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黑龙江师范学院机电工程系毕业论文 1 黑龙江师范学院黑龙江师范学院 毕业论文毕业论文 基于单片机的简易计时器设计 姓姓 名：名： 崔崔 某某 某某 指导教师：指导教师： 田田 某某 某某 专专 业：业： 应用电子技术应用电子技术 班班 级：级： 电子电子 091091 20112011 年年 1111 月月 2626 日日 2 目目 录录 前前 言言4 1.设计任务及基本要求设计任务及基本要求.5 2.系统基本方案选择与论证系统基本方案选择与论证.5 2.1 单片机选择5 2.2 显示模块选择方案和论证：5 3.主要元件介绍主要元件介绍.5 3.1 STC89C51 介绍 .5 3.1.1 STC89C51 主要功能及 DIP 封装 5 3.1.2 STC89C52 引脚介绍.6 3.2 数码管介绍8 3.3.1 四位一体数码管概述.8 3.3.2 四位一体数码管引脚图.8 3.3 自锁开关说明9 3.4 上拉电阻介绍9 3.5 三极管介绍10 3.6 按键介绍11 3.7 蜂鸣器介绍12 4.系统硬件设计系统硬件设计.13 4.1 电路设计框图13 4.2 系统硬件概述13 5.系统软件设计系统软件设计.13 5.1 软件系统框图14 5.2 程序流程图16 6.调试调试.16 6.1 硬件调试 16 6.2 软件调试 17 结结 论论18 参考文献参考文献19 致致 谢谢20 附录附录 1 1 原理图原理图.21 附录附录 2 2 源程序源程序.22 3 基于单片机的简易计时器设计基于单片机的简易计时器设计 摘摘 要要：单片机自 70 年代问世以来得到蓬勃发展，目前单片机功能正日渐完善：单片机集 成越来越多资源，内部储存资源日益丰富，用户不需要扩充资源就可以完成项目开发，不仅是 开发简单，产品小巧美观，同时抗干扰能力强，系统也更加稳定，使它更适合工业控制领域， 具有更广阔的市场前景；提供在线编程能力，加速了产品的开发进程，为企业产品上市赢得了 宝贵时间。本设计通过 STC89C51 单片机以及单片机最小系统和三极管驱动以及外围的按键和 数码管显示等部件，设计一个基于单片机的简易计时器。设计通过四位一体共阳极数码管显示， 并能通过按键对秒进行设置。 关键词关键词：STC89C5 单片机，驱动，四位一体数码管 4 前前 言言 时钟，自从它发明的那天起，就成为人类的朋友，但随着时间的推移，科学技术的不断发 展，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。怎样让时钟更好的为人民服务，怎 样让我们的老朋友焕发青春呢？这就要求人们不断设计出新型时钟。 现今，高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟，石英表，石英钟 都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校，数字式电子钟 用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用 LED 显示器代替显示器代替指针显示进而显示时 间，减小了计时误差，这种表具有时，分，秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片 选的灵活性好。 时间被认为是最宝贵的资源，为了对时间有更深刻的了解，同时也在电子方面有更深刻的 认识，通过学习，本次设计主要介绍用单片机内部的定时/计数器来实现电子秒表的方法，本设 计由单片机 STC89C51 芯片和 LED 数码管为核心，辅以必要的电路，构成了一个单片机电子秒表。 相信它会越来越深入地浸透到人们的生活中，并且将在一定程度上影响人们对生活的理解和诠 释。用单片机制作电子产品也会越来越多，也是众多领域实施编程开发不可缺少的一部分，这 将必然成为一种趋势。为更多的了解单片机的原理和应用，故做此设计来进行巩固。 下面就是计时器设计的具体过程。 5 1.设计任务及基本要求 设计任务：掌握单片机程序设计、调试和应用电路设计、分析及调试检测。 基本要求：设计一按键控制数码管显示的计时器，能实现正计开始、暂停和清零等功能。 2.系统基本方案选择与论证 2.1 单片机选择 方案一: 采用 STC 系列芯片作为硬件核心。STC 系列内部具有 8KB ROM 存储空间,512 字节数据存 储空间，带有 2K 字节的 EEPROM 存储空间，与 MCS-51 系列单片机完全兼容,STC 系列可以通 过串口下载。 方案二: 采用 AT 系列。AT 系列片内具有 8K 字节程序存储空间，256 字节的数据存储空间没有 EEPROM 存储空间，也与 MCS-51 系列单片机完全兼容，具有在线编程可擦除技术。 两种单片机都完全能够满足设计需要，STC 系列相对 AT 系列价格便宜，且抗干扰能力强。 考虑到成本因素，因此选用 STC 系列。 2.2 显示模块选择方案和论证： 方案一： 采用点阵式数码管显示。点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比 较适合,如采用在显示数字显得太浪费,且成本也相对较高,所以不用此种作为显示。 方案二： 采用 LCD 液晶显示屏。液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字，显示多样,清晰可见,但 价格昂贵，所以也不用了 LCD 数码管作为显示。 方案三： 采用 LED 数码管动态扫描。LED 数码管价格便宜,对于显示数字最合适,功耗虽然较大，但 足以完成显示，所以采用此种方案。 3.主要元件介绍 3.1 STC89C51 介绍 3.1.1 STC89C51 主要功能及 DIP 封装 STC89C51 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存 储器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 STC89C51 为众多嵌入 式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，512 字 节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM，MAX810 复位电路，三个 16 位 定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口。另外 STC89X51 可降至 0Hz 静 态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时 器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机 一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率 35Mhz，6T/12T 可选。 STC89C51 主要功能如表 1 所示，其 DIP 封装如图 2 所示 表 1：STC89C51 主要功能 主要功能特性 兼容 MCS51 指令系统4K 可反复擦写 Flash ROM 32 个双向 I/O 口256x8bit 内部 RAM 3 个 16 位可编程定时/计数器中断时钟频率 0-24MHz 2 个串行中断可编程 UART 串行通道 6 2 个外部中断源共 6 个中断源 2 个读写中断口线3 级加密位 低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能 3.1.2 STC89C52 引脚介绍 主电源引脚（2 根） VCC(Pin40)：电源输入，接5V 电源 GND(Pin20)：接地线 外接晶振引脚（2 根） XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端 XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端 控制引脚（4 根） RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现 2 个机器周期的高电平将使单片机复位。 ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号 PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号 EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高 电平则从内部程序存储器读指令。 可编程输入/输出引脚（32 根） STC89C52 单片机有 4 组 8 位的可编程 I/O 口，分别位 P0、P1、P2、P3 口，每个口有 8 位 （8 根引脚），共 32 根。 P0 口（Pin39Pin32）：8 位双向 I/O 口线，名称为 P0.0P0.7 P1 口（Pin1Pin8）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P1.0P1.7 P2 口（Pin21Pin28）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P2.0P2.7 P3 口（Pin10Pin17）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P3.0P3.7 作频率 35Mhz，6T/12T 可选。 EA/VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 P37/RD 17 P36WR 16 P32/INT0 12 P33/INT1 13 P34/T 0 14 P35/T 1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE /P 30 P31/T XD 11 P30/RX D 10 GND 20 VCC 40 U1 ST C89C52 图 1 STC89C51 DIP 封装图 最小系统包括单片机及其所需的必要的电源、时钟、复位等部件，能使单片机始终处于正 常的运行状态。电源、时钟等电路是使单片机能运行的必备条件，可以将最小系统作为应用系 统的核心部分，通过对其进行存储器扩展、A/D 扩展等，使单片机完成较复杂的功能。 7 STC89C51 是片内有 ROM/EPROM 的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单可靠。 用 STC89C52 单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，结构 如图 2-3 所示，由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。 图 2 单片机最小系统原理框图 (1) 时钟电路 STC89C51 单片机的时钟信号通常有两种方式产生：一是内部时钟方式，二是外部时钟方 式。内部时钟方式如图 2-4 所示。在 STC89C51 单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的 XTAL1(18)和 XTAL2(19)引脚外接石英晶体(简称晶振)，就构成了自激振荡器并在单片机内部产 生时钟脉冲信号。图中电容 C1 和 C2 的作用是稳定频率和快速起振，电容值在 530pF，典型值 为 30pF。晶振 CYS 的振荡频率范围在 1.212MHz 间选择，典型值为 12MHz 和 6MHz。 Y1 11.0592MHz C2 30pF C3 30pF 18 19 图 3 STC89C51 内部时钟电路 (2) 复位电路 当在 STC89C51 单片机的 RST 引脚引入高电平并保持 2 个机器周期时，单片机内部就执行 复位操作(若该引脚持续保持高电平，单片机就处于循环复位状态)。 复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。 最简单的上电自动复位电路中上电自动复位是通过外部复位电路的电容充放电来实现的。 只要 Vcc 的上升时间不超过 1ms,就可以实现自动上电复位。 除了上电复位外，有时还需要按键手动复位。本设计就是用的按键手动复位。按键手动复 位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过 RST(9)端与电源 Vcc 接通而实现的。按键 手动复位电路见图 2-5。时钟频率用 11.0592MHZ 时 C 取 10uF,R 取 10k。 R1 10k C1 10uF S4VCC 9 图 4 STC89C51 复位电路 （3） STC89C51 中断技术概述 中断技术主要用于实时监测与控制，要求单片机能及时地响应中断请求源提出的服务请求， 并作出快速响应、及时处理。这是由片内的中断系统来实现的。当中断请求源发出中断请求时， 如果中断请求被允许，单片机暂时中止当前正在执行的主程序，转到中断服务处理程序处理中 断服务请求。中断服务处理程序处理完中断服务请求后，再回到原来被中止的程序之处（断点） ， 时钟电路 复位电路 STC89C51 单片机 I/ O 口 8 继续执行被中断的主程序。 图 2-6 为整个中断响应和处理过程。 图 5 中断响应和处理过程 如果单片机没有中断系统，单片机的大量时间可能会浪费在查询是否有服务请求发生的定 时查询操作上。采用中断技术完全消除了单片机在查询方式中的等待现象，大大地提高了单片 机的工作效率和实时性。 3.2 数码管介绍 3.3.1 四位一体数码管概述 LED 数码管（LED Segment Displays）是由多个发光二极管封装在一起组成 “8”字型的 器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。数码管分为动态显 示和静态显示驱动两种， 静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码 都由一个单片机的 I/O 端口进行驱动，或者使用如 BCD 码二-十进制译码器译码进行驱动。 静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O 端口多，如驱动 5 个数码管静 态显示则需要 58=40 根 I/O 端口来驱动，要知道一个 STC89C52 的 I/O 端口才 32 个呢：） ， 实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。数码管动态显示接口 是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8 个显示笔划 “a,b,c,d,e,f,g,dp“的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM 增加位选通控制电路， 位选通由各自独立的 I/O 线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形 码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM 端电路的控制，所 以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就 不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM 端，就使各个数码管轮流受控显示，这 就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留 现象及发光二极管的 余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度 足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示 是一样的，能够节省大量的 I/O 端口，而且 功耗更低。 3.3.2 四位一体数码管引脚图 光阳数码管共阳端为每一位的 led 阳极都接在一起。引脚图如图 6； 9 SEG1 1 a 2 f 3 SEG2 4 SEG3 5 b 6 SEG4 7 g 8 c 9 10 10 dp 11 e 12 U ? 件件 _1 图 6 四位一体数码管引脚图 3.3 自锁开关说明 自锁开关电路中起到电源的开关作用，常开的其中一脚接 DC 电源插口电源脚，常开的另一 脚接电路的 VCC 图图 7 7 自锁开关原理图自锁开关原理图 图图 8 8 自锁开关硬件图自锁开关硬件图 3.4 上拉电阻介绍 其实排阻就是由 8 个电阻组成的，其中一端全部接在一起，103 为 8 个 10K 电阻， 102 为 8 个 1K 电阻，他们在电路中起到“上拉”的作用，又称上拉电阻。 上拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平,电阻同时起限流作用,下拉同理. 上拉是对器件注入电流，下拉是输出电流,弱强只是上拉电阻的阻值不同，没有什么严格区分, 对于非集电极（或漏极）开路输出型电路（如普通门电路）提升电流和电压的能力是有限的， 上拉电阻的功能主要是为集电极开路输出型电路输出电流通道。 上拉，就是把电位拉高，比如拉到 VCC 下拉，就是把电压拉低，拉到 GND 一般就是刚上电的时候，端口电压不稳定，为了让他稳定为高或低，就会用到上拉或下拉电阻。 10 有些芯片内部集成了上拉电阻（如单片机的 P1、2、3 口） ，所以外部就不用上拉电阻了。但是 有一些开漏的（如单片机的 P0 口） ，外部必须加上拉电阻。 图图 9 9 排组上拉电阻原理图排组上拉电阻原理图 3.5 三极管介绍 常见的三极管为 9012、s8550、9013、s8050.单片机应用电路中三极管主要的作用就是开关作 用。 其中 9012 与 8550 为 pnp 型三极管，可以通用。 其中 9013 与 8050 为 npn 型三极管，可以通用。 区别引脚：三极管向着自己，引脚从左到右分别为 ebc，原理图中有箭头的一端为 e，与电阻相 连的为 b，另一个为 c。箭头向里指为 PNP(9012 或 8550)，箭头向外指为 NPN（9013 或 8050） 。 三极管的工作原理 三极管是电流放大器件，有三个极，分别叫做集电极 C，基极 B，发射极 E。分成 NPN 和 PNP 两种。我们仅以 NPN 三极管的共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大电路的基本原理。 （1）电流放大 下面的分析仅对于 NPN 型硅三极管。如上图所示，我们把从基极 B 流至发射极 E 的电流叫 做基极电流 Ib；把从集电极 C 流至发射极 E 的电流叫做集电极电流 Ic。这两个电流的方向都是 流出发射极的，所以发射极 E 上就用了一个箭头来表示电流的方向。三极管的放大作用就是： 集电极电流受基极电流的控制（假设电源 能够提供给集电极足够大的电流的话） ，并且基极电 流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变 化量是基极电流变 化量的 倍，即电流变化被放大了 倍，所以我们把 叫做三极管的放 大倍数（ 一般远大于 1，例如几十，几百） 。如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射 极之间，这就会引起基极电流 Ib 的变化，Ib 的变化被放大后，导致了 Ic 很大的变化。如果集 电极电流 Ic 是流过一个电阻 R 的，那么根据电压计算公式 U=R*I 可以算得，这电阻上电压就 会发生很大的变化。我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。 （2）偏置电路 三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。这有几个原因。首先是由 于三极管 BE 结的非线性（相当于一个二极管） ，基极电流必须在输入电压 大到一定程度后才能 11 产生（对于硅管，常取 0.7V） 。当基极与发射极之间的电压小于 0.7V 时，基极电流就可以认为 是 0。但实际中要放大的信号往往远比 0.7V 要小，如果不加偏置的话，这么小的信号就不足以 引起基极电流的改变（因为小于 0.7V 时，基极电流都是 0） 。如果我们事先在三极管的基极上加 上一 个合适的电流（叫做偏置电流，上图中那个电阻 Rb 就是用来提供这个电流的，所以它被 叫做基极偏置电阻） ，那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时，小 信号就会导致基极 电流的变化，而基极电流的变化，就会被放大并在集电极上输出。另一个原因就是输出信号范 围的要求，如果没有加偏置，那么只有对那些增加的 信号放大，而对减小的信号无效（因为没 有偏置时集电极电流为 0，不能再减小了） 。而加上偏置，事先让集电极有一定的电流，当输入 的基极电流变小时，集电极 电流就可以减小；当输入的基极电流增大时，集电极电流就增大。 这样减小的信号和增大的信号都可以被放大了。 （3）开关作用 下面说说三极管的饱和情况。像上面那样的图，因为受到电阻 Rc 的限制（Rc 是固定值， 那么最大电流为 U/Rc，其中 U 为电源电压） ，集电极电流是不能无限增加下去的。当基极电流的 增大，不能使集电极电流继续增大 时，三极管就进入了饱和状态。一般判断三极管是否饱和的 准则是：Ib*Ic。进入饱和状态之后，三极管的集电极跟发射极之间的电压将很小，可以理 解为 一个开关闭合了。这样我们就可以拿三极管来当作开关使用：当基极电流为 0 时，三极管 集电极电流为 0（这叫做三极管截止） ，相当于开关断开；当基极电流很 大，以至于三极管饱和 时，相当于开关闭合。如果三极管主要工作在截止和饱和状态，那么这样的三极管我们一般把 它叫做开关管。 （4）工作状态 如果我们在上面这个图中，将电阻 Rc 换成一个灯泡，那么当基极电流为 0 时，集电极电流 为 0，灯泡灭。如果基极电流比较大时（大于流过灯泡的电流除以三极管 的放大倍数 ） ，三 极管就饱和，相当于开关闭合，灯泡就亮了。由于控制电流只需要比灯泡电流的 分之一大一 点就行了，所以就可以用一个小电流来控制一个大电流的通 断。如果基极电流从 0 慢慢增加， 那么灯泡的亮度也会随着增加（在三极管未饱和之前） 。 图图 1010 三极管引脚介绍三极管引脚介绍 图图 1111 PNPPNP 型原理图型原理图 图图 1212 NPNNPN 型原理图型原理图 3.6 按键介绍 单片机键盘有独立键盘和矩阵式键盘两种：独立键盘每一个 I/O 口上只接一个按键，按键 12 的另一端接电源或接地（一般接地） ，这种接法程序比较简单且系统更加稳定；而矩阵式键盘式 接法程序比较复杂，但是占用的 I/O 少。根据本设计的需要这里选用了独立式键盘接法。 独立式键盘的实现方法是利用单片机 I/O 口读取口的电平高低来判断是否有键按下。将常开 按键的一端接地，另一端接一个 I/O 口，程序开始时将此 I/O 口置于高电平，平时无键按下时 I/O 口保护高电平。当有键按下时，此 I/O 口与地短路迫使 I/O 口为低电平。按键释放后，单片 机内部的上拉电阻使 I/O 口仍然保持高电平。我们所要做的就是在程序中查寻此 I/O 口的电平状 态就可以了解我们是否有按键动作了。 在用单片机对键盘处理的时候涉及到了一个重要的过程，那就是键盘的去抖动。这里说的 抖动是机械的抖动，是当键盘在未按到按下的临界区产生的电平不稳定正常现象，并不是我们 在按键时通过注意可以避免的。这种抖动一般 10200 毫秒之间，这种不稳定电平的抖动时间对 于人来说太快了，而对于时钟是微秒的单片机而言则是慢长的。硬件去抖动就是用部分电路对 抖动部分加之处理，软件去抖动不是去掉抖动，而是避抖动部分的时间，等键盘稳定了再对其 处理。所以这里选择了软件去抖动，实现法是先查寻按键当有低电平出现时立即延时 10200 毫 秒以避开抖动（经典值为 20 毫秒） ，延时结束后再读一次 I/O 口的值，这一次的值如果为 1 表 示低电平的时间不到 10200 毫秒，视为干扰信号。当读出的值是 0 时则表示有按键按下，调用 相应的处理程序。硬件电路如图 3-7 所示： 12 34 K 1 12 34 K 2 12 34 K 3 P30 P31 P32 图 13 键盘控制电路图 4.系统硬件设计 4.1 电路设计框图 单片机 显示驱动模块 按键模块 最小系统模块 显示模块 图 15 电路设计框图 4.2 系统硬件概述 本设计通过 STC89C51 单片机以及单片机最小系统和三极管驱动以及外围的按键和数码管 显示等部件，设计一个基于单片机的简易计时器。设计通过四位一体共阳极数码管显示。 5.系统软件设计 Keil C51 是美国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统，与汇编 相比，C 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇 编语言后再使用 C 来开发，体会更加深刻。 Keil C51 软件提供丰富的库函数和功能强大的集 13 成开发调试工具，全 Windows 界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就 能体会到 Keil C51 生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。 在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。下面详细介绍 Keil C51 开发系统各部分功能和使 用。 Keil_c 软件界面如图 图 16Keil_c 软件界面 Protel99SE 是 PORTEL 公司在 80 年代末推出的 EDA 软件。Protel99SE 是应用于 Windows9X/2000/NT 操作 系统下的 EDA 设计软件，采用设计库管理模式，可以网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及 3D 模拟功 能，是一个 32 位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作，可以 设计 32 个信号层，16 个电源-地层和 16 个机加工层。 Protel99SE 软件的特点： (1) 可生成 30 多种格式的电气连接网络表； (2) 强大的全局编辑功能； (3) 在原理图中选择一级器件， PCB 中同样的器件也将被选中； (4) 同时运行原理图和 PCB，在打开的原理图和 PCB 图间允许双向交叉查找元器件、引脚、网络 (5) 既可以进行正向注释元器件标号（由原理图到PCB），也可以进行反向注释（由PCB 到原理 图），以保持电气原理图和PCB 在设计上的一致性； (6) 满足国际化设计要求（包括国标标题栏输出，GB4728 国标库）； * 方便易用的数模混合仿 真（兼容 SPICE 3f5）； (7) 支持用 CUPL 语言和原理图设计 PLD，生成标准的 JED 下载文件； * PCB 可设计 32 个信号 层，16 个电源-地层和 16 个机加工层； (8) 强大的“规则驱动 ”设计环境，符合在线的和批处理的设计规则检查； (9) 智能覆铜功能，覆铀可以自动重铺； (10) 提供大量的工业化标准电路板做为设计模版； Protel99SE 的工作界面是一种标准的 Windows 界面，如图所示，包括：标题栏、主菜单、 14 标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按 钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。Protel99SE 软件界面如图 17 图 17 Prtel99SE 软件界面 5.1 软件系统框图 系统设计图如图 16 所示。 开始 赋初值 计时 按键模块 最小系统 单片机 显示模块 蜂鸣器 返回 图 18 软件设计图 15 5.2 程序流程图 开始 系统初始化 按键扫描 S1S3S5 启动正计时暂停计时清零 显示时间 00.0059.59 结束 图 19 程序流程图 6.调试 6.1 硬件调试 硬件调试是利用基本测试仪器（万用表、示波器等） ，检查用户系统硬件中存在的故障。 硬件调试可分为静态调试与动态调试两步进行。 静态调试是在用户系统未工作时的一种硬件检测。 第一步：目测。检查外部的各种元件或者是电路是否有断点。 第二步：用万用表测试。先用万用表复核目测中有疑问的连接点，再检测各种电源线与地 16 线之间是否有短路现象。 第三步：加电检测。给板加电，检测所有插座或是器件的电源端是否符合要求的值。 第四步是联机检查。因为只有用单片机开发系统才能完成对用户系统的调试。 动态调试是在用户系统工作的情况下发现和排除用户系统硬件中存在的器件内部故障、器 件连接逻辑错误等的一种硬件检查。动态调试的一般方法是由近及远、由分到合。由分到合是 指首先按逻辑功能将用户系统硬件电路分为若干块，当调试电路时，与该元件无关的 器件全部 从用户系统中去掉，这样可以将故障范围限定在某个局部的电路上。当各块电路无故障后，将 各电路逐块加入系统中，在对各块电路功能及各电路间可能存在的相互联系进行调试。由分到 合的调试既告完成。由近及远是将信号流经的各器件按照距离单片机的逻辑距离进行由近及远 的分层，然后分层调试。调试时，仍采用去掉无关元件的方法，逐层调试下去，就会定位故障 元件了。 6.2 软件调试 软件调试是通过对程序的连接、执行来发现程序中存在的语法错误与逻辑错误并加以排除 纠正的过程，也可以通过 keil 软件进行仿真，能大大的减少设计过程中的错误。 17 结 论 本系统总体设计简单，性能稳定，为以后单片机编程进行各种功能扩展，通过本次论文设 计，使我加深了对单片机的认识，并且熟悉了单片机系统的设计流程，收获丰硕。功能上基本 达标正计时，倒计时，设置时间计时，以及倒计时十秒蜂鸣器提示功能，方便快捷。硬件设施 基本合乎要求，软件设计可以配合硬件实现其功能，也是我懂得了制作后怎么样调试和对故障 的检验及预防有了更进一步的提高。 计时器可以为我们生活中的许多事提供作用，做为新时代的我们，更应该提高自身能力， 适应新时代的发展。知识来自实践，多从生活中探寻所需要的。 从这次的论文设计中，我真正的体会到，知识的重要性，特别是要理论联系实际，把我们 所学的理论知识运用到实际生活当中，要用知识改变一切。 18 参考文献 1陈权昌,李兴富.单片机原理及应用M.广州:华南理工大学出版社,2007.8 2李庆亮.C 语言程序设计实用教程M.北京:机械工业出版社,2005.3 3杨志忠.数字电子技术M.北京:高等教育出版社,2003.12. 4及力.Protel 99 SE 原理图与 PCB 设计教程M.北京:电子工业出版社,2007.8. 5徐江海.单片机实用教程M.北京:机械工业出版社,2006.12 6胡宴如.模拟电子技术M.北京:高等教育出版社,2008.6 7 刘宁.单片机多功能时钟的设计M.浙江:浙江海洋学院,2009. 8 汪文，陈林.单片机原理及应用M.湖北:华中科技大学出版社,2007. 9 康华光.电子技术基础数字部分M.北京:高等教育出版社,2008. 19 致 谢 这次毕业设计得到了很多人的帮助，其中金东琦老师对我的关心和支持尤为重要，每次遇 到难题，我首先想到的就是向金老师寻求帮助。另外，他严谨的作风使我的论文即使在谨小细 微处也给予了纠正，让我的论文无论是结构还是内容变得更加公整、紧凑，感谢金老师对我的 悉心指导。 感谢校方给予我这样一次机会，能够独立地完成这样一个设计，作为检验这些年来学习的 成果,在这个过程当中，学校给予我们各种方便，使我们在即将离校的最后一段时间里，能够更 多学习一些实践应用知识，增强了我们实践操作和动手应用能力，提高了独立思考的能力。再 一次对我的母校表示感谢。 感谢在整个毕业设计期间和我密切合作的同学，和曾经在各个方面给予过我帮助的伙伴们， 正是因为有了你们的帮助，才让我不仅学到了本次课题所涉及的新知识，更让我感觉到了知识 以外的东西，那就是团结的力量。 20 附录 1 原理图 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 RST 9 P3.