電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)字定時(shí)器實(shí)驗(yàn)報(bào)告

PAGE4電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)字定時(shí)器實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)校：學(xué)院：城市軌道交通學(xué)院班級(jí)：通信工程組員：前言在電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，電子產(chǎn)品逐漸趨向人性化和智能化。人們?nèi)藗優(yōu)榱藢?shí)現(xiàn)這一目的而引入了單片機(jī)。單片機(jī)又稱單片微型計(jì)算機(jī)，也稱為微控制器，是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，單片機(jī)是20世紀(jì)70年代中期發(fā)展起來(lái)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(jī)的誕生標(biāo)志著計(jì)算機(jī)正式形成了通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兩個(gè)分支。目前單片機(jī)已滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的蹤跡。單片機(jī)已在廣闊的計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中表現(xiàn)得淋漓盡致電器因此，單片機(jī)已成為電子類工作者必須掌握的專業(yè)技術(shù)之一。這次實(shí)驗(yàn)，我們組是以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字定時(shí)器。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們開(kāi)始了解電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的和基本理念，基本規(guī)則和基本流程；在不斷完善設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們逐步豐富和鞏固自己的理論知識(shí)，培養(yǎng)積極思考解決問(wèn)題的習(xí)慣并充分地發(fā)揮自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)操作的能力。可以說(shuō)這次實(shí)驗(yàn)將我們所學(xué)的《單片機(jī)原理與應(yīng)用》以及《電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)》兩門(mén)課程進(jìn)行了有機(jī)的結(jié)合。通過(guò)解決實(shí)際問(wèn)題，我們對(duì)原理有了更深刻的理解，對(duì)于應(yīng)用有了更廣泛的接觸。另外實(shí)驗(yàn)中我們學(xué)會(huì)使用Proteus和Keil兩款軟件進(jìn)行單片機(jī)電路的仿真以及程序的編寫(xiě)及聯(lián)調(diào)。這些都為我們以后的課程設(shè)計(jì)乃至工作研究奠定了厚實(shí)的基礎(chǔ)。這次的實(shí)驗(yàn)中，我們以單片機(jī)實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)和倒計(jì)時(shí)功能，由LED顯示剩余時(shí)間，顯示格式為XX（分），精確到1分的整數(shù)倍。雖然接觸到的功能模塊較多，包括接口模塊、中斷模塊、存儲(chǔ)模塊、控制模塊和顯示模塊等，但仍然只是單片機(jī)這門(mén)學(xué)問(wèn)的皮毛，在以后的學(xué)習(xí)中我們還需要不斷汲取知識(shí)，不斷地將理論與實(shí)踐結(jié)合。本次實(shí)驗(yàn)有本小組4位組員共同完成，張強(qiáng)強(qiáng)負(fù)責(zé)，朱宇翔負(fù)責(zé)，吳易洲負(fù)責(zé)，肖偉健負(fù)責(zé)。編者注目錄第1部分實(shí)驗(yàn)概述1.1設(shè)計(jì)要求……………………1.2數(shù)字定時(shí)器系統(tǒng)的基本理論………………1.3設(shè)計(jì)方案……………………

1.4硬件電路工作原理…………第2部分程序設(shè)計(jì)2.1整體結(jié)構(gòu)……………………2.2資源分配……………………2.3程序流程……………………2.4程序編寫(xiě)……………………第3部分仿真驗(yàn)證3.1Keil與Proteus聯(lián)調(diào)仿真…………………3.2實(shí)物連接仿真………………第4部分實(shí)驗(yàn)總結(jié)4.1問(wèn)題分析……………………4.2小結(jié)…………第1部分實(shí)驗(yàn)概述1.1實(shí)驗(yàn)要求1定時(shí)時(shí)間的設(shè)置范圍為1~99min，開(kāi)機(jī)上電后隱含值為10min。2使用0.5英寸紅色LED數(shù)碼管顯示時(shí)間。3定時(shí)時(shí)間可以用按鍵或其他方式輸入。4定時(shí)器控制一個(gè)交流220V，1A的用電設(shè)備，上電是不允許用電設(shè)備瞬間通電。5定時(shí)時(shí)間設(shè)定后，啟動(dòng)計(jì)時(shí)，用電設(shè)備通電，同時(shí)顯示器逐分倒計(jì)時(shí)。6計(jì)時(shí)到0分時(shí)，切斷用電設(shè)備電源。7由用電設(shè)備提供+12V電源。8盡量減少器件成本。1.2數(shù)字定時(shí)器系統(tǒng)的基本理論本設(shè)計(jì)將采用89C51單片機(jī)，89C51單片機(jī)是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)自帶5個(gè)中斷，兩個(gè)16位定時(shí)器32個(gè)I/O口，可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除多次，功能相當(dāng)強(qiáng)大。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51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(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的89C51是一種高效微控制器。89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。1.3方案設(shè)計(jì)數(shù)字定時(shí)器系統(tǒng)的基本組成如圖1所示。單片機(jī)單片機(jī)控制器晶振復(fù)位電路鍵盤(pán)電路顯示電路繼電器電路圖1數(shù)字定時(shí)系統(tǒng)電路的原理框圖數(shù)字定時(shí)系統(tǒng)電路的原理框圖根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)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、繼電器電路。進(jìn)一步細(xì)說(shuō)，主電路選用AT89C51作為中央處理器，系統(tǒng)采用12MHZ的晶振；按鍵控制電路由兩個(gè)個(gè)按鍵（啟動(dòng)鍵(start)、時(shí)間設(shè)定鍵(set)）組成，采用三個(gè)獨(dú)立開(kāi)關(guān)，按鍵按下產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)；顯示電路由二位8段共陰極數(shù)碼管和一個(gè)9位100歐姆上拉排阻組成，位選，個(gè)位和十位由P0輸出，段選由P1輸出；繼電器電路由一個(gè)繼電器和一個(gè)用電器（燈泡）組成，通過(guò)電路與P3.0相連。當(dāng)P3.0輸出高電平時(shí)，繼電器不吸合，燈亮。1.4硬件電路的工作原理1.4.1單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模塊硬件連接說(shuō)明：本系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為核心。單片機(jī)采用內(nèi)部振蕩的方式。100歐姆排阻與一個(gè)2位8段共陰LED數(shù)碼顯示管相連。從P0口輸出LED數(shù)碼管的字形碼，從P0口輸出LED數(shù)碼管的位選碼，高電平有效。2個(gè)功能按鍵和P3.2和P3.3口相連，按鍵另一端接地，當(dāng)按鍵按下，產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)。繼電器電路則與P3.0口相連，當(dāng)P3.0口輸出高電平時(shí)，用電器工作。1.4.2晶振復(fù)位電路設(shè)計(jì)由于單片機(jī)內(nèi)部振蕩方式電路簡(jiǎn)單，時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定，是獨(dú)立的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的首選，故本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部振蕩方式，采用12MHZ的晶振。復(fù)位電路通過(guò)電解電容和電阻形成振蕩電路，通過(guò)開(kāi)關(guān)按鍵來(lái)形成復(fù)位。數(shù)字定時(shí)系統(tǒng)電路的晶振復(fù)位電路圖如圖2所示。圖2數(shù)字定時(shí)系統(tǒng)電路的晶振電路圖1.4.3定時(shí)中斷本設(shè)計(jì)電路采用定時(shí)器T0產(chǎn)生定時(shí)中斷，由于本設(shè)計(jì)需要0.1s的基本時(shí)間，故選擇其工作在定時(shí)方式1下。這時(shí)定時(shí)器T0是一個(gè)16位的計(jì)時(shí)器，由它產(chǎn)生50ms的基本定時(shí)中斷，20次中斷后將得到1s的時(shí)間，每60s設(shè)定時(shí)間減1。1.4.4按鍵電路按鍵電路由兩個(gè)獨(dú)立按鍵組成。獨(dú)立式按鍵占用I/O口線較多，適用于按鍵較少的情況。矩陣式鍵盤(pán)占用的I/O口相對(duì)較少，適用于按鍵很多的情況。本實(shí)驗(yàn)共設(shè)置2個(gè)按鍵，每個(gè)按鍵分別完成設(shè)置和開(kāi)始的功能。其電路連接圖如圖3所示。圖3按鍵電路圖1.4.5繼電器電路繼電器電路將采用P3.0口驅(qū)動(dòng)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，當(dāng)按下開(kāi)始鍵后，P3.0變?yōu)楦唠娖剑^電器開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，用電器工作，直到計(jì)時(shí)結(jié)束數(shù)碼管全滅時(shí)P3.0口輸出變?yōu)榈碗娖?，繼電器吸合，用電器被斷開(kāi)，工作結(jié)束。其電路連接圖如圖4所示。圖4繼電器電路圖1.4.6顯示電路對(duì)于顯示電路，本設(shè)計(jì)采用2位8段共陰極LED數(shù)碼管顯示。上電顯示隱含上電時(shí)間10min。兩位數(shù)碼管在亮滅間閃爍顯示，觀察到數(shù)碼管在1,0間跳轉(zhuǎn)。當(dāng)數(shù)碼管閃爍顯示時(shí)，表示系統(tǒng)處于等待狀態(tài)。此時(shí)按SET設(shè)置鍵，我們能夠增加倒計(jì)時(shí)的時(shí)間，時(shí)間范圍為1-99min。我們按下START開(kāi)始鍵后數(shù)碼管停止閃爍，定時(shí)器開(kāi)始倒計(jì)時(shí)。我們能看到數(shù)碼管逐分倒計(jì)時(shí)，直到計(jì)時(shí)結(jié)束，數(shù)碼管全滅。其顯示電路圖如圖5所示。圖5顯示電路圖第2部分程序設(shè)計(jì)2.1整體程序結(jié)構(gòu)主程序初值化主程序初值化顯示掃描2.2資源分配硬件資源分配如下：INT0功能鍵SET,邊沿觸發(fā)INT1功能鍵STRAT,邊沿觸發(fā)P1.0-P1.7LED段碼輸出，高電平有效P0.0LED數(shù)碼管分十位陰極，低電平有效P0.1LED數(shù)碼管分個(gè)位陰極，低電平有效P3.0繼電器驅(qū)動(dòng)輸出，低電平有效T016位計(jì)時(shí)器，系統(tǒng)時(shí)鐘，10ms中斷一次T116位計(jì)時(shí)器，計(jì)時(shí)時(shí)鐘，0.1s中斷一次2.3程序流程圖Type0Type0Display_typeType1定時(shí)時(shí)間調(diào)用顯示程序時(shí)間設(shè)定程序計(jì)時(shí)處理剩余時(shí)間程序結(jié)束中斷返回開(kāi)始Type1初始化 數(shù)字定時(shí)器主程序流程圖LED顯示單元LED顯示單元譯碼處理單元（DSYCODE）個(gè)位十位段選位選顯示時(shí)間返回除以10除以10取整取余P1P0 數(shù)字定時(shí)器顯示子程序流程圖CLKCLK裝載初值該位LED閃爍設(shè)置位LED閃爍標(biāo)志取反中斷返回 秒+1時(shí)間-1關(guān)計(jì)時(shí)到1min？時(shí)間=0？繼電器斷電NYNYNNY計(jì)時(shí)時(shí)鐘程序流程圖/**************************按下set鍵，啟動(dòng)時(shí)間加1，數(shù)碼管閃爍顯示；*按下start鍵，默認(rèn)10，按過(guò)set鍵則是顯示值，不閃爍，*倒計(jì)時(shí)顯示剩余時(shí)間，時(shí)間到，燈滅，數(shù)碼管顯示“--”***********************/#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintuchartime_count;//定時(shí)器溢出計(jì)數(shù)uchartime_sec;//定時(shí)秒uchartime_min;//定時(shí)分uchartime_set;//設(shè)定啟動(dòng)時(shí)間uchartime_left;uchardisplay_type;sbitoutput=P3^0; sbitled0=P0^0;sbitled1=P0^1;ucharcodeDSY_CODE[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//共陰數(shù)碼管段碼表voidDelayMS(uintms){uchart;while(ms--)for(t=0;t<120;t++);}voidDisplaySet()//未啟動(dòng)時(shí)，閃爍顯示{ led0=0; //十位 P1=DSY_CODE[time_set/10]; DelayMS(200); led0=1;led1=0; //個(gè)位 P1=DSY_CODE[time_set%10]; DelayMS(200); led1=1; }voidDisplayStart()//啟動(dòng)后，減小延時(shí)，不閃爍,顯示剩余時(shí)間{ led0=0; //十位 P1=DSY_CODE[time_left/10]; DelayMS(10);led0=1; led1=0; //個(gè)位 P1=DSY_CODE[time_left%10]; DelayMS(10); led1=1; }voidinitial()//初始化 { time_count=0; time_sec=0; time_min=0; time_set=10; time_left=10; led0=1; //共陰，數(shù)碼管全滅 led1=1; P1=0; P2=0; display_type=0;IE=0x87;//開(kāi)中斷 IT0=1; IT1=1; TMOD=0x01;//定時(shí)器0工作方式1 TH0=0x3c;//定時(shí)50ms TL0=0xb0;}voidmain()//主函數(shù){output=0; intial(); while(1) { switch(display_type) { case0: DisplaySet(); break; case1: DisplayStart(); break; case2: led0=0; led1=0; P1=0x00; break; default: break; } }}voidkey_settime()interrupt0//外部中斷0{ time_set++; if(time_set==100)//設(shè)置時(shí)間范圍10~99分鐘 time_set=10; display_type=0; time_left=time_set; } voidkey_start()interrupt2//外部中斷1子程序 //開(kāi)始鍵按下，啟動(dòng)定時(shí)器{ TR0=1;//啟動(dòng)定時(shí)器0 display_type=1; EX0=0; //屏蔽外部中斷，按鍵無(wú)用；參照IE寄存器 EX1=0; output=1;}voidtimer0_min()interrupt1//單位為分鐘 定時(shí)器0中斷子程序{ TH0=0x3c; TL0=0xb0;//定時(shí)器重載初值 time_count++; if(time_count==20)//溢出20次，即定時(shí)20*50ms=1s { time_sec++; time_count=0; } if(time_sec==60)//1min { time_min++; time_sec=0; time_left=time_set-time_min; } if(time_min==time_set)//定時(shí)時(shí)間到，啟動(dòng)完成，關(guān)定時(shí)器，開(kāi)外部中斷 { output=1; TR0=0;//關(guān)定時(shí)器 IE=0x87;//開(kāi)中斷 display_type=2; time_count=0; time_sec=0; time_min=0; time_set=9; }}6．系統(tǒng)調(diào)試和結(jié)果分析采用proteus仿真，建立電路圖如圖6圖6仿真電路圖6．1仿真結(jié)果如下上電后LED數(shù)碼管顯示隱含上電時(shí)間10min，閃爍顯示程序處于等待狀態(tài)。圖7隱含上電十分鐘閃爍顯示圖此時(shí)，主程序不斷調(diào)用顯示子程序以及按鍵電路情況，當(dāng)檢測(cè)到有鍵按下后，轉(zhuǎn)到相應(yīng)的程序執(zhí)行。.1當(dāng)設(shè)置鍵被按下后，程序進(jìn)入調(diào)時(shí)設(shè)置狀態(tài)。按下SET鍵，可以將當(dāng)前的計(jì)數(shù)單位值加1，直到加到99為最大值。按到最大值后繼續(xù)按從1開(kāi)始。設(shè)置時(shí)，數(shù)碼管閃爍顯示，為等待狀態(tài)。圖8設(shè)置定時(shí)時(shí)間圖2.STRAT鍵按下后程序開(kāi)始減1計(jì)數(shù)直到0，數(shù)碼管逐分倒計(jì)時(shí)，同時(shí)繼電器斷開(kāi)，220v用電器工作，直到計(jì)數(shù)值到0后，繼電器吸合，用電器電源被切斷停止工作。圖9倒計(jì)時(shí)用電器工作圖圖10計(jì)時(shí)結(jié)束圖6.2實(shí)物結(jié)果如下本