單片機(jī)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)可編倒計(jì)時(shí)裝置

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 電信1306班 指導(dǎo)教師： 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目: 設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)可編倒計(jì)時(shí)裝置 初始條件：一臺(tái)PC機(jī)，PC機(jī)上裝有單片機(jī)開發(fā)軟件；實(shí)驗(yàn)室提供單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱，該實(shí)驗(yàn)箱具有各種通用接口供同學(xué)們選擇，同學(xué)們也可以購(gòu)置單片機(jī)最小系統(tǒng)開發(fā)板作為開發(fā)基礎(chǔ)，也可以全部購(gòu)置分立元件組裝。要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說(shuō)明書撰寫等具體要求）1、 設(shè)計(jì)任務(wù)一周內(nèi)完成可編倒計(jì)時(shí)裝置的軟硬件設(shè)計(jì)、仿真、調(diào)試及制作。2、 技術(shù)要求按秒倒計(jì)時(shí)，由鍵盤預(yù)置分、秒各兩位數(shù)，鍵控啟動(dòng)計(jì)時(shí)開始，倒計(jì)時(shí)秒數(shù)用數(shù)碼管顯示，計(jì)時(shí)器歸零時(shí)輸出一音頻信號(hào)作為倒計(jì)時(shí)

2、結(jié)束的提示信號(hào)。3、 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書要求課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書應(yīng)包括方案設(shè)計(jì)、硬件電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、資源分配表、調(diào)試及結(jié)果、性能分析、總結(jié)幾大部分。其中性能分析主要分析精度和誤差來(lái)源，也可分析裝置的反應(yīng)速度、成本等。最后附參考文獻(xiàn)。設(shè)計(jì)說(shuō)明書格式應(yīng)符合武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)工作規(guī)范要求。時(shí)間安排：第 1-2 天：查閱相關(guān)資料，熟悉接口實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及其軟件開發(fā)平臺(tái)，完成方案設(shè)計(jì)。第 3-4 天：完成硬件設(shè)計(jì)，畫出硬件電路圖。第 5-6 天：軟件設(shè)計(jì)、仿真。第 7天：制作、調(diào)試。第8天：撰寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日目錄1 電路方案的設(shè)計(jì)與硬件選擇111

3、電源提供方案11.2 系統(tǒng)主體部分方案12 硬件模塊的設(shè)計(jì)2數(shù)碼顯示模塊3控制部分及蜂鳴器報(bào)警模塊3輸入模塊43 軟件設(shè)計(jì)5軟件設(shè)計(jì)流程圖5軟件設(shè)計(jì)思路及原理63.3資源分配表64 程序代碼及課程設(shè)計(jì)效果74.1 設(shè)計(jì)的源程序7設(shè)計(jì)效果展示135 設(shè)計(jì)中遇到問(wèn)題的解決及性能分析15設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題及解決155.2 性能分析166 總結(jié)與體會(huì)167 參考文獻(xiàn)171 電路方案的設(shè)計(jì)與硬件選擇11 電源提供方案 為使模塊穩(wěn)定工作，須有可靠電源。我們考慮了兩種電源方案 方案一：采用獨(dú)立的穩(wěn)壓電源。此方案的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定可靠，且有各種成熟電路可供選用；缺點(diǎn)是各模塊都采用獨(dú)立電源，會(huì)使系統(tǒng)復(fù)雜，且可能影響電路

4、電平。 方案二：采用單片機(jī)控制模塊提供電源。方案的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)明扼要，節(jié)約成本；缺點(diǎn)是輸出功率不高。 綜上所述，我們選擇第二種方案。1.2 系統(tǒng)主體部分方案本次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)可編程倒計(jì)時(shí)裝置，其中分和秒都是兩位數(shù)字顯示，鍵盤預(yù)先設(shè)置要倒計(jì)時(shí)的時(shí)間，按鍵啟動(dòng)倒計(jì)時(shí)裝置，數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示倒計(jì)時(shí)的畫面，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)歸零后，發(fā)出聲音，提示倒計(jì)時(shí)結(jié)束。在電路中利用AT89S52單片機(jī)作為倒計(jì)時(shí)器的核心控制器，針對(duì)需要倒計(jì)時(shí)的場(chǎng)合實(shí)現(xiàn)可調(diào)時(shí)間的倒計(jì)時(shí)功能。具體的我們利用單片機(jī)的芯片的P3口作為按鍵的掃描接口，P2，P0口作為數(shù)碼管位選和段選接口，定時(shí)器T0作為每1秒減一的定時(shí)器。當(dāng)“開始”按鍵按下時(shí)開始

5、倒計(jì)時(shí)，三個(gè)預(yù)置鍵設(shè)置數(shù)碼管分秒數(shù)初值。按鍵啟動(dòng)后，數(shù)碼管會(huì)動(dòng)態(tài)的進(jìn)行顯示時(shí)間，直到最后歸零。倒計(jì)時(shí)完成后，通過(guò)蜂鳴器發(fā)出指示報(bào)警音，基本完成了題目要求實(shí)現(xiàn)的功能。由以上分析，我們可分為三個(gè)部分進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)，即輸入模塊、顯示模塊、控制模塊。第一部分是輸入部分，這個(gè)部分是用于倒計(jì)時(shí)的時(shí)間設(shè)置，采用四個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)。特點(diǎn)是需要元件少而且經(jīng)濟(jì)。第二部分是顯示部分，本設(shè)計(jì)采用4個(gè)共陰數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間。由于七段數(shù)碼管需要選通4個(gè)，故采用輪詢方式對(duì)每一個(gè)應(yīng)該點(diǎn)亮的數(shù)碼管進(jìn)行操作，按鍵延時(shí)采用數(shù)碼管顯示模塊填充，從根本上防止抖動(dòng)。第三部分是控制部分，利用CPU的中斷，在中斷服務(wù)程序中執(zhí)行倒計(jì)時(shí)，在倒計(jì)時(shí)完

6、成后，采用蜂鳴器指示計(jì)時(shí)時(shí)間到與否。以上便是對(duì)倒計(jì)時(shí)裝備的三大部分的設(shè)計(jì)思路，按照上面各個(gè)部分的設(shè)計(jì)，進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)來(lái)細(xì)化和實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。12M晶振獨(dú)立按鍵數(shù)碼顯示管STC89C52蜂鳴器圖1-1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖2 硬件模塊的設(shè)計(jì)圖2-1總體設(shè)計(jì)硬件電路圖其中包括輸入部分、顯示部分和控制部分，這正好是設(shè)計(jì)思想的體現(xiàn)。數(shù)碼顯示模塊顯示部分由兩個(gè)4位數(shù)碼管組成。采用動(dòng)態(tài)掃描的方式像是輸出的數(shù)字，當(dāng)掃描的速度控制合理的時(shí)候，由于人眼的暫留效應(yīng)和數(shù)碼管二極管發(fā)光的余暉效應(yīng)能動(dòng)態(tài)顯示輸出的時(shí)間。 圖2-1數(shù)碼顯示電路控制部分及蜂鳴器報(bào)警模塊 此模塊作為定時(shí)時(shí)間到后的提示音作用，直接接單片機(jī)的端口輸出即

7、可。本次采用的是無(wú)源的蜂鳴器，不用接獨(dú)立的電源。圖2-2 蜂鳴器報(bào)警電路圖2-3 控制部分仿真圖AT89S52對(duì)輸入和輸出進(jìn)行對(duì)應(yīng)的控制，同時(shí)蜂鳴器可以根據(jù)方波的頻率發(fā)出聲音信號(hào)，由此根據(jù)它對(duì)計(jì)時(shí)到與否進(jìn)行判斷。該設(shè)計(jì)中蜂鳴器在計(jì)時(shí)時(shí)間到后會(huì)一直響。輸入模塊 本次控制的按鍵只有4個(gè)，分別為倒計(jì)時(shí)開始按鍵，加按鍵、減按鍵和切換分秒按鍵。本次采用的是獨(dú)立按鍵，直接用電平高低控制。圖2-3 獨(dú)立按鍵電路3 軟件設(shè)計(jì)3.1軟件設(shè)計(jì)流程圖本次使用C52芯片進(jìn)行編程，首先初始化將主程序所用的到的子程序、變量等定義。輸出報(bào)警信號(hào)開始其次還有數(shù)碼顯示程序、獨(dú)立按鍵程序、時(shí)鐘程序和倒計(jì)時(shí)程序，系統(tǒng)軟件的程序流程

8、圖和顯示部分流程圖如下：系統(tǒng)初始化YN按鍵設(shè)置倒計(jì)時(shí)時(shí)間開始數(shù)碼管開始倒計(jì)時(shí)倒計(jì)時(shí)時(shí)間是否歸零YN 圖3-1 軟件設(shè)計(jì)流程圖3-2 顯示子程序流程圖3.2軟件設(shè)計(jì)思路及原理首先，按下電源開關(guān)接通電源，通過(guò)獨(dú)立按鍵的加、減、切換按鍵設(shè)置倒計(jì)時(shí)初始時(shí)間。設(shè)置完畢后按下開始鍵，開始倒計(jì)時(shí)。倒計(jì)時(shí)的顯示采用動(dòng)態(tài)掃描，顯示后需要延時(shí)。打開第一個(gè)數(shù)碼管，顯示數(shù)字，短暫延時(shí)后，關(guān)閉數(shù)碼管，再打開下一個(gè)數(shù)碼管，顯示數(shù)字，延時(shí)，關(guān)閉該數(shù)碼管，以此類推不斷地重復(fù)掃描，顯示。利用定時(shí)器中斷程序，在中斷服務(wù)程序中進(jìn)行每秒一次的計(jì)時(shí)減運(yùn)算，不斷掃描顯示的過(guò)程其實(shí)也就是等待中斷的過(guò)程。通過(guò)不斷對(duì)獨(dú)立按鍵所接I/O口的掃描

9、，按鍵按下相當(dāng)于對(duì)應(yīng)端口接地，對(duì)應(yīng)端口為低電平，故檢測(cè)到對(duì)應(yīng)端口為低電平時(shí)執(zhí)行相應(yīng)的操作來(lái)完成預(yù)置數(shù)和開始計(jì)時(shí)操作。本次可編程倒計(jì)時(shí)裝置采用的是外置獨(dú)立的12M晶振。蜂鳴器需要輸出報(bào)警音頻，即需編寫兩種頻率的報(bào)警程序，使其更像警報(bào)聲，蜂鳴器是否工作也僅需一個(gè)I/O口來(lái)控制。3.3資源分配表P0口數(shù)碼管段選蜂鳴器P3.4分秒切換減數(shù)碼管位選獨(dú)立按鍵開始加表3-1 資源分配表4 程序代碼及課程設(shè)計(jì)效果4.1 設(shè)計(jì)的源程序#include <reg52.h>#define uchar unsigned char sbit P2_0 = P20;sbit P2_1 = P21;sbit P

10、2_2 = P22;sbit P2_3 = P23; /四位數(shù)碼管位選sbit KEY_DEC=P32; /減sbit KEY_ADD=P33; /加sbit KEY_CHANGE=P34; /切換分，秒sbit KEY_STA RT=P35; /開始 （一共四位獨(dú)立按鍵）sbit BEEP=P36; /蜂鳴器報(bào)警裝置static unsigned char second,minute,hour; /定義分、秒、時(shí)和一些變量unsigned int tcount;unsigned int a;unsigned char m;bit t;uchar code table=0x3f,0x06,0x

11、5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d, 0x07,0x7f,0x6f; /09數(shù)字void delay500(void) /報(bào)警器延時(shí) uchar i; for(i=230;i>0;i-);void DelayUs2x(unsigned char b) /按鍵消抖延時(shí) while(-b);void DelayMs(unsigned char b) while(b-) /大致延時(shí)1mS DelayUs2x(245); DelayUs2x(245); void delay(uchar i) /顯示延時(shí) uchar j,k; for(j=i;j>0;j-) for(k=125;k

12、>0;k-);void display() /數(shù)碼管顯示子程序 P0=tableminute/10; P2_0 = 0; delay(5); P2_0 = 1; P0=(tableminute%10& 0x7f); P2_1 = 0; delay(5); P2_1 = 1; P0=tablesecond/10; P2_2 = 0; delay(5); P2_2 = 1; P0=tablesecond%10; P2_3 = 0; delay(5); P2_3 = 1; void main(void)/主程序 while(1) for(a=100;a>0;a-) /初始顯示四個(gè)

13、0 display(); if(!KEY_CHANGE) /判斷分，秒轉(zhuǎn)換鍵是否按下 DelayMs(10); if(!KEY_CHANGE) /延時(shí)去抖 t=t; if(t) if(!KEY_ADD) /判斷分種加按鍵是否按下DelayMs(10);if(!KEY_ADD) /延時(shí)去抖if(minute<59)minute+;if(!KEY_DEC) /判斷分鐘減按鍵是否按下DelayMs(10);if(!KEY_DEC) /延時(shí)去抖if(minute>0)minute-; if(!t) if(!KEY_ADD) /判斷秒鐘加按鍵是否按下 DelayMs(10);if(!KEY_

14、ADD) /延時(shí)去抖if(second<59)second+;if(!KEY_DEC) /判斷秒鐘減按鍵是否按下DelayMs(10);if(!KEY_DEC) /延時(shí)去抖if(second>0)second-; if(!KEY_START) /判斷開始按鍵是否按下 DelayMs(10); if(!KEY_START) /延時(shí)去抖break; TMOD=0x02; /計(jì)時(shí)器T0初始化及開中斷 TH0=0x06; TL0=0x06; TR0=1; ET0=1; EA=1; while(1)/循環(huán)顯示且等待中斷 for(a=100;a>0;a-) display(); void

15、 t0(void) interrupt 1 using 0 /計(jì)時(shí)器T0中斷服務(wù)程序即計(jì)時(shí)部分 tcount+; if(tcount=4000) tcount=0; second-;if(minute=0)&&(second=0)/蜂鳴器報(bào)警 uchar j; while(1) for(a=100;a>0;a-) display(); for(j=200;j>0;j-) BEEP=BEEP; /輸出頻率1KHz delay500(); /延時(shí)500us for(j=200;j>0;j-) BEEP=BEEP; /輸出頻率500Hz delay500(); /延

16、時(shí)1ms delay500(); if(second=0Xff) second=59; minute-; 4.2設(shè)計(jì)效果展示 將編寫好的源程序用keil軟件進(jìn)行編程，編譯，最終生成hex文件，燒寫進(jìn)單片機(jī)內(nèi)，并在proteus上進(jìn)行仿真，最后按程序連接電路圖。圖4-1 仿真結(jié)果最終效果圖如下：圖4-2開始計(jì)時(shí)效果圖預(yù)置時(shí)間圖4-3 預(yù)置初始時(shí)間效果圖倒計(jì)時(shí)開始：倒計(jì)時(shí)到圖4-4 倒計(jì)時(shí)運(yùn)行效果圖5 設(shè)計(jì)中遇到問(wèn)題的解決及性能分析5.1設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題及解決 問(wèn)題一：程序編寫完成后,在keil軟件上進(jìn)行編譯、調(diào)試生成hex文件進(jìn)行仿真，一開始數(shù)碼管顯示不出完整的數(shù)字，但能實(shí)現(xiàn)設(shè)定初值和倒計(jì)時(shí)功能

17、。原因及解決方案：經(jīng)再次檢查程序，發(fā)現(xiàn)程序中的0到9的數(shù)碼管編碼用的共陽(yáng)型的，而實(shí)際仿真與實(shí)物里都選用了共陰數(shù)碼管，導(dǎo)致顯示不完整，把程序中數(shù)碼管編碼改掉之后就成功顯示了。問(wèn)題二：程序燒寫完成后，打開單片機(jī)，數(shù)碼管不顯示數(shù)字，預(yù)置數(shù)可以完成，但是預(yù)置數(shù)的過(guò)程看不到。原因及解決方案：因?yàn)樵趧傞_始預(yù)置數(shù)階段掃描獨(dú)立按鍵時(shí)，沒有在循環(huán)內(nèi)編寫數(shù)碼管顯示程序。故在掃描獨(dú)立按鍵循環(huán)內(nèi)加入如下程序，問(wèn)題解決。for(a=100;a>0;a-) /初始顯示四個(gè)0 display(); 問(wèn)題三：獨(dú)立按鍵預(yù)置數(shù)時(shí)，按鍵不靈敏需較長(zhǎng)時(shí)間按下才會(huì)起作用。原因及解決方案：按鍵去抖延時(shí)過(guò)長(zhǎng)，將去抖延時(shí)適當(dāng)縮短，此問(wèn)

18、題有所改善。問(wèn)題四：計(jì)時(shí)器歸零時(shí)，輸出音頻報(bào)警信號(hào)，但是此時(shí)數(shù)碼管顯示亂碼。原因及解決方案：在蜂鳴器報(bào)警循環(huán)程序中沒有寫入合適的數(shù)碼管顯示程序，導(dǎo)致出現(xiàn)亂碼。在蜂鳴器報(bào)警循環(huán)中，寫入顯示四個(gè)零的程序即可解決，在報(bào)警的同時(shí)，數(shù)碼管顯示四個(gè)零。5.2 性能分析本次課程設(shè)計(jì)為設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)可編倒計(jì)時(shí)裝置，通過(guò)查閱資料，對(duì)比選擇方案，最終確定選用四個(gè)獨(dú)立按鍵控制的倒計(jì)時(shí)程序。第一步程序調(diào)試成功后，生成hex文件，再進(jìn)行第二步電路仿真，仿真成功后將編寫的代碼燒寫到單片機(jī)內(nèi)，檢測(cè)的性能結(jié)果基本滿足任務(wù)書要求。開機(jī)顯示的是00-00，可以通過(guò)加、減、切換按鍵設(shè)置倒計(jì)時(shí)的初始時(shí)間，按下開時(shí)按鍵倒計(jì)時(shí)開始。倒計(jì)時(shí)歸

19、零后，蜂鳴器也會(huì)發(fā)出報(bào)警聲音。不足之處在于按鍵的靈敏度在修改消抖延時(shí)后有所改善，但是還是不能達(dá)到理想的預(yù)期效果，按鍵有時(shí)會(huì)不靈敏。初步估計(jì)原因在于獨(dú)立按鍵本身按下接觸不良好以及獨(dú)立按鍵的焊接問(wèn)題。6 總結(jié)與體會(huì)作為電子信息工程專業(yè)的大三的學(xué)生，課程設(shè)計(jì)對(duì)我們來(lái)說(shuō)并不陌生。通過(guò)對(duì)本次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)自己以前所修的C語(yǔ)言和單片機(jī)都有了更加系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。更重要的是，本次課程設(shè)計(jì)讓我初次接觸到了keil軟件和proteus仿真軟件，熟系使用這兩個(gè)軟件對(duì)我們今后的專業(yè)學(xué)習(xí)和課設(shè)都有很大幫助。同時(shí)，在做課設(shè)的過(guò)程中我認(rèn)識(shí)到自己的很多不足之處，在實(shí)際動(dòng)手操作能力的不足，在進(jìn)行程序編程時(shí)，自己需要，認(rèn)真審題，看懂題目的要求。課程設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)它要求的性能，根據(jù)課題要求，復(fù)習(xí)相關(guān)的知識(shí)，查詢相關(guān)的資料。由課設(shè)條件，找到適合的方案，找到需要的元器件及工具。具體的大致為根據(jù)課程設(shè)計(jì)的要求和自己所要增加的功能寫好程序流程圖，在程序流程圖的基礎(chǔ)上，根據(jù)芯片的功能寫出相應(yīng)的程序和增加額外的功能程序。然后再進(jìn)行程序調(diào)試和相應(yīng)