單片機99秒計時器(共24頁)

1、 - 27 - 1設(shè)計(shj)背景 單 片 機單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力(nngl)的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。計時器廣泛應(yīng)用于實際生活當中，有倒計時器和計時器，我們本次設(shè)計(shj)為計時器。計時器廣泛應(yīng)用于各種比賽當中用來計時，往往都精確到百分秒的精度，其次也應(yīng)用于計時鬧鐘等。生活中計時器比較常見，而設(shè)計計時器是很具有實際意義的。2 硬件設(shè)計：2.1

2、99秒計時器的總體設(shè)計方案利用單片機的定時器設(shè)計一個秒計時器，其中設(shè)有一個按鍵，當?shù)谝淮伟聪掳存I時，開始計時，第二次按下按鍵時，停止計時，送入P0和P2端口顯示，P0口驅(qū)動顯示秒時間的十位，而P2口驅(qū)動顯示秒時間的個位。第三次按下按鍵時使定時器清零，等待下一次按鍵。本設(shè)計中需要一個時鐘電路，一個復(fù)位電路和一個控制電路來實現(xiàn)整個電路的運行，實現(xiàn)00到99的循環(huán)計時。2.2 99秒計時器的組成及其原理圖秒計時器由以下幾個部件組成：單片機AT89C51、兩個靜態(tài)數(shù)碼顯示、一個按鈕等其它組件。 該電路的工作原理：AT89C51從穩(wěn)壓(wn y)電路中獲得穩(wěn)定的+5V電壓，接到VCC端，提供穩(wěn)定的電壓(

3、diny)；P2、P0口通過電阻接到顯示電路的七段數(shù)碼管的a b c d e f g 端口上,利用數(shù)碼管顯示數(shù)字；RST接復(fù)位電路，實現(xiàn)電路的復(fù)位；XTAL1、XTAL2接晶振電路；整個(zhngg)電路實現(xiàn)循環(huán)動態(tài)顯示數(shù)字0099.2.3 AT89C51簡單介紹及引腳說明AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準

4、的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。AT89C51具有如下特點：40個引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)(shj)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入

5、口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。本設(shè)計中采用P0口顯示計時器的十位數(shù)字。 P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收(jishu)輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻(dinz)的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流

6、。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。本設(shè)計中采用P2口顯示計時器的個位數(shù)字。 P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表

7、所示： P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷0） P3.3 /INT1（外部中斷1） P3.4 T0（記時器0外部(wib)輸入） P3.5 T1（記時器1外部(wib)輸入） P3.6 /WR（外部(wib)數(shù)據(jù)存儲器寫選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，A

8、LE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-F

9、FFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 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。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。2.4復(fù)位電路(d

10、inl)、時鐘電路及控制電路 復(fù)位(f wi)電路 單片機的復(fù)位(f wi)電路有上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種。 上電自動復(fù)位通過電容的放電實現(xiàn)。在時鐘電路工作后，在RST端給出兩個周期的搞點評就可完成復(fù)位操作；上電加按鍵手動復(fù)位的工作方式，當復(fù)位鍵按下時，復(fù)位端通過小電阻與電源接通，電容迅速放電使RST引腳為高電平，當復(fù)位鍵彈起后，電源通過電阻重新給電容充電，使RST端出現(xiàn)復(fù)位正脈沖，實現(xiàn)復(fù)位，本電路采用上電自動復(fù)位 時鐘(shzhng)電路 單片機的時鐘方式有內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式，本電路采用內(nèi)部時鐘方式。內(nèi)部時鐘電路利用芯片內(nèi)部的振蕩器，在XTAL1和XTAL2兩端(lin dun

11、)跨接晶振，構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時鐘電路。外界晶振時C1、C2都在30pF左右；C1、C2對頻率都有微調(diào)作用，晶振的頻率范圍一般是1.212MHz。為了減小寄生電容(dinrng)，更好的保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作，振蕩器和電容應(yīng)盡可能的與XTAL1和XTAL2靠近。本設(shè)計時鐘由12MHZ的晶振來組成振蕩電路，來控制單片機對數(shù)碼管的動態(tài)掃描。 按鍵(n jin)電路圖 上圖為本電路的按鍵（控制）電路，第一次按下按鍵，電平由高電平變?yōu)榈碗娖?，計時器從此刻開始計數(shù)；第二次按下按鍵時，電平由高電平變?yōu)榈碗娖?，計時器計時暫停，數(shù)碼管顯示(xinsh)暫停時的數(shù)字；第三次按下按

12、鍵時，電平由高電平變?yōu)榈碗娖?，計時器復(fù)位，計時器數(shù)字變?yōu)?0，當按鍵再次按下時重新開始計時。2.5 數(shù)碼管的顯示方法與工作(gngzu)方式顯示方法發(fā)光二極管顯示器一般由若干個發(fā)光數(shù)碼管組成，數(shù)碼管的每一位數(shù)碼段是一支發(fā)光二極管。當發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一個點或一個筆劃發(fā)光，控制發(fā)光二極管發(fā)光組合，可以顯示出所需字符。若一個數(shù)碼管的若干只發(fā)光二極管的陽極連接在一起，通過陰極控制其顯示，則構(gòu)成共陽極結(jié)構(gòu)；若將發(fā)光二極管陰極連接在一起，通過陽極控制其顯示，則構(gòu)成共陰極結(jié)構(gòu)。無論是共陰極(ynj)數(shù)碼還是共陽極數(shù)碼，其顯示字形中碼段的定義是一致的。微機進行顯示控制時，一般通過I/O口送出七段碼。顯

13、然即使送出的七段碼相同，若I/O口線與數(shù)碼管引腳連線不同，顯示的字形也不相同。在本設(shè)計中我們組采用了共陰極的顯示方法。工作(gngzu)方式根據(jù)控制(kngzh)原理不同，顯示方式分為靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。若數(shù)碼管顯示為某一個字符時相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止，則該顯示方式為靜態(tài)顯示方式。靜態(tài)顯示方式時所有數(shù)碼管同時點亮，字符顯示期間加在數(shù)碼管上的七段碼不變，即每一個數(shù)碼管對應(yīng)一個8位I/O接口，所以占用的硬件資源較多。動態(tài)顯示則是輪流點亮各數(shù)碼光即對顯示器進行掃描。任何時刻只給一個數(shù)碼管通電，通電一定時間后再給下一個數(shù)碼管通電。只要刷新率足夠高，動態(tài)顯示方式同樣可以實現(xiàn)穩(wěn)定顯示。動

14、態(tài)顯示的最大優(yōu)點是節(jié)約I/O口。靜態(tài)顯示方式簡單不容易出錯，如果電路設(shè)計合適，也能夠用較少的線完成多個數(shù)碼管的顯示。但與動態(tài)顯示相比，動態(tài)顯示電路連接更簡單，節(jié)省單片機I/O口，從而節(jié)省單片機的資源，如今已經(jīng)有很多這樣成熟的基于動態(tài)掃描的芯片，并且采用動態(tài)顯示方式極大的節(jié)省單片機的資源，特別是在單片機的I/O數(shù)量比較緊張的情況下，更能體現(xiàn)采用動態(tài)顯示的優(yōu)越性。因此，在現(xiàn)在的多數(shù)電子系統(tǒng)中，數(shù)碼管多數(shù)采用動態(tài)掃描技術(shù)來顯示，本設(shè)計中我們采用的事動態(tài)顯示方法。2.6仿真電路圖及電路連接 數(shù)碼管顯示圖 系統(tǒng)硬件連接（1 把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P0.0/AD0P0.6/AD6端口用8芯排線連接到“四

15、路靜態(tài)數(shù)碼顯示模塊”區(qū)域中的任一個ae端口上；要求：P0.0/AD0對應(yīng)著a，P0.1/AD1對應(yīng)著b，P0.6/AD6對應(yīng)著e。 （2 把“單片機系統(tǒng)(xtng)”區(qū)域(qy)中的P2.0/A8P2.6/A14端口用8芯排線連接(linji)到“四路靜態(tài)數(shù)碼顯示模塊”區(qū)域中的任一個ae端口上；要求：P2.0/A8對應(yīng)著a，P2.1/A9對應(yīng)著b，P2.6/A14對應(yīng)著e。 （3 把“單片機系統(tǒng)“區(qū)域中的P3.7/RD用導(dǎo)線連接到”獨立式鍵盤“區(qū)域中的SP1端口上；（4. 把三極管提供電壓的蜂鳴器連接到按鍵電路上，當按鍵按下時，蜂鳴器響起，提示開始計時、暫停計時或者復(fù)位；（5 將8排阻按照順序

16、連接到數(shù)碼顯示管的電路中通過控制電阻的大小來控制a b c d f e g管的滅或者亮從而控制數(shù)碼管顯示的數(shù)字；（6 連接復(fù)位電路和時鐘電路。2.7利用PROTUES進行仿真電路圖的連接利用工具欄中的PICK 利用關(guān)鍵字尋找所需要的仿真元器件。如圖所示利用(lyng)鼠標將找到的各個元器件連接起來。如下圖所示將KEIL軟件編譯無誤后生成(shn chn)的HEX文件導(dǎo)入到仿真電路圖的AT89C51單片機中，如圖所示最后(zuhu)，在所有的步驟無誤后即可進行軟件仿真。利用左下角的按鈕可控制仿真的運行和停止。完成(wn chng)后的仿真電路圖如下(rxi) 3軟件設(shè)計3 .1流程圖 此程序采用

17、匯編語言用十六進制算法編寫了兩位數(shù)碼管循環(huán)掃描動態(tài)顯示的專用程序。通過軟件的控制使兩位數(shù)碼管能從00計數(shù)到99，再回到00，依次進行循環(huán)。若在計數(shù)期間有復(fù)位高電平出現(xiàn)時，便重新從00開始計數(shù)。并有電源開關(guān)控制讓電路是否工作，且有指示燈只是電源是否正常。 主程序流程圖如下(rxi)圖所示中斷(zhngdun)程序流程圖在正常(zhngchng)計時狀態(tài)下，若按下P1.1口按鍵，則進行(jnxng)時鐘 /秒表功能的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后計時從開始。當按下P1.2口的按鍵時，可實現(xiàn)清0、計時啟動、暫停功能。3.2 程序代碼second equ 30htcount equ 31hkcount equ 32hk

18、ey bit p3.7org 00hsjmp startorg 00hsjmp startorg 0bhljmp int_t0start:mov dptr,#tablemov p2,#3fhMOV P0,#3fh ；開始(kish)顯示器顯示00mov second,#00hmov tcount,#00hmov kcount,#00hmov tmod,#01h ；定時器0工作(gngzu)在方式1mov tl0,#(65536-50000)/256mov th0,#(65536-50000) mod 256k1: jb key,$lcall delayjb key,$ ；等待(dngdi)按鍵

19、mov a,kcountcjne a,#00H,k2 ；判斷按鍵次數(shù)setb TR0 ；第一次按鍵(n jin)啟動定時器mov ie,#82hjnb key,$inc kcount ；抬起按鍵(n jin) 定時器次數(shù)加1ljmp k1k2: cjne a,#01h,k3clr tr0 ；第二次按鍵(n jin)關(guān)閉定時器mov ie,#00hjnb key,$inc kcount ；按鍵抬起按鍵次數(shù)加1ljmp k1k3: cjne a,#02h,k1 ；第三次按鍵返回初始狀態(tài)jnb key,$ljmp startint_t0:mov th0,#(65536-50000)/256mov t

20、l0,#(65536-50000) mod 256 inc tcountmov a,tcountcjne a,#20,i2 ；是否積夠1秒mov tcount,#00hinc secondmov a,secondcjne a,#100,i1mov second,#00hi1:mov a,secondmov b,#10div abmovc a,a+dptr ；顯示(xinsh)時間mov p0,amov a,bmovc a,a+dptrmov p2,ai2: retitable:db 3fh,06h,5bh,4fh,66h db 6dh,7dh,07h,7fh,6fhdelay:mov r6,#

21、20d1:mov r7,#250 djnz r7,$djnz r6,d1retend3.3利用KEIL軟件進行(jnxng)程序編譯打開keil之后(zhhu)新建工程，選擇ateml，如下圖所示在選擇(xunz)方式為atmel之后，在選擇單片機是選擇AT89C51，選擇情況如下圖所示，選擇為完成后，新建程序并將程序編寫后打入，保存(bocn)為asm格式保存玩之后設(shè)置其他的要求的要求，比如要設(shè)置晶振為12MHz在設(shè)置完成后可利用軟件本身的編譯程序進行編譯，編寫正確就會提示無錯誤無警告；假如程序有問題的話，就會顯示所編寫的程序的錯誤類型及錯誤所在的位置。程序正確后就能把文件轉(zhuǎn)換為hex格式，

22、兵將其輸入到設(shè)計的計時器電路的AT89C51單片機中，將編寫的程序展示出來。將編譯無誤的程序(chngx)導(dǎo)入仿真電路圖中運行運行過程(guchng)中，第一次按下按鍵，計時器開始從00開始計時；第二次按下按鍵，計時器計時暫停，若計時超過99秒，計時器從00開始循環(huán)計時；第三次按下按鍵，計時器復(fù)位00。 計時器復(fù)位(f wi)圖第二次按下按鍵(n jin)計時器顯示當前計數(shù) 第三次按下按鍵(n jin)計時器復(fù)位4結(jié)論(jiln) 使用軟件和編寫程序時一定要注意每一個細節(jié)，一個分號的遺漏也會造成錯誤。制作前一定要做好規(guī)劃設(shè)計，反復(fù)論證和計算，防止考慮不到的地方使得做好的東西需要翻工。如果制作或

23、使用中發(fā)現(xiàn)問題，既極大地打擊積極性和自信心，還會極大地消耗時間，拖延項目的進度。制作硬件也一定要耐心細致，極小的失誤都會造成短路等問題而直接造成大錯。這門課的學(xué)習(xí)確實給了我們很多，而且不單單是知識和技能，還有精神層面上的東西。而在項目制作過程中的困難和喜悅，希望和失望，成功和失敗，也都是我們心中永遠的寶貴財富。通過這次單片機課程設(shè)計，我不僅加深了對單片機理論的理解，將理論很好地應(yīng)用到實際當中去，而且我還學(xué)會了如何去培養(yǎng)我們的創(chuàng)新精神，從而不斷地戰(zhàn)勝自己，超越自己。創(chuàng)新可以是在原有的基礎(chǔ)上進行改進，使之功能不斷完善，成為真己的東西。這個設(shè)計過程中，我們通過在原有的計數(shù)器系統(tǒng)進行了改進，使之增添了暫停、計數(shù)、清零等的三個控制功能，使之成為一個更加適用，功能更加完備的屬于自己的一個系統(tǒng)。設(shè)計結(jié)果能夠符合題意，成功完成了此次實習(xí)要求，我們