测控原理课程设计wow

1、测控系统原理与设计课程设计课题： 时钟计时器的设计 班级 测控1101 学号 1101203117 学生姓名 李源 专业 测控技术与仪器 系别 电子信息工程系 指导教师 杨银贤 毛钢元 淮阴工学院电子信息工程系2013年5月1设计目的测控系统原理与设计课程设计是一项重要的实践性教育环节，是学生在校期间必须接受的一项工程训练。在课程设计过程中，在教师指导下，运用工程的方法，通过一个简单课题的设计练习，可使学生初步体验微机应用系统的设计过程、设计要求、完成的工作内容和具体的设计方法，了解必须提交的各项工程文件，也达到巩固、充实和综合运用所学知识解决实际问题的目的。通过课程设计，应能加强学生如下能力

2、的培养：(1) 独立工作能力和创造力；(2) 综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力；(3) 查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；(4) 工程绘图的能力；(5) 编写技术报告和编制技术资料的能力。2设计要求(1) 独立完成设计任务(2) 绘制系统硬件总框图(3) 绘制系统原理电路图(4) 绘制系统工程设计图(机箱、控制面板、线路板图、元件布局图、装配连线图等)(5) 编制软件框图(6) 完成详细完整的程序清单和注释(7) 制定编写调试方案(8) 编写用户操作使用说明书(9) 写出设计工作小结3系统方案设计3.1概述本实验所选用的单片机为AT89C51，时钟计时器用单片机和6位

3、LED数码管显示时、分、秒，以24小时计时方式进行，能整点提醒，使用按键开关可实现时、分调整，秒表/时钟功能转换，省电及定时设定提醒功能。3.2 系统方案框图图1：系统方案框图4硬件介绍4.1 STC89C51AT89C52引脚结构 图 2 AT89C52引脚结构功能特性描述:与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：0Hz33Hz、三级加密程序存储器、2个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器、八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器等AT89C51引脚功能描述 VCC : 电源GN

4、D: 地P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；而在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（II

5、L）。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在flash编程和校验时，P2口亦接收低高位地址和其它控制信号。P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电

6、阻的原因，将输出电流（IIL）。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下所示。AT89S52 引脚号 第二功能P3.0 RXD （串行输入）P3.1 TXD （串行输出）P3.2 INT0 (外部中断0)P3.3 INT1 (外部中断1)P3.4 T0 （定时器0外部输入）P3.5 T1 （定时器1外部输入）P3.6 WR (外部数据存储器写选通)P3.7 RD (外部数据存储器写选通)RST: 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2 个机器周期高电平将使单片机复位。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储

7、器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过一个ALE脉冲。PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当AT89C51从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。在flash编程期间，EA也接收12伏VPP

8、电压。XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。AT89C52 有5个中断源，中断是指计算机在执行某一程序的过程中, 由于计算机系统内、 外的某种原因, 而必须中止原程序的执行,转去执行相应的处理程序,待处理结束之后, 再回来继续执行被中止的原程序的过程。 采用了中断技术后的计算机, 可以解决CPU与外设之间速度匹配的问题, 使计算机可以及时处理系统中许多随机的参数和信息, 同时, 它也提高了计算机处理故障与应变的能力。两个外部中断（INT0 和INT1），两个定时中断（定时器0、1）和一个串行中断。每个中断源都可以通过置位或清除特殊寄存器I

9、E 中的相关中断允许控制位分别使得中断源有效或无效。IE还包括一个中断允许总控制位EA，它能一次禁止所有中断。中断源是在一个计算机系统对中断请求的来源，中断可以人为设定，它可以在应对突发随机事件设置。通常的I / O设备，实时控制系统的故障随机参数和信息源等。较高优先级的中断，那么到更高的优先级响应。当运行时，中断服务程序，另一个中断高优先级中断请求产生，当电流CPU中断服务将暂停高级别中断处理应用，可完成先进的中断处理程序中断程序关闭，然后再返回到CPU原始点继续这一过程被称为嵌套。 中断响应的过程：在每个指令结束时，系统会自动检测中断请求信号，如果有一个中断请求，并在打开的CPU，那么响应

10、的中断的中断状态。 （2）保护之前，在一般保护，禁止中断，以防止现场销毁现场的一幕。保护现场的指令一般用于堆叠在原程序中使用到堆栈中的寄存器。 （3）中断服务的相应的中断源是服务。 （4）恢复现场，将保护的数据在堆栈上弹出的复苏之前，禁止中断现场，以防 止破坏现场。时间后，现场恢复开放中断。 （5）返回时，此CPU的断点地址时堆栈推弹回到程序计数器，使CPU继续执行被中断的程序。 4.2 74HC573SL74HC573 跟LS/AL573 的管脚一样。器件的输入是和标准CMOS 输出兼容的；加上拉电阻，他们能和LS/ALSTTL 输出兼容。当锁存使能端为高时，这些器件的锁存对于数据是透明的（

11、也就是说输出同步）。当锁存使能变低时，符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。输出能直接接到CMOS，NMOS 和TTL 接口上操作电压范围：2.0V6.0V低输入电流：1.0uACMOS 器件的高噪声抵抗特性 图4 管脚功能图：表1 74HC573功能表图5 74HC573逻辑图4.3 LED 数码管由于系统要显示的内容较简单，显示量不多，所以选用数码管既方便又经济。LED 有共阴极和共阳极两种。如图所示。 二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地，而共阳极则将发光二极管的阳极连接在一起，接入+5V 的电压。一位显示器由8 个发光二极管组成，其中7 个发光二极管构成字型“8”的各个笔划（段）

12、ag，另一个小数点为dp 发光二极管。当在某段发光二极管施加一定的正向电压时，该段笔划即亮；不加电压则暗。为了保护各段LED 不被损坏，需外加限流电阻。LED 显示数码管通常由硬件7 段译码集成电路，完成从数字到显示码的译码驱动。本系统采用软件译码，以减小体积，降低成本和功耗，软件译码的另一优势还在于比硬件译码有更大的灵活性。所谓软件译码，即由单片机软件完成从数字到显示码的转换。从LED 数码管结构原理可知，为了显示字符，要为LED 显示数码管提供显示段码，组成一个“8”字形字符的7 段，再加上1 个小数点位，共计8 段，因此提供给LED 数码管的显示段码为1 个字节。各段码位与显示段的对应关

13、系如表。表2需说明的是当用数据口连接LED 数码管adp 引脚时，不同的连接方法，各段码位与显示段有不同的对应关系。通常数据口的D0 位与a 段连接，D1 位与b 段连接，D7 位与dp 段连接,如表1 所示，表2 为用于LED 数码管显示的十六进制数和空白字符与P 的显示段码。注：（1）本表所列各字符的显示段码均为小数点不亮的情况。（2）“空白”字符即没有任何显示。显示方式有静态显示和动态显示两种。静态显示：所谓静态显示，就是当显示器显示某一字符时，相应的发光二极管恒定的导通或截止。该方式每一位都需要一个8 位输出口控制。静态显示时较小的电流能获得较高的亮度，且字符不闪烁。但当所显示的位数较

14、多时，静态显示所需的I/O 口太多，造成了资源的浪费。动态显示：所谓动态显示就是一位一位的轮流点亮各个位，对于显示器的每一位来说，每隔一段时间点亮一次。利用人的视觉暂留功能可以看到整个显示，但必须保证扫描速度足够快，字符才不闪烁。显示器的亮度既与导通电流有关，也于点亮时间与间隔时间的比例有关。调整参数可以实现较高稳定度的显示。动态显示节省了I/O 口，降低了能耗。5硬件电路介绍5.1 晶振电路每个单片机系统里都有晶振，全程是叫晶体震荡器，在单片机系统里晶振的作用非常大，他结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越高，那

15、单片机的运行速度也就越快。晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（VCO）。晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。5.2复位电路复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中

16、引起的抖动而影响复位。 图6 复位电路5. 显示电路6.图7 数码管显示电路5.4 按键电路本设计采用四个独立按键；按键处理设置为：如果没有按键，则时钟正常走下去。第一个按键为切换按键，用于显示不同界面的切换。默认显示为时分秒，如果按键一次，切换为显示年月日；如果按键两次，切换为显示闹铃时间；再按一次则跳回显示时分秒；第二个按键为调整时间，当第一次按下的时候，进入调整状态，把定时器关掉，时钟就停止走动；这时当按下第三个按键可以对秒进行加1 的操作，当按下第四个按键可以对分进行加1 的操作，当按下K2 键的时可以对时进行加1 操作，当再次按下第二个按键 键时,打开定时器，再次启动时钟。为了使按键

17、更稳定，在程序中加入了去抖程序与松手检测程序。 图8 按键电路6总电路流程图7软件设计7.1主程序主程序循环调用显示子程序和查键子程序，当按键被按下时，转入相应功能程序。其主程序执行流程如图9所示。图9 主程序流程图7.2显示主程序本程序采用动态显示，并运用锁存器将结果送出；图10 显示流程图7.3闹钟时间设定功能程序在时钟状态下，触发外中断1时，进入闹钟时间设定模式，且不影响T0计时器的功能状态，在键盘上输入对应的数字进行时间设定。当分别按下调节时钟、分钟和秒钟的个位时，时间自动确定。闹钟时间设定流程图如图6-3所示：图11 闹钟时间设定流程图8误差分析与修正测量数据理论时间（cm）5：00

18、:007：00:009：00:0011：00:00实际时间（cm）5：00:117：00:359：01:0211：01:11数据分析基本满足设计要求，误差在1015秒/时之间，完全可以满足日常的使用。9软件仿真10 PCB11课程设计体会与总结通过本次课程设计，加深了对传感器课程的认识，提高了动手与团队合作能力。在单片机课程设计中，经过选题、设计电路、购买元件、焊接电路、程序编写调试等步骤，最终得到完整的作品。这次课程设计是本门课程课堂教学的延伸和发展，是理论知识与工程实践之间的衔接。通过本课程设计，我获益匪浅，增强了我对单片机专业知识的学习，加深了认识，进一步巩固了我的动手能力，培养独立自主

19、、综合分析的思维与创新能力，最终使初步具有设计小型计算机控制系统的硬件及软件的能力。同时，通过资料搜集、方案分析、系统设计与报告撰写的一系列过程，得到一次科学研究工作的初步训练。从而，在专业知识与研究方法方面为日后的毕业设计乃至毕业后的工作奠定良好的基础。本次课程设计 使我得到了锻炼，让我明白学习不知能是纸上谈兵，要能在生活生产中用到的具体使用。附：参考代码#includeunsigned char data shijian23=13,06,25,23,59,50;unsigned char data naoling3=23,59,51;unsigned char code duanma=0x

20、3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;unsigned char code weima=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f; sbit key1=P34;sbit key2=P35;sbit key3=P36;sbit key4=P37;sbit fmq=P23;bit flag,flagfmq;sbit duan=P26;/定义锁存使能端口 段锁存sbit wei=P27;/ 位锁存void delay(unsigned char t)unsigned char i,j;for(i=t;i0

21、;i-)for(j=110;j0;j-);void display(unsigned char n)unsigned char i,j=0;unsigned char temp26;for(i=0,j=0;i3;i+,j+=2)tempnj=shijianni/10;tempnj+1=shijianni%10;for(i=0;i=60)shijiann2=0;elseif(n=0&shijiann2=31)shijiann2=0;if(!key4)delay(15);if(!key4)while(!key4);shijiann2-;if(n=1&shijiann2=0)shijiann2=60;elseif(n=0&shijiann2=0)shijiann2=31;if(j=2)if(!key3)delay(15);if(!key3)while(!key3);shijiann1+;if(n=1&shijiann1=60)shijiann1=0;elseif(n=0&shijiann1=12)shijiann1=0;if(!key4)delay(15)