單片機課程設計60秒倒計時

1、基于AT89C51的60秒倒計時設計前 言 在生活和生產(chǎn)的各領域中，但凡有自動控制要求的地方都會有單片機的身影出現(xiàn)；從簡單到復雜，從空中、地面到地下，但凡能想像到的地方幾乎都有使用單片的需求?，F(xiàn)在盡管單片機的應用已經(jīng)很普遍了，但仍有許多可以用單片機控制而尚未實現(xiàn)的工程，因此，單片機的應用大有想像和拓展空間。 單片機的應用有利于產(chǎn)品的小型化、多功能化和智能化，有助于提高勞動效率，減輕勞動強度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動環(huán)境，減少能源和材料消耗，保證平安等。 但是，單片機應用的意義絕不僅限于它的廣闊范圍以及所帶來的經(jīng)濟效益上，更重要的意義還在于：單片機的應用正從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設計思想和設計

2、方法。從前必須有模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大局部功能，現(xiàn)在已能使用單片機通過軟件編程序方法實現(xiàn)了。這種以軟件取代硬件并提高系統(tǒng)性能的控制系統(tǒng)“軟化技術(shù)，稱之為微控制技術(shù)。微控制技術(shù)是一種全新的概念，是對傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。隨著單片機應用的推廣普及，微控制技術(shù)必將不斷開展、日益完善和更加充實。近年來隨著計算機在社會領域的滲透, 單片機的應用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應用系統(tǒng)中，單片機往往是作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應用對象特點的軟件結(jié)合，以作完善。 模擬多通道壓力系統(tǒng)是利用壓力傳感

3、器采集當前壓力并反映在顯示器上，它可以分析壓力過量程，并發(fā)出報警。并采用電子秤原理可根據(jù)輸入單價準確的計算出物體的金額。本篇論文討論了簡單的倒計時器的設計與制作 ，對于倒計時器中的四位LED數(shù)碼顯示器來說，我為了簡化線路、降低本錢，采用以軟件為主的接口方法，即不使用專門的硬件譯碼器，而采用軟件程序進行譯碼。目 錄第1章 方案論證1.1 課程設計的目的和要求11.2 總體設計1 第2章 硬件設計2 2.1 AT89S51芯片概述 13 2.2 LED數(shù)碼管顯示器概述 15 2.3 其他元器件介紹及參數(shù)選擇 18第3章 軟件設計 28 3.1 程序框圖28 3.2 定時/計數(shù)器初值計算 2 3.3

4、 軟件程序第4章 調(diào)試與仿真4.1 Keil軟件介紹及使用30 4.2 Proteus軟件介紹及使用30 課程設計心得體會參考文獻30第一章 方案論證1.1 課程設計的目的和要求1目的課程設計是單片機課程教學的最后一個環(huán)節(jié)，是對學生進行全面的系統(tǒng)的訓練。進行課程設計可以讓學生把學過的比擬零碎的知識系統(tǒng)化，真正的能夠把學過的知識落到實處，能夠開發(fā)簡單的系統(tǒng)，也進一步激發(fā)了學生再深一步學習的熱情，因此課程設計是必不可少的，是非常必要的。課程設計是提高學生單片機技術(shù)應用能力以及文字總結(jié)能力的綜合訓練環(huán)節(jié)，是配合單片機課程內(nèi)容掌握、應用得的專門性實踐類課程。通過典型實際問題的實際，訓練學生的軟硬件的綜

5、合設計、調(diào)試能力以及文字組織能力，建立系統(tǒng)設計概念，加強工程應用思維方式的訓練，同時對教學內(nèi)容做一定的擴充。2要求單片機控制的60s倒計時1用單片機AT89C51的定時器實現(xiàn)60s倒計時。本例中用兩位數(shù)碼管靜態(tài)顯示倒計時秒值。2用PROTEUS設計，仿真基于AT89c51單片機的60s倒計時實驗。3. 目標通過課程設計，使自己深刻理解并掌握根本概念，掌握單片機的根本應用程序設計及綜合應用程序設計的方法。通過做一個綜合性訓練題目，到達對內(nèi)容的消化、理解并提高解決問題的能力的目的。1.2 總體設計圖1：60秒倒計時總體電路設計本設計由硬件設計和軟件設計兩局部組成，總電路如圖1所示，硬件設計主要包括

6、單片機芯片選擇，數(shù)碼管選擇及晶振，電容，電阻等元器件的選擇及其參數(shù)確實定；軟件設計主要是實現(xiàn)60秒倒計時程序的編寫，包括利用中斷實現(xiàn)1秒的定時及60秒的倒計時。具體設計：通過AT89C51型號單片機，由P1和P2兩組I/O引腳分別控制兩個7SEGCOM ANODE型號數(shù)碼管，分十位控制和個位控制，到達顯示60秒倒計時的目的。通過復位電路，在仿真過程中點擊開關實現(xiàn)60復位。第二章 硬件設計2.1 AT89C51的芯片概述 AT89C51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)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序

7、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，兼容標準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 Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89C51可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 其工作電壓在4.5V,一般我們選用5V電壓。外形及引腳排列如圖2所示 圖2：89C51的核心電路框圖l 主要特性·與MCS-51 兼容 ·4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 ·壽命：1000寫/擦循環(huán)·數(shù)據(jù)保存時間：10年·全靜態(tài)工

8、作：0Hz-24MHz·三級程序存儲器鎖定·128×8位內(nèi)部RAM·32可編程I/O線·兩個16位定時器/計數(shù)器·5個中斷源 ·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式·片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 l 管腳說明(1)電源及時鐘引腳4個Vcc: 電源接入引腳Vss：接地引腳XTAL1：晶振震蕩器接入的一個引腳采用外部振蕩器時，此引腳接地;XTAL2:晶體振蕩器的另一個引腳采用外部振蕩器時，此引腳作為外部振蕩器信號的輸入端。2控制線引腳4個RST/Vpd：復位信號輸入引腳/備用電源輸入引腳；ALE：地址鎖存允許信號輸

9、出引腳/編程脈沖輸入引腳：EA:內(nèi)外存儲器選擇引腳/片外EPROM編程電壓輸入引腳；PSEN：外部程序存儲器選通信號輸出引腳。3并行I/O引腳P0.0-P0.7：一般I/O口引腳或數(shù)據(jù)/低位地址總線復用引腳；P1.0-P1.7：一般I/O口引腳；P2.0-P2.7：一般I/O口引腳或高位地址總線引腳；P3.0-P3.7：一般I/O口引腳或第二功能引腳l 振蕩器特性:XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任

10、何要求，但必須保證脈沖的上下電平要求的寬度。 2.2 LED數(shù)碼管顯示器概述本設計中采用的是7SEGCOM ANODE型號數(shù)碼管，它是一種半導體發(fā)光器件，其根本單元是發(fā)光二極管。實物如圖3所示：圖3：7SEGCOM ANODE型號數(shù)碼管l 數(shù)碼管的分類數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元多一個小數(shù)點顯示；按能顯示多少個“8可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應用時應將公共極COM接到+5V，當某一字段發(fā)光二極

11、管的陰極為低電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應用時應將公共極COM接到地線GND上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。LED數(shù)碼管有兩種連接方法如下：共陽極接法。把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極，使用時公共陽極接+5V，每個發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。 共陰極接法。把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極，使用時公共陰極接地。每個發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。 LED數(shù)碼顯示器的顯示段碼

12、。 為了顯示字符，要為LED顯示器段碼或稱字形代碼，組成一個8字形字符的7段，再加上1個小數(shù)點位，共計8段，因此提供應LED顯示器的顯示段碼為1個字節(jié)。各段碼位的對應關系如下表所示.十六進制數(shù)及空白字符與P的顯示段碼段碼位 D7 D6 D5 D4 D6 D2 D1 D0 顯示段 pd g f e d e b a 字型 共陽極段碼 共陰極段碼 字型 共陽極段碼 0 C0H 3FH 9 90H 1 F9H 06H A 88H 2 A4H 5BM B 83H 3 B0H 4FH C C6H 4 99H 66H D A1H 5 92H 6DH E 86H 6 82H 7DH F 84H 7 F8H 0

13、7H 空白 FFH 8 80H 7FH P 8CH l 數(shù)碼管的驅(qū)動方式數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。 靜態(tài)顯示驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示那么需要5×840根I/O端口來驅(qū)動，要知道一個89S51單片機可用的I/O端口才32個呢：，實際應用時必須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加

14、了硬件電路的復雜性。 動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制翻開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過

15、程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。l 數(shù)碼管參數(shù)8字高度：8字上沿與下沿的距離。比外型高度小。通常用英寸來表示。范圍一般為0.25-20英寸。長*寬*高：長數(shù)碼管正放時，水平方向的長度；寬數(shù)碼管正放時，垂直方向上的長度；高數(shù)碼管的厚度。時鐘點：四位數(shù)碼管中，第二位8與第三位8字中間的二個點。一般用于顯示時鐘中的秒。l 數(shù)碼管應用數(shù)碼管是一類顯示屏 通過對其不同的管腳輸入

16、相對的電流 會使其發(fā)亮 從而顯示出 數(shù)字 能夠顯示 時間 日期 溫度 等所有可用數(shù)字表示的參數(shù) 由于它的價格廉價 使用簡單 在電器 特別是家電領域應用極為廣泛 空調(diào) 熱水器 冰箱 等等 絕大多數(shù) 熱水器用的都是數(shù)碼管 其他家電 也用液晶屏與 熒光屏 l 數(shù)碼管使用的電流與電壓電流：靜態(tài)時，推薦使用10-15mA；動態(tài)時，16/1動態(tài)掃描時，平均電流為4-5mA，峰值電流50-60mA。電壓：查引腳排布圖，看一下每段的芯片數(shù)量是多少？當紅色時，使用1.9V乘以每段的芯片串聯(lián)的個數(shù)；當綠色時，使用2.1V乘以每段的芯片串聯(lián)的個數(shù)。l 怎樣測量數(shù)碼管引腳，分共陰和共陽?找公共共陰和公共共陽：首先，我

17、們找個電源3到5伏和1個1K幾百歐的也行的電阻，VCC串接個電阻后和GND接在任意2個腳上，組合有很多，但總有一個LED會發(fā)光的，找到一個就夠了，然后GND不動，VCC串電阻逐個碰剩下的腳，如果有多個LED一般是8個，那它就是共陰的了。相反用VCC不動，GND逐個碰剩下的腳，如果有多個LED一般是8個，那它就是共陽的。也可以直接用數(shù)字萬用表，紅表筆是電源的正極，黑表筆是電源的負極。2.3 其他元器件介紹及參數(shù)選擇本設計中還用到其他一些元器件，例如：晶振，電容，電阻排，電解電容，開關等等。晶振采用頻率為12MHZ，連接的兩個電容為30pF；電阻排為470*8，能夠?qū)崿F(xiàn)8個470歐電阻的等效替換；

18、電解電容為10u；開關功能是在仿真過程中，按下開關便能實現(xiàn)60秒復位。第3章 軟件設計3.1 程序框圖3.2 定時/計數(shù)器初值計算1本電路應用TIMER0 MODE 16位計數(shù)器的計時中斷法。 21秒等于1000000微秒,而每一計時脈沖是1微秒,因此需輸入100000個計時脈沖,方可到達1秒的時間。本設計中，設定中斷每次溢出時間50ms。3由上式得知，循環(huán)20次即可到達1秒定時，即： N=t/Tcy=0.05s/0.000001=5000X=65536-5000=15536=3CB0H4由上式得知5000個脈沖，首先需設定TL0=3CH,TH0=0B0H，此時第1次只要輸入5000個脈沖輸入

19、，就會溢出；第2次至第20次，那么需每1000000個計時脈沖，定時1秒。5上電時，顯示60，開始倒數(shù)計時按下開關實現(xiàn)復位。3.3 軟件程序 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0030HMAIN: MOV R2,#60 ;計數(shù)初值LOOP1: MOV A,R2 MOV B,#10 DIV AB MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR ；查表 MOV P1,A ；十位顯示 MOV A,B MOVC A,A+DPTR MOV P2,A ；個位顯示 MOV R7,#20LOOP0: MOV TMOD,#01H ；置T0工作于方式0 MOV TH0,#3CH ；裝入計

20、數(shù)初值 MOV TL0,#0B0H SETB TR0 ；啟動定時器T0 JNB TF0,$ ；TF0=0，等待 CLR TF0 ；清TF0 DJNZ R7,LOOP0 ；循環(huán)20次 DEC R2 ；減一 CJNE R2,#0FFH,LOOP1 ；倒計時 AJMP MAIN ；復位回到60秒初始TABLE: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H DB 99H,92H,82H,0F8H DB 80H,90H,88H,83H DB 0C6H,0A1H,86H,8EH END第四章 軟件調(diào)試4.1 系統(tǒng)調(diào)試工具keil c51 Keil C51 仿真器是一款利用KEIL C51 的IDE 集成

21、開發(fā)環(huán)境作為仿真環(huán)境的廉價仿真器，是利用SST公司具有IAP功能的單片機SST89C58制作而成，主要是利用了SST89C58的IAP功能，所謂IAP功能是In application program 的英文縮寫，是在應用編程的意思，通俗一點講就是：它可以通過串口將用戶的程序下載到單片機中，可以通過串口對單片機進行編程。它之所以具有這種功能，實際上它有兩塊程序flash區(qū)，其中一塊flash中運行的程序可以更改另外的一塊程序flash區(qū)中的程序，正是利用這一特性才用它作成了仿真器，我們把仿真器的監(jiān)控程序事先燒入SST89C58，監(jiān)控程序通過SST89C58的串口和PC通訊，當使用KEIL C5

22、1的IDE環(huán)境仿真時，用戶的程序通過串口被監(jiān)控程序?qū)懭雈lash程序區(qū)中，當用戶設置斷點等操作仿真程序時，flash程序中的用戶程序也在相應的更改，從而實現(xiàn)了仿真功能 。調(diào)試的主要方法 ：1. 啟動Keil c51 2. 新建一個工程。Project菜單New project ，選擇好我們要保存的文件夾后，鍵入Frist 保存。接著彈出CPU類型選擇框，我們選擇最常用的AT89C51,按確定。3. 在工程中參加文件。新建一個文件，文件菜單FileNew，我們再選擇：文件菜單FileSave As? 另存為彈出 對話框后，我們文件名框中鍵入First.c注意文件后綴名是 .c保存。C文件建好啦?，F(xiàn)在我們把文件參加到工程中去。 點擊Target 1前面的+號，右鍵單擊Source Group 1選擇Add Files to Group ，Source Group 1，選擇添加 Add。編譯運行，檢查程序是否有錯誤。4.2 PROTEUS Proteus是