電子定時(shí)器.doc

課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱:單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目： 電子定時(shí)器 院 系： 通信與控制工程 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級(jí)： 0902 學(xué)生姓名: 學(xué) 號(hào): 起止日期: 指導(dǎo)教師: 教研室主任： 指導(dǎo)教師評(píng)語： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日成績(jī)?cè)u(píng)定項(xiàng) 目權(quán)重成績(jī)1、設(shè)計(jì)過程中出勤、學(xué)習(xí)態(tài)度等方面0.22、課程設(shè)計(jì)質(zhì)量與答辯0.53、設(shè)計(jì)報(bào)告書寫及圖紙規(guī)范程度0.3總 成 績(jī) 教研室審核意見：教研室主任簽字： 年 月 日教學(xué)系審核意見： 主任簽字： 年 月 日摘 要單片機(jī)自1976年由Intel公司推出MCS-48開始，迄今已有二十多年了。由于單片機(jī)集成度高、功能強(qiáng)、可靠性高、體積小、功耗地、使用方便、價(jià)格低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)滲入到人們工作和生活的方方面面，幾乎“無處不在，無所不為”。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，家用電器和辦公電子設(shè)備逐漸增多，不同的設(shè)備都有自己的控制器，使用起來很不方便。根據(jù)這種實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的多用途定時(shí)器。它造價(jià)低，功能全，整體功能價(jià)格比高，配以小鍵盤，8255芯片和LED顯示器，有可適應(yīng)各種場(chǎng)合的定時(shí)預(yù)警之用的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：電子定時(shí)器;單片機(jī);LED顯示器;小鍵盤;8255芯片;繼電器目 錄 設(shè)計(jì)要求11 方案論證與對(duì)比11.1 方案一11.2 方案二11.3 方案對(duì)比與選擇12 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)22.1 芯片的選擇22.2 STC89C52引腳功能32.3 8255芯片32.4 8255芯片引腳功能42.5 復(fù)位電路52.6 數(shù)碼管顯示電路62.7 繼電器6 3 系統(tǒng)軟件的程序設(shè)計(jì)73.1 軟件程序內(nèi)容73.2 主程序流程圖73.3 定時(shí)程序設(shè)計(jì)73.4 實(shí)時(shí)時(shí)鐘程序設(shè)計(jì)步驟83.5 程序說明84 詳細(xì)儀器清單96 參考文獻(xiàn)95 總結(jié)與思考及致謝10附錄一：原理圖11 附錄二：程序12電子定時(shí)器設(shè)計(jì)要求本課題以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)并制作電子定時(shí)器，具有以下功能：1、電子定時(shí)器能定時(shí)給電器供電或斷電；2、給電最大時(shí)間可以長(zhǎng)達(dá)2min；3、四位數(shù)碼管顯示時(shí)間；4、繼電器作電器電源輸出控制。1 方案論證與對(duì)比1.1 方案一為了實(shí)現(xiàn)LED數(shù)碼管的數(shù)字顯示，采用靜態(tài)掃描實(shí)現(xiàn)，此方法操作復(fù)雜，并且一個(gè)端口只能對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)碼管。1.2 方案二采用動(dòng)態(tài)掃描實(shí)現(xiàn)LED數(shù)碼管的數(shù)字顯示，能有效的節(jié)省端口資源，并且操作也相對(duì)簡(jiǎn)單。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示：圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖1.3 方案對(duì)比與選擇根據(jù)以上方案的介紹與對(duì)比，顯然選擇方案二。 2 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)2.1 芯片的選擇STC89C52RC是一個(gè)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Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用STC公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)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)。 STC89C52RC具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳（引腳圖如圖2所示），4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。此外，STC89C52RC設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 圖2 芯片引腳圖2.2 STC89C52引腳功能VCC（40）：5V； GND（20）：接地； P0口（3932）：P0口為8位漏極開路雙向I/O口，每引腳可吸收8個(gè)TTL門電流； P1口（18）：P1口是從內(nèi)部提供上拉電阻器的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收和輸出4個(gè)TTL門電流； P2口（2128）：P2口為內(nèi)部上拉電阻器的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收和輸出4個(gè)TTL門電流； P3口（1017）：P3口是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻器的雙向I/O口，可接收和輸出4個(gè)TTL門電流，P3口也可作為AT89C51的特殊功能口； RST（9）：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位時(shí)，要保持RST引腳2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間； ALE/PROG（30）：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)，在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6，它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(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1個(gè)ALE脈沖； PSEN（29）：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期2次PSEN有效，但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這2次有效的PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)； EA/VPP（31）：當(dāng)EA保持低電平時(shí)，外部程序存儲(chǔ)器地址為（0000HFFFFH）不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）； XTAL1（19）：反向振蕩器放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入；XTAL2（18）：來自反向振蕩器的輸出；2.3 8255芯片單片機(jī)系統(tǒng)里常用的8255芯片是一個(gè)典型的可編程通用并行接口芯片，用來擴(kuò)展單片機(jī)的端口，它具有三個(gè)8位的并行口，有三種工作方式，可作為單片機(jī)與各種外部設(shè)備連接的接口電路。圖3 芯片引腳圖2.4 8255芯片引腳功能RESET:復(fù)位輸入線，當(dāng)該輸入端處于高電平時(shí)，所有內(nèi)部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成輸入方式。 CS:芯片選擇信號(hào)線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí),即/CS=0時(shí),表示芯片被選中，允許8255與CPU進(jìn)行通訊;/CS=1時(shí),8255無法與CPU做數(shù)據(jù)傳輸. RD:讀信號(hào)線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí),即/RD=0且/CS=0時(shí),允許8255通過數(shù)據(jù)總線向CPU發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，即CPU從8255讀取信息或數(shù)據(jù)。 WR:寫入信號(hào)，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí),即/WR=0且/CS=0時(shí),允許CPU將數(shù)據(jù)或控制字寫入8255。 D0D7:三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線，8255與CPU數(shù)據(jù)傳送的通道，當(dāng)CPU 執(zhí)行輸入輸出指令時(shí)，通過它實(shí)現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的讀/寫操作，控制字和狀態(tài)信息也通過數(shù)據(jù)總線傳送。 PA0PA7:端口A輸入輸出線，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器， 一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。 PB0PB7:端口B輸入輸出線，一個(gè)8位的I/O鎖存器， 一個(gè)8位的輸入輸出緩沖器。 PC0PC7:端口C輸入輸出線，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器， 一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。端口C可以通過工作方式設(shè)定而分成2個(gè)4位的端口， 每個(gè)4位的端口包含一個(gè)4位的鎖存器，分別與端口A和端口B配合使用，可作為控制信號(hào)輸出或狀態(tài)信號(hào)輸入端口。A0,A1:地址選擇線,用來選擇8255的PA口,PB口,PC口和控制寄存器. 當(dāng)A0=0,A1=0時(shí),PA口被選擇; 當(dāng)A0=0,A1=1時(shí),PB口被選擇; 當(dāng)A0=1,A1=0時(shí),PC口被選擇; 當(dāng)A0=1.A1=1時(shí),控制寄存器被選擇.2.5 復(fù)位電路 MCS-51單片機(jī)的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位引腳RST通過一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。上電復(fù)位：上電復(fù)位電路是種簡(jiǎn)單的復(fù)位電路，只要在RST復(fù)位引腳接一個(gè)電容到VCC，接一個(gè)電阻到地就可以了。上電復(fù)位是指在給系統(tǒng)上電時(shí)，復(fù)位電路通過電容加到RST復(fù)位引腳一個(gè)短暫的高電平信號(hào)，這個(gè)復(fù)位信號(hào)隨著VCC對(duì)電容的充電過程而回落，所以RST引腳復(fù)位的高電平維持時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間。為了保證系統(tǒng)安全可靠的復(fù)位，RST引腳的高電平信號(hào)必須維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間。上電自動(dòng)復(fù)位電路圖如圖4所示： 圖4 上電自動(dòng)復(fù)位圖上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。只要Vcc的上升時(shí)間不超過1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。2.6 數(shù)碼管顯示電路顯示電路采用6個(gè)LED數(shù)碼管。單片機(jī)通過8255芯片的擴(kuò)展端口驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管（AT89C52輸出口能吸收20mA電流），用動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)LED顯示。數(shù)碼管顯示器成本低，配置靈活在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。數(shù)碼管電路圖如圖5所示：圖5 數(shù)碼管電路圖2.7 繼電器繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)和被系統(tǒng)控制，通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開關(guān)”。鍵盤電路圖如圖6所示：圖6 繼電器電路圖3 系統(tǒng)軟件的程序設(shè)計(jì)3.1 軟件程序內(nèi)容本設(shè)計(jì)的軟件程序包括主程序、中斷子程序、鍵盤處理程序和時(shí)鐘顯示子程序等。3.2 主程序流程圖此設(shè)計(jì)的主程序流程圖如圖7所示： 圖7 主程序流程圖3.3 定時(shí)程序設(shè)計(jì)單片機(jī)的定時(shí)功能也是通過計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，此時(shí)的計(jì)數(shù)脈沖來自單片機(jī)的內(nèi)部，即每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，也就是每經(jīng)過1個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間，計(jì)數(shù)器加1。如果MCS-51采用的11.092MHz晶體，則計(jì)數(shù)頻率為1MHz，即每過1us的時(shí)間計(jì)數(shù)器加1。這樣可以根據(jù)計(jì)數(shù)值計(jì)算出定時(shí)時(shí)間，也可以根據(jù)定時(shí)時(shí)間的要求計(jì)算出計(jì)數(shù)器的初值。MCS-51單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器具有4種工作方式，其控制字均在相應(yīng)的特殊功能寄存器中，通過對(duì)特殊功能寄存器的編程，可以方便的選擇定時(shí)器/計(jì)數(shù)器兩種工作模式和4種工作方式。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作在方式0時(shí)，為13位的計(jì)數(shù)器，由TLX(X=0、1)的低5位和THX的高8位所構(gòu)成。TLX低5位溢出則向THX進(jìn)位，THX計(jì)數(shù)溢出則置位TCON中的溢出標(biāo)志位TFX.當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作于方式1，為16位的計(jì)數(shù)器。本設(shè)計(jì)單片機(jī)多功能定時(shí)器，所以MCS-51內(nèi)部的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器被選定為定時(shí)器工作模式，計(jì)數(shù)輸入信號(hào)是內(nèi)部時(shí)鐘脈沖，每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生一個(gè)脈沖使計(jì)數(shù)器增1。3.4 實(shí)時(shí)時(shí)鐘程序設(shè)計(jì)步驟 1、選擇工作方式，計(jì)算初值；2、采用中斷方式進(jìn)行溢出次數(shù)累計(jì)；3、從秒分時(shí)的計(jì)時(shí)是通過累加和數(shù)值比較實(shí)現(xiàn)的；4、主程序：主要進(jìn)行定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初始化編程，然后反復(fù)調(diào)用顯示子程序的方法等待中斷的到來；5、中斷服務(wù)程序：進(jìn)行計(jì)時(shí)操作；6、鍵盤處理程序：主要進(jìn)行通電時(shí)間的調(diào)整，調(diào)整時(shí)間可以精確到秒。3.5 程序說明系統(tǒng)開機(jī)后，從00:01:59開始倒計(jì)時(shí)，通過按中斷0表示開始調(diào)整時(shí)間，在按六次分別調(diào)整各位數(shù)，當(dāng)數(shù)碼管顯示00:00:00時(shí)繼電器工作。 4 詳細(xì)儀器清單 表格一：儀器清單 元件名稱數(shù)量PCB板122UF電容130PF電容2發(fā)光二極管13位數(shù)碼管2三極管9015811.0592晶振1輕觸開關(guān)161K電阻22STC89C52芯片18255芯片 1繼電器1 5 總結(jié)與思考及致謝根據(jù)實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的多用途定時(shí)器。它造價(jià)低，功能全，整體功能價(jià)格比高，配以小鍵盤和LED顯示器、8255芯片，有可適應(yīng)于各種場(chǎng)合的定時(shí)預(yù)警之用的特點(diǎn)。結(jié)合課堂學(xué)習(xí)知識(shí)，平時(shí)積累以及查閱相關(guān)資料，我們終于將電子定時(shí)器的程序?qū)懗隽恕ｋm然剛開始程序不夠完美，但是在程序的調(diào)試過程中，通過反復(fù)探討研究，反復(fù)修改以及在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，我們的程序已經(jīng)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過了這兩周的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，我們更加了解單片機(jī)這門課程和單片機(jī)的作用，增強(qiáng)了自己的動(dòng)手實(shí)踐能力，體會(huì)到了團(tuán)隊(duì)合作的力量無所不能。最后，我們要特別感謝譚周文老師給予我們的耐心指導(dǎo)以及同班同學(xué)的幫助。 參考文獻(xiàn)1 李華MCS一51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)M北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999.2 趙德安，等. 單片機(jī)原理與應(yīng)用M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.93 王幸之，等單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù)M北京：北京航空航天大學(xué)出版社20004 童詩白 華成英. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M . 北京：高等教育出版社，2001(2003重印)5 馬忠梅 等. 單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)M .北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1998，106 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)M .北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999，67 胡漢才. 單片機(jī)原理及其接口技術(shù)M. 北京：清華大學(xué)出版社，19968 樓然苗 等. 51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例M. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.3附錄一：原理圖 附錄二：程序#include reg52.h #define XBYTE (unsigned char volatile xdata *) 0)#define a8255_PA XBYTE0xD1FF /*PA口地址*/#define a8255_PB XBYTE0xD2FF /*PB口地址*/#define a8255_PC XBYTE0xDDFF /*PC口地址*/#define a8255_CON XBYTE0xDFFF /*控制字地址*/ #define uchar unsigned charunsigned char table=0xa0,0xbb,0x62,0x2a,0x39,0x2c,0x24,0xb8, 0x20,0x28,0x30,0x25,0xe4,0x23,0x64,0x74; /數(shù)碼管段選擇/共陰數(shù)碼管 0-9 表unsigned char a=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf;uchar keytab20=0x18,0x28,0x48,0x88,0x14,0x24,0x44,0x84,0x12,0x22, 0x42,0x82,0x11,0x21,0x41,0x81; /0到16 char count6,flag,biaoji;sbit Speak=P12; void delay(void) unsigned int i=403; while(i) i-;void delay1(void) unsigned int i=13003; while(i) i-;void display() uchar i; for(i=0;i6;i+) a8255_PA=a5-i; a8255_PB=tablecounti; if(i=2|i=4) a8255_PB=a8255_PB-0x20;delay(); uchar Inkey() uchar i,j,temp,temp1; uchar table=0xef,0xdf,0xbf,0x7f; for(i=0;i4;i+) a8255_PC=tablei; if(a8255_PC!=tablei) /檢測(cè)有鍵按下去 delay1(); temp1=a8255_PC; for(j=0;j0) count3=0; if(count50) count5=0; flag+; break; return 0;void Init() EA=1; ET0=1; EX0=1; IT0=1; TH0=0x3c; TL0=0xb0; TMOD=0x01; TR0=1; count2=1; count3=0; count4=0; count5=0; count1=5; count0=9; a8255_CON=0x81;void main() Init(); while(1) display(); if(count2=0&count3=0&count4=0&cou