LED数字倒计时器单片机课程设计(共23页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上课程设计任务书学生姓名: 向伟杰 专业班级: 机自xs1101班 指导教师: 徐汉斌 工作单位: 机电工程学院 题 目: LED数字倒计时器设计初始条件:1采用MCS51作为主控芯片; 2采用LED数码管显示倒计时,倒计时范围24:00:00; 3可调任意设定定时时间,要具有定时提醒功能,定时到2s报警功能。要求完成的主要任务: 1、 查阅参考资料,自学相关可编程接口芯片的内部结构、工作方式和初始化编程过程;2、 根据设计系统的具体功能和性能参数,明确设计目标;3、 单片机系统及其扩展接口电路设计,绘制系统硬件原理图;4、 编制系统控制源程序,绘制源程序流程图,包括初
2、始化和监控程序;5、 撰写设计说明书(包括参考资料目录,字数不少于5000字)时间安排:(两周)序号内 容所用时间(天)1查阅资料,学习相关芯片知识22系统及扩展电路硬件设计33初始化程序和应用程序设计34相关硬件电路和程序调试35课程设计答辩1合计12指导教师签名: 2013年 12 月 27 日系主任(或责任教师)签名: 年 月 日目 录1 LED数字倒计时器的功能及需求分析12 LED数字倒计时器的设计方案22.1 LED数字倒计时器的组成22.2 LED数字倒计时器的系统设计图2 3 LED数字倒计时器硬件电路设计与主要元器件分析33.1 AT89C51单片机33.2 晶振电路83.3
3、 复位电路93.4 按键电路103.5 数码管显示电路113.6 蜂鸣电路134 LED数字倒计时器系统仿真图145 LED数字倒计时器原件清单156 LED数字倒计时器的软件设计166.1程序流程图166.2 程序清单177 总结228 参考文献239 评分表241.LED数字倒计时器的功能及需求分析1.1 功能分析:可实现倒计时功能,计时时间可通过按键进行设定,设定完成后启动倒计时,倒计时还剩下两秒时,蜂鸣电路会报警提示。(1)可实现倒计时功能:本设计的LED数字倒计时采用六位数码管显示时间,分别显示小时、分钟、秒钟,最大的倒计时时间为24小时,倒计时时间为24小时内任意时间可调。(2)计
4、时时间可通过按键进行设定: 通过运用独立的按键控制时,分,秒的设定。按键B1控制小时让小时以加一方式设定,按键B2控制分钟让分钟以加一方式设定,按键B3控制秒让秒以加一方式设定,按键B4控制定时器开关。 (3)设定完成后启动倒计时:通过按下独立按键k4控制倒计时器开关,按一下开始倒计时。(4)当倒计时时间还剩下两秒时,蜂鸣电路会报警,这些功能都是通过软件实现的。LED数字倒计时器的功能,原理上,和电子表的闹钟定时功能没什么两样,但是,与之不同的是,LED数字倒计时器不仅具有提醒功能,还能直接倒计时显示,还有多长时间到达设置的时间,并且,能够通过按钮调节,24小时内任意倒计时时间均可以调节,可以
5、调节小时、分钟以及秒钟,有按钮复位,能够实现取消定时,有按钮能够实现开始倒计时。1.2 需求分析近年来随着计算机在社会领域的渗透,单片机的应用正在不断深入人们的生活,同时带动传统控制检测日新月异。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中,单片机往往作为一个核心部件来使用,仅单片机方面的知识是不够的,还应根据具体硬件结构,针对具体应用特点与软件结合。本次课程设计研究了LED数字倒计时器的设计与制作,此方案线路简单,成本低,应用前景广阔。例如,在所有大学以及初高中的每个教室里都可以安装一个LED数字倒计时器,教室前面有个大的LED数字倒计时器,在平时不仅可以同学们还有多长时间上课下课,更主要的是,能
6、在学校的考试或者十分重要的大型考试,如中考,高考,四六级考试,公务员考试,研究生考试等中发挥重要作用,方便考生把握考试时间发挥出最好的水平。总而言之,LED数字倒计时器,在未来会有十分广阔的前景。2.LED数字倒计时器的设计方案2.1 LED数字倒计时器的组成:a) AT89C51单片机b) 晶振电路c) 复位电路d) 按键电路e) 六位数码管显示电路f) 蜂鸣器电路2.2 LED数字倒计时器的系统设计图 晶振电路数码管电路AT89C51复位电路按键电路蜂鸣电路 图 2.2 3. LED数字倒计时器硬件电路设计与主要元器件分析3.1 AT89C51单片机3.3.1 AT89C51的原理图图3.
7、3.13.3.1 AT89C51的原理和性能介绍(一) AT89C51的原理a) VCC:供电电压。b) GND:接地。c) P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时,被定义为输入。P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时,P0 口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。d) P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,
8、这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。e) P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。f) P3口:P3口管脚是
9、8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下表所示:口管脚备选功能P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 /INT0(外部中断0)P3.3 /INT1(外部中断1)P3.4 T0(记时器0外部输入)P3.5 T1(记时器1外部输入)P3.6 /WR(外部数据存储器写选通)P3.7 /RD(外部数据存储器读选通)P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。g)
10、 RST:复位输入。当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 h) ALE/PROG:当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时, ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外,该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。 i) /PS
11、EN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。j) /EA/VPP:当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。 k) XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。l) XTAL2:来自反向振荡器的输出。(二) AT89C51的性能分析a) 主要特点:AT89C51
12、是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。b) 振荡器特性: TAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大为片内振荡器。振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件,XTAL2应不
13、接。有余输入至内部要通过一个二分频触发器,因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求,但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。c) 芯片擦除:整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合,并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中,代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前,该操作必须被执行。此外,AT89C51设有稳态逻辑,可以在低到零频率的条件下静态逻辑,支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下,CPU停止工作。但RAM,定时器,计数器,串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下,保存RAM的内容并且冻结振荡器,禁止所用其他芯片功能,直到下一个硬件复位为止。3.
14、2 晶振电路3.2.1晶振电路原理图图3.2.13.2.2晶振电路分析 a) 晶振电路的原理:晶振是通过电激励来产生固定频率的机械振动,而振动又会产生电流反馈给电路,电路接到反馈 后进行信号放大,再次用放大的电信号来激励晶振机械振动,晶振再将振动产生的电流反馈给电路,如此这般。当电路中的激励电信号和晶振的标称频率相同时,电 路就能输出信号强大,频率稳定的正弦波。整形电路再将正弦波变成方波送到数字电路中供其使用。b) 晶振电路的特点:晶振是石英振荡器的简称,英文名为Crystal,晶振分为有源晶振和无源晶振两种,其作用是在电路产生震荡电流,发出时钟信号。它是时钟电路中最重要的部件,它的作用是向I
15、C等部件提供基准频率,它就像个标尺,工作频率不稳定会造成相关设备工作频率不稳定,自然容易出现问题。由于制造工艺不断提高,现在晶振的频率偏差、温度稳定性、老化率、密封性等重要技术指标都很好,已不容易出现故障,但在选用时仍可留意一下晶振的质量。3.3复位电路3.3.1复位电路的原理图 图3.3.13.3.2复位电路的原理和作用a) 复位电路的原理:系统上电时提供复位信号,直至系统电源稳定后,撤销复位信号。为可靠起见,电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号,以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。RC复位电路可以实现上述基本功能,但解决不了电源毛刺和电源缓慢下降(电池电压不足)等问
16、题,而且调整 RC 常数改变延时会令驱动能力变差。左边的电路为高电平复位有效,右边为低电平有效, 复位按键为手动复位开关,电容可避免高频谐波对电路的干扰。b) 复位电路的作用:复位电路是为确保微机系统中电路稳定可靠工作必不可少的一部分,复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为5V5%,即4.755.25V。由于微机电路是时序数字电路,它需要稳定的时钟信号,因此在电源上电时,只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时,复位信号才被撤除,微机电路开始正常工作。3.4 按键电路3.4.1 按键电路的原理图 图3.4.13.4.2 按键电路的原理分析(一)
17、 按键电路的原理:按键B1/B2/B3/B4断开时,P1.0/P1.1/P1.2/P1.3输入为高电平;按键B1/B2/B3/B4闭合后,P1.0/P1.1/P1.2/P1.3输入为低电平。每按一次按键,就会有一次低电平,单片机就会对低电平计数,从而来调节定时时间。由于按钮是机械触点,当机械触点断开、闭合时,会有抖动动,这种抖动对于计算机来说,是完全能感应到的,因为计算机处理的速度是在微秒级,而机械抖动的时间至少是毫秒级。你只按了一次按钮,可是计算机却已执行了多次中断的过程,如果执行的次数正好是奇数次,那么结果正如你所料,如果执行的次数是偶数次,那就不对了,所以必须运用延时程序消除按键的抖动。
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