畢業(yè)設(shè)計（論文）基于51單片機(jī)的9999秒倒計時器設(shè)計

1、課題名稱基于51單片機(jī)的9999秒倒計時器設(shè)計內(nèi)容及要求1、設(shè)計目的：綜合運(yùn)用己學(xué)課程的基本知識，獨(dú)立進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)開發(fā)工作，掌握單片機(jī)程序設(shè)計、調(diào)試，應(yīng)用電路設(shè)計、分析及調(diào)試檢測。2、技術(shù)指標(biāo)：1)、應(yīng)用mcs-51單片機(jī)設(shè)計倒計時器電路。2)、選用4位led數(shù)碼顯示，倒計時間分4檔可選，9999-0s，0999-0s，0099-0s，0009-0s3)、硬件設(shè)計根據(jù)設(shè)計的任務(wù)選定合適的單片機(jī)，根據(jù)控制對象設(shè)計接口電路。設(shè)計的單元電路必須有工作原理，器件的作用，分析和計算過程4)、軟件設(shè)計根據(jù)電路工作過程，畫出軟件流程圖，根據(jù)流程圖編寫相應(yīng)的程序，進(jìn)行調(diào)試并打印程序清單；5)、原理圖設(shè)計

2、根據(jù)所確定的設(shè)計電路，利用protel等有關(guān)工具軟件繪制電路原理圖、pcb板圖、提供元器件清單?；竟ぷ髁恳笸瓿少Y料及文獻(xiàn)的查找、方案的初步設(shè)計、pcb板的設(shè)計、硬件的設(shè)計、軟件流程的設(shè)計、系統(tǒng)的綜合調(diào)試、實(shí)習(xí)報告。進(jìn)度計劃起止時間工作內(nèi)容第一周第二周第三周第四周第五周第六周第七周第八周熟悉畢業(yè)設(shè)計方案，查閱相關(guān)資料完成方案的初步設(shè)計，開題報告電路的仿真和pcb板的設(shè)計軟件流程的設(shè)計和軟件的編寫完成軟件的編寫與調(diào)試硬件電路的裝配與調(diào)試電路的軟硬件綜合調(diào)試完成畢業(yè)設(shè)計參考文獻(xiàn)1李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)（簡明修訂版）.北京航空航天大學(xué)出版社，19982李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ).北京航空航天大學(xué)出版

3、社，19943閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）. 北京高等教育出版社，19894 趙晶prote199高級應(yīng)用m人民郵電出版社，20005 鄭步生，吳渭multisim200l電路設(shè)計及仿真入門與應(yīng)用m電子工業(yè)出版社，20026 沈美明，溫冬嬋ibmpc匯編語言程序設(shè)計m.清華大學(xué)出版社，2001重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）系 部： 自動化系 專 業(yè) 班 級： 08計控301 課 題 名 稱：基于51單片機(jī)的9999秒倒計時器設(shè)計 指 導(dǎo) 教 師： 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號： 二o一 一 年 四月目錄一. 緒論6二總體設(shè)計方案72.1設(shè)計要求7三at89c52單片機(jī)介紹73.1單片機(jī)結(jié)

4、構(gòu)介紹73.2單片機(jī)組成原理9四復(fù)位電路工作原理94.1上電自動復(fù)位原理10五數(shù)碼管顯示電路125.1 led數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)135.2 led數(shù)碼顯示器的分類155.3 led數(shù)碼顯示方式16六時鐘電路模塊17七程序設(shè)計及原理圖187.1程序設(shè)計187.2原理圖237.3 pcb圖237.4元件清單24八結(jié)束語25九參考文獻(xiàn)26摘要近年來隨著計算機(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，同時帶動著傳統(tǒng)控制檢測日新月異的更新。由于單片機(jī)具有體積小、易于產(chǎn)品化、面向控制、集成度高、功能強(qiáng)、可靠性高、價格低等特點(diǎn)，其在工業(yè)控制、機(jī)電一體化、智能儀表、通信等諸多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。在實(shí)

5、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。但是僅單片機(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。本論文針對倒計時系統(tǒng)的設(shè)計的需求，介紹了mcs-51單片機(jī)的部分基本原理，如51單片機(jī)的接口功能、中斷、定時器等等。倒計時系統(tǒng)需要用到鎖存器、led數(shù)碼顯示器等主要模塊，通過不同的模塊之間相互作用，完成倒計時的初步硬件結(jié)構(gòu)。對于倒計時器中的led數(shù)碼顯示器來說，采用以軟件為主的接口方法，即采用keil uvision3軟件程序進(jìn)行譯碼?！娟P(guān)鍵詞】倒計時器 單片機(jī) 矩陣鍵盤 keil uvision3 led數(shù)碼顯示器 一總體設(shè)

6、計方案 倒計時器以at89c52單片機(jī)為核心，起著控制作用。系統(tǒng)包括四位數(shù)碼管顯示電路，按鍵電路，復(fù)位電路，時鐘電路。倒計時的總體設(shè)計思路分為五個模塊：按鍵電路模塊，復(fù)位電路，晶振電路模塊，at89c52，數(shù)碼管顯示電路模塊。2.1設(shè)計要求：1)、應(yīng)用mcs-51單片機(jī)設(shè)計倒計時器電路。2)、選用4位led數(shù)碼顯示，倒計時間分4檔可選，9999-0s，0999-0s，0099-0s，0009-0s3)、硬件設(shè)計根據(jù)設(shè)計的任務(wù)選定合適的單片機(jī)，根據(jù)控制對象設(shè)計接口電路。設(shè)計的單元電路必須有工作原理，器件的作用，分析和計算過程4)、軟件設(shè)計根據(jù)電路工作過程，畫出軟件流程圖，根據(jù)流程圖編寫相應(yīng)的程序

7、，進(jìn)行調(diào)試并打印程序清單；5)、原理圖設(shè)計根據(jù)所確定的設(shè)計電路，利用protel等有關(guān)工具軟件繪制電路原理圖、pcb板圖、提供元器件清單。二、硬件設(shè)計1 80c52單片機(jī)80c52 芯片內(nèi)部集成了 cpu、ram、rom、定時/計數(shù)器和i/o口等各功能部件，并由內(nèi)部總線把這些部件連接在一起。80c52單片機(jī)內(nèi)部包含以下一些功能部件：一個8位cpu；一個片內(nèi)振蕩器和時鐘電路；4kb rom（80c51有4kb掩膜rom，87c51有4kb eprom，80c31片內(nèi)有無rom）； 128b內(nèi)ram； 可尋址64kb的外rom和外ram控制電路； 兩個16位定時/計數(shù)器； 21個特許功能寄存器；

8、4個8位并行i/o口，共32條可編程i/o端線； 一個可編程全雙工串行口；5個中斷源，可設(shè)置成2個優(yōu)先級。振蕩器及時序 osc8051cpu程序存儲器4kb rom數(shù)據(jù)存儲器256b2個16位定時器/計數(shù)器64k總線擴(kuò)展控制器可編程i/o可編程全雙工串行口不同型號mcs-51單片機(jī)cpu處理能力和指令系統(tǒng)完全兼容，只是存儲器和i/o接口的配置有所不同。其中8051主要包括算術(shù)/邏輯部件alu、累加器a、只讀存儲器rom、隨機(jī)存儲器ram、程序計數(shù)器pc、定時器/計數(shù)器、i/o接口電路等，還有堆棧寄存器sp等部件。這些部件集成在一塊芯片上，通過內(nèi)部總線連接，構(gòu)成完整的微型計算機(jī)。2復(fù)位電路復(fù)位是

9、單片機(jī)的初始化操作，只需給at89c52的復(fù)位引腳rst加上大于2個機(jī)器周期（即24個時鐘振蕩周期）的高電平就可得單片機(jī)復(fù)位.復(fù)位時，pc初始化為0000h，使單片機(jī)從out單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，由于程序運(yùn)行出錯或操作錯誤而使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)。為擺脫死鎖狀態(tài)，也需按復(fù)位鍵使得rst腳為高電平，使單片機(jī)重新啟動。在系統(tǒng)中，有時會出現(xiàn)顯示不正常。為了調(diào)試方便，需要設(shè)計一個復(fù)位電路。at89c52單片機(jī)復(fù)位電路共有上電復(fù)位、按鍵電平復(fù)位和按鍵脈沖復(fù)位。本系統(tǒng)的復(fù)位電路主要完成系統(tǒng)的上電復(fù)位和系統(tǒng)在運(yùn)行時用戶的按鍵復(fù)位功能。復(fù)位電路可由簡單的rc電路構(gòu)成，也可使用其它的相對復(fù)

10、雜，但功能更完善的電路。本系統(tǒng)采用的電路工作原理是：上電瞬間，rc電路充電，reset引腳端出現(xiàn)正脈沖，只要reset保持10ms以上高電平，就能使單片機(jī)有效的復(fù)位。當(dāng)時鐘頻率選用12mhz時，c取10uf，r取10k，上電自動復(fù)位電路由上電瞬間c與r構(gòu)成充電電路，reset端的電位與電源vcc相同，隨著充電電流的減少，reset的電位逐漸下降。rc時間常數(shù)越大，上電時reset端保持高電平的時間越長，這組參數(shù)足以保證復(fù)位操作。若復(fù)位電路失效，加電后cpu從一個隨機(jī)的狀態(tài)開始工作，系統(tǒng)就不能正常運(yùn)行。按鍵s5的功能是按鍵復(fù)位，按下s5鍵時rst為高電平，只要保持10ms以上的高電平，就可以使單

11、片機(jī)復(fù)位。按鍵復(fù)位用在系統(tǒng)運(yùn)行時的復(fù)位，使系統(tǒng)重新運(yùn)行。3上電自動復(fù)位電路rst 引腳是復(fù)位信號的輸入端，只要高電平的復(fù)位信號持續(xù)兩個機(jī)器周期以上的有效時間，就可以使單片機(jī)上電復(fù)位。上電自動復(fù)位是通過電容充電實(shí)現(xiàn)的，上電瞬間，rst 端電位與vcc 相同，隨充電電流的減少，rst 的電位逐漸下降，直到復(fù)位信號無效。按鍵復(fù)位在此不在作過多的介紹，其原理和上電復(fù)位是相同的。但其采用的是脈沖復(fù)位電路和電平復(fù)位電路兩種。本電路應(yīng)用定時器0方式1工作方式，該方式是一個16 位計數(shù)器的計時中斷法。所以工作方式寄存器tmod的m1m0兩位為01。設(shè)置定時器模式時，加1計數(shù)器是對內(nèi)部機(jī)器周期計數(shù)（1個機(jī)器周期

12、等于12個振蕩周期，即計數(shù)頻率為晶振頻率的1/12）。比如，12m的晶振每秒可產(chǎn)生1m的機(jī)器周期1，50ms就是50000個機(jī)器周期，定時器0工作方式1工作，計數(shù)長度為=65536個外部脈沖，65536-50000周期=初值15536，從15536開始計數(shù)，總共累加50000次計數(shù)器產(chǎn)生一次溢出，所以定時器的高八位和低八位th0和tl0的值為：th0 = (65536-time)/256；tl0 = (65536-time)%256；其中time=50000；其中tl0是低八位當(dāng)達(dá)到256的時候，向高八位進(jìn)1，然后低八位重新計數(shù)，所以高八位對差值求整，低八位對差值求余。由于采用的是定時器0所以

13、tmod的高四位為0000；選通控制只要用軟件使tr0就啟動了定時器，所以門控位gate為0；表示設(shè)置為定時方式。所以工作方式tmod=0000 0001h=0x01h。復(fù)位電路：4顯示電路顯示功能與硬件關(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。通常在顯示上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，所耗得電能較大；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)計中，為了減少端口資源，降低電能消耗，采用的是動態(tài)顯示方法

14、。本系統(tǒng)的倒計時時間的最大范圍是9999秒，要求精確到秒，顯示格式是9999/999/99/9。從格式可知數(shù)碼管顯示電路要用到4位數(shù)碼管?？紤]到數(shù)碼管的段和位比較多，本系統(tǒng)選了兩個4位一體的共陽數(shù)碼管和一個一位的共陽數(shù)碼管。數(shù)碼管有段選和位選控制，在此電路中有8個位選，8個段選，分別用單片機(jī)的p0口和p1進(jìn)行8個位的控制。5.1 led 數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu) led 數(shù)碼顯示器是一種有 led 發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件。它使用了 8 個 led 發(fā)光二極管，其中 7 個用于顯示字符，剩下的一個用于顯示小數(shù)點(diǎn)，故通常稱之為 7 段發(fā)光二極管數(shù)碼器。在數(shù)碼管中，若將二極管的陽極連在一起，稱為共

15、陽極數(shù)碼管；若將二極管的陰極連在一起，稱為共陰極數(shù)碼管。如圖3.7所示。圖3.7 (a)為a到g在數(shù)碼管的編排，(b)分別為共陰極、共陽極電路當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時，它就會發(fā)光。每個二極管就是一個筆畫，若干個二極管發(fā)光時，就構(gòu)成了一個顯示字符。若將單片機(jī)的i/o口與數(shù)碼管的ag及h相連，高電平的位對應(yīng)的發(fā)光二極管亮，即i/o輸出不同的代碼，就可以控制數(shù)碼管顯示不同的字符。例如：當(dāng)i/o輸出得代碼為0011 1111時，數(shù)碼管顯示的字符為0。這樣形成的顯示字符的代碼稱為顯示代碼或者段選碼。本次設(shè)計的實(shí)驗(yàn)板用的共陰led顯示器，根據(jù)電路連接圖16進(jìn)制數(shù)字的顯示代碼如表3.1所示2。表3.1 16進(jìn)制數(shù)

16、字的顯示代碼16進(jìn)制hgfedcba顯示代碼0001111113fh10000011006h2010110115bh3010011114fh40110011066h5011011016dh6011111017dh70000011107h8011111117fh9011011116fha0111011177hb011111007chc0011100139hd010111105ehe0111100179hf0111000171h.1000000080h5.3 led 數(shù)碼管顯示方式led顯示器工作方式有兩種：靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。靜態(tài)顯示的特點(diǎn)是每個數(shù)碼管的段選必須接一個8位數(shù)據(jù)線來保持顯示

17、的字形碼。當(dāng)送入一次字形碼后，顯示字形可一直保持，直到送入新字形碼為止。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是占用cpu時間少，顯示便于監(jiān)測和控制。缺點(diǎn)是硬件電路比較復(fù)雜，成本較高。本次設(shè)計采用的是動態(tài)顯示方式。動態(tài)顯示的特點(diǎn)是將所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效。選亮數(shù)碼管采用動態(tài)掃描顯示。所謂動態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應(yīng)的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時都在顯示。動態(tài)顯示的亮度比靜態(tài)顯示要差一些，所以在選擇限流電阻時應(yīng)略小于靜態(tài)顯示電路中的。 六時鐘電路模塊時鐘是單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時鐘頻率為基準(zhǔn)有條不紊地

18、一拍一拍地工作的。因此，時鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)得穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有兩種方式：一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種是外部時鐘方式。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。本系統(tǒng)使用的是內(nèi)部時鐘方式。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)。七軟件設(shè)計 7.1 程

19、序設(shè)計#includesbit key1=p32;sbit key2=p33;sbit key3=p34;sbit key4=p35;unsigned char keyv,tempkeyv; sbit p34=p13;sbit p35=p12;sbit p36=p11;sbit p37=p10;sbit jdq=p20;sbit beep=p21;unsigned int js;unsigned int ds;unsigned char jsflag;static unsigned int i;unsigned char code leddis=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99

20、,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff,0xbf;unsigned char code table =0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;void delay(unsigned int ii)unsigned int jj;for(;ii0;ii-)for(jj=0;jj0;iii-)for(jjj=0;jjj60;jjj+);void main()ea = 1;/允許cpu中斷et0 = 1; /定時器0中斷打開tmod = 0x1;/設(shè)定時器0為

21、模式1，16位模式th0=0xb1;tl0=0xdf;/設(shè)定時值為tr0 = 1;ds=0;keyv = 0;tempkeyv = 0;jsflag=0;while(1);void keyanddis_time0(void) interrupt 1 using 2th0=0xb1;tl0=0xdf;/設(shè)定時值為if (!key1)keyv = 1;if (!key2)keyv = 2;if (keyv!= 0) /有鍵按下delay(10); /延時防抖 按下10ms再測if (!key1)tempkeyv = 1;if (!key2)tempkeyv = 2;if (keyv = tempk

22、eyv) if (keyv = 1)jsflag=0;if(ds=0)ds=600; if(key1=1)ds=9999;if(key2=1)ds=999;if(key3=1)ds=99;if(key4=1)ds=9;js=js+1;jdq=0; if(js=45)beep=0;if(js=50)js=0;ds=ds-1;beep=1;if(keyv=2)jsflag=1;if(jsflag=1)jdq=1;if(ds=0)jdq=1;jsflag=1;keyv=0;p0=leddisds/1000;p34=0;delay500(5);p34=1;p0=leddisds/100%10;p35=

23、0;delay500(5);p35=1;p0=leddisds/10%10;p36=0;delay500(5);p36=1;p0=leddisds%10;p37=0;delay500(5);p37=1;7.2 原理圖7.3 pcb圖7.4 元件清單名稱參數(shù)和型號數(shù)量單片機(jī)at89c521塊pnp三極管s85504個電阻1k9個4709個10k（8位排阻）1個10k1個數(shù)碼管1個共陽4位數(shù)碼管1個瓷片電容30pf2個晶振12m1個杜邦線單若干電解電容10uf1個排針大1排微動開關(guān)5個蜂鳴器1個單片機(jī)插座40腳1個八結(jié)束語用單片機(jī)及有關(guān)電子元件設(shè)計的倒計時器類型很多，也有較多的實(shí)用電路參考。但具體電路結(jié)構(gòu)要根據(jù)應(yīng)用范圍來進(jìn)行有針對性的設(shè)計。應(yīng)做到電路實(shí)用，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，方便使用，定型穩(wěn)的標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)具有較強(qiáng)的可操作性。 本設(shè)計方案是對單片機(jī)倒計時器的一個起草，若有不成熟的地方