倒計時器(共22頁)

1、2016屆結課論文單片機原理(yunl)及應用結課論文(lnwn)題 目 基于(jy)51單片機的倒計時報警器 學生姓名 肖灑 學 號 5011212203 所屬學院 信息工程學院 專 業(yè) 計算機科學與技術 班 級 計算機16-2班 指導教師 張任 塔里木大學教務處目 錄 摘要(zhiyo)及關鍵詞 2 1 設計總體(zngt)思想 31.1 設計(shj)要求及目的3 1.2 設計方案分析3 1.3 設計方案5 2 局部硬件電路設計 6 3 原理圖及流程圖 8 3.1 系統(tǒng)原理框圖8 3.2 總體硬件連線圖8 3.3 主程序流程圖93.4 調時子程序流程圖 103.5 中斷子程序流程圖 11

2、4 Proteus調試 124.1 Proteus調試過程及現象124.2調試問題及解決方法135 設計優(yōu)缺點 136 心得體會 137 參考文獻 14附：實驗(shyn)源程序 15第 頁 共 17 頁摘 要近年來隨著計算機在社會領域的滲透，單片機的應用正在(zhngzi)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(yuy)單片機具有(jyu)體積小、易于產品化、面向控制、集成度高、功能強、可靠性高、價格低等特點，其在工業(yè)控制、機電一體化、智能儀表、通信等諸多領域中得到了廣泛的應用。在實時檢測和自動控制的單片機應用系統(tǒng)中，單片機往往是作為一個核心部件來使用。但是僅單片機方面知

3、識是不夠的，還應根據具體硬件結構，以及針對具體應用對象特點的軟件結合，以作完善。本設計針對倒計時系統(tǒng)的需求，介紹了MCS-52單片機的部分基本原理，如52單片機的接口功能、中斷、定時器等等。倒計時系統(tǒng)需要用到鎖存器、獨立式按鍵鍵盤、數碼管等主要模塊，通過不同的模塊之間相互作用，完成倒計時的初步硬件結構。對于倒計時器中的數碼管來說，我為了簡化線路、降低成本，采用以軟件為主的接口方法。本次設計采用匯編語言編程，通過倒計時子程序模塊、獨立式鍵盤掃描模塊、中斷等子程序的正確調用，完成了可以隨時設置初值的基于52單片機控制的1-99秒倒計時系統(tǒng)。 【關鍵詞】倒計時器 單片機 獨立式鍵盤 proteus

4、數碼管設計(shj)總體思想、設計(shj)要求及作用目的：要求(yoqi)：由單片機接收小鍵盤陣列設定倒計時時間，倒計時的范圍最大為99秒，由LED 顯示模塊顯示剩余時間。繪制系統(tǒng)硬件接線圖，并進行系統(tǒng)仿真和實驗。畫出程序流程圖并編寫程序實現系統(tǒng)功能。目的：此次設計是我們更進一步了解基本電路的設計流程，提高自己的設計理念，豐富自己的理論知識，鞏固所學知識，使自己的動手動腦能力有更進一步提高，為自己今后的學習和工作打好基礎，為自己的專業(yè)技能打好基礎。通過解決實際問題，鞏固和加深“單片機原理與應用”課程中所學的理論知識和實驗能力，基本掌握單片機應用電路的一般設計方法，提高電子電路的設計和實驗能力

5、，加深對單片機軟硬知識的理解，獲得初步的應用經驗，為以后從事生產和科研工作打下一定的基礎。本次設計注重對單片機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領域的學習和開發(fā)打下基礎，提高自己的動手能力和設計能力，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，豐富自己的理論知識，做到理論和實踐相結合。本次設計的重要意義還在于對單片機的內部結構和工作狀態(tài)做更進一步的了解，同時還對單片機的接口技術，中斷技術，存儲方式和控制方式作更深層次的了解。1.2、設計方案分析：在電子技術飛速發(fā)展的今天，電子產品的人性化和智能化已經非常成熟，其發(fā)展前景仍然不可估量。如今的人們需求的是一種能給自己帶來方便的電子產品，當然最好是人性化和

6、智能化的，如何能做到智能化呢？單片機的引入就是一個很好的例子。單片機又稱單片微型計算機，也稱為微控制器，是微型計算機的一個重要分支，單片機是20世紀70年代中期發(fā)展起來的一種大規(guī)模集成電路芯片，是集CPU，RAM，ROM，I/O接口和中斷系統(tǒng)于同一硅片上的器件。單片機的誕生標志著計算機正式形成了通過計算機系統(tǒng)和嵌入式計算機系統(tǒng)兩個分支。目前單片機已滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。單片機已在廣闊的計算機應用領域中表現得淋漓盡致電器因此，單片機已成為電子類工作者必須掌握的專業(yè)技術之一。單片機就是一個微型中央處理器，通過編程即能完成很多智能化的工作 ，因此它的出現給電

7、子技術智能化和微型化起到了很大的推動作用。本設計(shj)將采用89C52單片機，89C52單片機是一種(y zhn)帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。單片機自帶5個中斷(zhngdun)，兩個16位定時器32個I/O口，可擦除只讀存儲器可以反復擦除多次，功能相當強大。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-52指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的89C52是一種高效微控制器。89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。面對如此功能強大的單

8、片機，結合本次設計要求，應該要用到單片機的內部時鐘電路以及外圍的顯示接口電路和報警電路。對與時鐘，它有兩方面的含義：一是指為保障系統(tǒng)正常工作的基準振蕩定時信號，主要由晶振和外圍電路組成，晶振頻率的大小決定了單片機系統(tǒng)工作的快慢；二是指系統(tǒng)的標準定時時鐘，即定時時間，它通常有兩種實現方法：一是用軟件實現，即用單片機內部的可編程定時/計數器來實現，但誤差很大，主要用在對時間精度要求不高的場合；二是用專門的時鐘芯片實現，在對時間精度要求很高的情況下，通常采用這種方法。在顯示方面，有著多種選擇，但是8段LED數碼管足以滿足此次設計的要求了。LED數碼顯示器是一種有LED發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件

9、。它使用了8個LED發(fā)光二極管，其中7個用于顯示字符，一個用于顯示小數點，故通常稱之為8段發(fā)光二極管數碼器。其內部結構如下圖（a）所示：其數字、字符和對應的段碼關系表如下表1所示： 表 1字 符DPgfedcba段碼（H）0001111113F100000110062010110115B3010011114F401100110665011011016D6011111017D700000111078011111117F9011011116F.1000000080LED數碼(shm)顯示器有如下兩種連接方法：共陽極(yngj)接法：把發(fā)光二極管的陽極連在一起構成(guchng)公共陽極，使用時公共

10、陽極接+5V，每個發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。 共陰極接法：把發(fā)光二極管的陰極連在一起構成公共陰極，使用時公共陰極接地。每個發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。1.3、設計方案：本設計是基于AT89C52單片機的鍵盤控制及顯示電路設計，從系統(tǒng)的設計功能上看，系統(tǒng)可分為兩大部分，即鍵盤輸入控制部分和顯示部分，對于每一個部分都有不同的設計方案，起初我對鍵盤和顯示每個都擬訂了下面兩種方案：鍵盤部分：采用掃描鍵盤，可以用普通按鍵構成44矩陣鍵盤，直接接到AT89C52單片機的P1口，高四位作為行，低四位作為列，通過軟件完成鍵盤的掃描和定位。這種方式相對下面的獨立式鍵盤節(jié)省了很多的I/O口。

11、顯示部分：顯示部分(b fen)采用動態(tài)顯示。數碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用(yngyng)最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅動是將所有數碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數碼管的的COM端，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅動。動態(tài)顯示是

12、利用人眼視覺暫留特性來實現顯示的。事實上，顯示器上任何時刻只有(zhyu)一個數碼管有顯示。由于各數碼管輪流顯示的時間間隔短、節(jié)奏快，人的眼睛反應不過來，因此看到的是連續(xù)顯示的現象。為防止閃爍延時的時間在1ms左右，不能太長，也不能太短。本設計可采用P0口直接驅動七段數碼管顯示。此方案成本低，而且單片機的I/O口占用較少，可以節(jié)約單片機接口資源，而且功耗更低。局部硬件電路設計根據設計任務與要求，可初步將系統(tǒng)分為五大功能模塊：主電路、按鍵電路、顯示電路、報警電路。進一步細說，主電路選用AT89C52作為中央處理器，系統(tǒng)采用12MHZ的晶振；按鍵?？刂齐娐酚伤膫€按鍵（復位鍵、啟動/暫停鍵、設置鍵、

13、+1調時鍵）組成，鍵盤采用軟件掃描的方式設計，低電平有效；顯示電路由六位七段共陰極數碼管和一個9位200歐姆上拉電阻組成,顯示內容有倒計時器的0.1秒位以及分秒的個、十位,數碼管通過P0口直接輸出數據；報警電路主要由蜂鳴器組成，通過電路與P3.0口相連。當P3.0口輸出高電平時，蜂鳴器響。對于本次單片機課程設計，根據設計要求可以將功能分成如下4部分：由于單片機內部振蕩方式電路簡單，時鐘信號比較穩(wěn)定，是獨立的單片機應用系統(tǒng)的首選，故本設計采用內部振蕩方式，采用12MHZ的晶振。圖（1）晶振電路圖本設計電路采用定時器T0產生定時中斷，由于本設計需要0.1s的基本時間，故選擇其工作在定時方式1下。這

14、時定時器T0是一個16位的計時器，由它產生50ms的基本定時中斷，兩次中斷后將得到0.1s的時間。鍵盤電路有獨立式鍵盤和矩陣式兩種。獨立式鍵盤占用I/O口線較多，適用于按鍵較少的情況。矩陣式鍵盤占用的I/O口相對較少，適用于按鍵很多的情況。圖（2）鍵盤(jinpn)電路圖對于顯示電路，本設計采用2位8段共陰極數碼管顯示。上電顯示最大倒計時時間99。當仿真開始時，系統(tǒng)默認為60秒倒計時，點擊開始即可進行倒計時，也可以點擊重置進行置0重新(chngxn)輸入需要倒計時的時間，在倒計時過程中可以再次按下開始按鈕進行暫停。圖（4）顯示(xinsh)電路圖原理圖及流程圖、系統(tǒng)原理框圖系統(tǒng)的原理框圖如下圖

15、：單片機控制器晶振電路鍵盤電路顯示電路報警電路圖（5）系統(tǒng)原理(yunl)框圖3.1、總體硬件(yn jin)連線圖NN等待按鍵釋放調時設置鍵按下？圖（6）硬件(yn jin)連線圖硬件連接說明：本系統(tǒng)以AT89C52單片機為核心。單片機采用內部振蕩的方式。通過200歐姆電阻與兩個(lin )8段數碼顯示管相連。從P0口輸出數碼管的字形碼，從P2口輸出數碼管的位選碼，高電平有效。第 頁4個功能按鍵和P1口相連，中間通過10K的電阻與+5V電源相連，按鍵另一端接地(jid)，P1口低電平時表示按鍵被按下。報警電路則與P3.0口相連，當P3.0口輸出高電平時，蜂鳴器響。在程序(chngx)設計方面

16、:將鍵盤掃描程序置于主程序中，采用掃描方式檢測鍵盤的按鍵情況，主程序流程圖見圖（7）。顯示部分做成一個子程序，方便調用。各個調時子程序由設置鍵引倒進入，調時子程序流程圖見圖（8）。計時方面，利用定時器T0產生的0.5ms基準時間形成0.1s的最小倒計時時間單位并產生“-1”動作(dngzu)，T0中斷子程序流程圖見圖（9）。圖（7）主程序流程圖YNYNNYNYNNNYYYY開始關閉定時器重置鍵按下？標志位、顯示管查表碼初始化定時器設置初始化開中斷調用顯示子程序調時設置鍵按下？調用消抖延時子程序開始/暫停鍵按下？開始/暫停鍵按下？調用消抖延時子程序開始/暫停標志位取反等待按鍵釋放等待按鍵釋放調用

17、調時子程序等待按鍵釋放20H.0=1？置位狀態(tài)顯示管標志位P3.0=0？置位P2.5復位鍵按下？調用消抖延時子程序調時設置鍵按下？啟動定時器T0NN子程序返回YNR0為#39H?YYYNNNNNNNNNYYYYYYYYYY調用顯示子程序P1.3=0?開始調用消抖延時子程序P1.3=0?等待按鍵釋放R0=#44H?R0為#06H?MOV R0,#00HR0=#43H?3R0為#05H?R0為#09H?MOV R0,#00HMOV R0,#00HINC R0INC R0INC R0P1.2=0?P1.2=0?調用消抖延時子程序等待按鍵釋放DEC R044H=#06H?R0=#42H?3圖（8）調時

18、子程序流程圖N圖（9）T0中斷子程序流程圖NNYYYYNN開始40H=0？41H=0？42H=0？43H=0？44H=0？DEC 40HSETB P3.0DEC 40H啟動T0中斷返回NNNNNYYYY將40H置940H=0？41H=0？42H=0？43H=0？44H=0？DEC 42HDEC 40HDEC 40HDEC 41H將40H置9將41H置9將40H、41H、43H置9，42H置5將40H、41H置9，42H置5N. proteus 調試(dio sh)4.1 、Proteus調試(dio sh)過程及現象：上電后數碼管顯示為默認倒計時值60秒，程序(chngx)處于等待狀態(tài)。圖（1

19、0）通電時數碼管顯示為默認值此時，主程序不斷調用顯示子程序以及掃描鍵盤按鍵情況，當檢測到有鍵按下后，轉到相應的程序執(zhí)行。開始/暫停鍵按下后程序開始減1計數直到0。若中途遇到開始/暫停鍵按下則，暫停倒計時。若中途遇到重置鍵按下則將倒計時器的倒計時值設置為0，并處于等待狀態(tài)。圖（11）計數值到0時圖（12）開始/暫停鍵按下后重置鍵按下后，程序復位，系統(tǒng)處于等待狀態(tài)，狀態(tài)顯示管顯示“00”。 當輸入01-99中想要的倒計時數值時，數碼管會顯示為輸入的數值并進入準備狀態(tài)，點擊開始按鈕后會開始進行倒計時。4.2、調試問題及解決(jiju)方法：開始在主程序的循環(huán)中沒有添加調用顯示子程序的語句，導致在沒有

20、按鍵按下的情況下數碼管沒有顯示。當在主程序循環(huán)檢測按鍵的過程中添加了調用顯示子程序的語句后就解決了這一問題。由于鍵盤需要消抖延時和等待按鍵釋放，所以相似(xin s)的情況又出現了按下按鍵后有一段時間數碼管斷續(xù)顯示或者按下按鍵后不釋放按鍵時數碼管沒有顯示。仔細分析后發(fā)現，問題出現的原因還是(hi shi)一樣的，由于本設計的數碼管采用了動態(tài)顯示，故需要不斷調用顯示子程序，否則會導致LED數碼管沒有顯示。所以最終做了以下改進：1.按鍵的消抖延時選擇調用兩次顯示子程序（每次顯示子程序大約用時5ms，兩次即為10ms左右）來取代原來的10ms軟件延時。2.在等待按鍵釋放時，使用循環(huán)調用顯示子程序來替

21、代原來的循環(huán)等待。經過上述兩點的改進后，數碼管無顯示或者斷續(xù)顯示的問題就得到了徹底的解決。5 . 設計的優(yōu)缺點分析：本設計是一個采用了由內部振蕩的時鐘方式、程控掃描方式的獨立式鍵盤、動態(tài)顯示數碼管組成的系統(tǒng)。因此該系統(tǒng)使用的電子器件少、外圍電路簡單，定時精準，使用的I/O少，系統(tǒng)消耗的功耗小，剩余的I/O口多便于擴展其他功能。但是另一方面，本系統(tǒng)由于使用了程控式的鍵盤和動態(tài)顯示的數碼管，所以對CPU的使用率相對較高。6. 心得體會：在選擇這次作業(yè)題目的時候，因為上學期課設使用89C51芯片和555芯片制作過簡易的99秒倒計時器，所以這次仍然選擇倒計時器，想進一步完善。但是由于是第一次運用單片機

22、設計，在設計過程中又遇到了種種困難，又感覺到要完成此次設計還需要花費很大的時間和精力。經過在網上查詢資料以及同學的幫助下，最終還是順利完成了本次作業(yè)。經過兩個星期的設計，過程曲折可謂一語難盡。在此期間我也失落過，也曾一度熱情高漲。從開始時滿富盛激情到最后汗水背后的復雜心情，點點滴滴無不令我回味無長。生活也是這樣，汗水預示著結果也見證著收獲。勞動是人類生存生活永恒不變的話題。通過設計，我才真正領略到“艱苦奮斗”這一詞的真正含義，我才意識到老一輩設計員為我們的社會付出。我想說，設計確實有些辛苦，但苦中也有樂，在如今物欲很流的世界，很少有機會能與大自然親密接觸，但我們可以，而且設計也是一個團隊的任務

23、，一起的工作可以讓我們有說有笑，相互幫助，配合默契，多少人間歡樂在這里灑下，大學里三年的相處還趕不上這十來天的設計，我感覺我和同學們之間的距離更加近了；我想說，設計確實很累，但當我們的設計出現成果時，心中也不免產生興奮，正所謂“三百六十行，行行出狀元”我認為無論干什么，只要人生活的有意義就可以。同時我認為我們的工作(gngzu)是一個團隊的工作，團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發(fā)揚團結協(xié)作的精神。某個人的離群都可能導致導致整項工作的失敗。設計(shj)中只有一個人知道原理是遠遠不夠的，必須讓每個人都知道，否則一個人的錯誤，就有可能導致整個工作失敗。團結協(xié)作是我們實習成功(chnggng)的

24、一項非常重要的保證。而這次設計也正好鍛煉我們這一點，這也是非常寶貴的。另外，課堂上也有部分知識不太清楚，于是我又不得不邊學邊用，時刻鞏固所學知識，這也是我作本次作業(yè)的第二大收獲。整個設計我基本上還滿意，由于水平有限，難免會有錯誤，還望老師批評指正。7 . 參考文獻：1 胡啟斌.單片微型計算機原理與應用（第二版）.武漢：華中科技大學出版社，20062 丁元杰.單片微機原理及應用.3版.北京：機械工業(yè)出版社，20063 嚴天峰.單片機應用系統(tǒng)設計與仿真調試.北京：北京航空航天大學出版社，20054 楊振江.流行單片實用子程序及應用實例.西安：電子科技大學出版社，20025 許維鎣 鄭榮煥.Prot

25、eus電子電路設計預仿真（第二版）.北京：電子工業(yè)出版社，20146 林立 張俊亮.單片機原理及應用（第2版）.北京：電子工業(yè)出版社，2014附：實驗源程序倒計時器設計(shj)源程序#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intcode uint LED_CODE = 0 x3F,0 x06,0 x5B,0 x4F,0 x66,0 x6D,0 x7D,0 x07, 0 x7F,0 x6F,0 x77,0 x7C;void delay(uint x)uint i,j;for(i = x; i 0; i -)for(j

26、= 114; j 0; j -);uint Pre_KeyNO = 16,KeyNO = 16,count=0,sec=60,tt;uint temp,tem,k,key_ok,num,key_valu,dengdai,start4x4,s=0,i=0;uint start_stop=0,quxiao=0;uint a2=0;void Keys_Scan()P1=0 x0f;/高四位(s wi)為0，低四位為1temp=P1;/鍵盤(jinpn)自己接P1口，if(temp!=0 x0f)/delay(20);if(temp!=0 x0f)key_ok=1;if(key_ok=1)key_ok

27、=0;P1=0 xf0;tem=P1;temp=temp | tem; /按位相或取結果判斷定位鍵值/*/if(temp=0 xee) i=1;count+;k=1; key_valu=1; / else if(temp=0 xde) i=4;count+;k=1; key_valu=1; / else if(temp=0 xbe) i=7;count+;k=1; key_valu=1; / else if(temp=0 x7e)i=0;count+;k=1; key_valu=1; /*/else if(temp=0 xed)i=2;count+;k=1;key_valu=1; / else if(temp=0 xdd) i=5;count+;k=1; key_valu=1; / else if(temp=0 xbd)i=8;count+;k=1; key_valu=1; / else if(temp=0 x7d)quxiao=1; key_valu=1; /C 12/*/else if(temp=0 xeb) i=3;count+;k=1; key_valu=1; / else if(temp=0 xdb) i=6;count+;k=1; ke