電子定時器-單片機原理及應(yīng)用課程設(shè)計

1、 課程設(shè)計報告課程名稱:單片機原理及應(yīng)用課程設(shè)計設(shè)計題目： 電子定時器 院 系： 通信與控制工程 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級： 0902 學生姓名: 學 號: 起止日期: 指導教師: 教研室主任： 指導教師評語： 指導教師簽名： 年 月 日成績評定項 目權(quán)重成績1、設(shè)計過程中出勤、學習態(tài)度等方面2、課程設(shè)計質(zhì)量與辯論3、設(shè)計報告書寫及圖紙標準程度總 成 績 教研室審核意見：教研室主任簽字： 年 月 日教學系審核意見： 主任簽字： 年 月 日摘 要單片機自1976年由Intel公司推出MCS-48開始，迄今已有二十多年了。由于單片機集成度高、功能強、可靠性高、體積小、功耗地、使用方便、價格低

2、廉等一系列優(yōu)點，目前已經(jīng)滲入到人們工作和生活的方方面面，幾乎“無處不在，無所不為。隨著電子技術(shù)的飛速開展，家用電器和辦公電子設(shè)備逐漸增多，不同的設(shè)備都有自己的控制器，使用起來很不方便。根據(jù)這種實際情況，本設(shè)計基于單片機的多用途定時器。它造價低，功能全，整體功能價格比高，配以小鍵盤，8255芯片和LED顯示器，有可適應(yīng)各種場合的定時預(yù)警之用的特點。關(guān)鍵詞：電子定時器;單片機;LED顯示器;小鍵盤;8255芯片;繼電器目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc265079247 設(shè)計要求 PAGEREF _Toc265079247 h 1 HYPERLINK l _T

3、oc265079248 1 方案論證與比照 PAGEREF _Toc265079248 h 1 HYPERLINK l _Toc265079249 方案一 PAGEREF _Toc265079249 h 1 HYPERLINK l _Toc265079250 方案二 PAGEREF _Toc265079250 h 1 HYPERLINK l _Toc265079251 方案比照與選擇 PAGEREF _Toc265079251 h 1 HYPERLINK l _Toc265079252 2 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 PAGEREF _Toc265079252 h 2 HYPERLINK l _Toc

4、265079253 芯片的選擇 PAGEREF _Toc265079253 h 2 HYPERLINK l _Toc265079254 2.2 STC89C52引腳功能 PAGEREF _Toc265079254 h 3 HYPERLINK l _Toc265079255 2.3 8255芯片 PAGEREF _Toc265079255 h 3 HYPERLINK l _Toc265079256 2.4 8255芯片引腳功能 PAGEREF _Toc265079256 h 4 HYPERLINK l _Toc265079257 復(fù)位電路 PAGEREF _Toc265079257 h 5 HY

5、PERLINK l _Toc265079258 數(shù)碼管顯示電路 PAGEREF _Toc265079258 h 6 HYPERLINK l _Toc265079259 繼電器 PAGEREF _Toc265079259 h 6 HYPERLINK l _Toc265079261 3 系統(tǒng)軟件的程序設(shè)計 PAGEREF _Toc265079261 h 7 HYPERLINK l _Toc265079262 軟件程序內(nèi)容 PAGEREF _Toc265079262 h 7 HYPERLINK l _Toc265079263 主程序流程圖 PAGEREF _Toc265079263 h 7 HYPE

6、RLINK l _Toc265079264 3.3 定時程序設(shè)計 PAGEREF _Toc265079264 h 7 HYPERLINK l _Toc265079265 3.4 實時時鐘程序設(shè)計步驟 PAGEREF _Toc265079265 h 8 HYPERLINK l _Toc265079266 3.5 程序說明 PAGEREF _Toc265079266 h 8 HYPERLINK l _Toc265079267 4 詳細儀器清單 PAGEREF _Toc265079267 h 9 HYPERLINK l _Toc265079269 6 參考文獻9 HYPERLINK l _Toc26

7、5079268 5 總結(jié)與思考及致謝10 HYPERLINK l _Toc265079270 附錄一：原理圖 PAGEREF _Toc265079270 h 11 HYPERLINK l _Toc265079272 附錄二：程序 PAGEREF _Toc265079272 h 12電子定時器設(shè)計要求本課題以單片機為核心，設(shè)計并制作電子定時器，具有以下功能：1、電子定時器能定時給電器供電或斷電；2、給電最大時間可以長達2min；3、四位數(shù)碼管顯示時間；4、繼電器作電器電源輸出控制。 方案論證與比照 方案一為了實現(xiàn)LED數(shù)碼管的數(shù)字顯示，采用靜態(tài)掃描實現(xiàn)，此方法操作復(fù)雜，并且一個端口只能對應(yīng)一個數(shù)

8、碼管。 方案二采用動態(tài)掃描實現(xiàn)LED數(shù)碼管的數(shù)字顯示，能有效的節(jié)省端口資源，并且操作也相對簡單。系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖1所示：圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖 方案比照與選擇根據(jù)以上方案的介紹與比照，顯然選擇方案二。 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 芯片的選擇STC89C52RC是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用STC公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)。 STC89C52RC具有如下特點：40個引腳引腳圖如圖2所示，4k By

9、tes Flash片內(nèi)程序存儲器，128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器RAM，32個外部雙向輸入/輸出I/O口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗WDT電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。此外，STC89C52RC設(shè)計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 圖2 芯片引腳圖 STC89C52引腳功能VCC

10、40：5V； GND20：接地； P0口3932：P0口為8位漏極開路雙向I/O口，每引腳可吸收8個TTL門電流； P1口18：P1口是從內(nèi)部提供上拉電阻器的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收和輸出4個TTL門電流； P2口2128：P2口為內(nèi)部上拉電阻器的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收和輸出4個TTL門電流； P3口1017：P3口是8個帶內(nèi)部上拉電阻器的雙向I/O口，可接收和輸出4個TTL門電流，P3口也可作為AT89C51的特殊功能口； RST9：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位時，要保持RST引腳2個機器周期的高電平時間； ALE/PROG30：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平

11、用于鎖存地址的低位字節(jié)，在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6，它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的，要注意的是，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過1個ALE脈沖； PSEN29：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期2次PSEN有效，但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這2次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)； EA/VPP31：當EA保持低電平時，外部程序存儲器地址為0000HFFFFH不管是否有內(nèi)部程序存儲器。FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源VPP； XTAL119：反向振蕩器放

12、大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入；XTAL218：來自反向振蕩器的輸出； 8255芯片單片機系統(tǒng)里常用的8255芯片是一個典型的可編程通用并行接口芯片，用來擴展單片機的端口，它具有三個8位的并行口，有三種工作方式，可作為單片機與各種外部設(shè)備連接的接口電路。圖3 芯片引腳圖 8255芯片引腳功能RESET:復(fù)位輸入線，當該輸入端處于高電平時，所有內(nèi)部存放器包括控制存放器均被去除，所有I/O口均被置成輸入方式。 CS:芯片選擇信號線，當這個輸入引腳為低電平時,即/CS=0時,表示芯片被選中，允許8255與CPU進行通訊;/CS=1時,8255無法與CPU做數(shù)據(jù)傳輸. RD:讀信號線，當這個輸入引

13、腳為低電平時,即/RD=0且/CS=0時,允許8255通過數(shù)據(jù)總線向CPU發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，即CPU從8255讀取信息或數(shù)據(jù)。 WR:寫入信號，當這個輸入引腳為低電平時,即/WR=0且/CS=0時,允許CPU將數(shù)據(jù)或控制字寫入8255。 D0D7:三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線，8255與CPU數(shù)據(jù)傳送的通道，當CPU 執(zhí)行輸入輸出指令時，通過它實現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的讀/寫操作，控制字和狀態(tài)信息也通過數(shù)據(jù)總線傳送。 PA0PA7:端口A輸入輸出線，一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器， 一個8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。 PB0PB7:端口B輸入輸出線，一個8位的I/O鎖存器， 一個8位的輸入輸出緩沖器。 PC0PC7:端口

14、C輸入輸出線，一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器， 一個8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。端口C可以通過工作方式設(shè)定而分成2個4位的端口， 每個4位的端口包含一個4位的鎖存器，分別與端口A和端口B配合使用，可作為控制信號輸出或狀態(tài)信號輸入端口。A0,A1:地址選擇線,用來選擇8255的PA口,PB口,PC口和控制存放器. 當A0=0,A1=0時,PA口被選擇; 當A0=0,A1=1時,PB口被選擇; 當A0=1,A1=0時,PC口被選擇; 當A0=1.A1=1時,控制存放器被選擇. 復(fù)位電路 MCS-51單片機的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。復(fù)位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用

15、來抑制噪聲，在每個機器周期的S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。上電復(fù)位：上電復(fù)位電路是種簡單的復(fù)位電路，只要在RST復(fù)位引腳接一個電容到VCC，接一個電阻到地就可以了。上電復(fù)位是指在給系統(tǒng)上電時，復(fù)位電路通過電容加到RST復(fù)位引腳一個短暫的高電平信號，這個復(fù)位信號隨著VCC對電容的充電過程而回落，所以RST引腳復(fù)位的高電平維持時間取決于電容的充電時間。為了保證系統(tǒng)平安可靠的復(fù)位，RST引腳的高電平信號必須維持足夠長的時間。上電自動復(fù)位電路圖如圖4所示： 圖4 上電自動復(fù)位圖上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的。只要Vcc的上升

16、時間不超過1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位。 數(shù)碼管顯示電路顯示電路采用6個LED數(shù)碼管。單片機通過8255芯片的擴展端口驅(qū)動LED數(shù)碼管AT89C52輸出口能吸收20mA電流，用動態(tài)掃描法實現(xiàn)LED顯示。數(shù)碼管顯示器本錢低，配置靈活在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。數(shù)碼管電路圖如圖5所示：圖5 數(shù)碼管電路圖 繼電器繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)和被系統(tǒng)控制，通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)。鍵盤電路圖如圖6所示：圖6 繼電器電路圖3 系統(tǒng)軟件的程序設(shè)計 軟件程序內(nèi)容本設(shè)計的軟件程序包括主程序、中斷子程序、鍵盤處理程序和時鐘顯示子程序等。 主程序

17、流程圖此設(shè)計的主程序流程圖如圖7所示： 圖7 主程序流程圖3.3 定時程序設(shè)計單片機的定時功能也是通過計數(shù)器的計數(shù)來實現(xiàn)的，此時的計數(shù)脈沖來自單片機的內(nèi)部，即每個機器周期產(chǎn)生一個計數(shù)脈沖，也就是每經(jīng)過1個機器周期的時間，計數(shù)器加1。如果MCS-51采用的11.092MHz晶體，那么計數(shù)頻率為1MHz，即每過1us的時間計數(shù)器加1。這樣可以根據(jù)計數(shù)值計算出定時時間，也可以根據(jù)定時時間的要求計算出計數(shù)器的初值。MCS-51單片機的定時器/計數(shù)器具有4種工作方式，其控制字均在相應(yīng)的特殊功能存放器中，通過對特殊功能存放器的編程，可以方便的選擇定時器/計數(shù)器兩種工作模式和4種工作方式。定時器/計數(shù)器工作

18、在方式0時，為13位的計數(shù)器，由TLX(X=0、1)的低5位和THX的高8位所構(gòu)成。TLX低5位溢出那么向THX進位，THX計數(shù)溢出那么置位TCON中的溢出標志位TFX.當定時器/計數(shù)器工作于方式1，為16位的計數(shù)器。本設(shè)計單片機多功能定時器，所以MCS-51內(nèi)部的定時器/計數(shù)器被選定為定時器工作模式，計數(shù)輸入信號是內(nèi)部時鐘脈沖，每個機器周期產(chǎn)生一個脈沖使計數(shù)器增1。3.4 實時時鐘程序設(shè)計步驟 1、選擇工作方式，計算初值；2、采用中斷方式進行溢出次數(shù)累計；3、從秒分時的計時是通過累加和數(shù)值比擬實現(xiàn)的；4、主程序：主要進行定時器/計數(shù)器的初始化編程，然后反復(fù)調(diào)用顯示子程序的方法等待中斷的到來；

19、5、中斷效勞程序：進行計時操作；6、鍵盤處理程序：主要進行通電時間的調(diào)整，調(diào)整時間可以精確到秒。 程序說明系統(tǒng)開機后，從00:01:59開始倒計時，通過按中斷0表示開始調(diào)整時間，在按六次分別調(diào)整各位數(shù)，當數(shù)碼管顯示00:00:00時繼電器工作。 詳細儀器清單 表格一：儀器清單 元件名稱數(shù)量PCB板122UF電容130PF電容2發(fā)光二極管13位數(shù)碼管2三極管901581輕觸開關(guān)161K電阻22STC89C52芯片18255芯片 1繼電器1 5 總結(jié)與思考及致謝根據(jù)實際情況，本設(shè)計基于單片機的多用途定時器。它造價低，功能全，整體功能價格比高，配以小鍵盤和LED顯示器、8255芯片，有可適應(yīng)于各種場

20、合的定時預(yù)警之用的特點。結(jié)合課堂學習知識，平時積累以及查閱相關(guān)資料，我們終于將電子定時器的程序?qū)懗隽?。雖然剛開始程序不夠完美，但是在程序的調(diào)試過程中，通過反復(fù)探討研究，反復(fù)修改以及在指導老師的指導下，我們的程序已經(jīng)到達了設(shè)計要求。經(jīng)過了這兩周的單片機課程設(shè)計，我們更加了解單片機這門課程和單片機的作用，增強了自己的動手實踐能力，體會到了團隊合作的力量無所不能。最后，我們要特別感謝譚周文老師給予我們的耐心指導以及同班同學的幫助。 參考文獻1 李華MCS一51系列單片機實用接口技術(shù)M北京：北京航空航天大學出版社，1999.3 王幸之，等單片機應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù)M北京：北京航空航天大學出版社20004

21、 童詩白 華成英. 模擬電子技術(shù)根底M . 北京：高等教育出版社，2001(2003重印)5 馬忠梅 等. 單片機的C語言應(yīng)用程序設(shè)計M .北京：北京航空航天大學出版社，1998，106 何立民. MCS-51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)配置與接口技術(shù)M .北京：北京航空航天大學出版社，1999，67 胡漢才. 單片機原理及其接口技術(shù)M. 北京：清華大學出版社，1996附錄一：原理圖 附錄二：程序#include reg52.h #define XBYTE (unsigned char volatile xdata *) 0)#define a8255_PA XBYTE0 xD1FF /*PA口

22、地址*/#define a8255_PB XBYTE0 xD2FF /*PB口地址*/#define a8255_PC XBYTE0 xDDFF /*PC口地址*/#define a8255_CON XBYTE0 xDFFF /*控制字地址*/ #define uchar unsigned charunsigned char table=0 xa0,0 xbb,0 x62,0 x2a,0 x39,0 x2c,0 x24,0 xb8, 0 x20,0 x28,0 x30,0 x25,0 xe4,0 x23,0 x64,0 x74; /數(shù)碼管段選擇/共陰數(shù)碼管 0-9 表unsigned char

23、 a=0 xfe,0 xfd,0 xfb,0 xf7,0 xef,0 xdf;uchar keytab20=0 x18,0 x28,0 x48,0 x88,0 x14,0 x24,0 x44,0 x84,0 x12,0 x22, 0 x42,0 x82,0 x11,0 x21,0 x41,0 x81; /0到16 char count6,flag,biaoji;sbit Speak=P12; void delay(void) unsigned int i=403; while(i) i-;void delay1(void) unsigned int i=13003; while(i) i-;v

24、oid display() uchar i; for(i=0;i6;i+) a8255_PA=a5-i; a8255_PB=tablecounti; if(i=2|i=4) a8255_PB=a8255_PB-0 x20;delay(); uchar Inkey() uchar i,j,temp,temp1; uchar table=0 xef,0 xdf,0 xbf,0 x7f; for(i=0;i4;i+) a8255_PC=tablei; if(a8255_PC!=tablei) /檢測有鍵按下去 delay1(); temp1=a8255_PC; for(j=0;j0) count3=0; if(count50) count5=0; flag+; break; return 0;void Init() EA=1; ET0=1; EX0=1; IT0=1; TH0=0 x3c; TL0=0 xb0; TMOD=0 x01; TR0=1; count2=1; count3=0; count4=0; count5=0; cou