单片机课程设计额

1、 2015 2016 学年学年 第第 2 学期学期 单片机应用技术单片机应用技术 课课 程程 设设 计计 报报 告告题题 目：目： 基于单片机的基于单片机的 6060 秒时钟控制系统设计秒时钟控制系统设计 专专 业：业： 自动化自动化 班班 级：级： 1313 自动化自动化 2 2 班班 姓姓 名：名： 指导教师：指导教师： 陆媛陆媛 宋洪儒宋洪儒 成成 绩：绩： 电气工程学院2016 年 5 月 20 日基于单片机的基于单片机的 60 秒时钟控制系统任务书秒时钟控制系统任务书一、设计目的：一、设计目的：1、进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理。2、掌握单片机的接口技术及相关外围芯片的外特性

2、，控制方法。3、通过课程设计，掌握以单片机核心的电路设计的基本方法和技术，了解有关电路参数的计算方法。4、通过程序设计和仿真，逐步掌握模块化程序设计方法和 PROTEUS 仿真软件和 keil c51 编程软件的使用。5、通过完成一个包括电路设计和程序开发的电路板完整的制作过程，使学生了解开发单片机应用系统的全过程，为今后从事相应工作打下基础。二、设计任务：二、设计任务： 题目题目 基于单片机的基于单片机的 6060 秒时钟控制系统设计秒时钟控制系统设计1 1、设计要求：、设计要求：用单片机的定时器/计数器实现 60 秒计时，用两只数码管从 00 开始静态显示计时的秒值。当显示为 59 时，再

3、从 00 开始显示计时。三、设计进度要求：三、设计进度要求：课程设计要求在一周内完成，具体时间安排如下：第一天 完成资料查询，并利用 PROTEUS 软件完成原理图设计。第二天 设计程序，实现软件仿真功能。第三天 完成电路板的焊接。第四天 进行电路板的调试，指导老师验收。第五天 完成填写课程设计报告。元件名称规格备注2 位一体式数码管1AT89S511电容30PF2电解电容10UF1晶振12MHZ1电阻10K1电阻1K1按钮1IC 插座DIP401电木万能板1USB 转串口、下载线1电阻排1K1基于单片机的基于单片机的 6060 秒时钟控制系统设计秒时钟控制系统设计摘摘 要要随着计算机在社会领

4、域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用不断走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点。本次设计的时钟控制系统是以单片机 AT89S51 为核心，结合相关的元器件（2 位一体式数码管等）和应用程序（proteus 软件和 keil 编译软件） ，构成相应的应用系统。两位数码管的显示设计主要有硬件部分和软件部分组成，硬件部分以单片机为核心，在其周围有电源电路、时钟电路、复位电路、驱动电路和显示电路组成。软件部分用汇编语言编程，用 keil 软件编译、调试。最后用 proteus 软件仿真，形成以单片机为枢纽，以程序为动力，使两位数码管循环显示 00-59。

5、关键词：关键词： AT89S51 单片机；数码管；Proteus 软件；keil 软件目录目录第一章第一章 设计任务设计任务.11.1 设计任务.1第二章第二章 总体方案设计总体方案设计.12.1 硬件方案.12.2 软件方案.1第三章第三章 系统硬件设计系统硬件设计.23.1 硬件总体设计方案.23.2 晶振输入电路设计.23.3 复位电路的设计.23.4 单片机原理图.33.5 数码管显示电路.43.6 总体电路图.5第四章第四章 系统软件设计系统软件设计.64.1 软件总体设计方案.64.2 程序流程图.64.3、源程序清单.74.4 程序运行分析.8第五章第五章 仿真运行仿真运行.95

6、.1 在 ISIS 环境下仿真运行.95.2 PCB 文件的生成.9第六章第六章 电路板的制作电路板的制作.106.1 元件清单和制作步骤.106.2 完成后的实物图.10总结总结.12参考文献参考文献.13插图清单插图清单.14表格清单表格清单.141第一章第一章 设计任务设计任务1.1 设计任务用单片机的定时器/计数器实现 60 秒计时，用两只数码管从 00 开始静态显示计时的秒值。当显示为 59 时，再从 00 开始显示计时。第二章第二章 总体方案设计总体方案设计2.1 硬件方案1、 制作一个 AT89S51 最小系统；2、 采用一个 2 位一体式数码显示管显示秒表的个位和十位；3、 P

7、1 口输出十位段码，P2 口输出个位段码。2.2 软件方案1、 因为当晶振频率为 12MHz 时，定时/计数器最大计时时间为 65536ms，所以应根据计时 2.2.2、 时间设定定时/计数器定时时间，累计合适中断次数后执行刷新显示子程序；2、 每隔 1s 秒计数加 1，秒计数到 59 动从 00 开始，循环不止。2第三章第三章 系统硬件设计系统硬件设计3.1 硬件总体设计方案最小系统应符合以下要求：引出 4 个 I/O 端口，便于硬件拓展，同时接入排阻以满足更多的使用要求；在上电自动复位的基础上添加按键复位功能，以提高系统的可控性；采用按钮开关、继电器与稳压二极管构成电源电路，以提高系统的稳

8、定性；具有专门的编程端口；采用内部时钟电路。 3.2 晶振输入电路设计AT89S51 单片机内部的振荡电路是一个高增益反向放大器，引线 XTAL1 和 XTAL2分别是放大器的输入端和输出端。单片机内部虽然有振荡电路，但要形成时钟，外部还需附加电路。AT89S52 的时钟产生方式有两种：内部时钟电方式和外部时钟方式。由于外部时钟方式用于多片单片机组成的系统中，所以此处选用内部时钟方式。即利用其内部的振荡电路在 XTAL1 和 XTAL2 引线上外接定时元件，内部振荡电路产生自激振荡。最常用的是在 XTAL1 和 XTAL2 之间接晶体振荡器与电路构成稳定的自激振荡器，如图电路所示为单片机最常用

9、的时钟振荡电路的接法，其中晶振可选用振荡频率为 12MHz 的石英晶体，电容器一般选择 30PF 左右。 图 3-1 晶振电路3.3 复位电路的设计复位电路是采用常用电路进行设计的，用到的元器件有单点开关一个，一个 1K 的电阻 R2、10K 的电阻 R3、一个 10 电容和电源 VCC。电路是将开关与 R2 进行串联，然后和电容并联，之后将其一端与电源相连。具体电路图如图 1-2 所示。3图 3-2 复位电路3.4 单片机原理图本次课程设计我们所采用的单片机是 AT89S51 型单片机，AT89S51 型单片机是一种带 4KB 闪存可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能 CMOS 微处理器。

10、该器件采用ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪存组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89S51 是一种高效微处理器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且廉价的方案，AT89S51 的管脚分配，如图 1-3 所示。图 3-3 AT89C51 单片机引脚图43.5 数码管显示电路这部分相较于前两部分的晶振电路和复位电路而言，简单多了！这部分只需要将数码管的十个引脚与单片机的 P2 引脚相连就可以了！如图 1-4 所示！图 3-4 LED 数码管显示电路53.6 总体电路图总体电路图如下图：图 3-5

11、总体电路图6第四章第四章 系统软件设计系统软件设计4.1 软件总体设计方案1、 采用查表方式输出段码，使程序更为简练，节约存储空间；2、 AT89S51 单片机的定时/计数器在四种工作模式中，其最大定时时间（TF 溢出周期）为：表 4-1 AT89S51 定时/计数器最大定时时间表工作模式0123最大定时时间8192s65536s256s256s因定时时间为 1s，可选用模式 1，每隔 50ms 中断一次，中断 20 次为 1s。3、 每隔 20 个中断执行一次刷新显示子程序；4、 六十进制。个位刷新显示子程序每执行十次，执行一次十位刷新显示子程序，同时个位显示“0” ，达到个位逢十进一的目的

12、；5、 十位刷新显示子程序执行六次后，重新初始化，数码管显示“00” 。4.2 程序流程图主程序分为三部分，包括复位电路部分、单片机控制主程序部分和数码管显示部分。程序流程图如图 3-6 所示。图 4-1 程序流程图7 4.3、源程序清单#include#define uint unsigned intvoid delay1(void) unsigned char a,b; for(b=208;b0;b-) for(a=14;a0;a-);void delay2(void) unsigned char a,b; for(b=80;b0;b-) for(a=10;a0;a-); void mai

13、n(void)uint led10=0 xc0,0 xf9,0 xa4, 0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80,0 x90;uint m,n=0,a=0;for(m=0;m=10;m+)while(a30) if(m=10) m=0; n+ ; if(n=6) n=0; P2=ledm; P3=0 x02; delay1(); P3=0 x00; delay2(); P2=ledn; P3=0 x01;8 delay1(); P3=0 x00; delay2(); a+; a=0;4.4 程序运行分析 因定时/计数器的定时时间为 50ms，中断 20，即 1s

14、 后执行一次刷新显示子程序。程序只考虑硬件延时，并没有将中断服务子程序的运行时间计算在内，所以在秒表运行时，会出现计时显示时间滞后于标准时间的现象。 据中断服务子程序以及指令周期表可知，刷新显示子程序运行时间最小的情况为：不带进位的秒计数加 1，运行时间最大的情况为：满 59 动从 00 开始。据此可推算其最大最小运行时间分别为 196s 和 169s。经 proteus 仿真测试，运行一小时将会出现大约1s 的误差，且随着时间推移，误差将会累积增大。在实际的计时中，也会因环境以及设备的不完善，影响计时的精确性。 在对秒计时影响不大的情况下，适当增大定时/计数器初值，以及提高制板工艺的方法尽可

15、能的减小误差。9第五章第五章 仿真运行仿真运行5.1 在 ISIS 环境下仿真运行 将设定好的程序在 keil u vision4 软件下设置好，生成 hex 文件，在 ISIS 中双击电路原理图中的单片机，讲程序导入进去，点击开始按钮开始仿真运行，其运行效果如下图示：图 5-1 仿真运行效果图5.2 PCB 文件的生成将设计好的总电路图封装好，将其直接导入 ARES 中，进行 PCB 文件的设计，其最终的 3D 效果图如下所示：图 5-2 总体 3D 效果图10第六章第六章 电路板的制作电路板的制作6.1 元件清单和制作步骤设计所需要的原件清单如表 5-1 所示：表 6-1 元件清单表序号元

16、件名称规格备注1电阻1K1 个2电阻10K1 个3单片机AT89S511 个4按钮4 脚1 个5电容30pF2 个6晶振12MHz1 个7IC 插座DIP401 个82 位一体式数码管1 个9 电解电容10uF1 个10导线若干11最小系统电路板1 块（2）将元器件焊接在板上并检测各焊点是否接触可靠；（3）烧录程序，调试，直至成功运行。6.2 完成后的实物图根据上一节的步骤，最终完成后的实物图如下图所示：11a） 实物图正面b）实物图反面图 6-1 实物图12总结总结 通过这次课程设计，我拓宽了知识面，锻炼了动手能力。特别是 proteus 软件的使用。通过整个电路设计与制作的过程，我掌握了实

17、物硬件的连接和组装与调试的方法，熟悉了小规模集成电路的使用。通过理论与实践的结合，进一步深入体会到一种新的学习方法，特别是对于电子设计方面，首先要明确总体的设计方案与方法；其次是对各个部分进行设计与改进；最后将各个部分整合在一起进行比较观察。通过亲手制作，收获蛮多。此次制作主要遇到的问题有以下几个：一是电路的总体设计问题，当初设计画图的时候用线过细，以致后面焊接困难；二是电路的焊接问题，某些元器件由于不够仔细，焊接不紧，或器件正负反向等；三是电路的调试问题，有了前面的问题，这一块也真不好搞，需要一一检查；四是由于不缺少电路板制作的理论知识，造成了一定的浪费。通过这次单片机实习，我不仅加深了对单

18、片机理论的理解，将理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。创新可以是在原有的基础上进行改进，使之功能不断完善，成为真己的东西。 通过这次设计，增强了我们对单片机理论知识的理解；学会了单片机的设计、计算，进一步提高了分析解决实际问题的能力；这次课程设计给我们创造了一个动脑动手、独立开展电路实验的机会，锻炼了分析、解决程序编写问题的时机本领，真正实现了由课本知识向实际能力的转化；通过典型程序的设计与制作，加深对基本原理的了解，增强了实践能力。 13参考文献参考文献1 赵润林 张迎辉.单片机原理与应用教程M.北京：北京大学出版社，2005.2

19、 张文祥，李志军，张子红，张小清.单片机系统M.北京：电子工业出版社，2011.3 吉红，闫昆.单片机系统设计与调试M.北京：化学工业出版社，2010.4 刘明，刘蓉，姚华雄.嵌入式单片机技术与实践M北京：清华大学出版社，2010.5 王嘉陵.毕业论文写作与答辩M.成都：四川大学出版社，2003.6 赵晓安.MCS-51 单片机原理及应用M.天津：天津大学出版社，2001.7 李广第.单片机基础M.北京：北京航空航天大学出版社，1999.8 赵全利，肖兴达.单片机原理及应用教程M.北京： 第 2 版.机械工业出版社，2007. 9 徐惠民，安德宁.单片机微型计算机原理与应用M.北京：北京邮电大学出版社，1996.14插图清单插图清单图 3-1 晶振电路.2图 3-2 复位电路.3图 3-3 AT89C51 单片机引脚图.3图 3-4 LED 数码管显示电路.4图 3-5 总体电路图.5图 4-1 程序流程图.6图 5-1 仿真运行效果图.9图 5-2 总体 3D 效果图.9图 6-1 实物图.11表格清单表格清单表 4-1 AT89S51 定时/计数器最大定时时间表.6表 6-1 元件清单表.1015单片机应用技术单片机应用技术课程设计考查评分表课程设计考查评分表姓名姓名学号学号班级班级13 自动化自动化 2题目题目