單片機(jī)經(jīng)典數(shù)字定時(shí)器課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　一、設(shè)計(jì)要求1</b></p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容要求1</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)方案思路1</p><p>　　二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)1</p><p>　　2.1 硬件電路的總體設(shè)計(jì)方案及框圖1</p><p>　　2.2 各單元硬件設(shè)計(jì)2

2、</p><p>　　2.2..1 復(fù)位電路設(shè)計(jì)2</p><p>　　2.2.2 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)2</p><p>　　2.2.3 顯示電路設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.2.4 主要硬件元器件介紹3</p><p>　　三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.1 主程序流程圖8

3、</p><p>　　3.2定時(shí)子程序流程圖8</p><p>　　3.3 定時(shí)器完整程序11</p><p>　　四、系統(tǒng)軟件仿真14</p><p><b>　　五、總結(jié)16</b></p><p><b>　　六、參考文獻(xiàn)16</b></p>&

4、lt;p>　　附錄一：七段數(shù)碼管字型碼17</p><p>　　附錄二：元器件清單17</p><p>　　摘要：本次課程設(shè)計(jì)是基于8051單片機(jī)控制的電子定時(shí)器設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中應(yīng)用了單片中斷及LED顯示等技術(shù)，經(jīng)歷了方案設(shè)計(jì)、電路硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、軟件仿真等過(guò)程，經(jīng)過(guò)此次課程設(shè)計(jì)掌握了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程如圖所示：</p><p&

5、gt;<b>　　一、設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求</p><p>　　以89C51單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)一個(gè)定時(shí)器，4位LED顯示，分別顯示10分，</p><p>　　分，10秒，秒。定時(shí)范圍從1秒到59分59秒，有按鍵設(shè)置定時(shí)時(shí)間，按開(kāi)始鍵后開(kāi)始計(jì)時(shí)，每過(guò)一秒刷新一次定時(shí)時(shí)間，若計(jì)時(shí)時(shí)間到，停止計(jì)時(shí)，并在LED

6、上顯示定時(shí)的時(shí)間。</p><p><b>　　儀器工作過(guò)程：</b></p><p>　　通電或復(fù)位狀態(tài)顯示0000；</p><p>　　由按鍵設(shè)置定時(shí)時(shí)間；</p><p>　　定時(shí)開(kāi)始鍵按下，開(kāi)始定時(shí)，每一秒刷新一次計(jì)時(shí)時(shí)間；</p><p>　　定時(shí)時(shí)間到，停止計(jì)時(shí)，4位LED顯示設(shè)定時(shí)

7、間；</p><p>　　復(fù)位后恢復(fù)初始狀態(tài)，準(zhǔn)備進(jìn)行下一次定時(shí)。</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)方案及思路</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本系統(tǒng)初步設(shè)定由單片機(jī)系統(tǒng)、鍵0——3、LED顯示組成。</p><p>　　1、按鍵的輸入：鍵0——3四個(gè)鍵作為時(shí)間設(shè)定的控制鍵，由P1口輸入</p><p>　　2、定時(shí)

8、的顯示電路：8051顯示電路由4位共陰極數(shù)碼管顯示，由8051的串</p><p>　　行口輸出，并通過(guò)74LS164八位移位寄存器輸入給數(shù)碼管</p><p><b>　　二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1 硬件電路的總體設(shè)計(jì)方案及框圖</p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案很重要，關(guān)系設(shè)計(jì)

9、接下來(lái)的操作程序，一下就是本設(shè)計(jì)的總體框架。</p><p>　　按照設(shè)計(jì)要求，確定硬件電路的總體設(shè)計(jì)方案，以8051單片機(jī)為核心的控制電路，設(shè)計(jì)總框圖如圖1所示，此定時(shí)電路包含：復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、按鍵輸入、顯示電路，這些控制電路將在硬件電路主要模塊設(shè)計(jì)中詳細(xì)介紹。</p><p><b>　　圖1 設(shè)計(jì)總框圖</b></p><p>　　

10、2.2 各單元硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　2.2..1 復(fù)位電路設(shè)計(jì)</p><p>　　單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開(kāi)始工作。8051系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)

11、位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位（如圖2所示）和上電自動(dòng)復(fù)位（如圖3所示）等。在本系統(tǒng)中采用手動(dòng)按鈕復(fù)位。</p><p>　　圖2 手動(dòng)按鈕復(fù)位 圖3 上電自動(dòng)復(fù)位</p><p>　　2.2.2 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)</p><p>　　時(shí)鐘電路時(shí)計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏，CPU就是通過(guò)復(fù)雜的時(shí)序電路完成不同的

12、指令功能的。MCS-51的時(shí)鐘信號(hào)可以由兩種方式產(chǎn)生：一種是內(nèi)部方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)；另一種為外部方式，時(shí)鐘信號(hào)由外部引入。MCS-51單片機(jī)有HMOS型和CHMOS型，他們的時(shí)鐘電路有一定的區(qū)別。</p><p>　?。?）、內(nèi)部時(shí)鐘方式</p><p>　　內(nèi)部方式的時(shí)鐘電路如圖4所示。利用MCS-51內(nèi)部的高增益反相放大器，在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時(shí)

13、元件，內(nèi)部振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。定時(shí)元件一般采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。</p><p>　?。?）、外部時(shí)鐘方式</p><p>　　外部時(shí)鐘方式常用于多機(jī)系統(tǒng)，以便各個(gè)單片機(jī)能夠同步工作。對(duì)外部振蕩信號(hào)無(wú)特殊要求，但需保證脈沖寬度不小于20ns，且頻率應(yīng)低于單片機(jī)所支持的最高頻率。電路如圖5所示。</p><p>　　圖4 內(nèi)部時(shí)鐘方式

14、 圖5 外部時(shí)鐘方式</p><p>　　2.2.3 顯示電路設(shè)計(jì)</p><p>　　8051顯示電路由4位共陰極數(shù)碼管顯示，由8051的串行口輸出，并通過(guò)</p><p>　　74LS164八位移位寄存器輸入給數(shù)碼管。如圖6所示：</p><p><b>　　圖6 顯示電路</b><

15、;/p><p>　　2.2.4 主要硬件元器件介紹</p><p>　?。?）單片機(jī)STC89C51芯片</p><p>　　8051單片機(jī)引腳圖如圖7所示</p><p>　　圖7 8051單片機(jī)引腳圖</p><p>　　1、主電源引腳VCC和VSS </p><p>　　VCC——（40腳）

16、接+5V電壓； </p><p>　　VSS——（20腳）接地。 </p><p>　　2、外接晶體引腳XTAL1和XTAL2 </p><p>　　XTAL1（19腳）接外部晶體的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。。 </p><p>　　XTAL2（18腳）接外晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至

17、上述振蕩器的反相放大器的輸出端。</p><p>　　3、控制或與其它電源復(fù)用引腳RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP </p><p>　?、賀ST/VPD（9腳）復(fù)位/備用電源輸入端 </p><p>　?、贏LE/PROG（30腳）：低8位地址鎖存使能輸出端 </p><p>　　③PSEN（29腳）：外部程序存儲(chǔ)器

18、的讀選通信號(hào)。</p><p>　?、蹺A/VPP（引腳）：外部程序存儲(chǔ)器地址允許使能端</p><p>　　4、輸入/輸出（I/O）引腳P0、P1、P2、P3（共32根） </p><p>　　①P0口（39腳至32腳）：漏極開(kāi)路的8位準(zhǔn)雙向復(fù)用I/O口</p><p>　?、赑1口（1腳至8腳）：內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口<

19、/p><p>　　③P2口（21腳至28腳）：內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向復(fù)用I/O口</p><p>　?、躊3口（10腳至17腳）：內(nèi)部帶上拉電阻的8位多功能雙向I/O口</p><p><b>　?。?）七段數(shù)碼管</b></p><p>　　①七段數(shù)碼管引腳圖如圖8所示：</p><p>　　圖

20、8 其段數(shù)碼管引腳圖</p><p>　?、谄叨螖?shù)碼管字型碼（見(jiàn)附錄一）</p><p>　　（3）移位寄存器74LS164</p><p>　?、?4LS164引腳圖，如圖9所示</p><p>　　圖9 74LS164引腳圖 圖10 74LS164功能表</p><p>　　

21、②74LS164功能表，如圖10所示</p><p>　　2.3 EDA輔助設(shè)計(jì)</p><p>　　EDA是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（Electronic Design Automation）的縮寫(xiě)，在20世紀(jì)60年代中期從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（CAT）和計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）的概念發(fā)展而來(lái)的</p><p>　　EDA技術(shù)就

22、是以計(jì)算機(jī)為工具，設(shè)計(jì)者在EDA軟件平臺(tái)上，用硬件描述語(yǔ)言HDL完成設(shè)計(jì)文件，然后由計(jì)算機(jī)自動(dòng)地完成邏輯編譯、化簡(jiǎn)、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至對(duì)于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。EDA技術(shù)的出現(xiàn)，極大地提高了電路設(shè)計(jì)的效率和可操作性，減輕了設(shè)計(jì)者的勞動(dòng)強(qiáng)度。</p><p>　　在此次課程設(shè)計(jì)中，將主要使用PROTEL99SE來(lái)進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)。</p><p&g

23、t;　　PROTEL為設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)集成的電路設(shè)計(jì)環(huán)境，包括原理圖設(shè)計(jì)和PCB布線工具、電路仿真和集成的設(shè)計(jì)文檔管理。</p><p>　　2.3.1 定時(shí)器的原理圖</p><p>　?。?）原理圖繪制的流程圖如圖11所示</p><p>　?。?）定時(shí)器原理圖如圖12所示</p><p>　　2.3.2 定時(shí)器的PCB圖</p&g

24、t;<p>　?。?）PCB繪制流程圖如圖13所示</p><p>　　（2）PCB板如圖14所示</p><p>　　圖11 電路圖繪制流程圖 圖13 PCB制作流程圖</p><p>　　圖12 定時(shí)器電路原理圖</p><p>　　圖14 定時(shí)器的PCB板</p><

25、p><b>　　三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 主程序流程圖</p><p>　　主程序流程圖如圖15所示</p><p>　　3.2定時(shí)子程序流程圖</p><p>　　定時(shí)子程序流程圖如圖16所示</p><p>　　圖15 主程序流程圖</p>&

26、lt;p>　　圖16 定時(shí)子程序流程圖</p><p>　　3.3 定時(shí)器完整程序</p><p>　　ORG0000H</p><p>　　LJMP0030H</p><p>　　/********************************************</p><p>　　******

27、***************主程序******************</p><p>　　**********************************************/</p><p>　　ORG0030H</p><p>　　START:MOV30H,#0 ;30H~33H清零</p><p>　　MOV

28、31H,#0</p><p>　　MOV32H,#0</p><p>　　MOV33H,#0</p><p>　　LCALLDIR0;調(diào)用顯示子程序</p><p>　　AA:JNBP1.0,AA0 ;檢測(cè)按鍵，若有按鍵按下則跳轉(zhuǎn)至相應(yīng)的程序</p><p>　　JNBP1.1,AA1<

29、/p><p>　　JNBP1.2,AA2</p><p>　　JNBP1.3,AA3</p><p>　　JNBP1.4,AA4</p><p>　　LJMPAA;循環(huán)檢測(cè)按鍵</p><p>　　AA0:INC30H;按鍵0按下時(shí)，30H自動(dòng)加一</p><p><

30、;b>　　MOVA,30H</b></p><p>　　CJNEA,#10,AA00;若秒小于10,調(diào)用顯示程序</p><p>　　MOV30H,#0;若秒大于等于10,則30H清零</p><p>　　AA00:LCALLDIR0;調(diào)用顯示子程序</p><p>　　LCALLDLYR;調(diào)用延時(shí)

31、程序</p><p>　　LJMPAA;循環(huán)檢測(cè)按鍵</p><p>　　AA1:INC31H;按鍵1按下，31H自動(dòng)加1并執(zhí)行相應(yīng)顯示程序</p><p>　　MOVA,31H</p><p>　　CJNEA,#6,AA11;若秒小于6,調(diào)用顯示程序</p><p>　　MOV31H,#

32、0;若秒大于等于6,則3H清零</p><p>　　AA11:LCALLDIR0</p><p>　　LCALLDLYR</p><p><b>　　LJMPAA</b></p><p>　　AA2:INC32H;按鍵2按下32H自動(dòng)加1并執(zhí)行相應(yīng)顯示程序</p><p>

33、;<b>　　MOVA,32H</b></p><p>　　CJNEA,#10,AA22;若秒小于10,調(diào)用顯示程序</p><p>　　MOV32H,#0</p><p>　　AA22:LCALLDIR0</p><p>　　LCALLDLYR</p><p><b>　

34、　LJMPAA</b></p><p>　　AA3:INC33H;按鍵3按下33H自動(dòng)加1并執(zhí)行相應(yīng)顯示程序</p><p><b>　　MOVA,33H</b></p><p>　　CJNEA,#6,AA33;若秒小于6,調(diào)用顯示程序</p><p>　　MOV33H,#0;若秒

35、大于等于6,則3H清零</p><p>　　AA33:LCALLDIR0</p><p>　　LCALLDLYR</p><p><b>　　LJMPAA</b></p><p>　　AA4:LCALLDS00;調(diào)用定時(shí)子程序</p><p>　　LJMPAA;檢測(cè)按鍵

36、</p><p>　　/********************************************</p><p>　　*********************定時(shí)子程序*************</p><p>　　*********************************************/</p><p>

37、　　DS00:MOV40H,30H</p><p>　　MOV41H,31H</p><p>　　MOV42H,32H</p><p>　　MOV43H,33H</p><p>　　MOV30H,#0;30H~33H清零</p><p>　　MOV31H,#0</p><p&

38、gt;　　MOV32H,#0</p><p>　　MOV33H,#0</p><p>　　DS11:LCALLDIR0;調(diào)用顯示程序</p><p>　　LCALLDLYR;調(diào)用延時(shí)程序</p><p>　　LCALLDLYR</p><p><b>　　INC30H</b>

39、</p><p><b>　　MOVA,30H</b></p><p>　　CJNEA,#10,GR</p><p>　　MOV30H,#0</p><p><b>　　INC31H</b></p><p><b>　　MOVA,31H</b>

40、</p><p>　　CJNEA,#6,GR</p><p>　　MOV31H,#0</p><p><b>　　INC32H</b></p><p><b>　　MOVA,32H</b></p><p>　　CJNEA,#10,GR</p><

41、p>　　MOV32H,#0</p><p><b>　　INC33H</b></p><p>　　GR:MOVA,33H;判斷是否到定時(shí)時(shí)間</p><p>　　CJNEA,43H,DS11</p><p><b>　　MOVA,32H</b></p>&l

42、t;p>　　CJNEA,42H,DS11</p><p><b>　　MOVA,31H</b></p><p>　　CJNEA,41H,DS11</p><p><b>　　MOVA,30H</b></p><p>　　CJNEA,40H,DS11</p><p&

43、gt;　　LCALLDIR0</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　/******************************************</p><p>　　*********************顯示子程序**************</p><p>　　********

44、*************************************/</p><p>　　DIR0:MOVSCON,#0;使用串行方式輸出顯示數(shù)碼</p><p>　　MOVR0,#30H</p><p><b>　　MOVR7,#4</b></p><p>　　L1:MOVA,@R0<

45、/p><p>　　MOVDPTR,#TAB</p><p>　　MOVCA,@A+DPTR</p><p>　　MOVSBUF,A</p><p>　　JNBTI,$;等待發(fā)送數(shù)據(jù)完成</p><p>　　CLRTI;發(fā)送請(qǐng)求標(biāo)志清零</p><p><b>　

46、　INCR0</b></p><p>　　DJNZR7,L1</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　TAB:DB3FH,06H,5BH,4FH,66H;0~9這十個(gè)數(shù)字的字型碼</p><p>　　DB60H,70H,07H,7FH,6FH</p><p

47、><b>　　RET</b></p><p>　　/*******************************************</p><p>　　*********************延時(shí)0.5s子程序*********</p><p>　　***************************************

48、******/</p><p>　　DLYR:MOVR5,#125</p><p>　　DELY:MOVR7,#100</p><p>　　DLY0:MOVR6,#50</p><p>　　DLY1:DJNZR6,DLY1</p><p>　　DJNZR7,DLY0</p><p

49、>　　DJNZR5,DELY</p><p><b>　　RET</b></p><p><b>　　END</b></p><p><b>　　四、系統(tǒng)軟件仿真</b></p><p>　　Proteus是多功能的EDA軟件，真正實(shí)現(xiàn)了虛擬物理原型功能，在目標(biāo)<

50、/p><p>　　板還沒(méi)有制作之前，就可以對(duì)所設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)的功能、合理性和性能指標(biāo)進(jìn)行充分調(diào)整，并可以在沒(méi)有硬件電路的情況下，進(jìn)行相應(yīng)的程序設(shè)計(jì)與調(diào)試，可由仿真原理圖直接導(dǎo)出繪制成印制電路板（PCB）。虛擬物理原型，對(duì)于單片機(jī)的設(shè)計(jì)來(lái)講可以節(jié)約成本，縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，提高設(shè)計(jì)效率，降低開(kāi)發(fā)成本。當(dāng)然，Proteus的仿真與真實(shí)的電路由一定的出入，如在本次仿真中，數(shù)碼管的限流電阻選用的是10歐姆的，而實(shí)際中應(yīng)選擇240歐

51、</p><p><b>　　姆的電阻。</b></p><p>　　仿真電路圖如圖17所示：</p><p>　　圖17 仿真電路圖</p><p><b>　　五、總結(jié)</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際</

52、p><p>　　問(wèn)題，鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程。</p><p>　　回顧此次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多的知識(shí)，不僅可以鞏固以前所學(xué)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書(shū)本上沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，更深刻的理解了理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性，鍛煉了自己的實(shí)際動(dòng)手能力。</p><p><b&g

53、t;　　六、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 薛曉書(shū)，單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用. 西安：西安交通大學(xué)出版社，2004.</p><p>　　[2] 胡健，單片機(jī)原理及接口技術(shù). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.</p><p>　　[3]鄭一力，馮海峰等，Protel99SE電路設(shè)計(jì)與制版. 北京：人民郵電出版社，2008.&l