多功能定時(shí)器

1、 i應(yīng)用科學(xué)學(xué)院電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告姓名：楊春波學(xué)號(hào)：5號(hào)專業(yè)班級(jí)：12級(jí)嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)班指導(dǎo)教師：朱水金設(shè)計(jì)題目：基于單片機(jī)多功能定時(shí)器完成時(shí)間：2015年06月27日設(shè)計(jì)(45%)制作(35%)實(shí)訓(xùn)報(bào)告(20%)總評(píng)簡(jiǎn)易難度(15%)控制方式(10%)原理圖(10%)裝配圖(10%)器件焊接(5%)軟件控制(10%)功能實(shí)現(xiàn)(10%)質(zhì)量評(píng)估(10%)格式(5%)內(nèi)容(15%)基于單片機(jī)多功能定時(shí)器 指導(dǎo)教師簽名:基于單片機(jī)多功能定時(shí)器 TOC o 1-5 h z第一章引言2 HYPERLINK l bookmark14 1.1選題背景2 HYPERLINK l bookmark16

2、1.2內(nèi)容摘要2 HYPERLINK l bookmark18 1.3設(shè)計(jì)任務(wù)2 HYPERLINK l bookmark20 1.4性能扌旨標(biāo)2第二章系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)3 HYPERLINK l bookmark22 2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架3 HYPERLINK l bookmark24 2.2系統(tǒng)硬件單元電路設(shè)計(jì)3 HYPERLINK l bookmark26 2.2.1主控單元4 HYPERLINK l bookmark28 2.2.2時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)4 HYPERLINK l bookmark36 2.2.3復(fù)位電路52.2.4鍵盤模塊5 HYPERLINK l bookmark42 2.2.5

3、顯示模塊6 HYPERLINK l bookmark44 2.2.6蜂鳴器報(bào)警電路7 HYPERLINK l bookmark46 2.3系統(tǒng)原理圖及pcb印刷板圖7 HYPERLINK l bookmark48 系統(tǒng)硬件原理圖7 HYPERLINK l bookmark50 pcb印刷板圖9 HYPERLINK l bookmark52 2.3.3模擬圖.9 HYPERLINK l bookmark54 2.4實(shí)物圖11第三章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)13 HYPERLINK l bookmark56 3.1系統(tǒng)軟件流框圖13 HYPERLINK l bookmark58 3.2按鍵掃描流程圖和程序14

4、HYPERLINK l bookmark60 3.3按鍵處理子程序流程圖和程序15 HYPERLINK l bookmark62 3.4系統(tǒng)總體軟件設(shè)計(jì)代碼16 HYPERLINK l bookmark64 第四章系統(tǒng)整體調(diào)試17 HYPERLINK l bookmark66 5.1硬件調(diào)試17 HYPERLINK l bookmark68 5.2軟件調(diào)試17第五章結(jié)論185.1總結(jié)18 HYPERLINK l bookmark70 5.2系統(tǒng)展望18 HYPERLINK l bookmark72 5.3心得體會(huì)18 HYPERLINK l bookmark74 附錄一：19第一章引言11選題

5、背景定時(shí)器已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚奈锲?，廣泛用于個(gè)人家庭以及車站，碼頭，劇院，辦公室等公共場(chǎng)所，給人們的生活，學(xué)習(xí)，工作，娛樂帶來極大的方便。隨著技術(shù)的發(fā)展，人們已不滿足于鐘表原先的報(bào)時(shí)功能，希望出現(xiàn)許多新的功能，但這些新的功能都是以定時(shí)器為基礎(chǔ)的，因此研究定時(shí)器及其擴(kuò)展功能有著非常現(xiàn)實(shí)的意義，具有很大的實(shí)用價(jià)值。本次課程設(shè)計(jì)中，采用單片機(jī)作為主要芯片設(shè)計(jì)倒計(jì)時(shí)控制系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)的使用性強(qiáng)，設(shè)計(jì)靈活方便并且適合在任何條件下進(jìn)行定時(shí)。12內(nèi)容摘要利用單片定時(shí)器及計(jì)時(shí)器產(chǎn)生定時(shí)效果通過編程形成倒計(jì)時(shí)效果，再利用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示單片機(jī)內(nèi)部處理的數(shù)據(jù)，同時(shí)通過端口讀入當(dāng)前外部控制狀態(tài)來改變程序的

6、不同的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)不同的功能。系統(tǒng)上電自檢后，實(shí)現(xiàn)分鐘，秒鐘信息的顯示，通過按鍵可實(shí)現(xiàn)校對(duì)時(shí)間，倒計(jì)時(shí)的設(shè)定和顯示。當(dāng)設(shè)置的定時(shí)時(shí)間到時(shí)，單片機(jī)通過蜂鳴器來實(shí)現(xiàn)報(bào)警，再利用開關(guān)實(shí)現(xiàn)止鬧的功能。13設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)題目：多功能定時(shí)器設(shè)計(jì)一個(gè)適用于需要顯示當(dāng)前時(shí)間或倒計(jì)時(shí)的場(chǎng)所（如演講比賽等）的多功能電子定時(shí)器電路，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求提出的各項(xiàng)控制功能。1.4性能指標(biāo)（1）應(yīng)用單片機(jī)和時(shí)鐘芯片設(shè)計(jì)電路，功能切換通過按鍵控制，顯示采用LED數(shù)碼管；（2）實(shí)現(xiàn)4位時(shí)間顯示（“時(shí)”2位，“分”2位）；（3）實(shí)現(xiàn)5分鐘的倒計(jì)時(shí)功能，由按鍵控制計(jì)時(shí)開始或停止、重新開始，可以通過按鍵重新設(shè)置計(jì)時(shí)時(shí)間（如改為3分30秒等）

7、；（4）實(shí)現(xiàn)秒計(jì)時(shí)功能，最大顯示達(dá)到60分鐘；第二章系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)21系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架本設(shè)計(jì)主要功能是實(shí)現(xiàn)時(shí)間的設(shè)定，倒計(jì)時(shí)，報(bào)警功能，采用分秒顯示，在4位八段LED上顯示分和秒。若想設(shè)置時(shí)間，需復(fù)位；用定時(shí)器1進(jìn)行掃描按鍵，判斷是否有鍵按下，是哪個(gè)鍵按下；定時(shí)時(shí)間到則蜂鳴器會(huì)報(bào)警；復(fù)位后停止發(fā)出警報(bào)聲音，時(shí)間顯示為系統(tǒng)初始時(shí)間（由軟件設(shè)定），按下確認(rèn)健后，系統(tǒng)開始重新倒計(jì)時(shí)。結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示：圖2-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖22系統(tǒng)硬件單元電路設(shè)計(jì)2.2.1主控單元主控單元主要有89c52單片機(jī)構(gòu)成，主要利用片內(nèi)定時(shí)器0進(jìn)行定時(shí)，定時(shí)器1進(jìn)行按鍵掃描，控制各個(gè)模塊完成倒計(jì)時(shí)定時(shí)功能。具體引腳安排如圖

8、2-2.1所示:jr旨CK二Z-mICCT-rjrgrXrikrI*二二1-=-圖2-2.12.2.2時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路對(duì)單片機(jī)是不可缺的，單片機(jī)的每個(gè)功能都要以時(shí)鐘電路為基礎(chǔ)工作。單片機(jī)內(nèi)部自帶一個(gè)時(shí)鐘電路，外部接入定時(shí)控制元件即可構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。其中機(jī)器周期共有12個(gè)振蕩脈沖周期，因此，機(jī)器周期是時(shí)鐘周期的12倍。本課題中定時(shí)器電路中使用的晶體是12MHz,則時(shí)鐘周期為（1/12）us,機(jī)器周期為1us。如圖2-2所示：HI口山圖2-2.2時(shí)鐘電路圖2.2.3復(fù)位電路復(fù)位操作是使單片機(jī)進(jìn)入設(shè)定的初始狀態(tài)。復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位

9、信號(hào)。復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位、按鍵電平復(fù)位和外部脈沖復(fù)位三鐘方式，本次課設(shè)用的是按鍵電平復(fù)位，利用電容的充放電公式來選擇所需的電容、電阻，能保證復(fù)位信號(hào)高電平持續(xù)時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期。電路圖如圖2-2.3所示：T圖2-2.32.2.4鍵盤的作用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)和控制信號(hào)的輸入主要使用鍵盤，鍵盤接口，尤其是按鍵輸入信號(hào)的軟件處理方法是影響系統(tǒng)使用和操作的重要因素，鍵盤接口和軟件的任務(wù)主要包括一下幾個(gè)方面：*檢測(cè)并判斷是否有按鍵按下*按鍵開關(guān)的延時(shí)消抖功能*計(jì)算并確定按鍵的鍵值*程序根據(jù)鍵值進(jìn)行一系列的處理和執(zhí)行鍵盤的選擇鍵盤可以分為獨(dú)立連接式和矩陣式。，每類按譯碼方式分為編碼式的和非編碼式

10、兩種，單片機(jī)中一般都使用的是軟件來識(shí)別和產(chǎn)生鍵代碼的非編碼式鍵盤行列式鍵盤編碼方式有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種，靜態(tài)接口主要由一個(gè)行編碼器和列編碼器構(gòu)成，動(dòng)態(tài)接口可采用計(jì)數(shù)器，譯碼器和數(shù)據(jù)選擇器來構(gòu)成這兩種鍵盤，由硬件完成鍵的譯碼任務(wù)。一般小的控制系統(tǒng)較多采用非編碼獨(dú)立式較合適，使用矩陣鍵盤，能減少鍵盤與單片機(jī)接口時(shí)說占用的I/O線的數(shù)目，綜上所述，本實(shí)驗(yàn)用的是非編碼式鍵盤。矩陣式鍵盤基本原理對(duì)于這種矩陣式的鍵盤連接，掃描時(shí)依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時(shí)，其它都線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測(cè)各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的

11、按鍵。注意在按鍵時(shí)一定要調(diào)延時(shí)子程序來消除抖動(dòng)。按鍵電路：如圖2-2.4基于單片機(jī)多功能定時(shí)器基于單片機(jī)多功能定時(shí)器4*- 4+-40圖2-2.42.2.5顯示模塊本模塊的主要功能就是顯示倒計(jì)時(shí)的起始時(shí)間，開始倒計(jì)時(shí)后的時(shí)間變化以及顯示設(shè)定好的時(shí)間?；贏T89C52單片機(jī)的數(shù)碼管顯示分為了兩個(gè)大塊：分鐘顯示和秒鐘顯示。其工作原理由段碼線送出待顯示字符，然后通過順序執(zhí)行依次選中的每一位數(shù)碼管，同時(shí)使顯示的字符在每一位停留一會(huì)，由于人眼的惰性，可以同時(shí)看到4個(gè)LED的顯示。4個(gè)LED由pO口控制，由于是供陰極，所以高電平有效。動(dòng)態(tài)顯示設(shè)計(jì)電路如圖2-2.5圖2-2.52.2.6蜂鳴器報(bào)警電路系統(tǒng)

12、為了提示倒計(jì)時(shí)完成設(shè)計(jì)了報(bào)警提示電路，電路主要有一個(gè)蜂鳴器和一個(gè)三極管組成。在倒計(jì)時(shí)完成時(shí)通過控制端口P3.2給三極管送入一個(gè)低電平使其導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)蜂鳴器報(bào)警，當(dāng)數(shù)碼管數(shù)字顯示為0時(shí)，蜂鳴器報(bào)警。蜂鳴器電路設(shè)計(jì)電路圖如圖2-2.6所示圖2-2.623系統(tǒng)原理圖及印刷板圖231系統(tǒng)硬件原理圖總電路圖由時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、蜂鳴器電路、鍵盤電路、數(shù)碼管顯示電路組成來實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能。其中四個(gè)數(shù)碼管為共陰極的數(shù)碼管。74HC573為鎖存器，這里是增加驅(qū)動(dòng)的功能，使數(shù)碼管可以正常顯示。系統(tǒng)硬件電路圖如圖2-3.1所示：=sc;miXLSAITJXTPKJ：7I.S!jZf.-SJCijQi:電；X:;K；4j

13、N1:q：刊i；jd；iK1FlT.-11h:1q：3.oX一nunPDU.h.DDPD.1/AD1POJIih.DZpnziH.DaP.4AD+PDADSPD.S.h.DGPH.T/ADTtXTALI3dEhfipmP1.1P12P12P1.+F.STHLiiSER=TEX1NDF.STP1EP1.1P12P12P1.*P1P1j6P1.7b3a3?c*d百口uJtEQ3+TTDPMITASPZ.VABPZAIDPZ3A11P2.4/A12RZSAOPMJSAA*P2.7W1SPirVRXDP3.irrxDPSZiTTraPsa-TmPMmTDP3ST1P.&TiWPl.TiO-21HZZ2

14、z+H3srtz?T1DTT1z13TZISTb17EIIJZ1嚴(yán)圖2-3.32.4實(shí)物圖正面圖2-4.1第三章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)軟件流框圖本系統(tǒng)中，定時(shí)器o負(fù)責(zé)計(jì)時(shí)，并且以秒為單位，定時(shí)器1負(fù)責(zé)進(jìn)行定時(shí)掃描，所以當(dāng)進(jìn)入系統(tǒng)主函數(shù)后，系統(tǒng)不停地進(jìn)行顯示和按鍵處理，定時(shí)和按鍵掃描在中斷中進(jìn)行，這樣就提高了系統(tǒng)的實(shí)用性。軟件流框圖如圖3-1所示：TIME定時(shí)扌:描32按鍵掃描流程圖和程序如圖3-2所示:開始延時(shí)10ms是否抖動(dòng)I代碼voidK_scan(void)uchari;if(Pl=0 xff)return;for(i=0;i5;i+)if(Pl|(0 xl0i)=0 xff)key二i

15、+1;return;圖3-233按鍵處理子程序流程圖和程序如圖3-3所示_一判斷鍵值1r根據(jù)不同的鍵值處理不同的代碼3開始圖3-3結(jié)束代碼：voidDealKey(void)if(key=0)return;switch(key)case1:key=0;if(rocket2)if(sec=0)sec=0;return;sec;elseif(min=0)min=0;return;min-;return;case2:key=0;if(rocket=0)rocket=0;rocket;return;case3:key=0;TRO=1;TR1=1;return;case4:key=0;TR0=0;/mi

16、n=3;/sec=30;/if(rocket=4)/rocket=4;/rocket+;return;case5:key=0;if(rocket59)sec=59;elsemin+;if(min59)min=59;return;3.4系統(tǒng)總體軟件設(shè)計(jì)代碼見附錄一第四章系統(tǒng)整體調(diào)試5.1硬件調(diào)試單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是分不開的.許多硬件故障只有通過軟、硬件統(tǒng)調(diào)才能發(fā)現(xiàn)，但一般是先排除系統(tǒng)中比較明顯的硬件故障后才和軟件一起統(tǒng)調(diào)。常見的硬件故障：邏輯錯(cuò)誤硬件的邏輯錯(cuò)誤是由于設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和焊接過程中的工藝錯(cuò)誤而造成的，包括錯(cuò)線、開路、短路等,其中最常見的是短路故障。元器件錯(cuò)誤元器件錯(cuò)誤的原因有

17、器件損壞或性能不符合要求,電解電容、二極管的極性接反或集成塊裝反等。可靠性差應(yīng)用系統(tǒng)可靠性差的原因很多，如內(nèi)部和外部的干擾、電壓紋波系數(shù)過大、器件負(fù)載過重等均會(huì)造成系統(tǒng)的可靠性差。另外,走線和布置的不合理也會(huì)造成系統(tǒng)可靠性差。電源故障電源故障包括：電壓值不符合設(shè)計(jì)要求、電源功率不足、負(fù)載能力差、紋波太重等。硬件調(diào)試方法脫機(jī)調(diào)試是在加電前，先用萬用表等工具，按圖紙仔細(xì)核對(duì)線路是否正確,并對(duì)元器件的安裝、型號(hào)、規(guī)格等進(jìn)行仔細(xì)檢查，特別焊接時(shí)有無走線之間相互短路等。52軟件調(diào)試程序在KEILC51上調(diào)試，采用模塊程序設(shè)計(jì)技術(shù)，則逐個(gè)模塊調(diào)好后再進(jìn)行系統(tǒng)程序總調(diào)。對(duì)于模塊結(jié)構(gòu)程序.要一個(gè)個(gè)子程序分別調(diào)

18、試。調(diào)試時(shí)，一定要符合入口條件和出口條件，調(diào)試可用單步運(yùn)行和斷點(diǎn)運(yùn)行方式,通過檢查用者系統(tǒng)的CPU現(xiàn)場(chǎng)情況、RAM的內(nèi)容和I/O口的狀態(tài)，檢測(cè)程序執(zhí)行結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)要求，有無循環(huán)錯(cuò)誤、有無機(jī)器碼錯(cuò)誤以及轉(zhuǎn)移地址的錯(cuò)誤，同時(shí)，還可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的硬件設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和軟件算法錯(cuò)誤。各程序模塊通過后,則可以把相關(guān)功能塊連在一起進(jìn)行總調(diào)。這個(gè)階段若有故障,可以考慮各子程序運(yùn)行時(shí)是否破壞了現(xiàn)場(chǎng)，緩沖單元、工作寄存器是否發(fā)生沖突，標(biāo)志位的建立和清除是否有誤,堆棧區(qū)是否有溢出，輸入設(shè)備的狀態(tài)是否正常等等,若用者系統(tǒng)是在開發(fā)機(jī)的監(jiān)控程序下運(yùn)行時(shí)，還要考慮用者緩沖單元是否和監(jiān)控程序的工作單元發(fā)生沖突。單步和斷點(diǎn)調(diào)

19、試后，還應(yīng)進(jìn)行連續(xù)調(diào)試，用以確定定時(shí)精度、CPU的實(shí)時(shí)響應(yīng)等問題。當(dāng)全部調(diào)試和修改完成后，將程序固化到STR89C54RD+中。進(jìn)行整機(jī)調(diào)試，各功能實(shí)現(xiàn)則調(diào)試完成。第五章結(jié)論51總結(jié)本系統(tǒng)的功能主要有這幾部分組成，通過定時(shí)器0來實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的倒計(jì)時(shí)，通過單片機(jī)P2口都數(shù)碼管位進(jìn)行掃描，通過定時(shí)器1對(duì)按鍵進(jìn)行掃描，看按鍵是否按下，通過p3.2對(duì)蜂鳴器控制，本系統(tǒng)有6個(gè)按鍵，一個(gè)復(fù)位按鍵，五個(gè)控制按鍵，依次功能是:加暫停移位開始減。開始倒計(jì)時(shí)后，出復(fù)位鍵其他鍵都無效，當(dāng)按下復(fù)位鍵后，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位,將再次倒計(jì)時(shí)功能。52系統(tǒng)展望由于本系統(tǒng)的局限性，我覺還有完善的可能，可以在系統(tǒng)中增加一個(gè)數(shù)字按鍵盤，通

20、過按鍵盤對(duì)定時(shí)器初值設(shè)置，還可以增加一個(gè)紅外線遙控控制，對(duì)于定時(shí)器來說，我覺得還可以改成雙模式，一種是定時(shí)，一種是電子表功能，隨著人們對(duì)定時(shí)器功能的智能化越來越高，將來會(huì)有更大的發(fā)展空間的。53心得體會(huì)兩周的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，其中包含著快樂，也有辛酸。我們選的設(shè)計(jì)題目是多功能定時(shí)器，我都覺得這個(gè)題目是比較簡(jiǎn)單的。其實(shí)不然，做了之后，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)電路雖然簡(jiǎn)單，但我們認(rèn)為它真正困難的地方是程序設(shè)計(jì)，不過在我的努力下最終完成了。我們剛選該題目時(shí)，真的是一頭霧水，硬件電路不知如何下手，更何談解決程序那塊，因?yàn)槲覀兯鶎W(xué)的都是單片機(jī)方面的理論知識(shí)，應(yīng)用到實(shí)踐中去還比較少。不過，我也沒偷下懶，迅速去

21、查閱和收集資料。我去了圖書館借一些參考書，上網(wǎng)找一些相關(guān)資料，并且請(qǐng)教指導(dǎo)老師。通過不斷努力，終于把定時(shí)器思路和模型定了下來并開始去焊接硬件電路，剩下的去整理和修改程序。通過一番整理和修改后，在電腦上進(jìn)行仿真，仿真成功后準(zhǔn)備焊接電路板。在焊接電路板中，我們首先對(duì)硬件電路進(jìn)行布局，然后確認(rèn)無誤后，在電路板上進(jìn)行焊接，這個(gè)過程我們覺得是做得比較快的，以至于后面出現(xiàn)了虛焊的錯(cuò)誤。焊接電路板完工，細(xì)心檢查后，進(jìn)行通電測(cè)試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)連PCD圖時(shí)有些線沒連，通過加上跳線，最終實(shí)現(xiàn)了功能。在完成單片機(jī)課程設(shè)計(jì)后，我們發(fā)現(xiàn)我們還有許多不足，所學(xué)到的知識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,以至于還有一些功能不能被動(dòng)完成。但通過學(xué)習(xí)這一

22、次實(shí)踐，增強(qiáng)了我們的動(dòng)手能力,提高和鞏固了單片機(jī)方面的知識(shí)，特別是軟件方面。從中增強(qiáng)了我們的團(tuán)隊(duì)合作精神,并讓我們認(rèn)識(shí)到把理論應(yīng)用到實(shí)踐中去是多么重要。附錄一：系統(tǒng)軟件代碼：#include#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintucharmin=1;ucharsec=21;uintk_delay=0;ucharkey;uintmid=0;uchartime5;ucharrocket=0;ucharbuffll=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f,0 xff;sbitbell二P32;voidK_scan(void);voidTime_0Init();voidTimeViewO;voidTime_1Init();voidDealKey(void);voidDelay();voidmain()bell=1;Time_0Init();Time_1Init();while(l)TimeView();DealKey();if(sec=0&min=0)TRO=O;bell=O;voidTime_0Init()TM0D=0 x22;TH0=6