(601)單片機(jī)99倒計(jì)時(shí)

?單片機(jī)?

課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書

專業(yè)班級(jí)：自動(dòng)化〔四〕

姓名：陶青涂衛(wèi)根何磊王林坤

學(xué)號(hào)：080310252080310251080310216080310201

指導(dǎo)教師：郭玉

設(shè)計(jì)時(shí)間:2023/12/17

物理與電氣工程學(xué)2023年12月17日

摘要

隨著計(jì)算機(jī)在社會(huì)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(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月益更新。

目的：〔1〕初步掌握單片機(jī)控制功能的根本使用方法及根本硬件電路的工作原理，包括設(shè)計(jì)任務(wù)，設(shè)計(jì)題目的方案論證。通過(guò)查閱資料，器件選擇，確定方案，寫出總結(jié)報(bào)告。

〔2〕培養(yǎng)一定的自學(xué)能力和獨(dú)立分析問題、解決問題的能力。包括學(xué)會(huì)自己分析解決問題的方法，對(duì)設(shè)計(jì)中遇到的問題，能通過(guò)獨(dú)立思考、查閱工具書、參考文獻(xiàn)，尋找答案。

〔3〕通過(guò)嚴(yán)格的科學(xué)訓(xùn)練和工程設(shè)計(jì)實(shí)踐，逐步樹立嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍、實(shí)事求是的科學(xué)作風(fēng)，并培養(yǎng)自己在實(shí)際工作中應(yīng)具有的生產(chǎn)觀點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和全局觀點(diǎn)。

方法：利用開發(fā)板和keil軟件經(jīng)過(guò)燒寫程序在數(shù)碼管上實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)顯示

結(jié)果：將程序燒寫進(jìn)開發(fā)板，99秒倒計(jì)時(shí)，按下s3鍵實(shí)現(xiàn)暫停與啟動(dòng)

結(jié)論：在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)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(gè)核心部件來(lái)使用，僅單片機(jī)方面知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，以作完善。

關(guān)鍵詞

ATM89C52；共陰數(shù)碼管；keil軟件；晶體振蕩器;

目錄

1主要元器件介紹…………1

1.1AT89C52芯片概述…………2

1.2LED數(shù)碼管顯示器概述……………………3

1.3其他元器件介紹及參數(shù)……………………4

2單片機(jī)的最小系統(tǒng)與復(fù)位電路……5

2.1最小系統(tǒng)……………………6

2.2復(fù)位電路設(shè)計(jì)………………7

2.3顯示電路設(shè)計(jì)………………8

2.4總體硬件電路設(shè)計(jì)…………9

3keil軟件……………………10

4程序框圖……………………11

5軟件程序…………………12

6教材及參考書………………13

7感悟……………14

1主要元器件介紹

1.1ATM89C52芯片概述

ATM89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得ATM89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。ATM89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，ATM89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。8位微控制器8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程FlashATM89C52P0口：P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏

輯電平。對(duì)P0端口寫“1〞時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。

當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，

P0具有內(nèi)部上拉電阻。

在flash編程時(shí)，P0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)

時(shí)，需要外部上拉電阻。

P1口：P1口是一個(gè)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(dòng)4個(gè)

TTL邏輯電平。對(duì)P1端口寫“1〞時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入

口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流〔IIL〕。

此外，P1.0和P1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入〔P1.0/T2〕和時(shí)器/計(jì)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(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。

引腳號(hào)第二功能

P1.0T2〔定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入〕，時(shí)鐘輸出

P1.1T2EX〔定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制〕

P1.5MOSI〔在系統(tǒng)編程用〕

P1.6MISO〔在系統(tǒng)編程用〕

P1.7SCK〔在系統(tǒng)編程用〕

P2口：P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)

TTL邏輯電平。對(duì)P2端口寫“1〞時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入

口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流〔IIL〕。

在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器〔例如執(zhí)行MOVX@DPTR〕

時(shí)，P2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用

8位地址〔如MOVX@RI〕訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。

在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。

P3口：P3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，p3輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)

TTL邏輯電平。對(duì)P3端口寫“1〞時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入

口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流〔IIL〕。

P3口亦作為ATM89C52特殊功能〔第二功能〕使用，如下表所示。

在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。

端口引腳第二功能

P3.0RXD(串行輸入口)

P3.1TXD(串行輸出口)

P3.2INTO(外中斷0)

P3.3INT1(外中斷1)

P3.4TO(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0)

P3.5T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1)

P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)

P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)

此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。

RST——復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)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(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。

對(duì)FLASH存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖〔PROG〕。

如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能存放器〔SFR〕區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無(wú)效。

PSEN——程序儲(chǔ)存允許〔PSEN〕輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C52由外部程序存儲(chǔ)器取指令〔或數(shù)據(jù)〕時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次PSEN信號(hào)。

EA/VPP——外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲(chǔ)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(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。

如EA端為高電平〔接Vcc端〕，CPU那么執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。

FLASH存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。

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(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的上下電平要求的寬度。

1.2LED數(shù)碼管顯示器概述

本設(shè)計(jì)中采用的是共陰兩位數(shù)碼管

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(shí)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(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。

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(yáng)極段碼

共陰極段碼

字型

共陽(yáng)極段碼

0

C0H

3FH

9

90H

1

F9H

06H

A

88H

2

A4H

5BH

B

83H

3

B0H

4FH

C

C6H

4

99H

66H

D

A1H

5

92H

6DH

E

86H

6

82H

7DH

F

84H

7

F8H

07H

空白

FFH

8

80H

7FH

P

8CH

數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式：靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示那么需要5×8＝40根I/O端口來(lái)驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)89S51單片機(jī)可用的I/O端口才32個(gè)呢：〕，實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。

1.3其他元器件介紹及參數(shù)

晶振，電容，電阻排，電解電容，開關(guān)，asp接口，按鍵

晶振采用頻率為12MHZ，連接的兩個(gè)電容為22pF；電解電容為10uF；

2單片機(jī)的最小系統(tǒng)與復(fù)位電路

2.1最小系統(tǒng)

最小系統(tǒng)就是單片機(jī)在發(fā)揮具體測(cè)控功能時(shí)所必須的組成局部。為復(fù)位電路，振蕩電路，單片機(jī)，I/O口，電源組成。

時(shí)鐘頻率電路的設(shè)計(jì)

單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路，只要外界一個(gè)振蕩源就能產(chǎn)生一定的時(shí)鐘信號(hào)送到單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)單元，決定單片機(jī)的工作速度。時(shí)鐘電路如以下圖：

外部震蕩源電路

一般選用石英晶體振蕩器。此電路在加電大約延遲10ms后振蕩器起振，在XTAL2引腳產(chǎn)生幅度為3V左右的正弦波時(shí)鐘信號(hào)，其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。電路中兩個(gè)電容C1、C2的作用有兩個(gè)：一是幫助振蕩器起振；二是對(duì)振蕩器的頻率進(jìn)行微調(diào)。C1、C2的典型值為30pf。

單片機(jī)在工作時(shí)，有內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生或由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時(shí)鐘信號(hào)的周期稱為時(shí)鐘周期。其大小是時(shí)鐘信號(hào)頻率的倒數(shù)，f表示。圖中的時(shí)鐘頻率為12MHz，即f=12MHz，那么時(shí)鐘周期為1/12us。

2.2復(fù)位電路設(shè)計(jì)

單片機(jī)的第九腳RES為硬件復(fù)位端，只要將該端持續(xù)4個(gè)機(jī)器周期的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，復(fù)位后單片機(jī)的各狀態(tài)都恢復(fù)到初始化狀態(tài)，其電路圖如下：

圖中由按鍵S17以及電解電容C10構(gòu)成了高電平復(fù)位或S18以及C11構(gòu)成了低電平復(fù)位電路。其中通過(guò)跳線J13選擇由于單片機(jī)是高電平復(fù)位還是低電平復(fù)位。所以當(dāng)按下S17時(shí)，單片機(jī)的9腳RESET管腳處于高電平，此時(shí)單片機(jī)處于復(fù)位狀態(tài)。當(dāng)上電后，由于電容緩慢充電，單片機(jī)的9腳電壓逐步由高向低轉(zhuǎn)化，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，單片機(jī)的9腳處于穩(wěn)定的低電平狀態(tài)，此時(shí)單片機(jī)上復(fù)位完畢，系統(tǒng)程序從0000H開始執(zhí)行。

值得注意的是，在設(shè)計(jì)當(dāng)中使用到了硬件復(fù)位和軟件復(fù)位兩種功能，由上面的硬件復(fù)位后的各狀態(tài)可知存放器及存儲(chǔ)器的值都恢復(fù)到了初始值，而前面的功能介紹中提到的倒計(jì)時(shí)時(shí)間的記憶功能。

單片機(jī)的第九腳RES為硬件復(fù)位端，只要將該端持續(xù)4個(gè)機(jī)器周期的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，復(fù)位后單片機(jī)的各狀態(tài)都恢復(fù)到初始化狀態(tài)。

2.3顯示電路設(shè)計(jì)

顯示功能與硬件關(guān)系極大，當(dāng)硬件固定后，如何在不引起操作者誤解的前提下提供盡可能豐富的信息，全靠軟件來(lái)解決。

數(shù)碼管顯示電路如以下圖：

在這里我們使用的是七段數(shù)碼管顯示，通常在顯示上我們采用的方法一般包括兩種：一種是靜態(tài)顯示，另一種是動(dòng)態(tài)顯示。其中靜態(tài)顯示的特點(diǎn)是顯示穩(wěn)定不閃爍，程序編寫簡(jiǎn)單，但占用端口資源多；動(dòng)態(tài)顯示的特點(diǎn)是顯示穩(wěn)定性沒靜態(tài)好，程序編寫復(fù)雜，但是相對(duì)靜態(tài)顯示而言占用端口資源少。在本設(shè)計(jì)中根據(jù)實(shí)際情況采用的是動(dòng)態(tài)顯示方法。

2.4總體硬件電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)由單片機(jī)I/O口擴(kuò)展系統(tǒng)、LED數(shù)碼顯示系統(tǒng)、按鍵系統(tǒng)、復(fù)位系統(tǒng)等幾大局部組成。軟件上采用匯編語(yǔ)言編程，經(jīng)過(guò)整機(jī)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了99秒倒計(jì)時(shí)及復(fù)位功能。

3keil軟件使用

Keil軟件用于對(duì)程序的調(diào)試和編輯。其界面如下：

Keil界面

用到了Keil軟件，集成調(diào)試環(huán)境，集成了編輯器、譯碼器、調(diào)試器，支持軟件模擬，支持工程管理功能強(qiáng)大的觀察窗口，支持所有的數(shù)據(jù)類型。樹狀結(jié)構(gòu)顯示，一目了然，支持ASM〔匯編〕、C語(yǔ)言多模塊源程序混合調(diào)試，在直接修改、編譯、調(diào)試源程序，錯(cuò)誤指令定位。功能很強(qiáng)大，

4程序框圖

開始

程序初始化

是否產(chǎn)生外部中斷

是否進(jìn)入工作狀態(tài)

進(jìn)入設(shè)定狀態(tài)

判斷是否足夠1秒

倒計(jì)時(shí)時(shí)間減1

是否到0

返回

是

是

否

否

是

否

是

否

設(shè)定子程序流程圖〔按鍵處理〕按S3

初始化

按S17

暫停

返回

5軟件程序

ORG0000H

LJMPMAIN

ORG0003H

LJMPINTR0

ORG000BH

LJMPINTRR1

ORG0100H

MAIN:

MOV20H,#99

MOV21H,#9

MOV22H,#9

MOVTH0,#8AH

MOVTL0,#0D8H

MOVTMOD,#01H

MOVR7,#20

SETBET0；T0中斷允許

SETBEA；CPU中斷允許〔總允許〕位

SETBIT0;開中斷〔邊沿觸發(fā)〕

SETBEX0；INT0中斷允許

SETBTR0

DISPLAY:

MOVR1,#01H

MOVDPTR,#TAB

MOVA,21H

MOVCA,@A+DPTR

MOVP0,A

MOVP2,R1

LCALLD10ms

MOVR1,#0

MOVDPTR,#TAB

MOVA,22H

MOVCA,@A+DPTR

MOVP0,A

MOVP2,R1

LCALLD10ms

JMPDISPLAY

;遞減，溢出那么清0

INTR1:DJNZR7,L3

DEC20H

MOVA,20H

CLRC

SUBBA,#0

JZL2

;TOBCD轉(zhuǎn)碼

MOVA,20H

MOVB,#10

DIVAB

MOV21H,B

MOV22H,A

MOVR7,#20

JMPL3

L2:MOV20H,#99

MOV21H,#9

MOV22H,#9

MOVR7,#20

L3:MOVTH0,#8AH

MOVTL0,#0D8H

RETI

;延時(shí)程序

D10ms:MOVR6,#10

D1ms:MOVR5,#20

DL:NOP

NOP

DJNZR5,DL

DJNZR6,D1ms

RET

INTR0:CPLTR0

RETI

；顯示碼表

TAB:DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH

DB6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H,40H,00H

END

6教材及參考書

[1]胡漢才，單片機(jī)原理及其接口技術(shù)，清華大學(xué)出版社

[2]鄒逢興，微型計(jì)算機(jī)接口原理與技術(shù)，國(guó)防科技大學(xué)出版社

[3]閻凱，微型計(jì)算機(jī)硬件設(shè)計(jì)原理分析與維修，科學(xué)出版社

[4]何立民，MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)配置與接口技術(shù)，北京航空航天大學(xué)出版社

[5]沈德金，MCS-51系列單片機(jī)接口電路與應(yīng)用程序?qū)嵗?，北京航空航天大學(xué)出版社

7感悟

回憶起此次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，我仍感慨頗多，學(xué)到了很多的東西。同時(shí)不僅穩(wěn)固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且還學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中才發(fā)現(xiàn)，書本上理論性的東西與在實(shí)際運(yùn)用中的還是有一定的出入的，所以有些問題不但要深入地理解，而且要不斷地更正以前的錯(cuò)誤思維。一切問題必須要靠自己一點(diǎn)一滴的解決，而在解決的過(guò)程當(dāng)中你會(huì)發(fā)現(xiàn)自己在飛速的提升。對(duì)于單片機(jī)設(shè)計(jì)，其硬件電路是比較簡(jiǎn)單的，主要是解決程序設(shè)計(jì)中的問題，而程序設(shè)計(jì)是一個(gè)很靈活的東西，提升了解決問題的邏輯思維和創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)合作精神，它才是一個(gè)設(shè)計(jì)的靈魂所在。因此可以說(shuō)