定時(shí)器課程設(shè)計(jì)報(bào)告

皖西學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)系別機(jī)電學(xué)院專業(yè)電氣學(xué)生姓名：凌剛學(xué)號(hào)：2023011047課程設(shè)計(jì)題目：基于STC89C51的定時(shí)器設(shè)計(jì)起迄日期:12月16日~12月28日課程設(shè)計(jì)地點(diǎn):教學(xué)實(shí)驗(yàn)樓B502樓指導(dǎo)教師:張磊下達(dá)任務(wù)書(shū)日期:2023年12月16日基于STC89C51的定時(shí)器設(shè)計(jì)目錄：課程設(shè)計(jì)目的…….............................2課程設(shè)計(jì)目的描述要求…………….22.1.設(shè)計(jì)描述………………...32.2.設(shè)計(jì)要求………………...3課程設(shè)計(jì)硬件電路的設(shè)計(jì)………….3……………..33.2設(shè)計(jì)方案確實(shí)定與說(shuō)明……..…………...3設(shè)計(jì)方案的詳細(xì)硬件設(shè)計(jì)…………….....3硬件電路圖的繪制……….5keil編譯與proteus仿真…………….84.1.keil編譯…………………..84.2.proteus的仿真……………9程序設(shè)計(jì)思路和程序框圖………....105.1程序設(shè)計(jì)思路……………105.2定時(shí)器工作方式設(shè)置……………………115.3特殊功能存放器TCON的設(shè)置………...115.4中斷標(biāo)號(hào)的查詢…………11定時(shí)器程序詳細(xì)程序框圖……………....12相關(guān)的計(jì)算……….…13總結(jié)……………….…138.定時(shí)器程序清單……..…………….…149．參考文獻(xiàn)…………....2110.附錄………………..…………….…211課程設(shè)計(jì)目的：基于STC89C51的定時(shí)器設(shè)計(jì)2課程設(shè)計(jì)題目描述和要求設(shè)計(jì)描述：利用STC89C51等接口芯片設(shè)計(jì)定時(shí)器，要求通過(guò)鍵盤輸入計(jì)時(shí)時(shí)間，按開(kāi)始鍵開(kāi)始計(jì)時(shí)，采用兩位數(shù)碼管顯示計(jì)時(shí)時(shí)間，計(jì)時(shí)結(jié)束提供一種以上的報(bào)警方式。2.2設(shè)計(jì)要求：1.選用STC89C51和相關(guān)接口芯片完成相應(yīng)的功能畫(huà)出詳細(xì)的硬件連接圖給出程序設(shè)計(jì)思路，畫(huà)出軟件流程圖給出所有程序清單并加上必要注釋完成proteus仿真撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告，調(diào)試報(bào)告及設(shè)計(jì)心得3.課程設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)工程簡(jiǎn)介：定時(shí)器設(shè)計(jì)，此定時(shí)器是一款基于單片機(jī)STC89C51的計(jì)時(shí)工具，手動(dòng)利用時(shí)間加減按鍵設(shè)定定時(shí)時(shí)間，當(dāng)檢測(cè)到開(kāi)始計(jì)時(shí)按鍵按下后，定時(shí)器開(kāi)始倒數(shù)計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)結(jié)束的時(shí)候翻開(kāi)蜂鳴器和報(bào)警小燈，再檢測(cè)到暫停按鍵按下的時(shí)候，關(guān)閉蜂鳴器和報(bào)警小燈。設(shè)計(jì)方案的選定與說(shuō)明因?yàn)镾TC89C51芯片I/O口完全能滿足定時(shí)器設(shè)計(jì)的需求，所以就沒(méi)有外接芯片來(lái)擴(kuò)展單片機(jī)I/O的使用。硬件電路最根底的是單片機(jī)所需要的最小系統(tǒng)：電源電路，晶振電路，復(fù)位電路。除此之外，單片機(jī)通過(guò)P0口接上拉電阻后連接了數(shù)碼管的段選，P1^0口和P1^1口分別用作數(shù)碼管十位和個(gè)位的位選，P1^2口用作蜂鳴器的控制，P1^3口用作報(bào)警小燈的控制，P1^4口P1^5口和P1^6口用作定時(shí)器按鍵的控制，風(fēng)別控制時(shí)間的加/連加，減/連減和開(kāi)始/暫停。3.3設(shè)計(jì)方案的詳細(xì)硬件設(shè)計(jì)：因?yàn)閷?duì)STC89C51有過(guò)編程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于用它設(shè)計(jì)一個(gè)定時(shí)器還是有把握的，所有我們?cè)?086和STC89C51這兩款單片機(jī)的選擇中選擇了STC89C51。STC89C51它有四個(gè)八位I/O口，我們用P0口接了上拉電阻，原因有三點(diǎn)：1：P0口片內(nèi)無(wú)上拉電阻2：P0為I/O工作狀態(tài)時(shí)，上方FET被關(guān)段，從而輸出腳浮空，因此，P0用于輸出線時(shí)為開(kāi)漏輸出。3：由于片內(nèi)無(wú)上拉電阻，上方FET又被關(guān)斷，P0輸出時(shí)無(wú)法拉升端口電平?？紤]到單片機(jī)I/O口的驅(qū)動(dòng)電流問(wèn)題，—0.16mA，低電平時(shí)輸入灌電流，最大20mA左右。因?yàn)闆](méi)有外接驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，為了保護(hù)單片機(jī)不在高負(fù)荷下工作和簡(jiǎn)化電路，選擇了共陽(yáng)數(shù)碼管，數(shù)碼管的公共端連接三極管，根據(jù)一個(gè)二極管點(diǎn)亮大約需要電流5—10mA，當(dāng)一個(gè)數(shù)碼管的段和小數(shù)點(diǎn)全部點(diǎn)亮的時(shí)候，大約需要電流50—80mA，為使三極管工作在飽和狀態(tài)并到達(dá)數(shù)碼管全部顯示時(shí)的驅(qū)動(dòng)電流，基極電流的100倍需要大于發(fā)射極和集電極這間的電流，所以三極管接了一個(gè)1K的限流電阻。三級(jí)管的開(kāi)關(guān)作用由P1^0口和P1^1口控制。設(shè)定時(shí)間需要按鍵，為了操作方便和編程方便設(shè)計(jì)了三個(gè)獨(dú)立按鍵，每個(gè)獨(dú)立按鍵設(shè)計(jì)了兩種功能。按鍵按下后單片機(jī)I/O口被置低，三個(gè)按鍵分別用作時(shí)間的加，減和定時(shí)器的開(kāi)關(guān)，按鍵信號(hào)分別由p1^4口p1^5口和p1^6口輸入單片機(jī)！電源電路設(shè)計(jì)了兩路，一路是用USB接口供電，比擬方便，另一路就是外接電源，可以將3—5V電源正負(fù)極接在相應(yīng)插針上對(duì)定時(shí)器供電！硬件電路圖的繪制： 因?yàn)楸葦M熟悉altiumdesigner這個(gè)EDA常用軟件的使用，所以我選擇用這個(gè)軟件完成定時(shí)器硬件電路原理圖的繪制和PCB的繪制。1.電路原理圖：元件符號(hào)根本都是軟件庫(kù)文件里面符號(hào)，數(shù)碼管用的是遠(yuǎn)光的共陽(yáng)數(shù)碼管，庫(kù)文件里面沒(méi)有找到這個(gè)數(shù)碼管的原理圖，就自己畫(huà)了原理圖和封裝。2.PCB圖：PCB排版的時(shí)候遵守的幾個(gè)原那么：定時(shí)器數(shù)碼管要顯而易見(jiàn)便于觀察時(shí)間，按鍵操作要方便，布線勁量短和簡(jiǎn)單，雙面板布線頂層與底層布線相互垂直3.PCB板3D視圖：4.實(shí)物圖：Keil編譯與proteus仿真：4.1.Keil編譯4.2.proteus仿真：將編寫好的c程序加載到keil軟件中，生成的hex文件再加載到proteus的單片機(jī)中，仿真完全通過(guò)。程序設(shè)計(jì)思路與程序框圖：5.1程序設(shè)計(jì)思路：在程序中用到了兩個(gè)定時(shí)器和兩個(gè)中斷，定時(shí)器0主要用作數(shù)碼管計(jì)時(shí)，每過(guò)一秒，數(shù)碼管顯示時(shí)間減一秒，減到零時(shí)停止計(jì)數(shù)并點(diǎn)亮報(bào)警小燈和翻開(kāi)蜂鳴器報(bào)警。它的工作原理是利用程序使定時(shí)器0每1毫秒產(chǎn)生一次時(shí)間中斷，以1000次時(shí)間中斷定義一秒，再利用程序?qū)Φ玫降拿霐?shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，再對(duì)得到的秒數(shù)分別對(duì)10整除和取余數(shù)得到數(shù)碼管顯示的十位和個(gè)位，通過(guò)定時(shí)器0每1毫秒刷新數(shù)碼管一次將秒數(shù)顯示出來(lái)，定時(shí)結(jié)束后，進(jìn)入中斷1，點(diǎn)亮小燈和翻開(kāi)蜂鳴器報(bào)警。中斷0主要用作數(shù)碼管的掃描和定時(shí)并在定時(shí)結(jié)束后翻開(kāi)報(bào)警小燈，報(bào)警蜂鳴器以及進(jìn)入中斷1效勞子程序。定時(shí)器1和中斷1用作產(chǎn)生不同頻率的波形送給蜂鳴器讓蜂鳴器報(bào)警。主函數(shù)中初始化各個(gè)變量和函數(shù)后，首先進(jìn)入中斷0效勞子程序，然后循環(huán)進(jìn)行按鍵的掃描。5.2定時(shí)器工作方式設(shè)置：5.3特殊功能存放器TCON的設(shè)置：5.4中斷標(biāo)號(hào)的查詢：.定時(shí)器程序詳細(xì)程序框圖：初始化初始化中斷0效勞子程序定時(shí)器0每次定時(shí)1毫秒Flag=1定時(shí)器開(kāi)始每秒減1計(jì)時(shí)，num-1計(jì)數(shù)定時(shí)器定時(shí)次數(shù)numbernumber=1000刷新數(shù)碼管num=0停止計(jì)時(shí)，點(diǎn)亮報(bào)警小燈，翻開(kāi)蜂鳴器翻開(kāi)中斷1，進(jìn)入中斷效勞子程序刷新數(shù)碼管按鍵1按下延時(shí)去抖按鍵1放開(kāi)按鍵1是否長(zhǎng)按按鍵長(zhǎng)按計(jì)時(shí),key_num+1長(zhǎng)按模式，計(jì)時(shí)連加num<99翻開(kāi)蜂鳴器num<99num+1按鍵2按下延時(shí)去抖按鍵2放開(kāi)按鍵2是否長(zhǎng)按按鍵長(zhǎng)按計(jì)時(shí),key_num+1長(zhǎng)按模式，計(jì)時(shí)連減num>0翻開(kāi)蜂鳴器num>0num-1YNNNNN按鍵3按下延時(shí)去抖按鍵3放開(kāi)翻開(kāi)蜂鳴器關(guān)閉蜂鳴器關(guān)閉蜂鳴器num=99Nnum=99num=0num=0YYYYY是YY關(guān)閉蜂鳴器翻開(kāi)定時(shí)標(biāo)志，計(jì)數(shù)加1，關(guān)閉中斷0，關(guān)閉報(bào)警小燈count=2暫停計(jì)數(shù)，熄滅小燈和關(guān)閉蜂鳴器YYNYNNNYNNNYNYNNY定時(shí)器1效勞子程序：目的是產(chǎn)生不規(guī)那么的脈沖送給蜂鳴器，讓蜂鳴器以不同響聲報(bào)警。定時(shí)器1效勞子程序定時(shí)器1效勞子程序定時(shí)器定時(shí)，上下為分別是FE,FRQ定時(shí)器定時(shí)，上下為分別是FE,FRQFRQ-1FRQ-1蜂鳴器翻開(kāi)和關(guān)閉相轉(zhuǎn)換蜂鳴器翻開(kāi)和關(guān)閉相轉(zhuǎn)換相關(guān)計(jì)算：定時(shí)器每經(jīng)過(guò)一個(gè)機(jī)器周期定時(shí)器加1，51單片機(jī)的一個(gè)機(jī)器周期默認(rèn)包括12個(gè)時(shí)鐘周期，這次用的定時(shí)器0和定時(shí)器1都是16位定時(shí)器，最高計(jì)數(shù)能到達(dá)65535,因?yàn)橛玫氖?1.0592M晶振，所以設(shè)定1毫秒的定時(shí)計(jì)算如下：12*〔65535-X〕X=64615將十進(jìn)制的X=64615轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制得到FC67,定時(shí)器的上下位分別是：THXx=FC,TLx=67.7總結(jié)：本次試驗(yàn)是一個(gè)基于STC89C51的定時(shí)器設(shè)計(jì)，根據(jù)老師提供的設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)中需要用到數(shù)碼管，按鍵和報(bào)警小燈等，在硬件電路的設(shè)計(jì)中考慮了一下上電復(fù)位的時(shí)候單片機(jī)的引腳都置高電平了，接小燈和蜂鳴器和數(shù)碼管的時(shí)候都特別注意了一下，防止上電復(fù)位對(duì)設(shè)計(jì)造成影響。在這次設(shè)計(jì)中我對(duì)三極管和數(shù)碼管的用法和接線有了更加深刻的理解。在寫程序的時(shí)候，第一次是一次性把所有的程序給寫完的，包括數(shù)碼管的顯示，按鍵的掃描，中斷的調(diào)用等，但是仿真的時(shí)候出不來(lái)結(jié)果。然后就一個(gè)一個(gè)模塊調(diào)試，先調(diào)試的是數(shù)碼管，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)刷新時(shí)間還是有較高要求的，時(shí)間太長(zhǎng)會(huì)閃爍，時(shí)間太短會(huì)造成重影，用了兩個(gè)數(shù)碼管，最后調(diào)整在大約3毫秒。調(diào)試按鍵的時(shí)候出現(xiàn)按一次跳變幾個(gè)數(shù)的情況，原因是按鍵沒(méi)有硬件去抖也沒(méi)有軟件去抖，因?yàn)檐浖ザ兑餐脤?shí)現(xiàn)的，就決定了在程序里面軟件去抖，最后去抖延時(shí)調(diào)整在大約15毫秒，按鍵可以很好的被識(shí)別。每個(gè)按鍵設(shè)計(jì)了兩種功能，對(duì)按鍵沒(méi)有放開(kāi)的時(shí)候進(jìn)行了計(jì)時(shí)，超過(guò)2秒就認(rèn)為到達(dá)長(zhǎng)按模式，這個(gè)調(diào)試的時(shí)候也出現(xiàn)過(guò)問(wèn)題，就是按鍵去抖延時(shí)太長(zhǎng)或者太短的時(shí)候，按下去很久數(shù)碼管依舊刷新不了，放開(kāi)的時(shí)候會(huì)加1，最后按鍵去抖大約10到15毫秒的時(shí)候這個(gè)問(wèn)題就不出現(xiàn)了。本來(lái)想讓報(bào)警小燈閃爍的，但是在中斷里面加程序的時(shí)候出現(xiàn)了死循環(huán)，最后就讓小燈常亮了，這是一個(gè)缺陷，蜂鳴器程序是在中斷1里面的，本來(lái)想加警車報(bào)警聲音的，但是延時(shí)控制的不是很好，這也是一個(gè)缺陷。最后定時(shí)器還是能完全實(shí)現(xiàn)老師要求的功能的。再同學(xué)們?nèi)?shí)驗(yàn)室調(diào)試的時(shí)候，感謝老師對(duì)芯片用法的細(xì)心指導(dǎo)。8定時(shí)器程序清單：#include<reg51.h>//................................................................................////............................全局定義數(shù)據(jù)類型.....................................////..................................................................................//typedefunsignedcharuint8;typedefunsignedintuint16;typedefunsignedlonguint32;//...................................................................................////.........................定義數(shù)碼管顯示數(shù)字和一些全局變量.........................////...................................................................................//uint8codeDuanma[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};uint8Tempdata[2];uint8num,count;uint32number,frq;//....................................................................................////................................端口的定義..........................................////....................................................................................//sbitSEG1=P1^0; //數(shù)碼管1sbitSEG2=P1^1; //數(shù)碼管2sbitKEY1=P1^4;//獨(dú)立按鍵1sbitKEY2=P1^5;//獨(dú)立按鍵2sbitKEY3=P1^6; //獨(dú)立按鍵3sbitLED=P1^3; //報(bào)警小燈sbitBUZZ=P1^2; //蜂鳴器bitflag;//......................................................................................////.....................................函數(shù)聲明.........................................////......................................................................................//voiddelay2x(uint8t);voiddelay(uint8t);voiddisplay(void);voidtimer0_init(void);voidtimer1_init(void);//.....................................................................................////........................................主函數(shù).......................................////.....................................................................................//main(){ uint8key_num=0; //按鍵長(zhǎng)按計(jì)時(shí)，時(shí)間到了，表示按鍵長(zhǎng)按 flag=0; //計(jì)時(shí)標(biāo)志 num=0; //數(shù)碼管計(jì)數(shù)初值KEY1=1; //按鍵初始化 KEY2=1; KEY3=1; timer0_init(); //中斷初始化 timer1_init(); while(1) //按鍵的循環(huán)掃描程序 { if(!KEY1) //按鍵1掃描程序，定時(shí)器時(shí)間加按鍵 { delay(15); //按鍵去抖 BUZZ=0; //按鍵按下后蜂鳴器響一下 if(!KEY1) //判斷按鍵是否按下 { while(!KEY1) //等待按鍵放開(kāi)和進(jìn)入長(zhǎng)按模式 { BUZZ=0; key_num++; delay(10); if(key_num==200) //判斷是否進(jìn)入長(zhǎng)按模式 { key_num=0; while(!KEY1) { if(num<99) //判斷數(shù)碼管顯示是否到達(dá)了最大值99 num++; Tempdata[0]=num/10; //取數(shù)碼管顯示的十位數(shù) Tempdata[1]=num%10; //取數(shù)碼管顯示的個(gè)位數(shù) delay(510); //長(zhǎng)按延時(shí)，調(diào)節(jié)數(shù)碼管顯示不閃爍不重影 } } } BUZZ=1; //蜂鳴器關(guān)閉 key_num=0; if(num<99) num++; } } if(!KEY2) //按鍵2掃描程序，定時(shí)器時(shí)間減按鍵，同按鍵1 { delay(15); BUZZ=0; if(!KEY2) { while(!KEY2) { BUZZ=0; key_num++; delay(15); if(key_num==200) { //key_num=0; while(!KEY2) { if(num>0) num--; Tempdata[0]=num/10; Tempdata[1]=num%10; delay(510); } } } BUZZ=1; key_num=0; if(num>0) num--; } } Tempdata[0]=num/10; Tempdata[1]=num%10; if(!KEY3) //按鍵3掃描程序，開(kāi)始暫停按鍵 { delay(15); //按鍵去抖 BUZZ=0; if(!KEY3) { while(!KEY3) BUZZ=0; //翻開(kāi)蜂鳴器 BUZZ=1; //關(guān)閉蜂鳴器 ET1=0; //關(guān)閉定時(shí)器1中斷 TR1=0; //關(guān)閉定時(shí)器1的開(kāi)關(guān) count++; //計(jì)數(shù)，用于判斷標(biāo)志位 flag=1; //置標(biāo)志位，暫停，開(kāi)始計(jì)時(shí)和關(guān)閉計(jì)時(shí)結(jié)束報(bào)警功能 if(count==2) { count=0; //暫停計(jì)數(shù) flag=0; LED=1; //熄滅小燈 BUZZ=1; //關(guān)閉蜂鳴器 } } } } } //..................................................................................////..............................定時(shí)器0中斷效勞子程序...............................////..................................................................................// voidinterrupt_timer0()interrupt1{ TH0=0xfc; //定時(shí)器0定時(shí)1ms TL0=0x67; if(flag) //判斷是否開(kāi)始計(jì)時(shí) { number++; if(number==1100) //定時(shí)1s { if(num) //防止按鍵3誤操作時(shí)程序跑飛 { num--; number=0; Tempdata[0]=num/10; Tempdata[1]=num%10; display(); if(num==0) //定時(shí)結(jié)束 { flag=0; //不在繼續(xù)定時(shí)掃描 Tempdata[0]=0; Tempdata[1]=0; BUZZ=0; //蜂鳴器報(bào)警 LED=0; //報(bào)警小燈點(diǎn)亮 ET1=1; //翻開(kāi)定時(shí)器1中斷 TR1=1; //翻開(kāi)定時(shí)器1開(kāi)關(guān) } } } } display(); //刷新數(shù)碼管}//..............................................................................////....................................延時(shí)函數(shù)..................................////..............................................................................//voiddelay2x(uint8t){ while(--t);}voiddelay(uint8t){ while(--t) { delay2x(300); delay2x(300); } }//..............................................................................////..............................數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描函數(shù)..............................////..............................................................................//voiddisplay(void){ SEG2=0; SEG1=1;//數(shù)碼管給位選 P0=0xff; SEG1=1; P0=Duanma[Tempdata[0]];//數(shù)碼管給段選 delay(2); SEG1=0; SEG2=1; P0=0xff; SEG2=1; P0=Duanma[Tempdata[1]];}//...................................