单片机设计说明书

单片机课程设计报告（电气工程学院）设 计 题 目： 倒计时计时器设计 专 业 班 级： 指 导 教 师： 学 生 姓 名： 设 计 地 点： 第二实验楼 设 计 日 期： 2016.6.12-2016.6.19 17设计任务书题目倒计时定时器设计时间教学第15周地点第二实验楼3楼班级指导教师任务要求设计一个简易倒计时定时器，具体要求如下：一、基本要求1、基于STC15F204EA单片机和四位数码管动态显示；2、能够通过独立按键设置定时时间，以秒为单位；设置范围1-100秒；3、设置完成后，按下某一按键，开始倒计时，时间归零时继电器动作（测试时，继电器驱动照明电路工作）；4、时间归零时蜂鸣器提示功能；5、基于上述要求完成Proteus仿真电路的绘制并仿真成功；6、基于上述要求完成硬件焊接调试、程序的编辑、编译、程序烧录并联调成功；7、完成课程设计说明书的撰写（详见课程设计说明书模板）；8、按时提交规定的其它材料。二、扩展要求1、显示时间的功能，并能通过按键实现时间的设置；2、倒计时的“分钟”和“秒”分别显示，；3、通过数码管小数点的闪烁显示走时；4、良好的显示界面和人机交互功能；单片机原理课程设计 目 录摘要II第一章 设计方案11.1 设计任务书分析11.2 设计思路11.3 设计方案1第二章 硬件设计22.1 功能模块设计22.2 芯片介绍2第三章 程序设计33.1 程序设计思路33.2 程序设计工具简介33.3 程序流程框图3第四章 系统调试44.1 调试思路44.2 调试方法及过程44.3 问题及解决措施4第五章 总结55.1硬件55.2 程序5心得体会6参考文献7附录一 电路原理图8附录二 源程序清单9倒计时计数器设计摘要近年来随着计算机在社会领域的渗透，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动着传统控制检测日新月异的更新。由于单片机具有体积小、易于产品化、面向控制、集成度高、功能强、可靠性高、价格低等特点，其在工业控制、机电一体化、智能仪表、通信等诸多领域中得到了广泛的应用。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用。但是仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。 本课程设计针对倒计时系统的设计的需求，介绍了STC15F204EA单片机和数码显示管的部分基本原理，如STC15单片机元件和四位数码显示管在电路板上焊接，电路原理图的介绍，以及写定时器程序等等。通过Keils软件撰写倒计时定时器程序并且用Proteus仿真电路的绘制并仿真成功，之后把程序输入到单片机中，再做最后的调试工作。关键词：STC15F204EA单片机；Keils软件；Proteus仿真软件。In recent years, with the penetration of computer in the social field, SCM applications are constantly go, drive the traditional control detection update changing at the same time. Because the SCM has small volume, easy to transition, oriented control, high integration and strong function, high reliability and low price, in the industrial control, electromechanical integration, intelligent instrument, communication, and many other fields has been widely used. In real-time detection and automatic control of microcomputer application system, the microcontroller is often used as a core component. But only single chip microcomputer aspects knowledge is not enough, still should according to the specific hardware structure, and in combination with the software according to the characteristics of the specific application object, to be improved.This course is designed for the countdown system design demand, this paper introduces the STC15F204EA microcontroller and some basic principles of digital display tube, such as STC15 single-chip computer components and four digital display tube on the circuit board welding, introduction to circuit principle diagram, and write the timer procedures, etc. Through Keils by Proteus simulation software program and write the countdown timer circuit drawing and the simulation is successful, then input to the MCU, a program to do the final debugging.第一章 设计方案1.1 设计任务书分析近年来随着计算机在社会领域的渗透，单片机的应用正在不断深入人们的生活，同时带动传统控制检测日新月异。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面的知识是不够的，还应根据具体硬件结构，针对具体应用特点与软件结合。本设计任务是关于LED数字倒计时器的设计与制作，此方案线路简单，成本低，应用前景广阔。 本次设计的任务与要求是，使基于STC15F204EA单片机的LED数字倒计时器主要具有如下功能：1、基于STC15F204EA单片机和四位数码管动态显示；2、能够通过独立按键设置定时时间，以秒为单位；设置范围1-100秒；3、设置完成后，按下某一按键，开始倒计时，时间归零时继电器动作（测试时，继电器驱动照明电路工作）；4、时间归零时蜂鸣器提示功能； 5、基于上述要求完成Proteus仿真电路的绘制并仿真成功；6、基于上述要求完成硬件焊接调试、程序的编辑、编译、程序烧录并联调成功。1.2 设计思路 本次课程设计我们一组共有三个人，所以我们可以通过分工合作来完成工作，并事后把各自的工作和操作心得分享。从而让每一位成员知道设计过程中的每一个步骤和操作经验。第一天在老师发下单片机的部件之后我们用一个人来完成焊接，一个人从中辅导并检查是否有焊错，另外一个人则思考并动手开始规划与书写程序！最后由三人一起完成调试过程和书写设计报告并把成果一起拿给老师验收！1.3 设计方案本设计采用的STC15F204EA单片机是宏晶科技推出的新一代超低价A/D转换单片机单片机，1个时钟/机器周期，高速、高可靠，8路10位高速A/D转换，内部高精度R/C时钟，1%温飘，彻底省掉外部昂贵的晶振，5MHz35MHz宽范围可设置。面对如此强大的单片机，结合本次设计要求，应该用到单片机内部的时钟电路以及外围的显示接口电路，对于时钟，它有两方面的含义：一是指为保障正常工作的基准震荡定时信号，主要由晶振外围电路组成，晶振频率的大小决定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定时计时器来实现，但误差很大，主要用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，通常采用这种发法。在此我们采用的是用软件来实现，即通过Keils软件写下倒计时计时器的程序，再通过Proteus仿真软件进行仿真调试。在显示方面，有着多种选择，但是8段LED数码显示字符的显示器件，它使用8个LED发光二极管，其中7个显示字符，一个用于显示小数点，故通常称之为8段发光二极管数码管。其内部结构如下图： LED数码显示管有如下两种连接方法： 共阳极接法：把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极，使用时公共阳极接+5V，每个 发光二极管的阴极通过电阻与输入端相连。 共阴极接法：把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极，使用公共阴极接地。每个发 光二极管的阳极通过电阻与输入端相连。 在此我们采用的是共阳极接法来实现倒计时定时器的设计。第二章 硬件设计2.1 功能模块设计 本设计是基于STC15F204EA单片机的键盘控制及显示电路设计，从系统的设计功能上看，系统可分为两大部分，即键盘输入控制部分和显示部分。 键盘部分：键盘控制采用独立式按键，每个按键的一端均接地，另一端直接和P1口相连，在按键和P1口之间通过10K电阻与+5V电源相连。键盘通过检测输入线的电平状态就可以很容易地判断哪个键被按下了，这种方法操作速度高而且软件结构很简单，比较适合按键较少或操作速度较高的场合，这种独立式接口的应用很普遍。显示部分：显示部分采用动态显示。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。动态显示是利用人眼视觉暂留特性来实现显示的。事实上，显示器上任何时刻只有一个数码管有显示。由于各数码管轮流显示的时间间隔短、节奏快，人的眼睛反应不过来，因此看到的是连续显示的现象。为防止闪烁延时的时间在1ms左右，不能太长，也不能太短。本设计可采用P0口直接驱动七段数码管显示。此方案成本低，而且单片机的I/O口占用较少，可以节约单片机接口资源，而且功耗更低。显示模块：秒信号源 计算电路 蜂鸣器电路停倒计按键电路：2.2 芯片介绍 基本信息中文名：STC15F204EA低功耗设计：低速模式，空闲模式，掉电模式 高 速：1个时钟/机器周期宽电压：5.5 3.81STC15F204EA概述2STC15F204EA性能折叠编辑本段STC15F204EA概述： STC15F204EA单片机是宏晶科技推出的新一代超低价A/D转换单片机单片机，1个时钟/机器周期，高速、高可靠，8路10位高速A/D转换，内部高精度R/C时钟，1%温飘，彻底省掉外部昂贵的晶振，5MHz35MHz宽范围可设置。折叠编辑本段STC15F204EA性能： 内部高精度R/C时钟，1%温飘(-40 +85)，常温下温飘5，时钟从5M 35MHz可选 内部高可靠复位，8级可选复位门槛电压复位，彻底省掉外部复位电路 支持掉电唤醒的管脚:INT0 / INT1(上升沿下降沿中断均可)，INT2 / INT3 / INT4(下降沿中断) 工作频率:5M 35MHz，相当于普通8051:60M 420MHz 1K/2K/3K/4K/5K/6K字节片内Flash程序存储器，擦写次数10万次以上 256字节片内RAM数据存储器 芯片内EEPROM功能，擦写次数10万次以上 ISP/IAP，在系统可编程/在应用可编程，无需编程器/仿真器 8通道，10位高速ADC，速度可达30万次/秒，2路定时器还可当2路PWM或D/A使用 2个16位可重装载定时器，兼容普通8051的定时器T0/T1，并可实现时钟输出和PWM功能 可编程时钟输出功能，T0在P3.5输出时钟，T1在P3.4输出时钟 硬件看门狗(WDT) 串口功能可由P3.0/INT4,P3.1结合定时器实现 先进的指令集结构，兼容普通8051指令集，有硬件乘法/除法指令 通用I/O口(26个)，复位后为: 准双向口/弱上拉(普通8051传统I/O口)可设置成四种模式:准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不得超过90mA第三章 程序设计3.1 程序设计思路将电器元件焊接到电路板上后，用proteus画出仿真图，再用Keil uvision2进行倒计时定时的程序汇编，最后用STC15系列库函数与例程测试版编译并映射下载到芯片上 3.2 程序设计工具简介Proteus:Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。Keil uvision2:Keil UVISON2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。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、链接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（Vision）将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。3.3 程序流程框图主程序流程图：第四章 系统调试4.1 调试思路结合我们本次课程设计的要求，我们得进行两种方式的调试，一是对硬件的调试，二是对软件的调试。硬件的调试主要检查焊接过程中是否出现焊接错误和接线不良等状况；软件调试就是通过Keils软件撰倒计时计时器的程序，然后通过Proteus仿真软件进行仿真调试。4.2 调试方法及过程1硬件调试 ：硬件的调试主要是把电路各种参数调整到符合设计要求。具体如下： （1）先排除硬件电路故障，包括设计性错误和工艺性故障。一般原则是先静态后动态。 （2）利用万用表或逻辑测试仪器，检查电路中的各个器件以及引脚是否连接正确，是否有短路故障。 （3）先要将STC15F204EA芯片取下，对电路板进行通电检查，通过观察看是否有异常，然后用万用表测试各电源电压，若这些都没有问题，则接上仿真机进行联机调试观察各接口线路是否正常。 2软件调试 ：用到了Keil C软件，集成调试环境，集成了编辑器、译码器、调试器，支持软件模拟，支持项目管理功能强大的观察窗口，支持所有的数据类型。树状结构显示，一目了然，支持ASM（汇编）、C语言多模块源程序混合调试，在直接修改、编译、调试源程序，错误指令定位。功能很强大，用于对程序的调试和编辑。本系统的程序的编写就是在Keil C软件中完成的，在程序中用到了两个定时器，为了使倒计时的时间准确，必须计算对定时器的初值，当程序完成之后，生成HEX文件。再利用Proteus软件进行仿真。经过仿真，程序符合题目的要求。4.3 问题及解决措施硬件调试出现的问题及解决措施：1，在焊接结束后我们的单片机数码显示管灯光非常暗。解决方案：在老师的指导下，通过烧录程序，显示管的灯光正常！软件调试过程出现的问解决措施：1，在烧录过程中接线错误，有可能导致损坏线路。还好在组员的检查下发现了这一错误，并得到及时纠正。2，运用protues仿真软件进行仿真的时候出现连线错误，导致仿真一只出现问题，后来在组员的共同检查下发现错误并且改正，让程序得以运行成功。第五章 总结5.1硬件在此倒计时器的设计过程中，分为硬件电路设计、软件设计、系统调试三个部分。首先，倒计时系统的设计主要会用到中央处理模块（STC 15F204EA芯片）、集成电路、按键电路、LED数码显示器等硬件模块，硬件电路设计部分对每一个模块的功能和使用进行了详细的介绍。其次，在硬件设计的基础上，为了实现倒计时器的功能，进行了软件C语言编程。先画好流程图，待主程序设计好后，再对每一个功能需要进行子程序的编写，然后主程序的调用使每一个子程序都实现了其功能，当然，同时也完成了倒计时器的设计。最后，需要实验板和软件系统进行仿真检查结果是否正确，引入了Keil uVision2系统调试。所以介绍了Keil uVision2的具体操作步骤和注意事项，以便可以顺利对程序进行调试，完成系统设计。5.2 程序对于程序的编写，倒计时器的设计时可采用模块化程序设计的方法，模块化程序设计时应注意以下事项：首先，每个模块应具有独立的功能，能产生一个明确的结果；其次，模块之间的控制参数应尽量简单，数据参数应该尽量少。控制参数是指模块进入和退出的条件和方式，数据参数是指模块间的信息交换方式、交换量的多少及交换的频繁程度。最后，模块长度适中。模块语句长度通常在20100条适合。如果模块太长时，分析和调试比较困难，失去了模块化程序的功能性；如果模块太短则信息交换太频繁，也不合适。心得体会在这次的单片机程序课程设计中，学到了关于单片机的很多东西，单片机具有软硬结合，体积小，可以很容易嵌入到各种应用系统中，单片机为核心的嵌入式控制系统在工业检测与控制、仪器仪表、消费类电子产品、通信、武器装备、各种终端及计算机外部设备、汽车电子设备和分布式多机系统领域中得到了广泛了应用单片机是我们的这个专业中很重要的一门课程，同时也是一门比较难学的课程，刚开始学习单片机的时候，觉得很难，特别是在学习单片机指令系统和单片机汇编语言程序设计这两章的时候，都听不懂，但是每节课都会认真听课，认真做笔记，不过后来在自己的摸索中慢慢的有点懂了，其实单片机主要是难在写程序和写代码，程序主要是用C语言编程，有时候脑子里没有一点思绪，什么都想不出来，所以，如果想要把单片机学好的话，首先就要把C语言学好，单片机主要是建立在C语言的基础上的，不过单片机也可以用汇编语言编译。我相信在我不断的摸索中，我一定会把它给搞懂的。在这次的课程设计中，我很感谢我们的指导老师周莹莲，廖亦凡老师，还有我的组员，他们让我学了很多东西，让我知道了团队合作有多么的重要，在做硬件的过程中，也遇到了很多困难，比如说电路的连接线很复杂，我和另一个组员就会想一下该怎么布线，所以每一个步骤都要做的很细心，我们在连接线路的过程中，我们是没连接一根线都会用万用表测量一次，以免没有导通，我们在做的过程中还会了解每一个元器件能实现什么样的功能，这次实践让我对单片机有了更深一步的了解，让我们真正做到了理论联系实践，把我们所学的知识都运用到实践中去，这样就能把单片机学的更好。虽然我们的单片机课程结束了，我们的课程设计也顺利地做完了，但是我对学单片机的热情只增不减，还是想要更深一步的去了解单片机，我永远也不会忘记老师对我的教悔，让我受益终身。参考文献1、STC15F204EA官方网站2、C语言程序设计教程3、阎石，数字电子技术基本教程，北京，清华大学出版社4、康华光，电子技术基础部分，第六版。高等教育出版社5、王迎旭，单片机原理及应用，第二版，机械工业出版社6、肖婧，单片机系统设计与仿真.北京：北京航空航天大学出版社附录一 电路原理图附录二 源程序清单min equ 31h ;定义分钟在31h单元sec equ 30h ;定义秒30h单元org 0000Hljmp mainorg 000bhljmp time0main: mov sec,#40 mov min,#01