单片机课程设计

第一节、引 言1.1 秒表概述秒表是电器制造，电国，工业自动化控制、国防、实验室及科研单位理想的计时仪器，它广泛应用于各种继电器、电磁开关，控制器、廷时器、定时器等的时间测试。目前所使用的电秒表大多是指针式或集成电路型的，结构相对复杂、测试功能单一。本仪器还具有实时时钟、手动计时的功能。数字电路技术是电工电子设计的基础 ，随着电子元件的集成度的不断提高，数字电子技术在设计电路中显得越来越重要。数字电子技术能满足基本的电路的设计要求，是设计集成电路的基础。随着自动化技术的不断提高，数字电子技术在通、计算机及广告业中得到了广泛的应用。在完成理论学习的基础上，学校特意组织了这次课程设计。在这次将有助于学生提高动手操作能力，在理论和实际联系起来。熟悉各种芯片的功能，强化电路设计的基本方法，加强团队之间的合作水品，为以后复杂电路的设计打下基础。 本次设计任务为简易秒表的设计，组成源方案必须通过数字电路的知识完成。，以巩固数字电路所学的理论知识。组的方案可以利用微处理器完成，以实现方案的优化以及学习通过软件控制电路的运行。在组方案中，我们用AT89C51芯片，利用keil编译微处理器所需的程序代码，产生微处理器能识别的机器码，通过简单的硬件设计即可实现设计所需的要求。利用微处理器设计电路主要在于程序的编写和调试，硬件设施比较简单，基于以上原因，我们对任务进行了相关的扩展，以提升小组之间的模块设计能力和电路的美化。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。时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。在一个单片机应用系统中，时钟有两方面的含义：一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间，它通常有两种实现方法：一是用软件实现，即用单片机内部的可编程定时/计数器来实现，但误差很大，主要用在对时间精度要求不高的场合；二是用专门的时钟芯片实现，在对时间精度要求很高的情况下，通常采用这种方法，典型的时钟芯片有：DS1302，DS12887，X1203等都可以满足高精度的要求。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AT89C51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。在电路设计过程中我们利用protues对电路进行仿真，以实现对电路的调试，方便优化电路。1任务目的在任务11的基础上扩展3个按键，增强控制功能，进一步加强单片机与LED数码管的接口设计、定时/计数及中断技术的综合应用能力，同时，学习单片机与键盘的接口技术。2任务要求用单片机控制2位数码管实现0059的简易秒表，并利用3个独立式按键实现秒表的启动、停止和复位。2.1已知情况P1口接2位数码管（共阳），.接，三个按键，并接有单片机最小应用系统。2.2控制要求用AT89C51单片机的定时/计数器T0产生1秒的定时时间，作为秒计时时间。按下启动按键S1从0开始计时，按下停止按键S0，计时停止，按下复位按键S2，秒表复位。单片机晶振位12MHZ。2.3设计要求1.设计一个基于单片机的具有简单控制功能的简易秒表2.设计出硬件电路与软件编程3.用PROTELS进行仿真4.用C语言编程实现程序设计5.系统的各个功能模块清楚有序6.程序运行时又有好的用户界面3电路及元器件秒表/时钟计时器的硬件电路如图所示，采用AT89C51单片机，最小化应用设计；采用共阳2段LED显示器，P1口输出段码数据，P2.0-P2.1口作列扫描输出，P3.2、P3.3、P3.5口接三个按钮开关，用以调时及功能设置。为了增强共阳LED数码管的计时功能采用12M晶振，有利于提高秒计时的精确性。两位LED显示器位选端AT89C51 P0 单片机控制器 P2图2.1硬件系统的总体设计框架 P3口引脚特殊功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2（外部中断0）P3.3（外部中断1）P3.4T0（定时器0外部输入）P3.5T1（定时器1外部输入）图2.2 P3口特殊功能 2.2电路原理图设计 电路原理图设计最基本的要求是正确性，其次是布局合理，最后在正确性和布局合理的前提下力求美观简易秒表设计电路电路中用P1口控制两个数码管的8个段选控制端，用P2.0/P2.1分别作为两个LED数码管的位选控制端，这是一个典型的LED动态显示电路，LED采用供养及数码管。3个按键采用独立式键盘接法，两个按键连接到外部中断INT0、INT1的输入引脚P3.2和P3.3,第3个按键连接到定时器1的外部脉冲输入引脚P3.5。3个按键均以查询方式实现键盘输入状态的扫描，其中按键1为启动按钮，按键2为暂停按钮，按键3为清零按钮。简易秒表设计电路的元器件清单如表所示元器件名称 参 数数量元器件名称参数数量IC插座单片机晶体振荡器瓷片电容共阳极数码管DIP4089C5112MHZ30PfHS-510BS211122弹性按键电阻电阻电解电容电阻1K10K22Uf510431116在万能板上按电路图焊接元器件，完成电路板制作。4.1主程序本设计中，计时采用定时器T0中断完成，其余状态循环调用显示子程序，当端口开关按下时，转入相应功能程序。其主程序执行流程见下图nyy调用显示子程序开始显示单元清0T0，T1设为16位计数器模式允许T0中断进入功能程序键按下？调用中断程序图3.14.2显示子程序数码管显示的数据存放在内存单元70H75H中。其中70H-71H存放秒数据，72H-73H存放分数据，74H-75H存放时数据，每一地址单元内均为十进制BCD码。由于采用软件动态扫描实现数据显示功能，显示用十进制BCD码数据的对应段码存放在ROM表中。显示时，先取出70H-75H某一地址中的数据，然后查得对应的显示用段码，并从P0口输出，P2口将对应的数码管选中供电，就能显示该地址单元的数据值。为了显示小数点及“”、“A”等特殊字符，在显示班级及计时时采用不同的显示子程序。4.3定时器T0、T1中断服务程序定时器TO用于时间计时，定时溢出中断周期可设为50ms中断进入后，现判断是时钟计时还是秒表计时，时钟计时累计中断20次（即1s）时，对秒计数单元进行加1操作，秒表计时每10ms进行加1操作。在计数单元中采用十进制BCD码计数，满60（秒表功能时有100）进位，T0中断服务程序执行流程见下图图3.2定时器T0溢出周期为50ms，T0为秒计数用，T1为调整时闪烁用；P3.2，P3.3，P3.5为调整按钮，P0口为字符输出口，采用共阳显示管。4.4调时功能程序调时功能程序的设计方法时：按下P3.3口按键，时钟进入调秒状态，等待操作，此时计时器开始走动，开始秒的计时。再按下P3.2按钮，则秒计时暂停，技术停止；若再按下P3.5，则进入复位状态。再按P3.2进入复位调整，再按P3.3键进入计时状态，秒表继续走动。4.5时钟/秒表功能程序在正常计时状态下，若按下P3.2口按键，则进入暂停状态，计时停止。当按下P3.3.P3.2按键时，可实现计时启动、暂停功能。按P3.3可实现清零。5程序设计采用定时器0实现50ms定时，采用中断方式编程，中断20次为1s计时。3个按键均以查询方式实现键盘输入状态的扫描，其中按键1为启动按钮，按键2为暂停按钮，按键3为清零按钮。简易秒表控制程序如下。#includeunsigned char msec,sec;void delay(unsigned char i) unsigned char j,k; for(k=0;ki;k+) for(j=0;j255;j+);void T0_INT(void) interrupt 1 TH0=0x3c; TL0=0xb0; msec+; if(msec=20) msec=0; sec+; if(sec=60) sec=0; void main()unsigned char led=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;unsigned char temp;TMOD=0x01;TH0=0x3c;TL0=0xb0;EA=1;ET0=1;P3=0xff;while(1) P2=0x01; P1=ledsec%10; delay(10); P2=0x02; P1=ledsec/10; delay(10); temp=P3; temp=temp&0x2c; if(temp=0x04) TR0=0; if(temp=0x08) TR0=1; if(temp=0x20) TR0=0;sec=0;msec=0; 6程序运行测试程序编译、链接过程参见任务2，将二进制文档ex5_6.hex下载到单片机的程序存储器中。接通电路板电源，即可观察到下面现象：按下启动键，秒表从00开始计时；按下暂停键，秒表停止计时；按下清零键，秒表清零，恢复初始状态。7任务小结本任务综合采用了单片机的数码管、键盘接口技术，以及定时/计数器、中断等程序设计技术，进一步训练了单片机并行I/O端口的应用能力、循环程序设计、键盘查询程序设计和调试能力，同时让读者初步了解了作为单片机的重要输入设备键盘接口技术和程序设计方法。设计心得在这次课程设计之前，我多次利用C语言进行编程并仿真，编写了不少小程序。但这次课程设计是一个集编程，仿真，焊接与一体的考察。使我发现，原来小小的一片单片机有这么强大的功能，能应用于各种领域。都是觉得很神奇，人类都的聪明啊。我应该在自己以后的学习中，不仅要有刻苦努力，要有钻研精神，还要有创新，对自己感兴趣的一定要用心去学。这次课程设计让我受益匪浅，无论知识上还是其他各个方面。上课的时候虽然见过真正的单片机，并在面包板上完成了接线等工作。但是在这次课程设计中我不仅完成了编程，调试并仿真，我还完成了电路板的布局与焊接。能够理论联系实际，提高了单片机知识的理解和水平.当遇到困难或设计不出来的时候我们就会同学之间互相讨论，相互帮助。团结就是力量，无论是在现在的学习还是在以后的工作中，团结都是至关重要的，有了团结才会有更多的理念，更多的思维，更多的情感。单片机是一门很重要的课程，老师和一些朋友们都曾说过。如果学好单片机这门课程，凭这个技术这门手艺找一个好工作不成问题。尽管我们在课堂上学到的内容很有限，但在以后的学习中单片机还需