單片機(jī)課程設(shè)計(jì)倒計(jì)時(shí)秒表.doc

一、設(shè)計(jì)目的此次設(shè)計(jì)是我們更進(jìn)一步了解基本電路的設(shè)計(jì)流程，提高自己的設(shè)計(jì)理念，豐富自己的理論知識(shí)，鞏固所學(xué)知識(shí)，使自己的動(dòng)手動(dòng)腦能力有更進(jìn)一步提高，為自己今后的學(xué)習(xí)和工作打好基礎(chǔ)，為自己的專業(yè)技能打好基礎(chǔ)。通過(guò)解決實(shí)際問(wèn)題，鞏固和加深“單片機(jī)原理與應(yīng)用”課程中所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，基本掌握單片機(jī)應(yīng)用電路的一般設(shè)計(jì)方法提高電子電路的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，加深?duì)單片機(jī)軟硬知識(shí)的理解，獲得初步的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)以后從事生產(chǎn)和科研工作打下一定的基礎(chǔ)。本次設(shè)計(jì)注重對(duì)單片機(jī)工作原理以及鍵盤控制及顯示原理的理解，以便今后自己在單片機(jī)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)和開(kāi)發(fā)打下基礎(chǔ)，提高自己的動(dòng)手能力和設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，豐富自己的理論知識(shí)，做到理論和實(shí)踐相結(jié)合。本次設(shè)計(jì)的重要意義還在于對(duì)單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作狀態(tài)做更進(jìn)一步的了解，同時(shí)還對(duì)單片機(jī)的接口技術(shù)，中斷技術(shù)，存儲(chǔ)方式和控制方式作更深層次的了解。掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)過(guò)程、方法及實(shí)現(xiàn)，強(qiáng)化單片機(jī)應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)與分析能力。提高學(xué)生在單片機(jī)應(yīng)用方面的實(shí)踐技能和科學(xué)作風(fēng);培育學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識(shí)解決問(wèn)題的能力，實(shí)現(xiàn)理論結(jié)合實(shí)際，學(xué)以至用的原則。用所學(xué)的知識(shí)和自身課外的拓展學(xué)習(xí)加深對(duì)專業(yè)課的理解和學(xué)習(xí)；鍛煉綜合運(yùn)用電路設(shè)計(jì)及相關(guān)電子儀器、單片機(jī)軟硬件結(jié)合的理論，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際分析和解決工作工程實(shí)際問(wèn)題的能力，加固、加深和擴(kuò)展有關(guān)電子類，匯編語(yǔ)言，相關(guān)電子電路和仿真軟件方面的知識(shí)和能力。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，應(yīng)加強(qiáng)培養(yǎng)如下能力：(1)加強(qiáng)自身獨(dú)立的動(dòng)手能力和思考解決問(wèn)題的能力，提高創(chuàng)造能力；(2)學(xué)會(huì)使用軟件Proteus畫原理圖和仿真調(diào)試。(3)學(xué)會(huì)基本焊接電路板的技能通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)加深對(duì)單片機(jī)課程的全面認(rèn)識(shí)復(fù)習(xí)和掌握，對(duì)單片機(jī)課程的應(yīng)用進(jìn)一步的了解。二、設(shè)計(jì)要求1、可以以實(shí)現(xiàn)正常秒表的所有功能，包括啟動(dòng)、暫停、復(fù)位等；2、可以自由設(shè)定倒計(jì)時(shí)時(shí)間（10s、20s、30s），并進(jìn)行倒計(jì)時(shí)；3、顯示方式自選；4、任選一款51單片機(jī)；5、擴(kuò)展功能：在秒表的基礎(chǔ)上增加時(shí)鐘功能，倒計(jì)時(shí)完成時(shí)加入報(bào)警單元，如聲音、燈光等。三、總體設(shè)計(jì)3.1總體框圖本硬件設(shè)計(jì)總共包括五部分電路：顯示電路、振蕩電路、復(fù)位電路、報(bào)警電路、按鍵電路。除了單片機(jī)工作必須的振蕩電路，復(fù)位電路外，該設(shè)計(jì)增加了報(bào)警電路用來(lái)提示倒計(jì)時(shí)完成，顯示電路用來(lái)顯示倒計(jì)時(shí)，按鍵電路用來(lái)設(shè)定倒計(jì)時(shí)間以及控制開(kāi)始暫停?？傮w設(shè)計(jì)框圖如圖3.1所示。AT89S51單片機(jī)報(bào)警電路復(fù)位電路振蕩電路顯示電路按鍵電路圖1 總體框圖3.2工作原理以AT89S51單片機(jī)為核心元件，利用兩位7 段共陽(yáng)極數(shù)碼管作為顯示器件。在此設(shè)計(jì)中共接入2個(gè)兩位一體7段共陽(yáng)LED 數(shù)碼管，來(lái)顯示實(shí)時(shí)數(shù)字，其中1個(gè)用于顯示十位，1個(gè)用于顯示個(gè)位，通過(guò)查表指令分別動(dòng)態(tài)顯示個(gè)位和十位。2個(gè)LED數(shù)碼管顯示范圍可達(dá)到O-99 。按下開(kāi)始鍵開(kāi)始計(jì)時(shí)，按下倒計(jì)時(shí)鍵開(kāi)始設(shè)定倒計(jì)時(shí)時(shí)間，再按開(kāi)始鍵開(kāi)始倒計(jì)時(shí)。利用中斷實(shí)現(xiàn)記錄，利用單片機(jī)的外部中斷0和外部中斷1來(lái)實(shí)現(xiàn)記錄和顯示，把記錄處理和顯示處理做成分別做成外部中斷0和外部中斷1的中斷服務(wù)程序，通過(guò)中斷服務(wù)程序處理不同的動(dòng)作。利用T0做一個(gè)1秒的中斷，從而實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)。另外通過(guò)數(shù)據(jù)區(qū)來(lái)記錄記錄值。通過(guò)顯示子程序來(lái)顯示當(dāng)前倒計(jì)時(shí)和記錄值。3.3主程序框圖Y有鍵按下嗎？取秒計(jì)數(shù)值轉(zhuǎn)為十進(jìn)制送顯示緩沖區(qū)調(diào)用顯示程序取得鍵值NK12,K2鍵處理K3,K4鍵處理K5,K6鍵處理圖2 主程序流程圖開(kāi)始本程序采用定時(shí)器T0產(chǎn)生1秒定時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)秒表的倒計(jì)時(shí)，采用外部中斷0來(lái)記錄不同的記錄值，通過(guò)外部中斷1來(lái)顯示已經(jīng)記錄的記錄值。在主程序中初始化各個(gè)數(shù)值并且僅僅循環(huán)執(zhí)行顯示程序，有中斷來(lái)時(shí)才轉(zhuǎn)去做相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。（1） 主程序 ORG 00HAJMP MAINORG 0BHAJMP T0INT ORG 30HMAIN: MOV SP,#60HMOV DPTR,#TABMOV TMOD,#01H ;T0定時(shí)方式1SETB EASETB ET0MOV TH0,#3CH ;50ms定時(shí)常數(shù)MOV TL0,#0B0HMOV R0,#20 ;20x50mS=1S（2） 定時(shí)中斷程序T0INT: MOV TH0,#03CH; ;定時(shí)中斷子程序。重裝定時(shí)常數(shù)MOV TL0,#0B0H;DJNZ R0,T0INTR ;50msX20=1S，未滿20次，跳出中斷子程序MOV R0,#20JNB 7FH,T0INT00 ;時(shí)間未到轉(zhuǎn)T0INT00DJNZ R3,T0INTR ;未到3 S 跳出中斷子程序CLR 7FH ;3 S時(shí)間到，清計(jì)時(shí)時(shí)間到標(biāo)志CLR TR0 ;關(guān)定時(shí)器AJMP T0INTR ;跳出中斷T0INT00: JNB 7EH,T0INT0 ;7EH為倒計(jì)時(shí)標(biāo)志，1為倒計(jì)時(shí)DEC R4 ;1,R41CJNE R4,#0,T0INTR CLR 7EH SETB 7FH ;時(shí)間到標(biāo)志AJMP T0INTRT0INT0: INC R4CJNE R4,#99,T0INTRSETB 7FH ;時(shí)間到標(biāo)志T0INTR:RETI四、各部分電路設(shè)計(jì)4.1復(fù)位電路AT89S-51單片機(jī)的復(fù)位是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的。MCS-52單片機(jī)工作之后，只要在他的RST引線上加載10ms以上的高點(diǎn)平，單片機(jī)就能有效地復(fù)位。MCS-52單片機(jī)通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種方式。最簡(jiǎn)單的按鍵復(fù)位電路如下圖：圖3 復(fù)位電路按鍵按下瞬間，RC電路充電，RST引線出現(xiàn)正脈沖，只要RST保持10ms以上的高電平，就能使單片機(jī)有效的復(fù)位。4.2 振蕩電路在AT89S-51單片機(jī)一般常用內(nèi)部時(shí)鐘方式，也就是在XTAL1和XTAL2之間連接晶體震蕩器與電容構(gòu)成穩(wěn)定的自激震蕩器，本模塊用了一個(gè)12MHZ的晶振外加兩個(gè)30pf的電容，圖4 振蕩電路4.3按鍵電路由六個(gè)相同按鍵組成，分別作為開(kāi)始，暫停，清零，倒計(jì)時(shí)，十位加一，個(gè)位加一，電路圖如下：圖5 按鍵電路4.4 兩位數(shù)碼顯示電路由兩位共陽(yáng)極LED數(shù)碼管和1k歐排阻構(gòu)成。數(shù)碼管的位由p2.1和p2.0口決定，段選由P0口決定。如下圖： 圖6 顯示電路4.5.報(bào)警電路報(bào)警電路由小揚(yáng)聲器組成，計(jì)時(shí)完成后，利用顯示子程序延時(shí)約2ms求反，產(chǎn)生250H的方波，從而揚(yáng)聲器發(fā)聲，電路如下 圖7 報(bào)警電路五、整體電路圖圖8 整體電路圖六、仿真及調(diào)試 圖9 Proteus仿真圖調(diào)試問(wèn)題及解決方法開(kāi)始在主程序的循環(huán)中沒(méi)有添加調(diào)用顯示子程序的語(yǔ)句導(dǎo)致在沒(méi)有按鍵按下的情況下LED數(shù)碼管沒(méi)有顯示。當(dāng)在主程序循環(huán)檢測(cè)按鍵的過(guò)程中添加了調(diào)用顯示子程序的語(yǔ)句后就解決了這一問(wèn)題。由于鍵盤需要消抖延時(shí)和等待按鍵釋放所以相似的情況又出現(xiàn)了按下按鍵后有一段時(shí)間LED數(shù)碼管斷續(xù)顯示或者按下按鍵后不釋放按鍵時(shí)LED數(shù)碼管沒(méi)有顯示。仔細(xì)分析后發(fā)現(xiàn)問(wèn)題出現(xiàn)的原因還是一樣的，由于本設(shè)計(jì)的LED數(shù)碼管采用了動(dòng)態(tài)顯示，故需要不斷調(diào)用顯示子程序，否則會(huì)導(dǎo)致LED數(shù)碼管沒(méi)有顯示。所以最終做了以下改進(jìn)1.按鍵的消抖延時(shí)選擇調(diào)用兩次顯示子程序每次顯示子程序大約用時(shí)5ms，兩次即為10ms左右來(lái)取代原來(lái)的10ms軟件延時(shí)。在等待按鍵釋放時(shí)使用循環(huán)調(diào)用顯示子程序來(lái)替代原來(lái)的循環(huán)等待。經(jīng)過(guò)上述兩點(diǎn)的改進(jìn)后LED數(shù)碼管無(wú)顯示或者斷續(xù)顯示的問(wèn)題就得到了徹底的解決。 七、設(shè)計(jì)總結(jié)剛接到課程設(shè)計(jì)的時(shí)候完全沒(méi)有思路，不知該如何下手，好像自己學(xué)到的東西一點(diǎn)都用不上，后來(lái)經(jīng)過(guò)翻閱資料從最基本的著手，開(kāi)始對(duì)倒計(jì)時(shí)秒表有了一點(diǎn)認(rèn)識(shí)，從單元電路到整體電路按部就班。在整個(gè)課程設(shè)計(jì)完后，總的感覺(jué)是：很累，很有壓力，但是很有收獲。在這個(gè)過(guò)程中，我的確學(xué)得到很多在書(shū)本上學(xué)不到的東西，如：如何將學(xué)過(guò)的單片機(jī)知識(shí)加以運(yùn)用，如何查找資料，如何利用計(jì)算機(jī)來(lái)畫圖以及如何利用proteus進(jìn)行單片機(jī)仿真等等。通過(guò)查閱資料、接口設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)，完成AT89S-51單片機(jī)多種資源應(yīng)用并具有綜合功能的小系統(tǒng)目標(biāo)板的設(shè)計(jì)與編程應(yīng)用。讓我不僅能夠?qū)⒄n堂上學(xué)到的理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，而且能夠?qū)﹄娮与娐?、電子元器件、印制電路板等方面的知識(shí)進(jìn)一步加深認(rèn)識(shí)，同時(shí)在軟件編程、排錯(cuò)調(diào)試、焊接技術(shù)、相關(guān)儀器設(shè)備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提高，增進(jìn)對(duì)單片機(jī)的感性認(rèn)識(shí)，加深對(duì)單片機(jī)理論方面的理解，掌握單片機(jī)的內(nèi)部功能模塊的應(yīng)用，如定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷、I/O口等。更重要的是，團(tuán)結(jié)精神，合作精神在這次課程設(shè)計(jì)中得到了很好地體現(xiàn)，僅憑我個(gè)人的力量是無(wú)法完成任務(wù)的。但現(xiàn)在回過(guò)頭來(lái)看，還是挺有成就感的，畢竟這是大學(xué)里第一次進(jìn)行實(shí)物課程設(shè)計(jì)，第一次真正的將理論轉(zhuǎn)化為實(shí)際，第一次實(shí)際接觸電路板。這是一筆無(wú)法估量的財(cái)富。對(duì)單片機(jī)有了更深刻的認(rèn)識(shí)和掌握，我感到很欣慰，付出的中就會(huì)有收獲！。但是由于理論和實(shí)際存在差距，我們成功進(jìn)行了仿真，但是在制作電路板時(shí)始終有部分功能不能實(shí)現(xiàn)，盡管我們不停地調(diào)試但是終究沒(méi)有效果，我們的倒計(jì)時(shí)秒表能實(shí)現(xiàn)自由設(shè)定時(shí)間，倒計(jì)時(shí)，報(bào)警。最令我高興的是我們?cè)O(shè)計(jì)的倒計(jì)時(shí)秒表不僅能倒計(jì)時(shí)也能正計(jì)時(shí)，這是在要求之外的。由于時(shí)間有限，只有一個(gè)星期，我相信，我們還可以實(shí)現(xiàn)更多的功能，雖然課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，但是在課余時(shí)間，我還會(huì)繼續(xù)進(jìn)行實(shí)踐，從實(shí)踐中學(xué)習(xí)知識(shí)掌握單片機(jī)！八、參考文獻(xiàn)1 張毅剛 單片機(jī)原理及應(yīng)用 高等教育出版社 2003年2 張毅剛 單片微機(jī)原理及應(yīng)用西安電子科技大學(xué)出版社 1994年3 李全利 遲榮強(qiáng) 單片機(jī)原理及接口技術(shù)北京高等教育出版社 2004年4 樓然笛 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)例指導(dǎo)北京航空航天大學(xué)出版社2004年5 何立民 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編 北京航空航天大學(xué)出版社 1993年6 梁宗善 電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)華中科技大學(xué)出版社 2009年7 李廣弟 單片機(jī)基礎(chǔ)北京航空航天大學(xué)出版社 2001年 附錄源程序代碼：STRT EQU P2.2P_S EQU P2.3CLRR EQU P2.4CDWN EQU P2.5ADJH EQU P2.6ADJL EQU P2.7 ORG 00HAJMP MAINORG 0BHAJMP T0INT ORG 30HMAIN: MOV SP,#60HMOV DPTR,#TABMOV TMOD,#01H ;T0定時(shí)方式1SETB EASETB ET0MOV TH0,#3CH ;50ms定時(shí)常數(shù)MOV TL0,#0B0HMOV R0,#20 ;20x50mS=1S MAIN1:ACALL ALARM ;調(diào)用報(bào)警子程序k1: ;按鍵檢測(cè)子程序開(kāi)始鍵LCALL DISP JB STRT,K2ACALL DISPJNB STRT,$-2AJMP STARTk2: ;暫停鍵JB P_S,K3LCALL DISPJNB P_S,$-3AJMP PAUSEK3: ;清零鍵 JB CLRR,K4LCALL DISPJNB CLRR,$-3 AJMP CLEARK4: ;倒計(jì)時(shí)鍵 JB CDWN,K5ACALL DISPJNB CDWN,$-2AJMP CDOWNK5: ;倒計(jì)時(shí)設(shè)定十位JB 7EH,K51AJMP MAIN1K51:JB ADJH,K6ACALL DISPJNB ADJH,$-2AJMP SHINCK6: ;倒計(jì)時(shí)設(shè)定個(gè)位JB 7EH,K61AJMP MAIN1K61:JB ADJL,MAIN1ACALL DISPJNB ADJL,$-2AJMP SLINCSTART: SETB TR0CLR 7DH ;開(kāi)始后此標(biāo)志清0 ，跳過(guò)顯示子程序的設(shè)定部分MOV R3,#3 ;蜂鳴3SAJMP K1 PAUSE: CLR TR0AJMP K2CLEAR: CLR TR0MOV R4,#0AJMP K3CDOWN:SETB 7EH ;倒計(jì)標(biāo)志，作倒計(jì)減1計(jì)數(shù)用SETB 7DH ;倒計(jì)標(biāo)志，作倒計(jì)設(shè)定顯示用AJMP K4SHINC:INC 23H ;23H為設(shè)定值十位緩存MOV A,23HCJNE A,#10,K5MOV 23H,#0AJMP K5SLINC:INC 22H ;22H為設(shè)定值個(gè)位緩存MOV A,22HCJNE A,#10,K6MOV 22H,#0AJMP K5ALARM:JB 7FH,ALARM0 ;7FH為時(shí)間到標(biāo)志，RAM內(nèi)存2FH的D7位AJMP ALARMRT ;時(shí)間未到，跳出報(bào)警ALARM0:CPL P1.0ACALL DISP ;利用顯示子程序延時(shí)約2ms求反，產(chǎn)生250H的方波。AJMP ALARMALARMRT:RETT0INT: MOV TH0,#03CH; ;定時(shí)中斷子程序。重裝定時(shí)常數(shù)MOV TL0,#0B0H;DJNZ R0,T0INTR ;50msX20=1S，未滿20次，跳出中斷子程序MOV R0,#20JNB 7FH,T0INT00 ;時(shí)間未到轉(zhuǎn)T0INT00DJNZ R3,T0INTR ;未到3 S 跳出中斷子程序CLR 7FH ;3 S時(shí)間到，清計(jì)時(shí)時(shí)間到標(biāo)志CLR TR0 ;關(guān)定時(shí)器AJMP T0INTR ;跳出中斷T0INT00:JNB 7EH,T0INT0 ;7EH為倒計(jì)時(shí)標(biāo)志，1為倒計(jì)時(shí)DEC R4 ;1,R41CJNE R4,#0,T0INTR CLR 7EH SETB 7FH ;時(shí)間到標(biāo)志AJMP T0INTRT0INT0:INC R4CJNE R4,#99,T0INTRSETB 7FH ;時(shí)間到標(biāo)志T0INTR:RETI DISP: JNB 7DH,DISP1MOV 20H,22H ;22H存設(shè)定個(gè)位MOV 21H,23H ;23H存設(shè)定十位MOV A,23H MOV B,#10MUL ABADD A,22HMOV R4,ADISP1:MOV A,R4MOV B,#10DIV AB ;當(dāng)前值除以10MOV 20H