復(fù)位后單片機(jī)的各狀態(tài)都恢復(fù)到初始化狀態(tài)，其電路圖如下圖：圖4 復(fù)位電路圖中由按鍵k1以及電解電容c3構(gòu)成了復(fù)位電路。由于單片機(jī)是高

16、電平復(fù)位，所以當(dāng)按下k1時，單片機(jī)的9腳reset管腳處于高電平，此時單片機(jī)處于復(fù)位狀態(tài)。當(dāng)上電后，由于電容緩慢充電，單片機(jī)的9腳電壓逐步由高向低轉(zhuǎn)化，經(jīng)過一段時間后，單片機(jī)的9腳處于穩(wěn)定的低電平狀態(tài)，此時單片機(jī)上復(fù)位完畢，系統(tǒng)程序從0000h開始執(zhí)行。值得注意的是，在設(shè)計(jì)當(dāng)中使用到了硬件復(fù)位和軟件復(fù)位兩種功能，由上面的硬件復(fù)位后的各狀態(tài)可知寄存器及存儲器的值都恢復(fù)到了初始值，而前面的功能介紹中提到的倒計(jì)時時間的記憶功能。2.4顯示電路的設(shè)計(jì)顯示功能與硬件關(guān)系極大，當(dāng)硬件固定后，如何在不引起操作者誤解的前提下提供盡可能豐富的信息，全靠軟件來解決。在這里我們使用的是七段數(shù)碼管顯示，通常在顯示上我

17、們采用的方法一般包括兩種：一種是靜態(tài)顯示，另一種是動態(tài)顯示。其中靜態(tài)顯示的特點(diǎn)是顯示穩(wěn)定不閃爍，程序編寫簡單，但占用端口資源多；動態(tài)顯示的特點(diǎn)是顯示穩(wěn)定性沒靜態(tài)好，程序編寫復(fù)雜，但是相對靜態(tài)顯示而言占用端口資源少。在本設(shè)計(jì)中根據(jù)實(shí)際情況采用的是動態(tài)顯示方法。七段數(shù)碼管顯示電路如下圖： 圖5 共陽極數(shù)碼管圖中數(shù)碼管采用的是一位七段共陽數(shù)碼管，其中60秒倒計(jì)時的十位接p1口，個位接p2口。二、proteus原理圖繪制原理圖的繪制如下圖所示，在proteus軟件下根據(jù)下圖繪制出原理圖：圖6 系統(tǒng)原理圖圖中u1為單片機(jī)at89c51，c1、c2為30pf的電容，c3為10pf的電解電容，x1為12mh

18、z的晶體振蕩器，k1為按鈕開關(guān)，at89c51的p1、p2分別接一個七段數(shù)碼管。三、proteus電路仿真與結(jié)果分析1.keil c軟件用到了keil c軟件，集成調(diào)試環(huán)境，集成了編輯器、譯碼器、調(diào)試器，支持軟件模擬，支持項(xiàng)目管理功能強(qiáng)大的觀察窗口，支持所有的數(shù)據(jù)類型。樹狀結(jié)構(gòu)顯示，一目了然，支持asm（匯編）、c語言多模塊源程序混合調(diào)試，在直接修改、編譯、調(diào)試源程序，錯誤指令定位。功能很強(qiáng)大，用于對程序的調(diào)試和編輯。其界面如下：圖7 keil c界面2.proteus軟件系統(tǒng)仿真還用到了proteus軟件，可通過仿真顯示出所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能，對于程序的調(diào)試等有很大的幫助。系統(tǒng)仿真時首先在使用k

19、eil c 譯碼器，把所寫的程序進(jìn)行編譯，同時在仿真器里設(shè)置生成hex文件，編譯無錯誤進(jìn)行proteus仿真。等所有的原件都連接完成后可以把keil c編譯生成的無錯誤文件加載到at89c51中，方法是，右鍵點(diǎn)中器件然后再用左鍵點(diǎn)擊，出來一個對話框在program file后選擇要添加的文件，文件要求必須是hex文件。然后可以點(diǎn)擊運(yùn)行觀察現(xiàn)象，看與自己設(shè)置的是否符合，如果不相符再查找錯誤進(jìn)行修改，一般的錯誤都是程序中的，所以要認(rèn)真的讀取程序的每一個部分。系統(tǒng)的仿真圖如下圖：圖8 proteus電路仿真圖（1）圖9 proteus電路仿真圖（2）四、軟、硬聯(lián)調(diào)首先，用燒錄器把在keil c軟件下

20、生成的hex文件燒錄到單片機(jī)at89c51芯片中。燒錄的步驟如下：選項(xiàng)/串口設(shè)置、芯片/選擇芯片型號是at89c51、文件/裝載/選擇hex文件、擦除、查空、編程、校驗(yàn)。其次，根據(jù)原理圖焊接電路。焊接完后檢查電路是否正確、是否有虛焊，確定無誤后接到5伏的穩(wěn)壓電源，倒計(jì)時開始。圖10 實(shí)物圖正面圖11 實(shí)物圖背面五、心得體會通過這次設(shè)計(jì)，掌握51單片機(jī)的原理，了解簡單倒計(jì)時的組成原理，初步掌握了60秒倒計(jì)時的調(diào)試及測試方法，提高動手能力和排除故障的能力。同時通過本課題設(shè)計(jì)與裝配、調(diào)試，提高自己的動手能力，鞏固已學(xué)的理論知識，建立單片機(jī)理論和實(shí)踐的結(jié)合，了解60秒倒計(jì)時各單元電路之間的關(guān)系及相互影

21、響，從而能正確設(shè)計(jì)、計(jì)算60秒倒計(jì)時各個單元電路。學(xué)習(xí)單片機(jī)不僅僅是學(xué)習(xí)單片機(jī)本身，還有它外部的擴(kuò)展器件也要熟練，器件的選型要求對單片機(jī)外圍器件有充分的理解。只有充分的理解，才能做到用時得心應(yīng)手。學(xué)習(xí)單片機(jī)要有一定的基礎(chǔ)：電子技術(shù)方面要有數(shù)字電路和模擬電路等方面的理論基礎(chǔ)，特別是數(shù)字電路；編程語言要求匯編語言或c語言。要想成為單片機(jī)高手，建議初學(xué)者首先學(xué)習(xí)匯編語言，學(xué)的差不多的時候，轉(zhuǎn)入c語言學(xué)習(xí)。盡管匯編語言屬于低級語言，編程效率低，但是較c語言具有目標(biāo)代碼簡短，占用內(nèi)存少，執(zhí)行速度快等優(yōu)點(diǎn)，更重要的是能使初學(xué)者盡快熟悉單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并能對其進(jìn)行精確的控制。匯編語言在單片機(jī)教材里面都會涉

22、及，不需要單獨(dú)購買教材和學(xué)習(xí)。 c語言是一門學(xué)問,有很多專業(yè)書籍來講解,并且對我們今后的編程生涯有絕對的好處,因此要深入學(xué)習(xí),千萬不要自以為看了某某的視頻教程就以為掌握了c語言，那只是c語言的一部分。學(xué)習(xí)單片機(jī)最好從51系列開始，第一是書多、資料多，而且掌握51技術(shù)的人多，碰到問題能請教的老師也就多了，51系列的實(shí)驗(yàn)芯片at89c51價格低廉而且很容易買到，at89c51芯片而且可以反復(fù)擦寫1000次以上，對于初學(xué)者來說真是太合適了，就算以后考慮工業(yè)運(yùn)用，也可以先學(xué)透51后再學(xué)其他類型的單片機(jī)，畢竟技術(shù)是相通的。在做本次課程設(shè)計(jì)的過程中，我感觸最深的當(dāng)屬查閱大量的設(shè)計(jì)資料了。為了讓自己的設(shè)計(jì)更

23、加完善，查閱這方面的設(shè)計(jì)資料是十分必要的，同時也是必不可少的。我們是在做單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，但我們不是藝術(shù)家，他們可以拋開實(shí)際盡情在幻想的世界里翱翔，而我們一切都要有據(jù)可依，有理可尋，不切實(shí)際的構(gòu)想永遠(yuǎn)只能是構(gòu)想，永遠(yuǎn)無法升級為設(shè)計(jì)。六、元件清單單片機(jī)at89c51芯片一塊、七段數(shù)碼管兩個、12mhz石英晶體振蕩器一個、30pf電容一個、10pf電解電容一個、1千歐電阻一個、電路板一塊。參考文獻(xiàn)【1】肖洪兵. 跟我學(xué)用單片機(jī). 北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2002.8 【2】 何立民. 單片機(jī)高級教程 第1版北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001 【3】趙曉安. mcs-51單片機(jī)原理及應(yīng)用. 天津：天津大學(xué)出版社，2001.3