單片機課程設(shè)計-指示燈定時控制系統(tǒng)

1、微機綜合實踐課程設(shè)計說明書題 目： 指示燈定時控制系統(tǒng) 學(xué) 院： 機電工程學(xué)院 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)老師： 小組成員： 摘要20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領(lǐng)域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡, 廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，例如，導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)

2、處理，廣泛使用的各種智能IC卡，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制等等，這些都離不開單片機。而我們本次設(shè)計的是指示燈定時控制系統(tǒng)，用單片機AT89C51實現(xiàn)。由于單片機編程靈活，我們采用直接面向機器的匯編語言來實現(xiàn)。單片機具有集成度高，通用性好，功能強，體積小，重量輕，耗能低，可靠性高和使用方便等獨特優(yōu)點都能得到體現(xiàn)。關(guān)鍵字：單片機 AT89C51 匯編語言 目錄摘要2前言5一、課題介紹61.1課題設(shè)計內(nèi)容6二、整體方案設(shè)計62.1 系統(tǒng)整體設(shè)計：6三、系統(tǒng)硬件設(shè)計63.1 控制模塊73.2 LED燈顯示模塊93.3 按鍵模塊組成103.4 電路原理圖103.5 元件清單11四、系統(tǒng)軟件124

3、.1程序設(shè)計內(nèi)容124.2 程序框圖144.4 程序功能擴展17五、系統(tǒng)調(diào)試20PROTEUS仿真20六、系統(tǒng)功能21總結(jié)21參考文獻22附錄22作品實物圖22前言在單片機里面，經(jīng)常需要用到定時器來獲取我們需要的時間，MCS-51單片機內(nèi)部有兩個16為定時/計數(shù)器，簡稱定時器0（T0）和定時器1（T1），他們均可用做定時器或者計數(shù)器，為單片機系統(tǒng)提供計數(shù)和定時功能，還可作為串行口的波特率發(fā)生器，這些功能都可以通過軟件來設(shè)定、修改與控制。定時器是單片機里最“活躍”的部件之一，很多程序、應(yīng)用系統(tǒng)都離不開定時器。定時器是單片機應(yīng)用中解決某類復(fù)雜問題的最為有效的方法，應(yīng)用很廣泛。對于簡單的應(yīng)用場合，時

4、間要求較長，不算很精確的場合，用起來相對比較簡單。我們本次課程設(shè)計基于定時器設(shè)計指示燈定時控制系統(tǒng)，希望通過這次課程設(shè)計，可以很好的掌握定時器的原理和應(yīng)用方法。一、課題介紹1.1課題設(shè)計內(nèi)容：用AT89S51的定時/計數(shù)器T0產(chǎn)生2秒鐘的定時，每當(dāng)2秒定時到來時，更換指示燈閃爍，每個指示閃爍的頻率為0.2秒，也就是說，開始L1指示燈以0.2秒的速率閃爍，當(dāng)2秒定時到來之后，L2開始以0.2秒的速率閃爍，如此循環(huán)下去。0.2秒的閃爍速率也由定時/計數(shù)器T0來完成。二、整體方案設(shè)計2.1 系統(tǒng)整體設(shè)計：采用40腳、片內(nèi)帶8kB Flash ROM的AT89S51單片機作為控制核心，通過定時器產(chǎn)生定

5、時來控制P1口的4個LED燈，一旦按下P3.2的按鍵便可實現(xiàn)暫停閃爍，再按一次接著進行閃爍，按鍵服務(wù)通過查詢的方式實現(xiàn)。指示燈定時控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖三、系統(tǒng)硬件設(shè)計指示燈定時控制系統(tǒng)分別由控制模塊，LED燈顯示模塊，按鍵模塊組成。3.1 控制模塊主控制器采用AT89S51。AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP

6、Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89S51具有如下特點：40個引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。AT89S51中的并行I/O口P0P3引腳：P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被

7、定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為低八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這

8、是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口除了作為普通I/O口，還有第二功能：P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口

9、）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（T0定時器的外部計數(shù)輸入）P3.5 T1（T1定時器的外部計數(shù)輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器的寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器的讀選通）其中，我們選用P1.0P1.3作為我們LED的輸出端口，P3.0和P3.1作為讀入寫入程序的端口，用ISP下載器燒錄程序。AT89S51的晶振及復(fù)位電路按典型電路設(shè)計，元器件參數(shù)如圖，晶振頻率選為12MHz。PDIP封裝的AT89S51管腳圖 控制模塊原理圖3.2 LED燈顯示模塊通過共陽極接入到P1.0P1.3口，每個LED燈加上分壓電阻，防止電流過大損壞L

10、ED元件，原理圖如下：LED燈顯示模塊原理圖3.3 按鍵模塊組成通過P3.2口接入，按鍵另一端接地。按鍵模塊原理圖3.4 電路原理圖本電路需要+5V電壓，直接用USB座口通過電源適配器供電，電路圖如下：DXP制作的電路圖PCB印刷圖：3.5 元件清單序號元件數(shù)量1STC51單片機12晶振1330pF電容24LED燈551k電阻16220電阻4710k電阻1810uF極性電容19USB母座接口110自鎖開關(guān)111四引腳按鍵112排針13銅板四、系統(tǒng)軟件4.1程序設(shè)計內(nèi)容我們運用匯編語言來設(shè)計程序。匯編語言（Assembly Language）是面向機器的程序設(shè)計語言。在匯編語言中，用助記符（Me

11、moni）代替機器指令的操作碼，用地址符號（Symbol）或標(biāo)號（Label）代替指令或操作數(shù)的地址，如此就增強了程序的可讀性并且降低了編寫難度，象這樣符號化的程序設(shè)計語言就是匯編語言，因此亦稱為符號語言。使用匯編語言編寫的程序，機器不能直接識別，還要由匯編程序或者叫匯編語言編譯器轉(zhuǎn)換成機器指令。匯編程序?qū)⒎柣牟僮鞔a組裝成處理器可以識別的機器指令，這個組裝的過程稱為組合或者匯編。因此，有時候人們也把匯編語言稱為組合語言。 AT89S51單片機的內(nèi)部16位定時/計數(shù)器是一個可編程定時/計數(shù)器，它既可以工作在13位定時方式，也可以工作在16位定時方式和8位定時方式。只要通過設(shè)置特殊功能寄存器

12、TMOD，即可完成。定時/計數(shù)器何時工作也是通過軟件來設(shè)定TCON特殊功能寄存器來完成的。 定時/計數(shù)器方式選擇寄存器(TMOD)-TMOD寄存器是一個專用寄存器，用于控制兩個定時計數(shù)器的工作方式，TMOD可以用字節(jié)傳送指令設(shè)置其內(nèi)容，但不能位尋址。TMOD主要是用于選定定時器的工作方式；TCON主要是用于控制定時器的啟動停止，此外TCON還可以保存T0、T1的溢出和中斷標(biāo)志。當(dāng)定時器工作在計數(shù)方式時，外部事件通過引腳T0（P3.4）和T1（P3.5）輸入?，F(xiàn)在我們選擇16位定時工作方式，對于T0來說，最大定時也只有65536us，即65.536ms，無法達到我們所需要的0.2秒和2秒的定時，

13、因此，我們必須通過軟件來處理這個問題，我們設(shè)定取T0的定時為50ms，即要定時0.2秒需要經(jīng)過4次的50ms的定時，需要2秒需要經(jīng)過40次50ms的定時，通過這樣來實現(xiàn)我們的時間需要。 通過查閱資料：TMOD寄存器結(jié)構(gòu)D7D6D5D4D3D2D1D0GATAM1M0GATAM1M0T1方式字段T0方式字段M1M0模式說明 00013位定時（計數(shù)）器，TH高8位和TL的低5位 01116位定時/計數(shù)器 102自動重裝入初值的8位定時/計數(shù)器113T0分成兩個獨立的8位計數(shù)器，T1沒有模式3根據(jù)上表，設(shè)定TMOD初值為00000001B，即TMOD01H。給T0定時/計數(shù)器的TH0，TL0裝入預(yù)置

14、初值0.05=（65536-T0初值）×1/12000000×12T0初值=15536=3CB0HTH0=3CH TL0=B0H4.2 程序框圖4.2.1 T0中斷服務(wù)程序框圖4.2.2 主程序流程圖主程序主要是通過定時器產(chǎn)生50ms的定時，然后用循環(huán)的次數(shù)來達到我們所需要的0.2s和2s定時，然后在不同的LED燈進行不斷的取反達到閃爍的目的。其中，我們加入了暫停功能，用查詢方式實現(xiàn)，只要查詢到按鍵有信號就暫停，查詢到第二次的信號就返回主程序。4.3 匯編程序源程序 TIME2S EQU 30H ; TIME2S等價于30H,用于計算2s的時間TIME02S EQU 31H

15、 ; TIME02S等價于31H，用于計數(shù)是否達到4個50ms，即0.2sNUM EQU 32H ; NUM等價于32H,NUM用于標(biāo)記led的號數(shù)FLAG EQU 33H; FLAG等價于33H,用于標(biāo)記按鍵信號ORG 00;程序存放在存儲器00H開始的單元CPL P1.0;將P1.0的高電平取反變?yōu)榈碗娖?，?zhǔn)備執(zhí)行主程序 LJMP START;跳轉(zhuǎn)到START標(biāo)號地址執(zhí)行程序 ORG 0BH;定時器0的矢量地址 LJMP INT_T0 START: MOV TIME2S,#00H;賦予TIME2S的初值為0 MOV TIME02S,#00H;賦予TIME02S的初值為0 MOV NUM,#

16、00H; 賦予NUM的初值為0 MOV TMOD,#01H;設(shè)置工作模式1 MOV TH0,#03CH;賦定時器的初值，定時時間為50ms MOV TL0,#0B0H SETB TR0;啟動定時器0 SETB ET0;打開中斷 SETB EA;打開CPU中斷 SJMP $ ;等待中斷INT_T0: MOV TH0,#03CH;重新裝入定時器初值 MOV TL0,#0B0H INC TIME2S;TIME2S計數(shù) MOV A,TIME2S CJNE A,#40,NEXT;TIME2S沒有達到40次就跳轉(zhuǎn)到NEXT,否則按順序執(zhí)行 MOV TIME2S,#00H;重新賦0 INC NUM;NUM計

17、數(shù) MOV A,NUM CJNE A,#04H,NEXT;NUM沒有達到4次就跳轉(zhuǎn)到NEXT MOV NUM,#00H;重新賦0 NEXT: LCALL SCAN;調(diào)用按鍵掃描子程序，用查詢方式INC TIME02S;TIME02S計數(shù) MOV A,TIME02S CJNE A,#4,DONE;如果TIME02S沒有達到4次，即4×50ms=0.2s，就跳轉(zhuǎn)到DONE MOV TIME02S,#00H;重新賦0,以便計算下一個0.2s MOV A,NUM CJNE A,#00H,CH1;NUM為0,將P1.0的led燈不斷取反,以便其可以閃爍 CPL P1.0 SJMP DONE C

18、H1: CJNE A,#01H,CH2 ;NUM為0,將P1.1的led燈不斷取反,以便其可以閃爍 CPL P1.1 SJMP DONE CH2: CJNE A,#02H,CH3 ;NUM為1,將P1.2的led燈不斷取反,以便其可以閃爍 CPL P1.2 SJMP DONE CH3: CJNE A,#03H,CH4 ;NUM為2,將P1.3的led燈不斷取反,以便其可以閃爍 CPL P1.3 CH4: SJMP DONE DONE: RETI ;返回中斷SCAN: MOV P3,#0FFH ;先將P3的端口全部置1 MOV FLAG,#00H;把標(biāo)記置0 JNB P3.2,TT0;如果按鍵端

19、口P3.2檢測不到低電平,就返回到主程序 RETSTART1: JNB P3.2,TT0;如果按鍵按下,即低電平,跳轉(zhuǎn)到TT0AJMP START1TT0: LCALL D1MS;調(diào)用延時子程序, JNB P3.2,TT0;如果檢測不到高電平,則繼續(xù)等待按鍵松開 INC FLAG;按鍵松開，F(xiàn)LAG標(biāo)記為1，表示按鍵一次完成 MOV A,FLAGCJNE A,#01H,GOBACK;如果FLAG標(biāo)記為1，則返回到START1，繼續(xù)檢測按鍵，檢測到第二次按鍵的時候，F(xiàn)LAG標(biāo)記為2，程序跳轉(zhuǎn)到GOBACK,通過該子程序返回到主程序繼續(xù)運行，從而起到按鍵一次暫停，再按一次繼續(xù)運行的作用 AJMP

20、START1;D1MS: MOV R7, #10 ;延時5ms,進行按鍵消抖 D1:MOV R6, #250; DJNZ R6,$; DJNZ R7,D1 ; RET ;GOBACK: RET END4.4 程序功能擴展4.4.1按鍵程序設(shè)計把按鍵設(shè)計在P3.2，用于檢測按鍵是否按下，按鍵另一端接地，按鍵按下時為低電平，我們通過檢測P3.2口是否為低電平作為按鍵按下的信號，延時5ms后繼續(xù)檢測按鍵是否為高電平，若為高電平證明此次按鍵已經(jīng)松開，一次按鍵完成，用FLAG標(biāo)志為1。如果FLAG=1，按鍵掃描程序SCAN繼續(xù)等待P3.2的下一次低電平，即第二次按鍵，如果檢測到第二次按鍵完成，F(xiàn)LAG=

21、FLAG+1=2，如果FLAG1，立即返回到主程序繼續(xù)運行，否則繼續(xù)掃描按鍵狀態(tài)，從而起到暫停的作用。4.4.2 按鍵的消抖根據(jù)查閱相關(guān)資料，我們獲悉，其實，作為一個按鍵從沒有按下到按下以及釋放是一個完整的過程，也就是說，當(dāng)我們按下一個按鍵時，總希望某個命令只執(zhí)行一次，而在按鍵按下的過程中，不要有干擾進來，因為，在按下的過程中，一旦有干擾過來，可能造成誤觸發(fā)過程，這并不是我們所想要的。因此在按鍵按下的時候，要把我們手上的干擾信號以及按鍵的機械接觸等干擾信號給濾除掉，一般情況下，我們可以采用電容來濾除掉這些干擾信號，但實際上，會增加硬件成本及硬件電路的體積，這是我們不希望，總得有個辦法解決這個問

22、題，因此我們可以采用軟件濾波的方法去除這些干擾信號，一般情況下，一個按鍵按下的時候，總是在按下的時刻存在著一定的干擾信號，按下之后就基本上進入了穩(wěn)定的狀態(tài)。具體的一個按鍵從按下到釋放的全過程的信號圖如上圖所示。 從圖中可以看出，我們在程序設(shè)計時，從按鍵被識別按下之后，延時 5ms 以上，從而避開了干擾信號區(qū)域，我們再來檢測一次，看按鍵是否真得已經(jīng)按下，若真得已經(jīng)按下，這時肯定輸出為低電平，若這時檢測到的是高電平，證明剛才是由于干擾信號引起的誤觸發(fā)，CPU 就認為是誤觸發(fā)信號而舍棄這次的按鍵識別過程。從而提高了系統(tǒng)的可靠性。 由于要求每按下一次，命令被執(zhí)行一次，直到下一次再按下的時候，再執(zhí)行一次

23、命令，因此從按鍵被識別出來之后，我們就可以執(zhí)行這次的命令，所以要有一個等待按鍵釋放的過程，顯然釋放的過程，就是使其恢復(fù)成高電平狀態(tài)。所以我們在程序中加入D1MS的延時子程序，起到消抖的作用。延時程序 機器周期D1MS: MOV R7, #10 1 D1:MOV R6, #250 1 DJNZ R6,$ 2 DJNZ R7,D1 2 RET 2程序中：內(nèi)循環(huán)一次所需機器周期數(shù)=2個內(nèi)循環(huán)共循環(huán)250次的機器周期數(shù)=2×250=500個外循環(huán)一次所需機器周期數(shù)=（2×250+1+2）=503個外循環(huán)共循環(huán)10次，所以該延時程序總機器周期=（503×10+1+2）=5033個即延時5033s5ms五、系統(tǒng)調(diào)試打開Keil uVision2,新建一個工程,并且新建一個文本,把以上程序粘貼進去,保存為以”.ASM”后綴的文件,添加到工程的”Source Group 1”中,