單片機(jī)秒倒計時

1、太原理工大學(xué)課 程 設(shè) 計 說 明 書課程名稱：單片機(jī)六十秒倒計時設(shè)計題目： 單片機(jī)六十秒倒計時 院 系： 礦業(yè)工程學(xué)院 學(xué)生姓名： 柯書國 學(xué) 號： 2011002810 專業(yè)班級： 采礦1109班 指導(dǎo)教師： 崔老師 目錄1前 言12設(shè)計方案32.1課程設(shè)計目的32.2 設(shè)計的目標(biāo)32.3 設(shè)計的內(nèi)容32.4 定時/計數(shù)器初值計算102.5 軟件調(diào)試過程113. 設(shè)計心得體會164. 軟件源程序185實物和硬件圖206參考文獻(xiàn)211前 言在生活和生產(chǎn)的各領(lǐng)域中，凡是有自動控制要求的地方都會有單片機(jī)的身影出現(xiàn)；從簡單到復(fù)雜，從空中、地面到地下，凡是能想像到的地方幾乎都有使用單片的需求?，F(xiàn)在盡

2、管單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)很普遍了，但仍有許多可以用單片機(jī)控制而尚未實現(xiàn)的項目，因此，單片機(jī)的應(yīng)用大有想像和拓展空間。單片機(jī)就是微控制器，它是嵌入式系統(tǒng)中的重要且發(fā)展迅速的組成部分。單片機(jī)接上震蕩元件（或震蕩源）、復(fù)位電路和接口電路，載入軟件后，可以構(gòu)成單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。將它嵌入到形形色色的應(yīng)用系統(tǒng)中，它就成為眾多產(chǎn)品、設(shè)備的智能化核心。所以，生產(chǎn)企業(yè)稱單片機(jī)為“微電腦”。單片機(jī)的應(yīng)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(qiáng)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，保證安全等。但是，單片機(jī)應(yīng)用的意義絕不僅限于它的廣闊范圍以及所帶來的經(jīng)濟(jì)效益上，更重要的意義還在于：單

3、片機(jī)的應(yīng)用正從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。從前必須有模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能使用單片機(jī)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(jī)應(yīng)用的推廣普及，微控制技術(shù)必將不斷發(fā)展、日益完善和更加充實。近年來隨著計算機(jī)在社會領(lǐng)域的滲透, 單片機(jī)的應(yīng)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(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個核心部件來使用，僅單片機(jī)方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應(yīng)用對象

4、特點的軟件結(jié)合，以作完善。模擬多通道壓力系統(tǒng)是利用壓力傳感器采集當(dāng)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(zhǔn)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(shè)計與制作，對于倒計時器中的LED數(shù)碼顯示器來說，我為了簡化線路、降低成本，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(jìn)行譯碼。2設(shè)計方案2.1課程設(shè)計目的1鞏固和加深對單片機(jī)原理和接口技術(shù)知識的理解；2培養(yǎng)根據(jù)課題需要選學(xué)參考書籍、查閱手冊和文獻(xiàn)資料的能力；4掌握常用儀器、儀表的正確使用方法，學(xué)會軟、硬件的設(shè)計和調(diào)試方法；5能按課程設(shè)計的要求編寫課程設(shè)計報告，能正

5、確反映設(shè)計和實驗成果，能用計算機(jī)繪制電路圖和流程圖。6通過單片機(jī)課程設(shè)計，熟練掌握匯編語言的編程方法，將理論聯(lián)系到實踐中去，提高我們的動腦和動手的能力。7對于單片機(jī)控制的60s倒計時的要求如下：（1）用單片機(jī)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軟件設(shè)計，仿真基于AT89c51單片機(jī)60s倒計時實驗。2.2 設(shè)計的目標(biāo)通過課程設(shè)計，使自己深刻理解并掌握基本概念，掌握單片機(jī)的基本應(yīng)用程序設(shè)計及綜合應(yīng)用程序設(shè)計的方法。通過做一個綜合性訓(xùn)練題目，達(dá)到對內(nèi)容的消化、理解并提高解決問題的能力的目的。2.3 設(shè)計的內(nèi)容本設(shè)計由硬件設(shè)計和軟件設(shè)計

6、兩部分組成，硬件設(shè)計主要包括單片機(jī)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)的確定；軟件設(shè)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(shè)計：通過AT89C51型號單片機(jī)，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，達(dá)到顯示60秒倒計時的目的。通過復(fù)位電路，在仿真過程中點擊開關(guān)實現(xiàn)60復(fù)位。2.3.1 AT89C51單片機(jī)介紹AT89C51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Fl

7、ash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 Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計算機(jī)的AT89C51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。AT89C單片機(jī)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1：89C51的核心電路框圖AT89C51的主要特性：·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)保留時間：

8、10年·全靜態(tài)工作：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 AT89C51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）RRST復(fù)位輸入。當(dāng)振

9、蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對FLASH存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。PSEN程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89C52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次

10、PSEN信號。EA/VPP外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令（3）并行I/O引腳經(jīng)綜合對本系統(tǒng)的分析，選用AT89C51單片機(jī)就非常合適，AT89C51有P0,P1,P2,P3四個外部接口，介紹如下：P0 口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏 輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入端用。 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，P0口被分時轉(zhuǎn)換地址

11、（低8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 P1 口：P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P1 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如下表所示。在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。 P2 口：P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 的輸出

12、緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個TTL邏輯門電路。對端口P2 寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。P3 口：P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口。P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個TTL 邏輯門電路。對P3 口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的P3 口將用上拉電阻輸出電流。所需器件如下表所列：表1 設(shè)計所選器件序號元件類型元件參數(shù)元件個數(shù)備注1芯片AT89C5112晶振12M13電源電容10UF14電容30PF25電阻1

13、0K16電阻470147數(shù)碼管8段2共陽2.3.2 LED數(shù)碼管顯示器本設(shè)計中采用的是7SEGCOM ANODE型號數(shù)碼管，它是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。實物如圖2所示：圖2 7SEGCOM ANODE型號數(shù)碼管（1）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(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二

14、極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)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(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。（2）LED數(shù)碼管有兩種連接方法共陽極接法。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。圖3 LED數(shù)碼管有兩種連接

15、方法(3)數(shù)碼管引腳測量找公共共陰和公共共陽：首先，我們找個電源（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(fù)極。圖4 程序流程圖2.4 定時/計數(shù)器初值計算（1）本電路應(yīng)用TIMER0 MODE 16位計數(shù)器的計時中斷法。（2）1秒等于1000000微秒

16、,而每一計時脈沖是1微秒,因此需輸入100000個計時脈沖,方可達(dá)到1秒的時間。本設(shè)計中，設(shè)定中斷每次溢出時間50ms。（3）由上式得知，循環(huán)20次即可達(dá)到1秒定時，即：N=t/Tcy=0.05s/0.000001=5000X=65536-5000=15536=3CB0H（4）由上式得知5000個脈沖，首先需設(shè)定TL0=3CH,TH0=0B0H，此時第1次只要輸入5000個脈沖輸入，就會溢出；第2次至第20次，則需每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(guān)實現(xiàn)復(fù)位。2.5 軟件調(diào)試過程2.5.1 系統(tǒng)調(diào)試工具keilKeil C51 仿真器是一款利用KE

17、IL C51 的IDE 集成開發(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(jī)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(yīng)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(jī)中，可以通過串口對單片機(jī)進(jìn)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(yùn)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P

18、C通訊，當(dāng)使用KEIL C51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(dāng)用戶設(shè)置斷點等操作仿真程序時，flash程序中的用戶程序也在相應(yīng)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. 在工程中加入文件。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

19、后綴名是 .c）保存。C文件建好啦。現(xiàn)在我們把文件加入到工程中去。 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(yùn)行，檢查程序是否有錯誤。圖5 Keil軟件設(shè)置截圖圖6 Keil軟件程序運(yùn)行無誤截圖2.5.2 系統(tǒng)調(diào)試工具PROTEUSProteus是一款EDA軟件，該軟件具有模擬電路仿真，數(shù)字電路仿真，單片機(jī)以及外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真，RS-232動態(tài)仿真，I2C調(diào)試器，SPI調(diào)試器，鍵盤和LCD系統(tǒng)的仿真，以及各種虛擬儀器，如示波器，邏輯分析儀，信號發(fā)生器等。該軟件目前支

20、持的單片機(jī)類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列、ARM以及各種外圍芯片。該軟件還支持大量的存儲器和外圍芯片，所以，該軟件是一款集單片機(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件。調(diào)試方法：首先用Keil軟件將C編譯成HEX文件，打開Keil軟件，新建一個文檔，輸入C程序，保存成C格式文件，然后新建工程，連接單片機(jī)為AT89C51，選擇Options for target，選擇OUTPUT子菜單，在Create HEX Fi前打鉤，DeBug子菜單中，Settings選擇ProteusVSM Simulator，USE前

21、打鉤，再次運(yùn)行文件，成功后在目錄下會生成HEX文件，打開Proteus軟件，或直接點擊DSN文件，雙擊單片機(jī)模板，點擊文件夾式樣的圖標(biāo)選擇對應(yīng)的HEX驅(qū)動文件，然后點擊開始，進(jìn)行調(diào)試。圖7 硬件仿真連接圖圖8 仿真起始運(yùn)行圖圖9 仿真結(jié)束運(yùn)行圖3. 設(shè)計心得體會回顧起此次單片機(jī)課程設(shè)計，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實踐，在整整一星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。例如我們在設(shè)計數(shù)碼管顯示的時候，剛開始的時候，由于對數(shù)碼管引腳的不熟悉，我們都無法讓數(shù)字顯示，后來發(fā)現(xiàn)時十位和

22、個位的置位、復(fù)位發(fā)生了問題，我們對此進(jìn)行了修改，可以正確的顯示出十位及個位的數(shù)值，但是數(shù)字的顯示不穩(wěn)定，不停的跳動，我們?yōu)榇瞬殚喠撕芏嗟馁Y料，但還是未能解決，最后我們不停地對程序進(jìn)行修改，終于發(fā)現(xiàn)了問題所在，在顯示子程序上存在缺陷未能快速的切換對十位、個位的置位和復(fù)位，經(jīng)過這樣的修改，終于可以完美的顯示時間了。我們也更好地掌握了對數(shù)碼管的使用，這都是課堂上學(xué)不到的知識。 單片機(jī)為我們的主要專業(yè)課之一，對我們還是很有幫助的，課程設(shè)計也是為我們以后的工作提前進(jìn)行了一次練手，也是我們學(xué)習(xí)生活之中少有的一次自己探索、研究，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的機(jī)會。當(dāng)然要做好一個課程設(shè)計也不是很簡單的，我認(rèn)為有以下幾步

23、：（1） 在設(shè)計程序之前，對所用單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一個系統(tǒng)的了解，知道該單片機(jī)內(nèi)有哪些資源；（2） 要有一個清晰的思路和一個完整的的軟件流程圖，善于將大的程序段縮小為每個子函數(shù)來實現(xiàn)；（3） 在設(shè)計程序時，不能妄想一次就將整個程序設(shè)計好，反復(fù)修改、不斷改進(jìn)是程序設(shè)計的必經(jīng)之路；（4） 要養(yǎng)成注釋程序的好習(xí)慣，寫程序是應(yīng)該思路清晰，結(jié)構(gòu)明了，應(yīng)該讓人一看就能明白你的思路，方便資料的保存和交流；（5） 我們們應(yīng)該將每次遇到的問題記錄下來，并分析清楚，以免下次再碰到同樣的問題的 。在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。我們們通過查閱大量有關(guān)資料，并在小

24、組中互相討論，交流經(jīng)驗和自學(xué)，若遇到實在搞不明白的問題就會及時請教老師，或者與其他小組成員討論，共同解決，使自己學(xué)到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。通過這次課程設(shè)計我們也發(fā)現(xiàn)了自身存在的不足之處，雖然感覺理論上已經(jīng)掌握，但在運(yùn)用到實踐的過程中仍有意想不到的困惑，經(jīng)過一番努力才得以解決。 通過這次課程設(shè)計使我更加懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正將一個東西學(xué)好學(xué)透，從而提高自己的實際動手能力和獨(dú)立思考的能力。我想這對于我今后的學(xué)習(xí)生活和工作都會是有很大幫助的！4. 軟件源程序 ORG 00H SJMP STAR ORG 1BH SJMP T1S; 轉(zhuǎn)T1中斷服務(wù)程序 ORG 30H STAR: