单片机电秒计数器

1、单片机课程设计姓 名： 学 号： 专 业： 电气工程及其自动化 题 目： 单片机电秒计时器 专 题： 单片机系统设计 指导教师： 设计地点： 嘉园 时 间： 2011-06 2011 年 6月单片机课程设计任务书专业年级 电气08-2班 学号 22080128 学生姓名 任苏敏 任务下达日期： 2011 年 6 月 18日设计日期： 2011年6月18日 至 2011年 6月28日设计题目：单片机电秒计时器设计专题题目：单片机系统设计设计主要内容： 通过单片机系统实现秒表计时功能，可以进行暂停计时、恢复计时、设定时间和清零等操作。设计要求：1. 系统上电，数码管显示“99”.2. 每隔1秒，数

2、码管显示减1，减小到“00”后，数码管显示“00”，同时继电器开启。3. 设置按键S13，当S13按下时，秒表计时停止，数码管显示当前数值，再次按下时恢计时。4. 当停止计时时，按下S14键，可以设置秒数，按键S1-S10分别对应数字0-9；先输入数字为十位数，后输入数字为个位数，若输入数字大于99，数码管显示“99”。按下S13键启动计时。5. 设置按键S15，当S15按下时，数码管显示为“99”，秒表从新开始计时。6. 考试过程中，应使用硬件平台指定的资源进行设计。指导教师签字：摘要本设计介绍了基于用89S51单片机的基本电路。系统硬件电路是由主板电路组成。主板电路包括单片机的最小系统，键

3、盘矩阵电路和8个LED数码显示电路以及继电器电路，这部分电路已制成电路板。通过单片机系统实现秒表计时功能，可以进行暂停计时、恢复计时、设定时间和清零等操作。通过程序调试各个部分的功能，运用C语言编程，完成各功能模块，通过下载软件下载到单片机芯片中，最终实现电秒计时器功能。关 键 词：单片机 ；键盘矩阵； C语言编程 目录1 绪论61.1系统概述6设计性质、目的、任务61.2系统设计方案6系统设计原理框图6 12.2仿真软件介绍612.3Proteus 简介61.2.4 KEIL C51 编译器简介78051 开发工具7uVision2 集成开发环境72.2.3.2 断点8C51 编译器12 硬

4、件电路设计22.1单片机电路2单片机电路板2单片机最小系统2单片机的复位电路32.1.4 显示译码电路4电路设计63 软件设计73.1 设计任务73.1.1 基本任务73.2 按键定义及显示标志73.3 程序设计73.3.1 主程序框图7正常显示73.3.3 按键判断114 系统调试154.1硬件部分154.2软件部分165总结16参考文献：16附录17附录一 单片机印刷电路板原理图18附录二 单片机印刷电路板布线图19附录三 元件清单20单片机主板20附录四 程序代码221 绪论1.1系统概述设计性质、目的、任务单片机系统设计是在学习模拟电子技术、数字电子技术、单片机原理及应用等相关理论课程

5、之后，所设置的重要的综合性实践教学环节，课程的任务是通过选题的设计、安装和调试，巩固已学的理论知识，综合应用所学知识，进行电子系统的设计，从而培养工程实践能力、创新能力，培养严肃认真的工作作风和科学态度。通过查阅资料、选定方案、设计电路、安装调试、写报告等过程，得到一次科学研究工作的启蒙训练，也为以后利用单片机开发电子产品奠定坚实的基础。1.2系统设计方案本次实验要求设计秒计时器，课程设计分设计、制作和调试三个部分。设计选题以单片机为核心，基本内容应包括单片机最小系统、键盘和LED显示电路，以及设计系统涉及的其他电路。系统硬件电路由标准电路构成。标准电路包括单片机最小系统、8个LED数码管电路

6、和键盘电路以及继电器电路，这部分电路已制成电路板，可根据设计需要进行配置选用。系统设计原理框图单片机数码管显示复位 矩阵键盘继电器 12.2仿真软件介绍12.3Proteus 简介Proteus 软件是来自英国 Labcenter electronics 公司的 EDA 工具软件，Proteus 软件有十多年的历史，在全球广泛使用，除了其具有和其它 EDA 工具一样的原理布图、 PCB 自动或人工布线及电路仿真的功能外，其革命性的功能是，他的电路仿真是互动的， 针对微处理器的应用，还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，并实现软件源码级 的实时调试，如有显示及输出，还能看到运行后输入输出的效果

7、，配合系统配置的虚拟 仪器如示波器、逻辑分析仪等，您不需要别的，Proteus 为您建立了完备的电子设计开 发环境！尤其重要的是 Proteus Lite 可以完全免费，也可以花微不足道的费用注册达 到更好的效果;功能最强的 Proteus 专业版也非常便宜，人人用得起，对高校还有更多 优惠。Proteus 组合了高级原理布图、混合模式 SPICE 仿真,PCB 设计以及自动布线来实 现一个完整的电子设计系统。此系统受益于 15 年来的持续开发,被电子世界在其对 PCB 设计系统的比较文章中评为最好产品“The Route to PCB CAD”。Proteus 产品系 列也包含了我们革命性的

8、 VSM 技术,用户可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电 子器件一起仿真。用户甚至可以实时采用诸如 LED/LCD、键盘、RS232 终端等动态外设 模型来对设计进行交互仿真。其功能模块:个易用而又功能强大的 ISIS 原理布图工具；PROSPICE 混合模型SPICE 仿真; ARES PCB 设计。PROSPICE 仿真器的一个扩展 PROTEUS VSM:便于包括所有相关的器件的基于微处理 器设计的协同仿真。此外，还可以结合微控制器软件使用动态的键盘，开关，按钮，LEDs 甚至 LCD 显示 CPU 模型。 KEIL C51 编译器简介8051 开发工具KEIL C51 标准 C 编

9、译器为 8051 微控制器的软件开发提供了 C 语言环境,同时保留了 汇编代码高效,快速的特点。C51 编译器的功能不断增强，使你可以更加贴近 CPU 本身， 及其它的衍生产品。C51 已被完全集成到 uVision2 的集成开发环境中，这个集成开发环 境包含：编译器，汇编 器，实时操作系统，项目管理器，调试器。uVision2 IDE 可为 它们提供单一而灵活的开发环境。uVision2 集成开发环境项目管理工程(project)是由源文件、开发工具选项以及编程说明三部分组成的。 一个单一的 uVision2 工程能够产生一个或多个目标程序。产生目标程序的源文件构成“组”。开发工具选项可以对

10、应目标，组或单个文件。uVision2 包含一个器件数据库(device database)，可以自动设置汇编器、编译器、 连接定位器及调试器选项，来满足用户充分利用特定微控制器的要求。此数据库包含： 片上存储器和外围设备的信息，扩展数据指针(extra data pointer)或者加速器(math accelerator)的特性。uVision2 可以为片外存储器产生必要的连接选项：确定起始地址和规模。集成功能uVision2 的强大功能有助于用户按期完工。A.集成源极浏览器利用符号数据库使用户可以快速浏览源文件。用详细的符号信息 来优化用户变数存储器。B.文件寻找功能：在特定文件中执行全

11、局文件搜索。 C.工具菜单：允许在 V2 集成开发环境下启动用户功能。 D.可配置 SVCS 接口：提供对版本控制系统的入口。 E.PCLINT 接口：对应用程序代码进行深层语法分析。 F.Infineon 的 EasyCase 接口：集成块集代码产生。G.Infineon 的 DAVE 功能：协助用户的 CPU 和外部程序。DAVE 工程可被直接输入uVision2。第三部分编辑器和调试器源代码编辑器uVision2 编辑器包含了所有用户熟悉的特性。彩色语法显像和文件辩识都对 C 源代 码进行和优化。可以在编辑器内调试程序，它能提供一种自然的调试环境，使你更快速 地检查和修改程序。2.2.3

12、.2 断点uVision2 允许用户在编辑时设置程序断点（甚至在源代码未经编译和汇编之前）。 用户启动 V2 调试器之后，断点即被激活。断点可设置为条件表达式，变量或存储器访 问，断点被触发后，调试器命令或调试功能即可执行。在属性框(attributes column)中可以快速浏览断点设置情况和源程序行的位置。 代码覆盖率信息可以让你区分程序中已执行和未执行的部分。调试函数语言uVision2 中，你可以编写或使用类似 C 的数语言进行调试。A.内部函数：如 printf, memset, rand 及其它功能的函数。B.信号函数：模拟产生 CPU 的模拟信号和脉冲信号(simulate a

13、nalog and digital inputs to CPU)。C.用户函数：扩展指令范围，合并重复动作。变量和存储器用户可以在编辑器中选中变呈来观察其取值。双层窗口显示，可进行以下调整：A.当前函数的局部变量B.用户在两个不同 watch 窗口页面上的自定义变量 C.堆栈调用(call stack)页面上的调用记录（树）(call tree) D.不同格式的四个存储区C51 编译器KEIL C51 编译器在遵循 ANSI 标准的同时，为 8051 微控制器系列特别设计。语言上 的扩展能让用户使用应用中的所有资源。存储器和特殊功能寄存器的存取C51 编译器可以实现对 8051 系列所有资源的

14、操作。SFR 的存取由 sfr 和 sbit 两个 关键字来提供。变量可旋转到任一个地址空间。用关键字at还能把变量放入固定的 存储器存储模式（大，中，小）决定了变量的存储类型。连接定位器支持的代码区可达 32 个，这就允许用户在原有 64K ROM 的 8015 基础上 扩展程序。在 V2 的编译器和许多高性能仿真器中，可以支持应用程序的调试。中断功能C51 允许用户使用 C 语言编写中断服务程序，快速进、出代码和寄存器区的转换功 能使 C 语言中断功能更加高效。可再入功能是用关键字来定义的。多任务，中断或非中断的代码要求必须具备可再 入功能。灵活的指针C51 提供了灵活高效的指针。通用指针

15、用 3 个字节来存储存储器类型及目标地址，可以在 8051 的任意存储区内 存取任何变量。特殊指针在声明的同时已指定了存储器类型，指向某一特定的存储区域。由于地址 的存储只需 12 字节，因此，指针存取非常迅速。2 硬件电路设计系统硬件电路由标准电路和自制电路两部分组成。标准电路包括单片机最小系统、8个LED数码管电路和键盘电路，这部分电路已制成电路板，可根据设计需要进行配置选用。自制电路需自行设计焊接，包含标准电路不具备的其他电路。2.1单片机电路2.1.1单片机电路板CPU电路复位电路晶振电路数码管显示电路按键电路LED显示电路 电路框图单片机电路板电路框图如图2；PROTEL绘制的原理图

16、见附录2；PROTEL绘制的电路排版图见附录1。2.1.2单片机最小系统 该原理图包含单片机以及外部连接译码，锁存电路端口，其中的ALE,REST为高电平时用来启动ADC0809.P0口控制数码输出显示以及控制键盘的。晶振采用12MHZ，该频率有利于提高串口的通信可靠性，同时又保证单片机有较高的运行速度。2.1.3单片机的复位电路 复位电路当开关断开的时候，VCC对电容充电，RESET端为低电平；在开关闭合时电容放电，RESET端为高电平。2.1.4 显示译码电路显示电路采用8位共阴极LED动态扫描显示，SN74HC273N输出所需字形，SN74HC273N选择字位。在动态方式中，逐个地循环地

17、点亮各位显示器。如图所示： 数码管显示电路显示译码电路部分由P0口输出显示包含： 图8：显示译码电路 显示译码电路利用芯片SN74HC273N以总线型控制数码管：SN74HC273N是一个8D触发器，其内部结构如图： SN74HC273N内部结构图 2.1.5电路设计硬件资源分配数码管显示电路：用 P2 口键盘电路：16个键P0(0-3)继电器部分3 软件设计3.1 设计任务 基本任务 利用单片机系统设计电秒表计时器3.2 按键定义及显示标志1.设置按键S13，当S13按下时，秒表计时停止，数码管显示当前数值，再次按下时恢计时。2.当停止计时时，按下S14键，可以设置秒数，按键S1-S10分别

18、对应数字0-9；先输入数字为十位数，后输入数字为个位数，若输入数字大于99，数码管显示“99”。按下S13键启动计时。3.设置按键S15，当S15按下时，数码管显示为“99”，秒表从新开始计时。3.3 程序设计 主程序框图 主程序框图3.3.2 正常显示 正常显示流程图启动正常显示991秒减一到00停止正常显示程序#include <reg52.h>#include<ABSACC.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define Font_code XBYTE0xefff /字符码写地址#defi

19、ne reg_code XBYTE0xdfff /字位码写地址#define key_addr XBYTE0xf7ff /读按键地址bit x=0;bit y=0;uchar key_n; uint m;uint s; sbit P12=P10; unsigned char const jian; unsigned char const dofly=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f, 0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;/0-F void delay(uchar x)uchar i;while(x-)fo

20、r(i=0;i<100;i+);void main(void)uint p,t,l;RCAP2H=0x10;RCAP2L=0x00;m=99;while(1)get_key();if(key_n=14)m=99;if(key_n=13)if(s%2)!=0)x=1;y=0;if(key_n=12)delay(3);if(key_n=12)if(s%2)=0)TR2=1;ET2=1;EA=1;if(s%2)!=0)TR2=0;ET2=0;EA=0; if(m=0)TR2=0;ET2=0;EA=0;p=m/10;t=m%10;Font_code=doflyp;reg_code=0x20;de

21、lay(10);Font_code=doflyt;reg_code=0x40;delay(10);timer2() interrupt 5static uchar t;TF2=0;t+;if(t=10)t=0;if(m!=0)m-; 按键判断a.按 13数码管显示停止b.按下S14键，可以设置秒数，按键S1-S10分别对应数字0-9；先输入数字为十位数，后输入数字为个位数，若输入数字大于99，数码管显示“99”。按下S13键启动计时。c. 按键S15，当S15按下时，数码管显示为“99”，秒表从新开始计时。按键程序：void get_key(void) uchar temp;Font_code

22、=0x00; reg_code=0xfe;temp = key_addr & 0x0f; /第一列if(temp=0x0e)delay(200); if(temp=0x0e) key_n=0;if(x=1)&&(y=0) )m=m%10;y=1; elsem=(m/10)*10;y=0; if(temp=0x0d)delay(200); if(temp=0x0d) key_n=4; if(x=1)&&(y=0)m=m%10+40;y=1; elsem=(m/10)*10+4;y=0; if(temp=0x0b)delay(200);if(temp=0x0

23、b) key_n=8;if(x=1)&&(y=0)m=m%10+80;y=1; elsem=(m/10)*10+8;y=0;if(temp=0x07)key_n=12;s+;x=0;y=0; reg_code=0xfd;temp = key_addr & 0x0f; /第二列if(temp=0x0e)delay(200); if(temp=0x0e) key_n=1;if(x=1)&&(y=0) )m=m%10+10;y=1; elsem=(m/10)*10+1;y=0; if(temp=0x0d)delay(200); if(temp=0x0d) ke

24、y_n=5;if(x=1)&&(y=0) )m=m%10+50;y=1; elsem=(m/10)*10+5;y=0; if(temp=0x0b)delay(200); if(temp=0x0b) key_n=9;if(x=1)&&(y=0) )m=m%10+90;y=1; elsem=(m/10)*10+9;y=0; if(temp=0x07)key_n=13; reg_code=0xfb;temp = key_addr & 0x0f; /第三列if(temp=0x0e)delay(200); if(temp=0x0e) key_n=2;if(x=1)

25、&&(y=0) )m=m%10+20;y=1; elsem=(m/10)*10+2;y=0; if(temp=0x0d)delay(200); if(temp=0x0d) key_n=6;if(x=1)&&(y=0) )m=m%10+60;y=1; elsem=(m/10)*10+6;y=0; if(temp=0x0b)key_n=10;if(temp=0x07)key_n=14; reg_code=0xf7;temp = key_addr & 0x0f; /第四列if(temp=0x0e)delay(200); if(temp=0x0e) key_n=

26、1;if(x=1)&&(y=0) )m=m%10+30;y=1; elsem=(m/10)*10+3;y=0; if(temp=0x0d)delay(200); if(temp=0x0d) key_n=1;if(x=1)&&(y=0) )m=m%10+70;y=1; elsem=(m/10)*10+7;y=0; if(temp=0x0b)key_n=11;if(temp=0x07)key_n=15; 4 系统调试系统调试包括硬件调试和软件调试两部分，介绍一下我在这两方面遇到一些问题，以及如何解决的。4.1 硬件部分硬件焊接在焊接过程中单独的排针忘记焊上，并且在焊

27、接芯片座得过程中出现了方向错误，导致在插芯片的过程出现了倒插的现象出现。4.2软件部分由于C语言对自己来说并不擅长，没有真正掌握，所以在编程时编写不出程序。但是，通过去图书馆找资料，翻阅书籍，以及在课堂上通过老师的讲解，让自己对C语言基本掌握，平时也对编写一些简单的编程来锻炼自己，让自己对C语言有了进一步的了解。最后，通过程序调试各个部分的功能，完成各功能模块，实现电秒计时器。5总结三周的单片机课程设计，重新对单片机及C语言进行了运用，从而让我在单片机的硬件结构和软件设计方法上有了更进一步的理解和提高。此次课程设计，让我对数码管动态显示原理使用方法有了详细的了解。并且学会用C语言编程对单片机进

28、行开发。熟悉了各个功能模块的编程思想并学会加以应用。在提高了自己焊接水平的同时，对单片机的工作原理及应用有了更深一步的了解。本次课程设计比较顺利的完成了，这些离不开老师的指导和同学的互相帮助。让我的水平有了很大的提升。参考文献：1、胡汉才，单片机原理及其接口技术（2版），清华大学出版社 2、单片机实验指导书3、张毅刚，彭喜元，孟升卫，刘兆庆 MCS-51单片机实用子程序设计（第二版） 哈尔滨工业大学出版社 2003年4、孙育才，MCS-51系列单片微型计算机及其应用，东南大学出版社5、曹巧媛，单片机原理及应用教学、实践、设计指导，电子工业出版社6、谢自美，电子线路设计·实验·

29、;测试（2版），华中科技大学出版社7、 求是科技 单片机通信技术与工程实践 人民邮电出版社 2005年附录附录一 单片机印刷电路板原理图附录二 单片机印刷电路板布线图附录三 元件清单单片机主板型号元件号数量0.01F电容C21, C2220.1F电容C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8, C9, C10, C17, C19, C25, C80, C81141K电阻R1, R2, R4, R6, R7, R9, R10, R11, R12, R16, R17, R18, R19, R23, R28, R37, R39, R40, R41, R42, R43, R44, R45,

30、R46, R47, R51, R53, R82, R85291N4148二极管D1, D2, D331N4729稳压二极管D82, D8322K电阻R31, R3622.2K电阻R9914.7K9针排阻RES214.7K don't fit it不焊接RES114.7F电容C23110K电阻R5, R13, R21, R30, R35, R38, R49, R50, R52, R59, R891110F电解电容 C18,C97212MHz晶振U7, U15222pF电容C1, C15, C86, C87427电阻R48168电阻R93, R95274HC002输入4与非门U1174HC

31、022输入4或非门U21100电阻R581220u/16V电解电容C161470电阻R20, R22, R24, R25, R26, R27, R29, R3488050PNP 三极管Q3, Q4, Q5, Q6, Q7, Q8, Q9, Q1088550PNP 三极管Q1, Q2, Q11, Q124AT89S5151单片机U41ATmega48-8AVR单片机U391Bell无源蜂鸣器LS11型号元件号数量DAY-44位数码管DS16, DS172Dpy Blue-CA数码管DS151Header 25.08mm2P端子P11Header 35.08mm3P端子P41Header 44-P

32、in单排针P11, P122Header 55-Pin单排针P131Header 5X25*2排线座P3, P212Header 1010-Pin单排针P9, P102Header 1515-Pin单排针P2, P82Header 2020-Pin单排针P5, P62LED0 GREEN绿色发光二极管DS80,DS14,DS1,DS3,DS5,DS7,DS10 7LED0 RED红色发光二极管DS2, DS4, DS6,DS8, DS9,DS11, DS12, DS13,DS819LEDFR红外发光二极管DS191LM358双运放U101MC74HC245AN同相三态总线收发器U111SN74

33、HC273N8D触发器U8, U92SRD-5VDC-SL-C5V继电器REALAY11SW6*6*9按钮KEY1, KEY2, KEY3, KEY4, KEY5, KEY6, KEY7, KEY8, KEY9, KEY10, KEY11, KEY12, KEY13, KEY14, KEY15, KEY16,K1, K2, K3, K4, S421SW-DIP44*2 双排针S7, S282SW-DIP84*8 双排针S11SW-SPDT3-Pin单排针S31SW-SPST2-Pin单排针S2, S6, S29, S80, S81, S946TEST1-Pin单排针J1, J2, J33TL0

34、038BD38KHz红外接收头P71USBA型USB插座 J81附录四 程序代码#include <reg52.h>#include<ABSACC.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define Font_code XBYTE0xefff /字符码写地址#define reg_code XBYTE0xdfff /字位码写地址#define key_addr XBYTE0xf7ff /读按键地址bit x=0;bit y=0;uchar key_n; uint m;uint s; sbit P12

35、=P10; unsigned char const jian; unsigned char const dofly=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f, 0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71; void delay(uchar x)uchar i;while(x-)for(i=0;i<100;i+);void get_key(void) uchar temp;Font_code=0x00; reg_code=0xfe;temp = key_addr & 0x0f; /第一列if(temp=0x0

36、e)delay(200); if(temp=0x0e) key_n=0;if(x=1)&&(y=0) )m=m%10;y=1; elsem=(m/10)*10;y=0; if(temp=0x0d)delay(200); if(temp=0x0d) key_n=4; if(x=1)&&(y=0)m=m%10+40;y=1; elsem=(m/10)*10+4;y=0; if(temp=0x0b)delay(200);if(temp=0x0b) key_n=8;if(x=1)&&(y=0)m=m%10+80;y=1; elsem=(m/10)*10+8;y=0;if(temp=0x07)key_n=12;s+;x=0;y=0; reg_code=0xfd;temp = key_addr & 0x0f; /第二列if(temp=0x0e)delay(200); if(temp=0x0e) key_n=1;if(x=1)&&(y=0) )m=m%10+10;y=1; elsem=(m/10)*10+1;y=0; if(temp=0x0d)delay(200); if(te