電子信息工程-課程設(shè)計(倒計時器電子秒表)

PAGE2課程設(shè)計報告課程名稱單片機(jī)原理與應(yīng)用課題名稱倒計時器設(shè)計專業(yè)電子信息工程技術(shù)班級學(xué)號姓名指導(dǎo)教師2011-12-22設(shè)計內(nèi)容及要求（1）設(shè)計一個倒計時器，由單片機(jī)接收小鍵盤陣列設(shè)定倒計時時間，倒計時范圍最大為60分鐘，由LED顯示模塊顯示剩余時間，顯示格式為XX（分）：XX（秒）.X，精確到0.1s的整數(shù)倍。倒計時時間到，由蜂鳴器發(fā)出報警。（2）繪制系統(tǒng)硬件接線圖，并進(jìn)行系統(tǒng)仿真。（3）畫出程序流程圖并編寫程序?qū)崿F(xiàn)上述功能2、設(shè)計方案（1）單片機(jī)定時系統(tǒng)工作原理我們知道單片機(jī)的外接石英體振蕩器能提供穩(wěn)定、準(zhǔn)確的頻率，并經(jīng)12分頻后向內(nèi)部定時器提供實時基準(zhǔn)頻率信號，我們設(shè)定定時工作在中斷方式下，連續(xù)對此頻率信號進(jìn)行分頻計數(shù)，便可得到秒信號，在對秒信號進(jìn)行計數(shù)便可得到分、時、實時時鐘信息。石英晶體振蕩頻率為6MHz，設(shè)定定時器工作在方式1下，定時常數(shù)為3CB0H，則定時器每100ms產(chǎn)生1次中斷，在定時器的中斷定時處理中，每10次中斷，則向秒計數(shù)器減1，秒計數(shù)器計數(shù)到00時則向分計數(shù)器退位（并建立退位標(biāo)志），分計數(shù)器計數(shù)到00時則向時計數(shù)器退位，計數(shù)器退位······如此周而復(fù)始地連續(xù)計數(shù)，便可獲得時、分、秒的信號，建立一個實時時鐘，接下來便可以進(jìn)行報警輸出，當(dāng)主程序檢測到有分退位標(biāo)志時，便開始比較當(dāng)前時間（小時與分，存放在RAM中）與規(guī)定時間（小時與分及秒，存放在ROM中）是否有相同者，則進(jìn)行蜂鳴器報警，如無相同者則返回主程序，如此便實現(xiàn)了定時控制的要求。要準(zhǔn)確到秒，則時、分、秒三者均需參與比較，并且建立秒進(jìn)位標(biāo)志位，即每秒鐘的偶也要對定時設(shè)定值比較一遍。（2）電路原理定時電路的核心是AT89C51單片機(jī)，其內(nèi)部帶有4KB的FLASHROM,無須外擴(kuò)程序存儲器。電腦時鐘沒有大量的運(yùn)算和短暫緩存數(shù)據(jù)，現(xiàn)有的128B片內(nèi)RAM亦能滿足要求，也不必外擴(kuò)片外RAM。系統(tǒng)配備5位LED顯示和3*4鍵盤，用P3口作為減排接口電路，P2口作為5位LED顯示的位選通口，P0口則作為字形碼輸出口。采用共陽極LED數(shù)碼管，PO口、P2口和數(shù)碼管之間傳接了驅(qū)動芯片74LS245，因此P2口輸出高電平選中相應(yīng)的位，而對P0口輸出低電平點(diǎn)亮相應(yīng)的段。（3）系統(tǒng)工作流程進(jìn)入主程序。設(shè)置各中斷的入口地址。把相關(guān)的寄存器清零。設(shè)置數(shù)碼管顯示的初始狀態(tài)。對鍵盤進(jìn)行掃描。顯示下一個數(shù)字。進(jìn)行倒計時。判斷計時是否到了。到了清零處理。沒到繼續(xù)倒計時知道清零為止。3、程序設(shè)計根據(jù)上述工作流程，軟件設(shè)計可分為以下幾個功能模塊：主程序：初始化與鍵盤監(jiān)控。計時：未定時器0中斷服務(wù)子程序，完成刷新計時緩沖區(qū)的功能。顯示：完成5位LED動態(tài)顯示。鍵盤掃描：判斷是否有鍵按下，并求取鍵號。其他輔助功能程序，如鍵盤設(shè)置、拆字、合字、等。下面分模塊進(jìn)行軟件設(shè)計：計時程序模塊。如前所述，系統(tǒng)定時采用定時器與軟件循環(huán)相結(jié)合的方法。定時器0每隔100ms溢出中斷一次，則循環(huán)中斷10次延時時間為1秒，上述過程重復(fù)60次為1分鐘，分計時60次為1小時。設(shè)系統(tǒng)使用6MHz的晶振，定時器0工作方式1，則100ms定時對應(yīng)的定時器初值可以下計算得到定時時間=（216-定時器0初值）*（12/fosc）如果定時器0初值為3CB0H，則TH0=3CH，TL0=0B0H。當(dāng)系統(tǒng)使用其他頻率的晶振時，可以由上式計算相應(yīng)的定時器0初值，也可以改變定時時間。例如當(dāng)系統(tǒng)晶振為12MHz時，同樣的初值對應(yīng)的設(shè)定時間為50ms，則循環(huán)中斷次數(shù)為20次時，延時為1秒。這里有兩個問題要特別重視。Ⅰ.定時器溢出產(chǎn)生中斷請求，CPU并不一定立即響應(yīng)中斷，而可能需要延遲一定的中斷響應(yīng)時間之后才能響應(yīng)中斷，中斷響應(yīng)時間大約為3~8個機(jī)器周期。顯然，這將在定時時間中加入額外的延時時間，導(dǎo)致即計時誤差。為了保證計時精度，必須采取措施進(jìn)行補(bǔ)償。我們采用增大重裝的定時器0初值的方法來減少定時器0的定時時間。具體應(yīng)調(diào)整為多大，一般需要通過調(diào)試來確定。經(jīng)測試，定時器0重裝初值設(shè)為3CB7H~3CBFH可以滿足精度要求。Ⅱ.時間是按十進(jìn)制遞增，而MCS-51系列單片機(jī)只有二進(jìn)制加法指令，因此用加法指令計時必須進(jìn)行二——十進(jìn)制轉(zhuǎn)換。，時間校時對設(shè)置程序和定時報時程序模塊。將鍵盤輸入的5位時間值合并為3位壓縮BCD碼（時、分、秒）送入即使緩沖區(qū)，作為當(dāng)前倒計時起始時間。該模塊的入口為即使緩沖區(qū)或報時值寄存區(qū)的首地址。程序調(diào)用一個鍵盤設(shè)置子程序?qū)㈡I入的5位時間值送入鍵盤緩沖區(qū)，然后程序?qū)㈡I盤設(shè)置緩沖區(qū)中的5位LED碼合并為5位BCD碼，送入即使緩沖區(qū)或計時值寄存區(qū)。二，鍵盤掃描程序模塊。此模塊的功能是判斷是否有鍵按下，無鍵按下則循環(huán)等待，有鍵按下則求取鍵號并將鍵號送累加器A返回。程序中的去抖延時和循環(huán)等待延時都用顯示子程序來代替，從而保證隨時刷新顯示。鍵盤掃描程序在前面已有詳細(xì)敘述，在此不再累述。三，顯示程序模塊。將顯示緩沖區(qū)中的5位BCD碼用動態(tài)掃描方式掃描顯示，為此必須首先將3字節(jié)計時緩沖區(qū)中的分、秒、毫秒，壓縮BCD碼拆分為5字節(jié)。四，拆字程序與合字程序，如前所述，拆字程序的功能是將3字節(jié)計時緩沖中的分、秒、毫秒壓縮BCD碼拆分為5字節(jié)，BCD碼并刷新顯示緩沖區(qū)，合字程序的功能是將鍵盤設(shè)置緩沖區(qū)中的5位BCD碼合并為3位壓縮BCD碼，送入計時緩沖區(qū)或計時值寄存區(qū)。下面分別對各程序模塊進(jìn)行介紹。主程序。主程序流程圖如圖9-2所示。LED數(shù)碼管掃描顯示程序模塊（流程圖略）。鍵盤掃描程序模塊鍵值處理程序模塊倒計時程序模塊流程圖見圖9-3。主程序：主程序的設(shè)計一般包括：主程序的起始地址，中斷服務(wù)程序的起始地址，有關(guān)內(nèi)存單元及相關(guān)部件的初始化和一些子程序調(diào)用等等。程序的起始地址MCS-51系列單片機(jī)復(fù)位后，（PC）=0000H，而0003H~002BH分別為個中斷源的入口地址。所以，編程池應(yīng)在0000H處寫一跳轉(zhuǎn)指令。當(dāng)CPU接受到中斷請求信號并予以響應(yīng)后，CPU把當(dāng)前的PC內(nèi)容壓入棧中進(jìn)行保護(hù)，然后轉(zhuǎn)入響應(yīng)的中斷服務(wù)程序入口處執(zhí)行。一般在響應(yīng)的中斷服務(wù)程序入口處寫一條跳轉(zhuǎn)指令，并以跳轉(zhuǎn)指令的目標(biāo)地址作為中斷服務(wù)程序的其始地址進(jìn)行編程。主程序的初始化內(nèi)容所謂初始化，是對用到的單片機(jī)內(nèi)部部件或拓展芯片進(jìn)行初始工作狀態(tài)設(shè)定。本次設(shè)計中，使用了兩個中斷，即T0、T1。其中：1.T0中斷：采用T0定時中斷工作方式，完成倒計時。2.T1中斷：采用T1定時中斷工作方式，完成蜂鳴器報警。對于時鐘而言，顯示顯然是另一個重要環(huán)節(jié)。如前所述，通常有兩種顯示方式：動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。方案一：串口擴(kuò)展，LED靜態(tài)顯示。該方案占用資源少，采用串口傳輸實現(xiàn)靜態(tài)顯示，顯示亮度有保證，但硬件開銷大、電路復(fù)雜、信息刷新速度慢，比較適用于并行口資源較少的場合。方案二：直接利用AT89C51單片機(jī)的P0和P2口，LED動態(tài)顯示。該方案硬件連接簡單，但動態(tài)掃描的顯示方式需占用CPU較多時間，在單片機(jī)沒有太多實時測控任務(wù)的情況下可以采用，本次系統(tǒng)選擇動態(tài)顯示方式。4.單片機(jī)倒計時控制系統(tǒng)硬件原理圖5.流程圖（1）主程序流程圖：主程序主程序設(shè)置各中斷服務(wù)程序的入口地址相關(guān)寄存器清零設(shè)置數(shù)碼管顯示初始狀態(tài)按鍵掃描顯示按下的數(shù)字進(jìn)行倒計時時間到零否報警YN（2）倒計時器設(shè)計框圖：主程序主程序數(shù)碼管動態(tài)掃描模塊當(dāng)前時間倒計時模塊輸入倒計時時間模塊蜂鳴器報警模塊（3）倒計時器設(shè)計流程圖：開始倒計時開始倒計時寄存器清零設(shè)置定時器0工作方式判斷按鍵次數(shù)N啟動定時器0關(guān)閉定時器01次2次3次等待中斷T1中斷發(fā)聲提示達(dá)到最大值（4）按鍵消抖框圖：開始開始有鍵閉合？調(diào)用延時字程序Y有鍵閉合？確定閉合的YNN6、調(diào)試問題與解決方法完成了硬件的設(shè)計、制作和軟件編程后，要使系統(tǒng)能夠按設(shè)計意圖正常運(yùn)作，必須進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。系統(tǒng)調(diào)試包括軟件調(diào)試和硬件調(diào)試。不過，作為一個小計算機(jī)系統(tǒng)，其運(yùn)行是軟硬件相結(jié)合的，因此，軟硬件的調(diào)試也是不可能絕對分開的，硬件的調(diào)試常常需要利用調(diào)試軟件，軟件的調(diào)試也可能需要對硬件的測試和控制來進(jìn)行。（1）硬件調(diào)試。硬件調(diào)試的主要任務(wù)是排除硬件故障，其中包括設(shè)計錯誤和工藝性故障。1）脫機(jī)檢查。用萬用表逐步按照電路原理圖檢查印制電路中所有器件的各引腳，尤其是電源的連接是否正確：檢查數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線是否有短路等故障，順序是否正確；檢查各開關(guān)按鍵是否能正常開關(guān)，是否連接正常；各限流電阻是否短路等內(nèi)容。為了保護(hù)芯片，應(yīng)先對各IC電位進(jìn)行檢查，確定其無誤后再插入芯片檢查。2）聯(lián)機(jī)調(diào)試。暫時拔掉89C51芯片，將仿真器的40仿真插入89C51的芯片插座進(jìn)行調(diào)試，檢驗鍵盤/顯示接口電路是否滿足要求設(shè)計?？梢酝ㄟ^一些簡單的測軟件來查看接口工作是否正常。例如，我們可以設(shè)計一個軟件，使89C51的P1、P2口輸出55H或AAH，同時讀P3口，運(yùn)行后用萬用表檢查相應(yīng)端口電平是否一高一低，在仿真器中檢查讀入的P3口8位是否為1，如果正常則說明89C51正常工作。還可以設(shè)計一個使所有LED全顯示“8.”的靜態(tài)顯示程序來檢驗LED的好壞。如果運(yùn)行測試結(jié)果與預(yù)期不符，很容易根據(jù)故障現(xiàn)象判斷故障原因并采取針對性措施排除故障。（2）軟件調(diào)試。軟件調(diào)試的任務(wù)是利用開發(fā)工具進(jìn)行在線仿真調(diào)試，發(fā)現(xiàn)和糾正程序錯誤，同時也能發(fā)現(xiàn)硬件故障。程序的調(diào)試應(yīng)一個模塊一個模塊地進(jìn)行，首先單獨(dú)調(diào)試各功能子程序，檢驗程序是否能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的功能，接口電路的控制是否正常等；最后逐步將各子程序連接起來進(jìn)行聯(lián)調(diào)。聯(lián)調(diào)需要注意的是，各程序模塊間能否正常傳遞參數(shù)，特別要注意各子程序的現(xiàn)場保護(hù)與恢復(fù)。調(diào)試的基本步驟如下：1）用仿真器修改顯示緩沖區(qū)內(nèi)容，屏蔽拆字程序，調(diào)試動態(tài)掃描顯示功能。例如將DISP0~DISP4單元置為“01234”,應(yīng)能在LED上從左到右顯示“01234”。若顯示不正確，可在顯示子程序相應(yīng)設(shè)置斷點(diǎn)調(diào)試檢查，然后用仿真器修改計時緩沖區(qū)內(nèi)容，調(diào)試顯示模塊，例如，將HOUR、MIN、SEC單元置為“01235”檢查是否能正確顯示“01.23.5”，若顯示不正確，應(yīng)在顯示子程序相應(yīng)位置設(shè)置斷點(diǎn)，反復(fù)調(diào)試檢驗直至完全正確。2）運(yùn)行主程序調(diào)試時模塊，不按下任何鍵，檢查是否從由60.00.0開始正確計時，若不能正確計時則應(yīng)在定時器中斷服務(wù)子程序中設(shè)置斷點(diǎn)，檢查HOUR、MIN、SEC、MSEC單元是否隨斷點(diǎn)運(yùn)動而變化。然后屏蔽緩沖區(qū)初始化部分，用仿真器修改計時緩沖區(qū)內(nèi)容為40：33.5，運(yùn)行主程序，檢驗?zāi)芊裾_進(jìn)位。3）調(diào)試鍵盤模塊掃描，先用延時10ms子程序代替顯示子程序延時消抖，在求取鍵號后設(shè)置斷點(diǎn)，中斷后觀察A累加器中的鍵號是否正確，然后恢復(fù)用顯示子程序延時消抖，檢驗與顯示模塊能否正常連接。4）調(diào)試時間設(shè)置/鬧鐘定時模塊TIMSEF。首先屏蔽中斷子程序，單獨(dú)調(diào)試鍵盤設(shè)置模塊CKECKEY，觀察顯示緩沖區(qū)DISP0~DISP4單元的內(nèi)容是否隨鍵入的鍵號改變，以及鍵號能否在LED上顯示。然后屏蔽CKECKEY子程序，分別將R1設(shè)置為時間緩沖區(qū)和鬧鐘值寄存區(qū)的首地址，修改顯示緩沖區(qū)內(nèi)容，程序運(yùn)行后查看時間設(shè)置緩沖區(qū)HOUR、MIN、SEC單元和鬧鐘值寄存區(qū)AHOUR、AMIN、ASEC單元內(nèi)容是否正確。最后聯(lián)調(diào)TIMSET模塊。5）運(yùn)行主程序聯(lián)調(diào)，檢查能否用鍵盤修改當(dāng)前時間以及設(shè)置鬧鐘，能否正確計時、啟閉、停鬧。（3）脫機(jī)運(yùn)行。軟、硬件調(diào)試成功之后，可以將程序固化到89C51的FLASHROM中，插入89C51芯片，接上電源脫機(jī)運(yùn)行。既然軟硬件讀都可以調(diào)試成功，脫機(jī)運(yùn)行似乎肯定成功，然而事實往往并非如此，仍有可能出現(xiàn)以下故障;1)系統(tǒng)不工作。其原因主要有晶振不起振，或是EA腳沒有接高電平（接地或懸空）等。2）系統(tǒng)工作時好時壞。這主要是由于干擾引起的。由于本系統(tǒng)沒有傳感輸入通道和控制輸出通道，干擾源相對較少且簡單，因此，在電源、總線處對地接濾波電容一般可以解決問題。對本節(jié)介紹的單片機(jī)報時控制系統(tǒng)，需要做以下幾點(diǎn)說明：（1）軟件陷阱。為是跳飛的程序重新返回主程序區(qū)，恢復(fù)程序的正常運(yùn)行，在EPROM的未編程區(qū)加入若干個如下的程序段：NOPNOPLJMPNEXTTNOP輸出驅(qū)動加光電隔離元件，如果是驅(qū)動高壓大電流，繼電器選用過零觸發(fā)的固態(tài)繼電器，繼電器安裝部位應(yīng)盡量遠(yuǎn)離單片機(jī)并加裝良好的電磁屏蔽，減少對單片機(jī)干擾。7、仿真圖8、程序模塊;以下8個存儲單元分別存放8位數(shù)碼管的段碼LED_BIT_1EQU 30HLED_BIT_2EQU 31HLED_BIT_3EQU 32HLED_BIT_4EQU 33HLED_BIT_5EQU 34HLED_BIT_6EQU 35HLED_BIT_7EQU 36HT_COUNTEQU 38HKEY_CNTEQU 39HLINE EQU 3AHROW EQU 3BHVAL EQU 3CHTCOUNT EQU 40HKCOUNT EQU 41HKEY BIT P3.3;************************************** ORG 00H SJMP START ORG 0BH LJMP INT_T0 ORG1BH LJMPINT_T1START: MOV T_COUNT,#00H ;初始化 MOV KEY_CNT,#00H MOV LINE,#00H MOV ROW,#00H MOV VAL,#00H MOV LED_BIT_1,#3FH MOV LED_BIT_2,#3FH MOV LED_BIT_3,#40H MOV LED_BIT_4,#3FH MOV LED_BIT_5,#3FH MOV LED_BIT_6,#80H MOV LED_BIT_7,#3FH MOV DPTR,#TABLEA0: LCALL DISP;**************************************;按鍵掃描LSCAN: MOV P3,#0F0H ;行碼掃描 L1: JNB P3.0,L2 LCALL DELAY JNB P3.0,L2 MOV LINE,#00H LJMP RSCAN L2: JNB P3.1,L3 LCALL DELAY JNB P3.1,L3 MOV LINE,#01H LJMP RSCAN L3: JNB P3.2,L4 LCALL DELAY JNB P3.2,L4 MOV LINE,#02HRSCAN: MOV P3,#0FH ;列碼掃描 C1: JNB P3.4,C2 MOV ROW,#00H LJMP CALCU C2: JNB P3.5,C3 MOV ROW,#01H LJMP CALCU C3: JNB P3.6,C4 MOV ROW,#02H LJMP CALCU C4: JNB P3.7,C1 MOV ROW,#03H ;***********************************************CALCU: INC KEY_CNT ;統(tǒng)計按鍵次數(shù) MOV A,KEY_CNT CJNE A,#9,K1 ;如果按鍵3次,發(fā)聲提示 MOV TMOD,#01H MOV TH1,#(65536-700)/256 MOV TL1,#(65536-700)MOD 256 MOV IE,#82H SETB TR1 W10:MOV A,P3 ;等待按鍵抬起 CJNE A,#0FH,W11 MOV P0,#00H CLR TR0 LJMP START W11:MOV A,P3 CJNE A,#0F0H,W12 MOV P0,#00H CLR TR0 LJMP START W12:SJMP W10;**************************************************;第1次按鍵,清除已顯示的0,顯示按下的數(shù)字 K1: CJNE A,#1,K2 MOV A,LINE MOV B,#04H MUL AB ADD A,ROW MOV VAL,A MOVC A,@A+DPTR MOV LED_BIT_1,ACJNEP3.3,#1,AA1DISP1: LCALL DISP W20:MOV A,P3 ;等待按鍵抬起 CJNE A,#0FH,W21 LJMP A0 W21:MOV A,P3 CJNE A,#0F0H,W22 LJMP A0 W22:SJMP DISP1 ;***************************************************;第2次按鍵,顯示按下的數(shù)字 K2: MOV A,LINE MOV B,#04H MUL AB ADD A,ROW MOV VAL,A MOVC A,@A+DPTR MOV LED_BIT_2,A LCALLAA1 DISP2: LCALL DISP W30:MOV A,P3 ;等待按鍵抬起 CJNE A,#0FH,W31 LJMP A0 W31:MOV A,P3 CJNE A,#0F0H,W32 LJMP A0 W32:SJMP DISP2 ;**************************************************;開始倒計數(shù)AA1:MOV TCOUNT,#00H MOV KCOUNT,#00H MOV TMOD,#01H ;定時器0工作在方式1 MOV TL0,#(65536-50000)/256 MOV TH0,#(65536-50000)MOD 256 K1: JB KEY,$ ;等待按鍵 LCALL DELAY JB KEY,$ MOV A,KCOUNT CJNE A,#00H,K2 ;判斷按鍵次數(shù) SETB TR0 ;第1次按鍵,啟動定時器 MOV IE,#82H JNB KEY,$ INC KCOUNT ;按鍵抬起,按鍵次數(shù)值加1 LJMP K1 K2: CJNE A,#01H,K3 CLR TR0 ;第2次按鍵,關(guān)閉定時器 MOV IE,#00H JNB KEY,$ INC KCOUNT ;按鍵抬起,按鍵次數(shù)值加1 LJMP K1 K3: CJNE A,#02H,K1 ;第3次按鍵,返回初始狀態(tài) JNB KEY,$ LJMP AA1INT_T0:MOV TH0,#(65536-50000)/256 MOV TL0,#(65536-50000)MOD256 INC TCOUNT MOV A,TCOUNT CJNE A,#2,A1 ;是否計夠0.1秒 MOV A,LED_BIT_7 INC A MOVLED_BIT_7,A CJNEA,#9,DISP MOVLED_BIT_7,#00H MOVA,LED_BIT_5 DECA MOVLED_BIT_5,A CJNEA,#0,DISP MOVLED_BIT_5,#00H MOVA,LED_BIT_4 DECA MOVLED_BIT_4,A CJNEA,#0,DISP MOVLED_BIT_4,#00H MOVA,LED_BIT_2 DECA MOVLED_BIT_2,A CJNEA,#0,DISP MOVLED_BIT_2,#00H MOVA,LED_BIT_1 DECA MOVLED_BIT_1,A CJNEA,#0,DISP MOV TMOD,#01H A1:RETI;****************************************;定時器1中斷服務(wù)程序,驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)聲INT_T1:MOV TH1,#(65536-700)/256 MOV TL1,#(65536-700)MOD 256 CPL P1.0 RETI;****************************************DISP: CLR P2.6 MOV P0,LED_BIT_7 LCALL DELAY SETB P2.6 CLR P2.5 MOV P0,LED_BIT_6 LCALL DELAY SETB P2.5 CLR P2.4 MOV P0,LED_BIT_5 LCALL DELAY SETB P2.4 CLR P2.3 MOV P0,LED_BIT_4 LCALL DELAY SETB P2.3 CLR P2