單片機(jī)課程設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的定時(shí)器設(shè)計(jì)

1、一、設(shè)計(jì)要求11.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求11.2 設(shè)計(jì)方案及思路1二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)12.1 硬件電路的總體設(shè)計(jì)方案及框圖12.2 各單元硬件設(shè)計(jì)22.2.1 復(fù)位電路設(shè)計(jì)22.2.2 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)22.2.3 顯示電路設(shè)計(jì)32.2.4 主要硬件元器件介紹32.3 eda輔助設(shè)計(jì)52.3.1 定時(shí)器的原理圖52.3.2 定時(shí)器的pcb圖5三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)83.1 主程序流程圖83.2定時(shí)子程序流程圖83.3 定時(shí)器完整程序11四、系統(tǒng)軟件仿真14五、總結(jié)16六、參考文獻(xiàn)16附錄一：七段數(shù)碼管字型碼17附錄二：元器件清單17摘要：本次課程設(shè)計(jì)是基于8051單片機(jī)控制的電子定時(shí)器設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中應(yīng)用了單片中

2、斷及l(fā)ed顯示等技術(shù)，經(jīng)歷了方案設(shè)計(jì)、電路硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、軟件仿真等過程，經(jīng)過此次課程設(shè)計(jì)掌握了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程如圖所示： 一、設(shè)計(jì)要求1.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求以89c51單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)一個(gè)定時(shí)器，4位led顯示，分別顯示10分，分，10秒，秒。定時(shí)范圍從1秒到59分59秒，有按鍵設(shè)置定時(shí)時(shí)間，按開始鍵后開始計(jì)時(shí)，每過一秒刷新一次定時(shí)時(shí)間，若計(jì)時(shí)時(shí)間到，停止計(jì)時(shí)，并在led上顯示定時(shí)的時(shí)間。儀器工作過程：1、 通電或復(fù)位狀態(tài)顯示0000；2、 由按鍵設(shè)置定時(shí)時(shí)間；3、 定時(shí)開始鍵按下，開始定時(shí)，每一秒刷新一次計(jì)時(shí)時(shí)間；4、 定時(shí)時(shí)間到，停止計(jì)時(shí)，4位le

3、d顯示設(shè)定時(shí)間；5、 復(fù)位后恢復(fù)初始狀態(tài)，準(zhǔn)備進(jìn)行下一次定時(shí)。1.2 設(shè)計(jì)方案及思路根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本系統(tǒng)初步設(shè)定由單片機(jī)系統(tǒng)、鍵03、led顯示組成。1、按鍵的輸入：鍵03四個(gè)鍵作為時(shí)間設(shè)定的控制鍵，由p1口輸入2、定時(shí)的顯示電路：8051顯示電路由4位共陰極數(shù)碼管顯示，由8051的串行口輸出，并通過74ls164八位移位寄存器輸入給數(shù)碼管二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1 硬件電路的總體設(shè)計(jì)方案及框圖設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案很重要，關(guān)系設(shè)計(jì)接下來的操作程序，一下就是本設(shè)計(jì)的總體框架。按照設(shè)計(jì)要求，確定硬件電路的總體設(shè)計(jì)方案，以8051單片機(jī)為核心的控制電路，設(shè)計(jì)總框圖如圖1所示，此定時(shí)電路包含：復(fù)位

4、電路、時(shí)鐘電路、按鍵輸入、顯示電路，這些控制電路將在硬件電路主要模塊設(shè)計(jì)中詳細(xì)介紹。圖1 設(shè)計(jì)總框圖2.2 各單元硬件設(shè)計(jì)2.2.1 復(fù)位電路設(shè)計(jì)單片機(jī)在啟動時(shí)都需要復(fù)位，以使cpu及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。8051系列單片機(jī)的復(fù)位信號是從rst引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果rst引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)以上，則cpu就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動按鈕復(fù)位（如圖2所示）和上電自動復(fù)位（如圖3所示）等。在本系統(tǒng)中采用手動按鈕復(fù)位。 圖2 手動按鈕復(fù)位 圖3 上電自動復(fù)位

5、2.2.2 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路時(shí)計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏，cpu就是通過復(fù)雜的時(shí)序電路完成不同的指令功能的。mcs-51的時(shí)鐘信號可以由兩種方式產(chǎn)生：一種是內(nèi)部方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，產(chǎn)生時(shí)鐘信號；另一種為外部方式，時(shí)鐘信號由外部引入。mcs-51單片機(jī)有hmos型和chmos型，他們的時(shí)鐘電路有一定的區(qū)別。（1）、內(nèi)部時(shí)鐘方式內(nèi)部方式的時(shí)鐘電路如圖4所示。利用mcs-51內(nèi)部的高增益反相放大器，在xtal1和xtal2引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。定時(shí)元件一般采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。（2）、外部時(shí)鐘方式外部時(shí)鐘方式常用于多機(jī)系統(tǒng)，以便各個(gè)

6、單片機(jī)能夠同步工作。對外部振蕩信號無特殊要求，但需保證脈沖寬度不小于20ns，且頻率應(yīng)低于單片機(jī)所支持的最高頻率。電路如圖5所示。 圖4 內(nèi)部時(shí)鐘方式 圖5 外部時(shí)鐘方式2.2.3 顯示電路設(shè)計(jì)8051顯示電路由4位共陰極數(shù)碼管顯示，由8051的串行口輸出，并通過74ls164八位移位寄存器輸入給數(shù)碼管。如圖6所示：圖6 顯示電路2.2.4 主要硬件元器件介紹（1）單片機(jī)stc89c51芯片 8051單片機(jī)引腳圖如圖7所示圖7 8051單片機(jī)引腳圖1、主電源引腳vcc和vss vcc（40腳）接+5v電壓； vss（20腳）接地。 2、外接晶體引腳xtal1和xtal2 xtal1（19腳）接

7、外部晶體的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。 xtal2（18腳）接外晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。3、控制或與其它電源復(fù)用引腳rst/vpd、ale/prog、psen和ea/vpp rst/vpd（9腳）復(fù)位/備用電源輸入端 ale/prog（30腳）：低8位地址鎖存使能輸出端 psen（29腳）：外部程序存儲器的讀選通信號。ea/vpp（引腳）：外部程序存儲器地址允許使能端4、輸入/輸出（i/o）引腳p0、p1、p2、p3（共32根） p0口（39腳至32腳）：漏極開路的8位準(zhǔn)雙向復(fù)用i/o口p1口（1腳至8

8、腳）：內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向i/o口p2口（21腳至28腳）：內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向復(fù)用i/o口p3口（10腳至17腳）：內(nèi)部帶上拉電阻的8位多功能雙向i/o口（2）七段數(shù)碼管七段數(shù)碼管引腳圖如圖8所示：圖8 其段數(shù)碼管引腳圖 七段數(shù)碼管字型碼（見附錄一）（3）移位寄存器74ls164 74ls164引腳圖，如圖9所示 圖9 74ls164引腳圖 圖10 74ls164功能表 74ls164功能表，如圖10所示2.3 eda輔助設(shè)計(jì)eda是電子設(shè)計(jì)自動化（electronic design automation）的縮寫，在20世紀(jì)60年代中期從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（cad）、計(jì)算機(jī)輔助制造（

9、cam）、計(jì)算機(jī)輔助測試（cat）和計(jì)算機(jī)輔助工程（cae）的概念發(fā)展而來的eda技術(shù)就是以計(jì)算機(jī)為工具，設(shè)計(jì)者在eda軟件平臺上，用硬件描述語言hdl完成設(shè)計(jì)文件，然后由計(jì)算機(jī)自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至對于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。eda技術(shù)的出現(xiàn)，極大地提高了電路設(shè)計(jì)的效率和可操作性，減輕了設(shè)計(jì)者的勞動強(qiáng)度。在此次課程設(shè)計(jì)中，將主要使用protel99se來進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)。protel為設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)集成的電路設(shè)計(jì)環(huán)境，包括原理圖設(shè)計(jì)和pcb布線工具、電路仿真和集成的設(shè)計(jì)文檔管理。2.3.1 定時(shí)器的原理圖（1）原理圖繪制的

10、流程圖如圖11所示（2）定時(shí)器原理圖如圖12所示2.3.2 定時(shí)器的pcb圖（1）pcb繪制流程圖如圖13所示（2）pcb板如圖14所示 圖11 電路圖繪制流程圖 圖13 pcb制作流程圖圖12 定時(shí)器電路原理圖圖14 定時(shí)器的pcb板三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 主程序流程圖主程序流程圖如圖15所示3.2定時(shí)子程序流程圖定時(shí)子程序流程圖如圖16所示圖15 主程序流程圖圖16 定時(shí)子程序流程圖3.3 定時(shí)器完整程序org0000hljmp0030h/*主程序*/org0030hstart:mov30h,#0 ;30h33h清零mov31h,#0mov32h,#0mov33h,#0lcalldir0;

11、調(diào)用顯示子程序aa:jnbp1.0,aa0 ;檢測按鍵，若有按鍵按下則跳轉(zhuǎn)至相應(yīng)的程序jnbp1.1,aa1jnbp1.2,aa2jnbp1.3,aa3jnbp1.4,aa4ljmpaa;循環(huán)檢測按鍵aa0:inc30h;按鍵0按下時(shí)，30h自動加一mova,30hcjnea,#10,aa00;若秒小于10,調(diào)用顯示程序mov30h,#0;若秒大于等于10,則30h清零aa00:lcalldir0;調(diào)用顯示子程序lcalldlyr;調(diào)用延時(shí)程序ljmpaa;循環(huán)檢測按鍵aa1:inc31h;按鍵1按下，31h自動加1并執(zhí)行相應(yīng)顯示程序mova,31hcjnea,#6,aa11;若秒小于6,調(diào)用

12、顯示程序mov31h,#0;若秒大于等于6,則3h清零aa11:lcalldir0lcalldlyrljmpaaaa2:inc32h;按鍵2按下32h自動加1并執(zhí)行相應(yīng)顯示程序mova,32hcjnea,#10,aa22;若秒小于10,調(diào)用顯示程序mov32h,#0aa22:lcalldir0lcalldlyrljmpaaaa3:inc33h;按鍵3按下33h自動加1并執(zhí)行相應(yīng)顯示程序mova,33hcjnea,#6,aa33;若秒小于6,調(diào)用顯示程序mov33h,#0;若秒大于等于6,則3h清零aa33:lcalldir0lcalldlyrljmpaaaa4:lcallds00;調(diào)用定時(shí)子程

13、序ljmpaa;檢測按鍵/*定時(shí)子程序*/ds00:mov40h,30hmov41h,31hmov42h,32hmov43h,33hmov30h,#0;30h33h清零mov31h,#0mov32h,#0mov33h,#0ds11:lcalldir0;調(diào)用顯示程序lcalldlyr;調(diào)用延時(shí)程序lcalldlyrinc30hmova,30hcjnea,#10,grmov30h,#0inc31hmova,31hcjnea,#6,grmov31h,#0inc32hmova,32hcjnea,#10,grmov32h,#0inc33hgr:mova,33h;判斷是否到定時(shí)時(shí)間cjnea,43h,ds

14、11mova,32hcjnea,42h,ds11mova,31hcjnea,41h,ds11mova,30hcjnea,40h,ds11lcalldir0ret/*顯示子程序*/dir0:movscon,#0;使用串行方式輸出顯示數(shù)碼movr0,#30hmovr7,#4l1:mova,r0movdptr,#tabmovca,a+dptrmovsbuf,ajnbti,$;等待發(fā)送數(shù)據(jù)完成clrti;發(fā)送請求標(biāo)志清零incr0djnzr7,l1rettab:db3fh,06h,5bh,4fh,66h;09這十個(gè)數(shù)字的字型碼db60h,70h,07h,7fh,6fhret/*延時(shí)0.5s子程序*/d

15、lyr:movr5,#125dely:movr7,#100dly0:movr6,#50dly1:djnzr6,dly1djnzr7,dly0djnzr5,delyretend四、系統(tǒng)軟件仿真proteus是多功能的eda軟件，真正實(shí)現(xiàn)了虛擬物理原型功能，在目標(biāo)板還沒有制作之前，就可以對所設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)的功能、合理性和性能指標(biāo)進(jìn)行充分調(diào)整，并可以在沒有硬件電路的情況下，進(jìn)行相應(yīng)的程序設(shè)計(jì)與調(diào)試，可由仿真原理圖直接導(dǎo)出繪制成印制電路板（pcb）。虛擬物理原型，對于單片機(jī)的設(shè)計(jì)來講可以節(jié)約成本，縮短開發(fā)時(shí)間，提高設(shè)計(jì)效率，降低開發(fā)成本。當(dāng)然，proteus的仿真與真實(shí)的電路由一定的出入，如在本次仿真

16、中，數(shù)碼管的限流電阻選用的是10歐姆的，而實(shí)際中應(yīng)選擇240歐姆的電阻。仿真電路圖如圖17所示： 圖17 仿真電路圖五、總結(jié)課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問題，鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。回顧此次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多的知識，不僅可以鞏固以前所學(xué)的知識，而且學(xué)到了很多在書本上沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，更深刻的理解了理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性，鍛煉了自己的實(shí)際動手能力。六、參考文獻(xiàn)1 薛曉書，單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用. 西安：西安交通大學(xué)出版社，2004.2 胡健，單片機(jī)原理及接口技術(shù). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.3鄭一力，馮海峰等，protel99se電路設(shè)計(jì)與制版. 北京：人民郵電出版社，2008.4 侯玉寶，陳忠平等，基于proteus的51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)與仿真. 北京：電子工業(yè)出版社，2008.附錄一：七段數(shù)碼管字型碼顯示字型hgfedcba共陰極字形碼共陽極字形碼0001111110x3f0xc01000001100x060xf92010110110x5b0xa43010011110x4f0xb04011001100x660x995011011010x6