基于单片机的简易计时器设计(共30页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上 摘 要:单片机自70年代问世以来得到蓬勃发展,目前单片机功能正日渐完善:单片机集成越来越多资源,内部储存资源日益丰富,用户不需要扩充资源就可以完成项目开发,不仅是开发简单,产品小巧美观,同时抗干扰能力强,系统也更加稳定,使它更适合工业控制领域,具有更广阔的市场前景;提供在线编程能力,加速了产品的开发进程,为企业产品上市赢得了宝贵时间。本设计通过STC89C51单片机以及单片机最小系统和三极管驱动以及外围的按键和数码管显示等部件,设计一个基于单片机的简易计时器。设计通过四位一体共阳极数码管显示,并能通过按键对秒进行设置。关键词:STC89C51单片机,驱动,四位一体数
2、码管 Abstract:SCM be booming since since the 70 s, MCU functions are increasingly perfect at present: single chip microcomputer integrated more and more resources, internal storage resource increasingly rich, users do not need to expand resources can complete the project development, is not only the d
3、evelopment of simple, small beautiful products, at the same time, strong anti-jamming capability, system is more stable, make it more suitable for industrial control field, has a broad market prospect; Provide online programming ability, speeded up the process of product development, product for the
4、 enterprise to win the precious time. This design and triode driven by STC89C51 microcontroller and the single chip microcomputer minimum system and peripheral keys and digital tube display components, design a simple timer based on single chip microcomputer. Design through the four digital tube dis
5、play, a total of anode, and can through the button to set the seconds.Keywords: STC89C51 microcontroller, drive, Four digital tube专心-专注-专业 目 录引 言 时钟,自从它发明的那天起,就成为人类的朋友,但随着时间的推移,科学技术的不断发展,人们对时间计量的精度要求越来越高,应用越来越广。怎样让时钟更好的为人民服务,怎样让我们的老朋友焕发青春呢?这就要求人们不断设计出新型时钟。现今,高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器,由于电子钟,石英表,石英钟都采用了石
6、英技术,因此走时精度高,稳定性好,使用方便,不需要经常调校,数字式电子钟用集成电路计时时,译码代替机械式传动,用LED显示器代替显示器代替指针显示进而显示时间,减小了计时误差,这种表具有时,分,秒显示时间的功能,还可以进行时和分的校对,片选的灵活性好。一、 时间被认为是最宝贵的资源,为了对时间有更深刻的了解,同时也在电子方面有更深刻的认识,通过学习,本次设计主要介绍用单片机内部的定时/计数器来实现电子秒表的方法,本设计由单片机STC89C51芯片和LED数码管为核心,辅以必要的电路,构成了一个单片机电子秒表。相信它会越来越深入地浸透到人们的生活中,并且将在一定程度上影响人们对生活的理解和诠释。
7、用单片机制作电子产品也会越来越多,也是众多领域实施编程开发不可缺少的一部分,这将必然成为一种趋势。为更多的了解单片机的原理和应用,故做此设计来进行巩固。1.设计任务及基本要求 设计任务:掌握单片机程序设计、调试和应用电路设计、分析及调试检测。 基本要求:设计一按键控制数码管显示的计时器,能实现正计开始、暂停和清零等功能。2.系统基本方案选择与论证2.1 单片机选择方案一: 采用STC系列芯片作为硬件核心。STC系列内部具有8KB ROM 存储空间,512字节数据存储空间,带有2K字节的EEPROM存储空间,与MCS-51系列单片机完全兼容,STC系列可以通过串口下载。方案二:采用AT系列。AT
8、系列片内具有8K字节程序存储空间,256字节的数据存储空间没有EEPROM存储空间,也与MCS-51系列单片机完全兼容,具有在线编程可擦除技术。两种单片机都完全能够满足设计需要,STC系列相对AT系列价格便宜,且抗干扰能力强。考虑到成本因素,因此选用STC系列。2.2 显示模块选择方案和论证:方案一:采用点阵式数码管显示。点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成,对于显示文字比较适合,如采用在显示数字显得太浪费,且成本也相对较高,所以不用此种作为显示。方案二:采用LCD液晶显示屏。液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字,显示多样,清晰可见,但价格昂贵,所以也不用了LCD数码管作为显示。方案三
9、:采用LED数码管动态扫描。LED数码管价格便宜,对于显示数字最合适,功耗虽然较大,但足以完成显示,所以采用此种方案。3.主要元件介绍3.1 STC89C51介绍3.1.1 STC89C51主要功能及DIP封装STC89C51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash,使得STC89C51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能: 8k字节Flash,512字节RAM, 32 位I/O 口线,内置4KB EEPROM,MAX810复位电路,三个16 位 /计数
10、器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口。另外 STC89X51 可降至0Hz 静态逻辑操作,支持2种可选择节电模式。空闲模式下,CPU 停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35Mhz,6T/12T可选。STC89C51主要功能如表1所示,其DIP封装如图3.1所示表3.1 STC89C51主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系统4K可反复擦写Flash ROM32个双向I/O口256x8bit内部RAM3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHz2个
11、串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能 图3.1 STC89C51 DIP封装图3.1.2 STC89C51引脚介绍 主电源引脚(2根) VCC(Pin40):电源输入,接5V电源 GND(Pin20):接地线外接晶振引脚(2根) XTAL1(Pin19):片内振荡电路的输入端 XTAL2(Pin20):片内振荡电路的输出端控制引脚(4根)RST/VPP(Pin9):复位引脚,引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30):地址锁存允许信号PSEN(Pin29):外部存储器读选通
12、信号EA/VPP(Pin31):程序存储器的内外部选通,接低电平从外部程序存储器读指令,如果接高电平则从内部程序存储器读指令。可编程输入/输出引脚(32根)STC89C51单片机有4组8位的可编程I/O口,分别位P0、P1、P2、P3口,每个口有8位(8根引脚),共32根。P0口(Pin39Pin32):8位双向I/O口线,名称为P0.0P0.7P1口(Pin1Pin8):8位准双向I/O口线,名称为P1.0P1.7 P2口(Pin21Pin28):8位准双向I/O口线,名称为P2.0P2.7 P3口(Pin10Pin17):8位准双向I/O口线,名称为P3.0P3.7 最小系统包括单片机及其
13、所需的必要的电源、时钟、复位等部件,能使单片机始终处于正常的运行状态。电源、时钟等电路是使单片机能运行的必备条件,可以将最小系统作为应用系统的核心部分,通过对其进行存储器扩展、A/D扩展等,使单片机完成较复杂的功能。STC89C51是片内有ROM/EPROM的单片机,因此,这种芯片构成的最小系统简单可靠。用STC89C52单片机构成最小应用系统时,只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可,结构如图2所示,由于集成度的限制,最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。时钟电路复位电路STC89C51单片机I/O口图3.2 单片机最小系统原理框图(1) 时钟电路STC89C51单片机的时钟信号通常有两种
14、方式产生:一是内部时钟方式,二是外部时钟方式。内部时钟方式如图3所示。在STC89C51单片机内部有一振荡电路,只要在单片机的XTAL1(18)和XTAL2(19)引脚外接石英晶体(简称晶振),就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。图中电容C1和C2的作用是稳定频率和快速起振,电容值在530pF,典型值为30pF。晶振CYS的振荡频率范围在1.212MHz间选择,典型值为12MHz和6MHz。 图3.3 STC89C51内部时钟电路 (2) 复位电路当在STC89C51单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时,单片机内部就执行复位操作(若该引脚持续保持高电平,单片机就处于循
15、环复位状态)。复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。最简单的上电自动复位电路中上电自动复位是通过外部复位电路的电容充放电来实现的。只要Vcc的上升时间不超过1ms,就可以实现自动上电复位。除了上电复位外,有时还需要按键手动复位。本设计就是用的按键手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过RST(9)端与电源Vcc接通而实现的。按键手动复位电路见图4。时钟频率用11.0592MHZ时C取10uF,R取10k。 图3.4 STC89C51复位电路(3) STC89C51中断技术概述中断技术主要用于实时监测与控制,要求单片机能及时地响应中断请求源提出的服务请求,并作
16、出快速响应、及时处理。这是由片内的中断系统来实现的。当中断请求源发出中断请求时,如果中断请求被允许,单片机暂时中止当前正在执行的主程序,转到中断服务处理程序处理中断服务请求。中断服务处理程序处理完中断服务请求后,再回到原来被中止的程序之处(断点),继续执行被中断的主程序。图5为整个中断响应和处理过程。 图3.5 中断响应和处理过程如果单片机没有中断系统,单片机的大量时间可能会浪费在查询是否有服务请求发生的定时查询操作上。采用中断技术完全消除了单片机在查询方式中的等待现象,大大地提高了单片机的工作效率和实时性。3.2 数码管介绍3.2.1 四位一体数码管概述LED数码管(LED Segment
17、Displays)是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件,引线已在内部连接完成,只需引出它们的各个笔划,公共电极。数码管分为动态显示和静态显示驱动两种,静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动,或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单,显示亮度高,缺点是占用I/O端口多,如驱动5个数码管静态显示则需要58=40根I/O端口来驱动,而一个STC89C51的I/O端口只有32个,实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动,增加了硬件电路的复杂性。数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一,动态驱动
18、是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起,另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路,位选通由各自独立的I/O线控制,当单片机输出字形码时,所有数码管都接收到相同的字形码,但究竟是那个数码管会显示出字形,取决于单片机对位选通COM端电路的控制,所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开,该位就显示出字形,没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端,就使各个数码管轮流受控显示,这就是动态驱动。在轮流显示过程中,每位数码管的点亮时间为12ms,由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应,尽管实际上各位数码管并非同时点亮,但只要扫描的
19、速度足够快,给人的印象就是一组稳定的显示数据,不会有闪烁感,动态显示的效果和静态显示是一样的,能够节省大量的I/O端口,而且功耗更低。3.2.2 四位一体数码管引脚图光阳数码管共阳端为每一位的led阳极都接在一起。引脚图如图6; 图3.6 四位一体数码管引脚图3.3自锁开关说明自锁开关电路中起到电源的开关作用,常开的其中一脚接DC电源插口电源脚,常开的另一脚接电路的VCC 图3.7自锁开关原理图 图3.8 自锁开关硬件图3.4上拉电阻介绍 其实排阻就是由8个电阻组成的,其中一端全部接在一起,103为8个10K电阻,102为8个1K电阻,他们在电路中起到“上拉”的作用,又称上拉电阻。上拉就是将不
20、确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平,电阻同时起限流作用,下拉同理.上拉是对器件注入电流,下拉是输出电流,弱强只是上拉电阻的阻值不同,没有什么严格区分,对于非集电极(或漏极)开路输出型电路(如普通门电路)提升电流和电压的能力是有限的,上拉电阻的功能主要是为集电极开路输出型电路输出电流通道。上拉,就是把电位拉高,比如拉到VCC.下拉,就是把电压拉低,拉到GND.一般就是刚上电的时候,端口电压不稳定,为了让他稳定为高或低,就会用到上拉或下拉电阻。 有些芯片内部集成了上拉电阻(如单片机的P1、2、3口),所以外部就不用上拉电阻了。但是有一些开漏的(如单片机的P0口),外部必须加上拉电阻。图3.9 排组
21、上拉电阻原理图3.5三极管介绍 常见的三极管为9012、S8550、9013、s8050.单片机应用电路中三极管主要的作用就是开关作用。其中9012与8550为PNP型三极管,可以通用,9013与8050为NPN型三极管,可以通用。 区别引脚:三极管向着自己,引脚从左到右分别为ebc,原理图中有箭头的一端为e,与电阻相连的为b,另一个为c。箭头向里指为PNP(9012或8550),箭头向外指为NPN(9013或8050)。 三极管的工作原理:三极管是电流放大器件,有三个极,分别叫做集电极C,基极B,发射极E。分成NPN和PNP两种。下面仅以NPN三极管的共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大
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