基于单片机控制的专用定时器设计

1、扬州工业职业技术学院2009 2010 学年第二学期毕业设计课题名称：基于单片机控制的专用定时器设计设计时间：2010年9月一2010年12月系 部: 电子信息工程系班 级： 0801电气自动化技术姓 名：顾臻指导教师：马小燕总目录第一部分任务书第二部分开题报告第三部分毕业设计正文扬州工业职业技术学院毕业设计任务书系部电子信息工程系指导老师马小燕职称助教学生姓名顾臻班级0801电气学号0805060117设计题目基于单片机控制的专用定时器设计设计 内容 目标 和要求1. 毕业设计内容设计一个基于单片机控制的专用定时器。要求该定时器可以实现三个时间的显示，而且每个时间的初值可以改变，独立完成系统

2、的分析、设计和程序 编写，记录开发过程中的问题及解决办法，要有计算过程和原理图。2. 毕业设计要求定时时间1。1S 99S，可调；定时时间2。1S 99S，可调；定时时间3。1min99min，可调；所有时间数字均可调；用LED数码管显示剩余时间。教研室审核系部审核开题报告扬州工业职业技术学院 电子信息工程 系11届毕业设计（论文）开题报告书（表 1）学生姓名顾臻专业电气自动化班级0801电气学号 0805060117题目基于单片机控制的专用定时器设计指导教师马小燕职称助教学 位学士题目类别工程设计口基础研究"应用研究口其它【课题的内容与要求】本次设计是的内容是基于 AT89C51芯

3、片的LED定时器。要求该定时器可以实现分段时间的显 示，采用的是数码管动态扫描的技术在 LED数码管上显示几段时间。其中每段时间的显示时用不 冋的LED灯来表示以示区分，时间段的切换和初值的调节用按键来控制。【前言】在我们平时的生活中，有许多地方可以看到定时的影子，如手表定时、电脑电视定时、工厂 车间零件制作定时等等。定时不仅让我们的生活变得时间化和规律化，也从一定程度上提高了生 产力，提高了人民的生活水平。基于单片机的定时器，轻巧简便，禾U于携带和操作，在当今物质 文化飞速发展的今天更是必不可少的。所以研究基于单片机的定时器设计很有意义。【方案的比较与评价】由于单片机控制定时器的一个仿真和调

4、试都比较简单，而且单片机控制的定时器的精度也是比较高的，还有个优点是相比较PLC而言的。由于，单片机只是一个集成块不需要很多的硬件作为支撑，而PLC的控制需要硬件作为支撑，代价很大，用于小小的定时器控制有些大材小用。再 从二者的编写语言来讲，单片机的C语言结构清晰很容易修改，而PLC是用梯形图来编写的结构复杂不容易修改。基于以上分析，我个人认为用单片机控制定时器还是可取的。【预期的效果及指标】在短期内，我的任务是完成对于独立的几段时间的程序编写，并且实现对于它们的初值调节,调节初值范围如下：定时时间1。1S 99S，可调；定时时间2。1S 99S，可调；定时时间3。1min99min，可调；为

5、以后时间段之间的切换做准备。【进度安排】2010年9月 2010年 10 月选题、调研、收集资料2010年10月8日- 2010年10月15 日论证、开题2010年10月16日-2010年11月30 日设计（写作初稿）2010年12月1日- 2010年12月日修改、定稿、打印【参考文献】1 俞国亮 MCS-51单片机原理与应用M.清华大学出版社.2008.2 黄仁欣单片机原理及应用技术M.清华大学出版社 2005.3 黄惠媛单片机原理与接口技术M.清华大学出版社 2006.4 李广弟单片机基础M 北京航空航天大学出版社 2001.【指导教师意见】（有针对性地说明选题意义及工作安排是否恰当等）同

6、意提交开题论证修改后提交不同意提交（请说明理由）指导教师签章：年 月 日【系部意见】同意指导教师意见不同意指导教师意见（请说明理由）其它（请说明）队系（部）主任签章：年 月 日基于单片机控制专用定时器设计顾臻0801 电气技术 摘要 本次毕业设计的内容是基于单片机控制的专用定时器，是用 LED 数码管显示的，以AT89C51芯片为核心，在LED数码管上显示3段时间。且用按键可以切换设置定时界面和定 时界面，用2个中断按键来设置需要定时的时间，到了定时的时间LED灯亮，还有个按键是用来切换剩余时间的。因为是用单片机控制的，所以定时精度还是可以的。 关键词 单片机 LED 数码管 c 语言Base

7、d on single-chip microcomputer control special timer designGu Zhen0801 Electrical TechnologyAbstract: The graduation design content is based on single chip microcomputer control is to use special timer, LED digital display, based on AT89C51 single chip pipe chips for the core, in LED digital display

8、 3 time tube. And use the buttons can switch Settings timing interface and timing interface, with two buttons to set the timer interruption of time, need to regular time LED lights, there is also a button is used to toggle the remaining time. Because it is the control of the MCU, so the timing preci

9、sion can still.Key words: SCM LED Digital Tube C Language目录第一章 绪论 1.1.1 课题研究的背景 1.1.2 定时器的发展和简介 1.1.3 设计方案的比较和选择 1.第二章 硬件电路设计 3.2.1 LED 数码管简介 3.2.1.1 LED 数码管显示原理 3.2.1.2 LED 数码管显示方式的分类 3.2.2 相关控制寄存器 4.2.3 系统元器件介绍 5.2.3.1 AT89C51 单片机的介绍 5.2.3.2 独立键盘 8.2.3.3 晶振与复位电路的介绍 8.2.3.4 电路工作原理图 1.0第三章 软件电路设计 1.

10、2.3.1系统流程图 1.2.3.1.1 按键检测 1.23.1.2 定时器过程流程图 1.33.2 程序设计 1.3.第四章 单片机的仿真与调试 1.6心得体会 1.9.致谢2.0.参考文献 2.1.扬州工业职业技术学院毕业设计第一章绪论1.1课题研究的背景在我们平时的生活中，有许多地方可以看到定时的影子，如手表定时、电脑 电视定时、工厂车间零件制作定时等等。定时不仅让我们的生活变得时间化和规 律化，也从一定程度上提高了生产力，提高了人民的生活水平。基于单片机的定 时，轻巧简便，利于携带和操作，在当今物质文化飞速发展的今天更是必不可少 的。所以研究基于单片机的定时器设计很有意义。本设计主要设

11、计了一个基于 AT89C51单片机专用定时器。在LED数码管上 通过一个控制键转换来显示相应的时间段。 并通过多个控制键用来实现对时间初 值的调节。应用keil软件实现单片机定时器的程序设计，用 Proteus的ISIS软件 实现仿真。该方法仿真效果真实、准确，节省了硬件资源。1.2定时器的发展和简介人类最早使用的定时工具是沙漏或水漏， 但在钟表诞生发展成熟之后，人们 开始尝试使用这种全新的计时工具来改进定时器，达到准确控制时间的目的。1876年，英国外科医生索加取得一项定时装置的专利，用来控制煤气街灯的开关。它利用机械钟带动开关来控制煤气阀们。起初每周上一次发条，1918年使用电钟计时后，就

12、不用上发条了。定时器确实是一项了不起的发明，使相当多需要人控制时间的工作变得简单 了许多。人们甚至将定时器用在了军事方面，制成了定时炸弹，定时雷管。现在 的不少家用电器都安装了定时器来控制开关或工作时间。1.3设计方案的比较和选择1.方案一：就本人对PLC的了解，PLC的关键技术在于其内部固化了一个能解 释梯形图语言的程序及辅助通讯程序，梯形图语言的解释程序的效率决定了 PLC 的性能，通讯程序决定了 PLC与外界交换信息的难易。对于简单的应用，通常 以独立控制器的方式运作，不需与外界交换信息，只需内部固化有能解释梯形图 语言的程序即可。实际上，设计 PLC的主要工作就是开发解释梯形图语言的程

13、 序。定时器的设计只是简单的应用不需要 PLC来实现，用PLC有些大材小用。通常PLC采用16位或32位的CPU，带1或2个的串行通道与外界通讯， 内部有一个定时器即可，若要提高可靠性再加一个看家狗定时器足够。可见，PLC 的硬件要求很高，一般不适用与像定时器方面的设计。2.方案二：学过单片机的人都知道，单片机用于定时器的控制具有可靠性强，C语言程序编写简单快捷，可以用于反复调试和仿真，操作周期短，在短期内能实 现控制，当然，单片机的调试的效果和实际的相差不大，便于修改。而且，定时器的结果要被反复扫描，而 PLC是不支持反复的。PLC 般对 每一种分辨率的计时器提供一个相应频率的硬件计数器，

14、在扫描程序结束时。将 计数器的值加至计时条件成立的相应计时器当前值， 在下一扫描周期，根据计时 条件及当前值刷新计时器状态。比如：LD 10.0FOR VW100, +1, +10NETWORK 2LD M0.0TON T101, +1000NETWORK 3NEXTNETWORK 4LD I0.0TON T102, +1000在这段程序中，当I0.0接通时，T101比T102多计时10倍。因为T101在 一个程序周期内执行10次，而T102只执行1次。要正确计时，在一个程序周 期内计时器必须执行并只能被执行一次。综上所述，所以我选择方案二，即用单片机来控制定时器。22第二章硬件电路设计2.1

15、 LED数码管简介2.1.1 LED数码管显示原理g f GNDa bf eabcdPg"d"e dGNDc dp(a)o 0 o Q & Q O abed e fg共阴极(b)共阳极图2-1 LED数码管显示原理图使用LEE显示器时，要注意区分这两种不同的接法。为了显示数字或字符，必须对数字或字符进行编码。七段数码管加上一个小数点，共计8段。因此为LED 显示器提供的编码正好是一个字节。TX实验板用共阴LED显示器，根据电路连接 图显示16进制数的编码已列在下表。本次设计用的是共阴数码管，如表 2-1所示。0x3f0x060x5 b0x4f0x660x6d1234

16、560x7d0x070x7f0x6f0x770x7 c789ABC0x390x5e0x790x710x00DEFG无显示表2-1共阴极数码管表2.1.2 LED数码管显示方式的分类1.静态显示方式LED显示器工作方式有两种：静态显示方式和动态显示方式。静态显示的特点是每个数码管的段选必须接一个8位数据线来保持显示的字形码。当送入一次 字形码后，显示字形可一直保持，直到送入新字形码为止。这种方法的优点是占 用CP时间少，显示便于监测和控制。缺点是硬件电路比较复杂，成本较高。2.动态显示方式动态显示的特点是将所有位数码管的段选线并联在一起，由位选线控制是哪 一位数码管有效。选亮数码管采用动态扫描显

17、示。所谓动态扫描显示即轮流向各 位数码管送出字形码和相应的位选，利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用，使 人的感觉好像各位数码管同时都在显示。动态显示的亮度比静态显示要差一些， 所以在选择限流电阻时应略小于静态显示电路中的。2.2相关控制寄存器在89C51中，与定时器/计数器应用有关的控制寄存器共有 3个，分别是定 时控制寄存器、工作方式控制寄存器和中断允许控制寄存器。本次课程设计将会 涉及这三个控制寄存器，现对它们说明如下。 定时器控制寄存器(TCON)TCON寄存器地址为88H，位地址为8FH88H。该寄存器位定义及位地址 表示如表2-2所示。表2-2 TCON寄存器表示位地址8FH8EH8

18、DH8CH8BH8AH89H88H位符号TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0定时器控制寄存器中，与定时器/计数器有关的控制位共4位，即TF1、TR1、TF0和TR0，它们的作用分别为：TR0和TR1运行控制位。TR0(TR1)=0，停止定时器/计数器工作； TR0(TR1)=1，启动定时器/计数器工作。控制计数启停只需用软件方法使其置1或清0即可。TF0和TF1计数溢出标志位。当计数器产生计数溢出时，相应溢出标志 位由硬件置1。计数溢出标志用于表示定时/计数是否完成，因此，它是供查询的 状态位。当采用查询方法是，溢出标志位被查询，并在后续处理程序中应以软件 方法及时将其清0。而当采

19、用中断方法是，溢出标志位不但能自动产生中断请求， 而且连清0操作也能在转向中断服务程序时由硬件自动进行。定时器方式选择寄存器(TMOD)TMOD寄存器用于设定定时器/计数器的工作方式。寄存器地址为 89H,但它 没有位地址，不能进行位寻址，只能用字节传送指令设置其内容。 该寄存器的位 定义如表2-3所示。表2-3 TMOD寄存器表示B7HB6HB5HB4HB3HB2HB1HBOHGATEC/TM1M0GATEC/M1M0 定时器/计数器1 定时器/计数器0 它的低半字节对应定时器/计数器0，高半字节对应定时器/计数器1,前后半 字节的位格式完全对应。位定义如下：GATE门控位。GATE=0，以

20、运行控制位TR启动定时器；GATE=1，以 外中断请求信号(INTO或INT1)启动定时器，这可以用于外部脉冲宽度测量。C/T定时方式或计数方式选择为。C/T =0，定时工作方式；C/T =1，计数工作方式。 M1M0 工作方式选择位。M1M0=00，工作方式0; M1M0=01，工作方式1；M1M0=10，工作方式2； M1M0=11，工作方式3。(3)中断允许控制寄存器(IE)该寄存器地址为A8H，位地址为AFHA8H。寄存器位定义及位地址如表 2-4所示。表2-4 IE寄存器表示位地址AFHAEHADHACHABHAAHA9HA8H位符号EA一一ESET1EX1ET0EX0其中与定时器/

21、计数器有关的是定时器/计数器中断允许控制位ET0和ET1ET0(ET1)=0,禁止定时器中断；ET0(ET1)=1，允许定时器中断2.3系统电路介绍2.3.1 AT89C51单片机的介绍Vcc:电源端Vss:接地端P0 口： P0 口为一个8位漏级开路双向I/O 口，每脚可吸收8TTL门电流。 当P1 口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程 序数据 存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原 码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8位双向I/O 口，P1 口缓冲

22、器能接 收输出4TTL门电流。P1 口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作 输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2 口缓冲器可接收， 输出4个TTL门电流，当P2 口被写“ 1”时，其管脚被内部上拉电阻 拉高，且 作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由 于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存 储器 进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“ T时，它利用内部上拉优 势，当对

23、外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器 的内容。P2 口在FLASHS程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3 口： P3 口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输出4个TTL 门电流。当P3 口写入“ 1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输 入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL ）这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3.0 RXD （串行输入口）P3.1 TXD （串行输出口）P3.2 /INTO （外部中断0）P3.3 /INT1 （外部中断1）P3.4 T0 （记时器0外部输

24、入）P3.5 T1 （记时器1外部输入）P3.6 / WR （外部数据存储器写选通）图2-2AT89C51单片机P3.7/ RD (外部数据存储器读选通)P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST:复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST脚两个机器周期的高 电平时间。ALE/ PROG:当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。 然而要注意的是：每当用作外部数据存储 器时，将跳过一个ALE

25、脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。 此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚 被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个 机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN 信号将不出现。EA/VPP:当/ EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储(0000H-FFFFH)， 不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1时，/ EA将内部锁定为RESET； 当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH编程期间，此引脚

26、也 用于施加12V编程电源（VPP ）。232独立键盘本设计共用到了 3个独立键盘和2个中断键，分别是定时界面切换键，设置 定时界面切换键，剩余时间显示切换键，分调节中断和秒调节中断，其中key2键是切换到设置定时界面的功能，key3键是切换到定时界面，key3键是显示剩 余时间的功能。如图2-3。 > -占壬* ke31 1 1F 1-i- jBi . Ijmlj 4g1-.-11秒调节.I.1k1.J人分调祜J-'图2-3独立按键233晶振与复位电路的介绍1. 单片机晶振电路原理及作用单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全程叫晶体振荡 器，他结合单片机内部电路

27、产生单片机所需的时钟频率， 单片机晶振提供的时钟 频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单 片机晶振提供的时钟频率。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。单片机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。晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频

28、率。如果不同子 系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。2. 复位电路的作用在上电或复位过程中，控制CPU勺复位状态：这段时间内让CPU呆持复位状 态，而不是一上电或刚复位完毕就工作， 防止CPU发出错误的指令、执行错误操 作，也可以提高电磁兼容性能。无论用户使用哪种类型的单片机，总要涉及到单片机复位电路的设计。而单 片机复位电路设计的好坏，直接影响到整个系统工作的可靠性。许多用户在设计 完单片机系统，并在实验室调试成功后，在现场却出现了“死机”、“程序走飞” 等现象,这主要是单片机的复位电路设计不可靠引起的。3. 基本的复位方式单片机在启动时都需要复位，以使 C

29、PU及系统各部件处于确定的初始状态， 并从初态开始工作。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施 密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚 上有一个高电平并维持2个机器周期（24个振荡周期）以上，则CPU就可以响应 并将系统复位。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位（1）、手动按钮复位手动按钮复位需要人为在复位输入端 RST上加入高电平（图2-4）。一般 采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则 Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。手动按钮复位的电路如所示。由于人的动 作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒

30、，所以，完全能够满足复位的时间要求。AT89C5啲上电复位电路如 图2-5所示，只要在RSTg位输入引脚上接一 电容至Vcc端，下接一个电阻到地即可。对于 CMO型单片机，由于在RST端内 部有一个下拉电阻，故可将外部电阻去掉，而将外接电容减至1 1 F。上电复位的工作过程是在加电时，复位电路通过电容加给RST端一个短暂的高电平信号，此咼电平信号随着Vcc对电容的充电过程而逐渐回落，即RST端的咼电平持续时 间取决于电容的充电时间。为了保证系统能够可靠地复位，RST端的高电平信号必须维持足够长的时间。上电时，Vcc的上升时间约为10ms而振荡器的起振时 间取决于振荡频率，如晶振频率为 10MH

31、z起振时间为1ms晶振频率为1MHz 起振时间则为10ms在图2-5的复位电路中，当Vcc掉电时，必然会使RST端 电压迅速下降到0V以下，但是，由于内部电路的限制作用，这个负电压将不会 对器件产生损害。另外，在复位期间，端口引脚处于随机状态，复位后，系统将 端口置为全“ I”态。如果系统在上电时得不到有效的复位，则程序计数器PC将得不到一个合适的初值，因此，CPU可能会从一个未被定义的位置开始执行程 序。ccATSSIRST图2-5上电复位图234电路工作原理图该电路原理图由单片机最小系统，上拉电阻，独立按键，和LED数码管组成；实现定时和切换的功能，仿真调试开始时，当按下KEY2时，系统进

32、入设置定 时界面，然后按下分调节和秒调节中断键可以设置需要定时的时间，时间定好后，按下key3键进入定时界面，当达到定时时间时会停止并且LED灯会亮，key4键可以随时切换显示剩余时间。其中，LED数码管段选位连接P0 口，位选位连接 从P2.0到P2.3。秒调节中断连接P3.2，分调节连接P3.3,3个独立键盘中，key2 连接P1.6,key3连接P1.7, key4连接P1.4。LED灯连接P1.0。如图2-6所示。叩HMM 叩刊Z nii?0?MT门遊 P2»tli P2»11i 陀#1Z aZSd*13 畑杯 畤 7/15创怕 mm® fjrra rar

33、rn 帕丙 pict P3G<聞FT,f<理葩軒聲jcfld ' = 3I I I _u I I I I- I0000实特 誥一l-c帀一s-l'ItEJ蒂-£jRnFFC IDFLRtPJUCHc7pq> "s fi-rocsi.'=TE图2-6电路工作原理图第三章软件电路设计C语言程序采用函数结构，每个C语言程序由一个或多个函数组成，在这些 函数中至少应包含一个主函数 main(),也可以包含一个main()函数和若干个其它 的功能函数。不管main()函数放于何处，程序总是从 main()函数开始执行，执行 到ma in ()

34、函数结束则结束。在 mai n()函数中调用其它函数，其它函数也可以相互 调用，但main()函数只能调用其它的功能函数，而不能被其它的函数所调用。功能函数可以是C语言编译器提供的库函数，也可以是由用户定义的自定 义函数。在编制C程序时，程序的开始部分一般是预处理命令、函数说明和变3.1系统流程图3.1.1按键检测图3-1按键检测3.1.2定时器过程流程图图3-2定时器过程流程图3.2程序设计#in elude <reg51.h>#defi ne uint un sig ned int#defi ne uchar un sig ned charsbit key2=P1A6;sbit

35、 key3=P1A7;sbit key4=PM4;uchar code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,;uint t,t1,miao,fe n, miao1,fe n1,miao2=99,fe n2=99,miao3=99,fe n3=99; void ini t()程序的初始化TMOD=0X01;EA=1;ET0=1;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;TR0=0;EX0=1;IT0=1;EX仁1;IT 1=1;void time0()i nterrupt 1/ 定时中断子程序TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;t+;t1+;if(t=20)t=0;miao+;if(miao=60) miao=0; fen+;if(fen=60)fen=0;略第四章单片机的仿真与调试单片机内部定时器应用中如果把显示程序放在主程序和定时中断程序后面 会一直占用空间执行，虽然执行速度比较快，但是显示程序放在中断程序是通过 中断服务程序中被调用而执行的，所以每中断一次