可編程倒計(jì)時(shí)裝置單片機(jī)課程設(shè)計(jì)

1、1.設(shè)計(jì)原理與方法1.1.設(shè)計(jì)原理本次課程設(shè)計(jì)的題目是: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。 該裝置利用AT89S52單片機(jī)作為倒計(jì)時(shí)器的核心控制器，針對需要倒計(jì)時(shí)的場合進(jìn)行可調(diào)時(shí)間的倒計(jì)時(shí)功能。首先通過鍵盤矩陣輸入設(shè)置的要倒計(jì)時(shí)的時(shí)間，定好了相關(guān)的設(shè)置時(shí)或分或秒，進(jìn)行倒計(jì)時(shí)的按鍵啟動(dòng)操作。在輸入數(shù)字進(jìn)行倒計(jì)時(shí)設(shè)置時(shí)，每一次切換選擇設(shè)置時(shí)分秒都會(huì)將顯示清零。當(dāng)全部時(shí)間輸入確定后，按下確認(rèn)鍵后，可以計(jì)算總共倒計(jì)時(shí)時(shí)間，并將其顯示在數(shù)碼屏上。按鍵啟動(dòng)后，數(shù)碼管會(huì)動(dòng)態(tài)的進(jìn)行

2、顯示時(shí)間，直到最后歸零。倒計(jì)時(shí)完成后，通過蜂鳴器發(fā)出指示報(bào)警音，再次按下啟動(dòng)按鈕可以清除報(bào)警音，回復(fù)待機(jī)狀態(tài)?；就瓿闪祟}目要求實(shí)現(xiàn)的功能。其系統(tǒng)的原理框圖如下所示： CPU響鈴裝置鍵盤輸入時(shí)鐘電路復(fù)位電路倒計(jì)時(shí)顯示操作指示燈該圖就是本設(shè)計(jì)的總的原理圖，利用核心cpu的相關(guān)端口，可以進(jìn)行相對應(yīng)的功能實(shí)現(xiàn)，其具體的實(shí)現(xiàn)內(nèi)容在后面的內(nèi)容，進(jìn)行具體的說明和介紹。設(shè)計(jì)方案為了實(shí)現(xiàn)題目的要求，具體進(jìn)行三個(gè)部分的設(shè)計(jì)。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，采用矩陣鍵盤。特點(diǎn)是占用單片機(jī)I/O口少，但軟件上需要編碼。由于該系統(tǒng)涉及到了09數(shù)字的輸入，只用單片機(jī)本身的I/O口難以實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)，且還需

3、要選擇設(shè)置時(shí)分秒，引腳需求較多，所以用鍵盤矩陣來實(shí)現(xiàn)。第二部分是顯示部分，本設(shè)計(jì)采用數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間。利用外接74LS47來點(diǎn)亮數(shù)碼管。這樣CPU8個(gè)引腳可輸出2位BCD碼，如果只用單純引腳輸出，需要24個(gè)引腳進(jìn)行LED選通點(diǎn)亮。這樣就很復(fù)雜。由于七段數(shù)碼管需要選通6個(gè)，故采用輪詢方式對每一個(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)行啟動(dòng)與計(jì)時(shí)到的復(fù)位工作，采用負(fù)邊沿的觸發(fā)方式。同時(shí)，在倒計(jì)時(shí)完成后，采用蜂鳴器指示計(jì)時(shí)時(shí)間到與否。再用一個(gè)LED來指示當(dāng)前工作狀態(tài)。若該LED亮為開始計(jì)時(shí)，若該LED滅

4、則為準(zhǔn)備狀態(tài)，可以重新輸入計(jì)時(shí)時(shí)間重新計(jì)時(shí)。以上便是對倒計(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)來細(xì)化和實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1.硬件相關(guān)部分介紹芯片部分的介紹：AT89S52是低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫口線，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品

5、引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，可以按照常規(guī)方法對其進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。計(jì)時(shí)/計(jì)數(shù)器部分的介紹：TMOD為T0、T1的工作方式寄存器，其各位的格式如下：TMOD D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 定時(shí)器T1| 定時(shí)器T0 其各位功能是：位7 GATE-T1的門控位，當(dāng)GATA=0時(shí)，只要控制位TR1，即可啟動(dòng)定時(shí)器開始工作；當(dāng)GATE=1時(shí)，除需要將TR1置1外，還要使INTI引腳為高電平，才能啟動(dòng)相應(yīng)的定時(shí)器開始工作。位6 C/T-T1

6、的功能選擇位：當(dāng)C/T=0時(shí)，T1為定時(shí)器方式；當(dāng)C/T=1時(shí)，T1為計(jì)數(shù)器方式。位5和位4M1和M0-T1的方式選擇位：由這2位的組合可以定義T1的3種工作方式。位3 GATE-T0的門控制：當(dāng)GATE=0時(shí)，只要控制TR0置1，即可啟動(dòng)定時(shí)器T0開始工作；當(dāng)GATE=1時(shí)，除需要將TR0置1外，還要使INTO引腳為高電平，才能啟動(dòng)相應(yīng)的定時(shí)器開始工作。位2 C/T-T0的功能選擇位：TMOD不能進(jìn)行位尋址，只能用字節(jié)傳送指令設(shè)置定時(shí)器工作方式，低半字節(jié)定義定時(shí)器1。復(fù)位時(shí)，TMOD所有位均為0，定時(shí)器處于停止工作狀態(tài)。中斷部分的介紹：CPU正在執(zhí)行主程序時(shí)，單片機(jī)外部或內(nèi)部發(fā)生的某一事件（

7、如外部設(shè)備產(chǎn)生的一個(gè)電平的變化，一個(gè)脈沖沿的發(fā)生或內(nèi)部計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)溢出等）請求CPU迅速去處理，于是，CPU暫時(shí)中止當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)處理程序處理所發(fā)生的事件。中斷服務(wù)處理程序處理完該事件后，再回到原來被中止的地方，繼續(xù)原來的工作（例如，繼續(xù)執(zhí)行被中斷的主程序），這稱為中斷。 CPU處理事件的過程，稱為CPU的中斷響應(yīng)過程。能夠?qū)崿F(xiàn)中斷處理功能的部件稱為中斷系統(tǒng)；產(chǎn)生中斷的請求源稱為中斷請求源。中斷源向CPU提出的處理請求，稱為中斷請求(或中斷申請)。中斷的工作：保護(hù)現(xiàn)場、恢復(fù)現(xiàn)場、中斷返回。中斷方式的優(yōu)點(diǎn)是大大地提高了CPU的工作效率。MCS-51的中斷優(yōu)先級結(jié)構(gòu)。中斷系統(tǒng)有兩個(gè)不可尋

8、址的“優(yōu)先級激活觸發(fā)器”。其中一個(gè)指示某高優(yōu)先級的中斷正在執(zhí)行，所有后來的中斷均被阻止。另一個(gè)觸發(fā)器指示某低優(yōu)先級的中斷正在執(zhí)行，所有同級的中斷都被阻止，但不阻斷高優(yōu)先級的中斷請求。在同時(shí)收到幾個(gè)同一優(yōu)先級的中斷請求時(shí)，哪一個(gè)中斷請求能優(yōu)先得到響應(yīng)，取決于內(nèi)部的查詢順序。這相當(dāng)于在同一個(gè)優(yōu)先級內(nèi)，還同時(shí)存在另一個(gè)輔助優(yōu)先級結(jié)構(gòu)，其查詢順序如下： 中斷源 中斷級別 外部中斷0 最高 T0溢出中斷 外部中斷1 T1溢出中斷 串行口中斷 最低一個(gè)中斷請求被響應(yīng)，需滿足以下必要條件：（1）CPU開中斷，即IE寄存器中的中斷總允許位EA=1。（2）該中斷源發(fā)出中斷請求，即該中斷源對應(yīng)的中斷請求標(biāo)志為“1

9、”。（3）該中斷源的中斷允許位=1，即該中斷沒有被屏蔽。（4）無同級或更高級中斷正在被服務(wù)。2.2.電路設(shè)計(jì)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)輸入部分的電路圖：該系統(tǒng)的輸入由4X4的矩陣鍵盤提供。其中P1.4P1.7為掃描輸出線，P1.0P1.3為掃描輸入線。具體掃描時(shí)，先確定列號(hào)，再確定行號(hào)，人工給按鍵一個(gè)編碼，然后根據(jù)其編碼值進(jìn)行相關(guān)操作。輸入選擇時(shí)：通過K13K15選擇時(shí)，分，秒輸入。軟件上對這個(gè)操作進(jìn)行狀態(tài)開關(guān)改變。以備下一步輸入數(shù)字選擇存放單元。數(shù)字輸入時(shí)：除了K4無功能鍵，其他10個(gè)位09的數(shù)字輸入。在軟件上定義為先輸入一位存放在個(gè)位，再

10、輸入一位為先前輸入值*10+本次輸入值。針對輸入過大，如秒，分超過60則改變?yōu)樽畲笾?9。顯示部分的電路圖：輸出方面有3個(gè)部分，6個(gè)七端數(shù)碼管構(gòu)成了倒計(jì)時(shí)顯示部分，蜂鳴器接受方波發(fā)出聲音，是倒計(jì)時(shí)到的一個(gè)聲音標(biāo)志。LED為倒計(jì)時(shí)狀態(tài)指示燈。數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)掃描方式，對輸出數(shù)組中的數(shù)字進(jìn)行依次輸出，選通線為與輸出數(shù)字相匹配的輸出選通數(shù)組中?？刂撇糠值碾娐穲D：AT89S52對輸入和輸出進(jìn)行對應(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。LED與啟動(dòng)/停止鍵按下相關(guān)，除了開機(jī)自檢LED只受啟動(dòng)/停止鍵狀態(tài)控制，若成功啟動(dòng)，LE

11、D亮，計(jì)時(shí)時(shí)間到停止時(shí)，LED滅。3.程序設(shè)計(jì)框圖.主程序3.部分3.3鍵盤輸入部分4.資源分配表本設(shè)計(jì)的資源分配表如下表所示：1.XTAL1,XTAL2構(gòu)成內(nèi)部自激振蕩器，產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)單片機(jī)的復(fù)位控制7段數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)由鍵盤輸入預(yù)置倒計(jì)時(shí)分秒 數(shù)碼管管腳控制選通控制音頻輸出 指示燈顯示5.源程序代碼#include #include #define TIME1H 0 x40#define TIME1L 0 x98 /定時(shí)器1溢出時(shí)間：49ms，用于計(jì)時(shí)模式的計(jì)數(shù)增加。#define LEDCHAR P0 /LED 字符I/O 口,P1.07對應(yīng)ADP#define LEDSELECT

12、P2 /LED 選擇I/O口. P0.05對應(yīng)LED的16#define SCANPORT P1 /鍵盤掃描端口/* *全局變量unsigned char code uca_LEDCode=0 x3F,0 x06,0 x5B,0 x4F,0 x66,0 x6D,0 x7D,0 x07,0 x7F,0 x6F;/仿真用 / 0 x28,0 x7e,0 xa2,0 x62,0 x74,0 x61,0 x21,0 x7a,0 x20,0 x60;/0,1,2,3,4,5,6,7,8,9unsigned char uca_LineScan4=0 xEF,0 xDF,0 xBF,0 x7F;/LINE

13、1 2 3 4 /鍵盤掃描線unsigned char code uca_LEDSelect=0 xfe,0 xfd,0 xfb,0 xf7,0 xef,0 xdf;/分別點(diǎn)亮第6，5，4，3，2，1號(hào)燈.unsigned char uca_LedNum6;/存放數(shù)字的各個(gè)位unsigned char uc_DisCount=1;/定時(shí)器0定時(shí)刷新LED計(jì)數(shù)。unsigned char uc_TimeCount=0;/定時(shí)器1定時(shí)計(jì)數(shù)。unsigned long ul_Number=0;/LED顯示數(shù)字。unsigned char KeyValue;bit sethour=0;bit setm

14、inute=0;bit setsecond=0;bit settime=0;bit timesup=0;unsigned char hour;unsigned char minute;unsigned char second;unsigned long temp;sbit buzz=P30;sbit ledstate=P36;/* *顯示函數(shù)unsigned char * pucLedNum(unsigned long ulNumber)if(ulNumber999999)ulNumber=999999;if(ulNumber0)ulNumber=0;uca_LedNum0 = ulNumbe

15、r/100000; /最高位uca_LedNum1 = (ulNumber-100000*(long)uca_LedNum0)/10000;uca_LedNum2=(ulNumber-100000*(long)uca_LedNum0-10000*(long)uca_LedNum1)/1000;uca_LedNum3=(ulNumber-100000*(long)uca_LedNum0-10000*(long)uca_LedNum1-1000*(long)uca_LedNum2)/100;uca_LedNum4=(ulNumber-100000*(long)uca_LedNum0-10000*(

16、long)uca_LedNum1-1000*(long)uca_LedNum2-100*(long)uca_LedNum3)/10;uca_LedNum5=(ulNumber-100000*(long)uca_LedNum0-10000*(long)uca_LedNum1-1000*(long)uca_LedNum2-100*(long)uca_LedNum3-10*(long)uca_LedNum4);return uca_LedNum;void vShowOneNum(unsigned char ucOneNum,unsigned char ucOrder)LEDSELECT=uca_LE

17、DSelectucOrder; /ucOrder:05（代表從左到右16）LEDCHAR=uca_LEDCodeucOneNum;/* *鍵盤掃描函數(shù)unsigned char ucKeyScan()unsigned char ucTemp=0; /掃描狀態(tài)暫存。unsigned char ucRow=0,ucLine=0; /行號(hào)，列號(hào)。 unsigned char l;for(ucLine=0;ucLine4;ucLine+) /列掃描SCANPORT=uca_LineScanucLine; /輸出掃描電位。for(l=0;l50;l+); /延時(shí)20毫秒ucTemp=SCANPORT&0

18、 x0F; /輸入掃描電位，并屏蔽高4位。if(ucTemp!=0 x0F) /判斷該列是否有按鍵按下，有則判斷出行號(hào)。switch(ucTemp)case 0 x0E: ucRow=10;break;case 0 x0D: ucRow=20;break;case 0 x0B: ucRow=30;break;case 0 x07: ucRow=40;break;default: ucRow=50;break;break;for(l=0;l50;l+); /延時(shí)20毫秒SCANPORT=0 x0F; /恢復(fù)P2口。return ucRow+ucLine+1;/返回按鍵編碼。格式為2位數(shù)，高位為行

19、號(hào)，低位為列號(hào)。void vKeyProcess(unsigned char ucKeyCode) if(sethour=1)switch(ucKeyCode)case 11: hour=hour*10+7;break; /7case 12: hour=hour*10+8;break; /8case 13: hour=hour*10+9;break; /9case 14: break; /時(shí)針case 21: hour=hour*10+4;break; /4case 22: hour=hour*10+5;break; /5case 23: hour=hour*10+6;break; /6cas

20、e 24: break; /分針case 31: hour=hour*10+1;break; /1case 32: hour=hour*10+2;break; /2case 33: hour=hour*10+3;break; /3case 34: break; /秒針case 41: break; case 42: hour=hour*10+0;break; /0case 43: break; /確認(rèn)case 44: break; /退出default:break;ul_Number=(long)hour*10000;if(setminute=1)switch(ucKeyCode)case 1

21、1: minute=minute*10+7;break; /7case 12: minute=minute*10+8;break; /8case 13: minute=minute*10+9;break; /9case 14: break; /時(shí)針case 21: minute=minute*10+4;break; /4case 22: minute=minute*10+5;break; /5case 23: minute=minute*10+6;break; /6case 24: break; /分針case 31: minute=minute*10+1;break; /1case 32:

22、minute=minute*10+2;break; /2case 33: minute=minute*10+3;break; /3case 34: break; /秒針case 41: break; case 42: minute=minute*10+0;break; /0case 43: break; /確認(rèn)case 44: break; /退出default:break;ul_Number=(long)minute*100;if(setsecond=1)switch(ucKeyCode)case 11: second=second*10+7;break; /7case 12: second

23、=second*10+8;break; /8case 13: second=second*10+9;break; /9case 14: break; /時(shí)針case 21: second=second*10+4;break; /4case 22: second=second*10+5;break; /5case 23: second=second*10+6;break; /6case 24: break; /分針case 31: second=second*10+1;break; /1case 32: second=second*10+2;break; /2case 33: second=se

24、cond*10+3;break; /3case 34: break; /秒針case 41: break; case 42: second=second*10+0;break; /0case 43: break; /確認(rèn)case 44: break; /退出default:break;ul_Number=(long)second;void squarew(times) /產(chǎn)生方波 unsigned int t; for(t=0;ttimes;t+) buzz=0; for(t=0;ttimes;t+) buzz=1; void selftest(void) /實(shí)現(xiàn)自檢 unsigned int

25、 i; P0=0 xff; P2=0 x00; for(i=0;i40000;i+); /延時(shí)2秒 P2=0 xff; for(i=0;i700;i+) /發(fā)聲檢測 squarew(30); /* *顯示子程序void display(void)vShowOneNum(*(pucLedNum(ul_Number)+uc_DisCount),uc_DisCount); /在LED上顯示1位數(shù)字。if(uc_DisCount5)uc_DisCount+;/定時(shí)器0在每次被觸發(fā)時(shí)，改變LED顯示。else uc_DisCount=0;/從第一位到第六位循環(huán)顯示。/* *主函數(shù)void main()

26、selftest(); ledstate=0;TMOD=0 x11; /定時(shí)器0:模式一;定時(shí)器0:模式一./TH1=TIME1H;TL1=TIME1L;ET1=1; /開定時(shí)器1中斷PX1=1;IT1=1; /外部中斷0，中斷方式：低電平 EX1=1; /開啟外部中斷0EA=1; /開啟總中斷 SCANPORT=0 x0F; /初始化鍵盤接口。 while(1) display(); KeyValue=ucKeyScan(); if(KeyValue!=5) if(KeyValue=14) display(); sethour=1; settime=1; setminute=0; setse

27、cond=0; else if(KeyValue=24) display(); setminute=1; settime=1; sethour=0; setsecond=0; else if(KeyValue=34) display(); setsecond=1; settime=1; sethour=0; setminute=0; else if(KeyValue=43) display(); if(settime!=0) if(minute59) minute=59; if(second59) second=59; ul_Number=(long)hour*10000+(long)minu

28、te*100+(long)second; setsecond=0; settime=0; sethour=0; setminute=0; else if(KeyValue=44) display(); if(settime!=0) ul_Number=0;hour=0;minute=0;second=0;setsecond=0;settime=0;sethour=0;setminute=0; else display(); vKeyProcess(KeyValue); while(SCANPORT!=0 x0f) display(); KeyValue=0; /*定時(shí)器1中斷，用于計(jì)時(shí)功能vo

29、id vTimer1(void) interrupt 3 unsigned int i; if(ul_Number=0) timesup=1; for(i=0;i30;i+) P2=0 xff; squarew(48); for(i=0;i35;i+) P2=0 x00; squarew(68); elseif(uc_TimeCount=19)uc_TimeCount=0;if(ul_Number%10000=0) ul_Number-=4041;else if(ul_Number%100=0) ul_Number-=41;else ul_Number-;else uc_TimeCount+;

30、TH1=TIME1H;TL1=TIME1L;/*定時(shí)器0，定時(shí)刷新LED*void reset(void) interrupt 2 unsigned int k; for(k=0;k500;k+); /延時(shí)20ms if(timesup=0) TR1=1; ledstate=1; else TR1=0; timesup=0; ledstate=0; for(k=0;k500;k+);倒計(jì)時(shí)運(yùn)行結(jié)果如下：按下運(yùn)行鍵后，數(shù)碼管面板顯示000000按下時(shí)針鍵，輸入要設(shè)置的小時(shí)數(shù)按下分針鍵，輸入要設(shè)置的分鐘數(shù)按下秒針鍵，輸入要設(shè)置的秒鐘數(shù)按下啟動(dòng)/停止 按鍵，開始倒計(jì)時(shí)工作在顯示方面，由于使用了6個(gè)七段數(shù)碼管，用C語言寫的程序在點(diǎn)亮延遲方面控制不是很強(qiáng)，顯示的時(shí)候有些閃爍出現(xiàn)。由于進(jìn)行輸入的時(shí)候，不是很智能，當(dāng)我輸入大于60的數(shù)字時(shí)候，上面開始倒計(jì)時(shí)后，會(huì)自動(dòng)變成59開始。例如，我輸入90分鐘，開始倒計(jì)時(shí)，但是此時(shí)開始工作從59分59秒開始，不會(huì)智能的轉(zhuǎn)換為1小時(shí)30分。試驗(yàn)箱上的LED為共陽極，也與仿真不一樣，所以關(guān)于標(biāo)志燈的選通熄滅也修改了很多。最后鍵盤的去抖時(shí)間有些過長了。導(dǎo)致按時(shí)間太短了也無法完成正確的輸入。7.總結(jié)與心得通過本次課程設(shè)計(jì)，我對單片機(jī)和C語言的相關(guān)知識(shí)得到了進(jìn)一步的，剛開始看到這個(gè)題目的時(shí)候，感覺倒計(jì)時(shí)不是很難，有對應(yīng)的輸入