毕业设计（论文）-多功能定时器设计.doc

桂林电子科技大学基础工程设计论文目 录引言11 设计任务11.1 课题11.2 目的11.3 要求12 硬件设计22.1 设计思路22.2 各模块电路22.2.1 时钟电路22.2.2 复位电路32.2.3 按键电路32.2.4 数码管显示32.2.5 声光报警43 软件设计53.1 流程图53.2 定时器中断64 调试64.1 调试方法64.2 调试结果64.3 所遇问题及解决办法65 结论7谢 辞8参考文献9附 录10附录一：系统原理图10附录二：系统PCB图11附录三：元器件清单12附录四：程序清单1318引言目前单片机渗透到我们生活的各个领域，如导弹的导航张志，飞机上的各种仪表控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制盒数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机。摄像机，全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。因此，对于单片机的学习、开发与应用更亟不可待。单片机更是凭借着体积小、低功耗、控制强、形式多样等优点，广泛出现在我们的日常生活中，例如我们会经常碰到一些需要倒计时或称之为定时的事情，例如洗衣机设计的倒计时，电风扇的定时，打球赛时的倒计时等等，而这些定时功能都可以考单片机来实现。在电子技术突飞猛进的今天，电子定时器一定会逐步取而代之，这是不言而喻的。其实，完成一些简单定时的定时器多种多样，甚至可动手制作一个简单的定时器，本文就是利用51单片机制作的一个简单的定时器，并能够完成启动、暂停、清零等功能，具有很强的实用性。1 设计任务1.1 课题多功能定时器设计1.2 目的本次基础工程设计的目的是通过利用MCS-51单片机为核心，设计并制作由程序进行控制的可随时调制的功能器，深入研究并完成本次课题的设计方案与测试，进一步掌握51单片机的功能和特点，熟悉软件程序的编写，和对板子的调试方法。1.3 要求利用单片机设计多功能定时器。要求系统包含两个以上定时器，这些定时器可以单独工作，也可以同时工作，且均具有下列功能：。（1） 具有清零、启动和暂停/连续功能；（2）最大定时时间99秒，倒计时计数，用两位数码管显示计时值； （3）定时结束进行声光报警，声音报警用蜂鸣器，光报警用LED；（4）设计按键输入，使定时器能够选择任意一个数值开始倒计时2 硬件设计2.1 设计思路结合课本理论知识，并根据题目要求，以单片机为核心，分各个不同模块，组成整体系统同框图，由此初步得出如图2.1所示系统框图：时钟电路单片机AT89S52数码管显示复位电路声光报警按键电路图2.1 系统框图该系统是由按键控制单片机内部定时器，选择并完成启动、清零等各种功能，再由数码管显示，当倒计时结束时进行声光报警。2.2 各模块电路2.2.1 时钟电路该电路是由单片机的XTAL1，XTAL2两个引脚控制。单片机的时钟信号通常有外部震荡和内部震荡两种电路形式，当使用内部震荡时，XTAL1、XTAL2两个引脚外接石英晶体和微调电容；当使用外部震荡时，两个引脚一端接地，另一端接外部时钟，产生震动时钟脉冲。晶振通常在1.212MHz间，而电容在630pf间，此次设计选择12MHz晶振，而电容对振荡器的频率具有稳定作用。电路如图2.2所示：图2.2 时钟电路2.2.2 复位电路芯片复位功能由引脚RST完成，其通过片内一个施密特触发器与片内复位电路相连，当振荡电路工作时，在该引脚加上一个至少保持两个机器周期的高电平，就能使芯片完成一次复位。MCS-51单片机通常采用上电复位和按钮复位两种方式，上电复位利用电容器充电完成，按钮复位又分为按钮电平复位和按钮脉冲复位，前者将复位端通过电阻与VCC相接，后者利用RC微分电路产生脉冲来达到复位。本次设计采用的是按钮电平复位，来完成对芯片的复位，使定时器回到初始工作装态，电路如图2.3： 图2.3 复位电路2.2.3 按键电路8051有4个并行I/O口，没个即可以用作输入，也可以用做输出。当然它们的功能也完全不同：P0口既可作一般I/O端口使用，又可作地址/数据总线使用；P1口是一个准双向并行口，作通用并行I/O口使用；P2口除了可作为通用I/O使用外，还可在CPU访问外部存储器时作高八位地址线使用；P3口是一个多功能口除具有准双向I/O功能外，还具有第二功能。本次按键连接P1口，通过软件实现对定时器的控制，电路如图2.4所示：当按下S2，可选择定时器0或定时器1或二者同时工作；当按下S3，为启动定时器；当按下S4，可对定时器进行清零；当按下S5，可以使定时器暂停工作；当按下S6或S7，可进行加1或减1，对定时数值进行设定，最大数值为99。 图2.4 按键电路2.2.4 数码管显示数码管分共阴和共阳两种，共阴就是将七段LED的阴极连接在一起，而共阳正好相反，将阳极相连并加上电压。其显示还分为静态和动态两种，静态即用硬件实现，较为简单，在现实字符时使相应的段恒定发光或不发光；而动态则通过软件控制各LED显示，恰当选择点亮时间和间隔时间，较为常用。本次设计采用四位共阴数码管显示，段选接P0口，其段选码与对应的显示字符如表1。位选由P2口来控制，如给P2.0赋值为0，其余为1，则可使左边第一位数码管点亮。电路图如2.5所示：表1段选码3F065B4F666D7D077F67777C395E7971显示字符0123456789ABCDEF图2.5 数码管显示电路2.2.5 声光报警采用两个声光报警电路，即分别对应定时器0和定时器1，由P3.6口控制定时器0的报警， P3.7口控制定时器1的报警。电路如图2.6所示：图2.6 声光报警该电路采用三极管PNP控制，当给P3.6或P3.7口高电平1时，二极管和蜂鸣器不工作，当给低电平0时，二者同时工作。3 软件设计3.1 流程图本系统程序主要模块由延时函数、按键扫描、数码管显示、定时器中断服务程序、主程序等组成。主程序是整个系统的主体，可以对各个程序进行调用，协调各子程序之间的关系。其流程图如图3.1所示：开始定时器初始化选择定时器工模式判断t0=20? N Y等待中断示倒计时num=0? N Y进行报警数码管显示计时结束，按S5结束报警，重新放回99S倒计时结束图3.1 流程图3.2 定时器中断首先对定时器进行初始化，设置两个定时器的工作方式均为1，则TMOD=0x11。由于晶振频率为12MHz，则时钟周期为1us，设定时时间为50ms，即50ms中断一次，则定时器初值为： TH(0，1)= (65536-50000)/256 TL(0，1)= (65536-50000)%256在定时器中断中需对定时器进行重装初值。4 调试4.1 调试方法本次基础工程设计的调试，采用编程软件keil、程序下载软件及万用表来实现，通过程序的编写，通过下载口将程序下载至芯片中，再查看硬件是否达到要求，如数码管是否亮，二极管、蜂鸣器是否工作，按键功能是否达到等，如果没有，则通过细心修改程序来一步步实现。4.2 调试结果本系统接上+5V电压后，工作的结果如图4.1：当按下S2，选择定时器0或定时器1，或二者同时倒计时的工作模式；按S3启动定时器，数码管显示从99S开始倒计时；按S4，工作中的定时器清零，数码管显示为0；按S6，定时器可加1，相应数码管显示值加1；按S7，定时器可减1，相应数码管显示值减1；倒计时结束，即数码管显示0时对应二极管和蜂鸣器进行报警，按S5可结束报警，按S3重新启动定时器。 图4.1 测试结果4.3 所遇问题及解决办法在调试过程中，会遇到各种各样的问题，例如：（1）声光报警不完善，即二极管灯亮，而蜂鸣器不响，或者进行修改之后二极管不亮，蜂鸣器一直响。改进办法：当使用图2.2.5接法时，二极管亮，而蜂鸣器不响，主要是由于电阻R3太大，导致电流太小，蜂鸣器不响，于是将连接二级管端的电阻短路，如图4.2。或者将蜂鸣器的负端连接到三极管的E端，这种方式也是可行的，如图4.3. 图4.2 定时器0报警 图4.3 定时器1报警（2）当进行中断时，即当按键按下，或报警时，数码管是灭的。改进办法：在程序设计中，将数码管扫描函数放在定时中断中（3）当两个定时器同时结束时，只有一个定时器优先报警，当按下S5暂停，又按S3重新启动后，第二个定时器才会接着计时，再报警，而先报警的定时器会暂时“休克“几秒才继续 进行工作。改进方法：由于程序有一个优先，当两个定时器同时结束时，其执行语句是TR0=0；TR1=0，于是有了一个定时器0优先的判断，而至于定时器会“休克”，我则认为是芯片暂时反应缓慢的因素，与程序无关。5 结论通过本次基础工程设计的制作，使我认识到单片机在当今科技发展领域中的重要地位，深刻了解其特点与发展优势。当然也是难免存在一些缺点的，例如对于本次设计，两个定时器不能同时结束，同时响应等，或许这只是本设计存在的缺陷而已。希望继续努力，使其能得到改善。这次设计的研究与制作，还让我进一步掌握了单片机的理论知识，能够结合软硬件实现功能，而在此过程中遇到的问题，在老师与同学的帮助下也都能逐一解决。还深刻体会到发现与解决问题的技巧与方案，更深觉掌握理论知识真的很重要！希望在日后进一步努力与提高自己的动手实践能力！谢 辞在本次基础工程设计的学习与制作过程中，我得到了老师于同学们的帮助，再次对他们表示深刻的感谢！首先特别感谢我们的指导老师，是他时刻监督我们按时按成任务，耐心给我们讲解与分析制作过程遇到的问题，在这三周里对我们一路的进行指导与帮助，帮助我们解决了许多原理上的难题。还要感谢身边许多可爱的同学们，他们都在有形无形中帮助着我，例如我们会一起制作板子，当不知如何修改PCB图时，会有同学伸出援助之手，或者去缺少某些元器件，最大的莫过于调试出错的时候，而自己又不知道错在哪里，真的是身边的同学给与了我们莫大的支持！我们就是在这样的环境中互相学习，互相帮助，互相进取！最后还要感谢学院给了我们提供的优越环境，使我们在制作的过程中轻松而愉悦！参考文献1白驹珩，雷晓平.单片计算机及其应用（第二版）M.北京：高等教育出版社，2005.9.2郭天祥.新概念51单片机C语言教程M.北京：电子工业出版社，2009.1.3康华光，陈大钦，张林.电子技术基础模拟部分（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006.1.4谭浩强.C程序设计（第四版）M.北京：清华大学出版社，2010.6.5黄冰，覃伟年，黄知超.微机原理及应用（第二版）M.重庆：重庆大学出版社，2010.7. 附 录附录一：系统原理图附录二：系统PCB图附录三：元器件清单序 号名 称数 量单价备 注1单片机89C5112单片机底座13四位共阴数码管1共阴4数码管插座15发光二极管26蜂鸣器2712M晶振18按键开关74脚9PNP三极管28550101K*8排阻111100欧电阻1 100欧12500欧电阻 2 500欧134.7K电阻3 4.7K1420pF电容220pF1510uF电解电容110uF161*2插座12脚172*10插座110脚附录四：程序清单#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/*定义管脚*/sbit S2=P10;/选择定时器0或1，或二者同时工作sbit S3=P11;/启动sbit S4=P12;/清零sbit S5=P13; /连续、暂停sbit S6=P14;/加1sbit S7=P15;/减1sbit Q0=P36;sbit Q1=P37;sbitP20 = P20;sbitP21 = P21;sbitP22 = P22;sbitP23 = P23;/*定义缓冲区及初始化*/uchar code Tab_dp=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; uchar flag=0;uchar t0=0,t1=0;char num0=99,num1=99;/*延时子函数*/void delay( int x) /自定义延时 int i,j;for(i=x;i0;i-) for(j=255;j0;j-) ; /* 蜂鸣器响声函数 */void beep0() Q0=0; delay(100); Q0=1; delay(100); /蜂鸣器0响 void beep1() Q1=0; delay(100); Q1=1; delay(100); /蜂鸣器1响/* 键盘扫描 */ void key() if(S3=0) /启动 delay(5);if(S3=0) while(!S3); if(flag=0) TR0=1;TR1=0; if(flag=1) TR0=0;TR1=1; if(flag=2) TR0=1;TR1=1; if(S4=0) /清零 delay(5);if(S4=0) while(!S4); TR0=0;TR1=0; if(flag=0) num0=0; if(flag=1) num1=0; if(flag=2) num0=0; num1=0; if(S5=0) /暂停 delay(5);if(S5=0) while(!S5); if(flag=0) TR0=0; if(flag=1) TR1=0; if(flag=2) TR0=0;TR1=0; if(S6=0)/加1 delay(5); if(S6=0) while(!S6); TR0=0;TR1=0; if(flag=0) num0+; if(flag=1) num1+; if(flag=2) num0+; num1+; if(num0=100) num0=0; if(num1=100) num1=0; if(S7=0)/减1 delay(5); if(S7=0) while(!S7); TR0=0;TR1=0; if(flag=0) num0-; if(flag=1) num1-; if(flag=2) num0-; num1-; if(num0=-1) num0=99; if(num1=-1) num1=99; /* 数码管显示 */ void Display(char num1,num0) char shi0,ge0,shi1,ge1; shi0=num0/10; ge0=num0%10;shi1=num1/10; ge1=num1%10;P0=Tab_dpshi1;P20=0;P21=1;P22=1;P23=1;/定时器1显示delay(2);P0=Tab_dpge1;P20=1;P21=0;P22=1;P23=1;/定时器1显示delay(2);P0=Tab_dpshi0;P20=1;P21=1;P22=0;P23=1;/定时器0显示delay(2);P0=Tab_dpge0;P20=1;P21=1;P22=1;P23=0;/定时器0显示delay(2);void init()/定时器初始化 TMOD=0x11; /选择方式1 EA=1; /开中断 TH0=(655