答辯倒計時系統(tǒng)設(shè)計說明

......答辯倒計時系統(tǒng)設(shè)計摘要本設(shè)計是一個基于AT89C51單片機對答辯倒計時系統(tǒng)進行設(shè)計,依據(jù)單片機技術(shù)原理,通過硬件電路制作以及軟件編譯,設(shè)計制作出一個倒計時為15分鐘的答辯倒計時器。該倒計時器主要由按鍵電路、復(fù)位電路、晶振電路、數(shù)碼管顯示電路以及蜂鳴器組成。本倒計時系統(tǒng)能夠在計時只剩余三分鐘時發(fā)出聲進行提示,并且結(jié)束時長鳴直至重啟或關(guān)閉,由LED燈顯示電源的開啟狀況,由數(shù)碼管顯示實時時間。本設(shè)計主要特點是計時從15到00分鐘的倒計時系統(tǒng),方便了在計時精度要求不高的情況下計時,因為計時精度為1,所以系統(tǒng)電路比較簡單。另外硬件部分設(shè)置了復(fù)位、開始、暫停、停止按鍵,可以對倒計時系統(tǒng)進行計時控制。軟件系統(tǒng)采用C語言編寫程序,硬件系統(tǒng)利用PROTEUS強大的功能來實現(xiàn),在仿真中可以觀察到實際的工作狀態(tài)。關(guān)鍵字：倒計時系統(tǒng)；AT89C51單片機；Keil；Proteus目錄TOC\o"1-3"\h\u264181設(shè)計目的與要求1104641.1設(shè)計目的1267161.2設(shè)計要求1187562系統(tǒng)硬件設(shè)計14222.1總體設(shè)計方案1234552.2主要元件2181772.2.1AT89C51單片機及其引腳說明2207082.2.274LS2453264512.2.3數(shù)碼管：7SEG-MPX4-CC-BLUE4325592.3局部電路設(shè)計432716晶振電路 422615復(fù)位電路 526308開關(guān)控制電路 515806顯示電路 64799提示警告電路 791832.4總體電路設(shè)計728733系統(tǒng)軟件設(shè)計8121953.1總體程序流圖8167593.2倒計時器設(shè)計流程框圖10307413.3按鍵消抖流程框圖1033864仿真與調(diào)試1116284.1上電后系統(tǒng)顯示11239894.2按下"開始鍵"1125894.3按下"停止鍵"和"復(fù)位鍵"12157405總結(jié)13188925.1設(shè)計總結(jié)132615.2心得136287參考文獻1425920附錄1電路原理圖159330附錄2C語言源程序16......1設(shè)計目的與要求1.1設(shè)計目的本設(shè)計基于AT89C51單片機進行15分鐘的答辯倒計時系統(tǒng)的設(shè)計。訓(xùn)練學(xué)生綜合運用已學(xué)課程的基本知識,獨立進行單片機應(yīng)用技術(shù)開發(fā)工作；掌握單片機程序設(shè)計、調(diào)試,應(yīng)用電路設(shè)計、分析及調(diào)試檢測。學(xué)習(xí)軟硬件設(shè)計的工作方法、工作內(nèi)容、工作步驟。提高編程、調(diào)試能力、理論聯(lián)系實際的能力,提高動手能力和分析問題、解決問題的能力。1.2設(shè)計要求完成15分鐘的倒計時,按下按鍵時計時器開始；在剩下3分鐘時提示一次；時間到時蜂鳴器長響。2系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1總體設(shè)計方案本次課程設(shè)計的目的是要設(shè)計一個倒計時系統(tǒng),此電路能完成一次15分鐘的倒計時功能,當(dāng)計時剩余3分鐘時蜂鳴器提示一次,當(dāng)?shù)褂嫊r結(jié)束時蜂鳴器長鳴,只有按下停止鍵才能夠停止。另外,此倒計時器能夠手動復(fù)位,并有開始、停止、暫停等功能。具體的設(shè)計思路為：利用單片機的定時計數(shù)功能精確地完成15分鐘成倒計時功能,要求電路為9秒遞減計時,每隔1秒鐘計時器減1；電路具有時間顯示功能,要求用數(shù)碼管,能顯示任意時刻的剩余時間；上電時4個數(shù)碼管顯示為：1500〔即顯示為15分鐘；按下"開始鍵"計時器開始計時,在剩下3分鐘時提示一次,響3聲提醒答辯者抓緊時間,時間到時蜂鳴器長響,按下"停止鍵"結(jié)束；具有復(fù)位、開始、暫停、停止功能：按下復(fù)位,顯示為1500；按下開始,計時開始；按下暫停,倒計時暫停,再次按下,計時開始；按下停止,計時結(jié)束。本次課程設(shè)計利用MCS51單片機系列AT89C51為依托,利用P0-P3口用編程控制輸入輸出來實現(xiàn)倒計時功能：P1口為開關(guān)控制電路的輸入端,通過按壓式鍵盤利用查詢函數(shù)輪流查詢有無鍵按下；P0口接共陰數(shù)碼管,有上拉電阻；P2口為選擇數(shù)碼管,采用動態(tài)顯示；P3口接蜂鳴器,做提示報警電路?；谶@些設(shè)計,本次設(shè)計的硬件系統(tǒng)電路框圖如圖2.1所示。圖2.1硬件系統(tǒng)電路框圖2.2主要元件2.2.1AT89C51單片機及其引腳說明AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器〔FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory的低電壓,高性能CMOS8位微處理器,俗稱單片機[1][2]。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。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)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中,ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器,AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。8051單片機包含中央處理器、程序存儲器<ROM>、數(shù)據(jù)存儲器<RAM>、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線。AT89C51具有如下特點：40個引腳；4kBytesFlash片內(nèi)程序存儲器；128bytes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。AT89C51單片機的引腳圖如圖2.2.1所示......圖2.2.1AT89C51單片機引腳圖2.2.274LS24574LS245是一中常用的芯片,可以用來驅(qū)動LED或者其他的設(shè)備[3]。74LS245是8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器,可雙向傳輸數(shù)據(jù)。74LS245還具有雙向三態(tài)功能,既可以輸出,也可以輸入數(shù)據(jù)[4]。其引腳圖如圖2.2.2所示。圖2.2.274LS245引腳圖當(dāng)8051單片機的P0口總線負載達到或是超過P0最大負載能力時,必須接入74LS245總線驅(qū)動器；當(dāng)片選端低電平有效時,DIR="0",信號由B口向A口進行傳輸；接收時"DIR="；信號由A口向B口進行傳輸；發(fā)送時,當(dāng)為高電平時,A、B口均為高阻態(tài)。其功能可用真值表1來表示。表174LS245共能表DIR操作LLB向A傳輸LLA向B傳輸H—高阻態(tài)2.2.3數(shù)碼管：7SEG-MPX4-CC-BLUE單片機中通常使用7段LED作為顯示電路,LED是發(fā)光二極管顯示器的縮寫。LED顯示器由于結(jié)構(gòu)簡單,價格便宜,體積小,亮度高,電壓低,可靠性高,壽命長,響應(yīng)速度快,顏色鮮艷,配置靈活,與單片機接口方便而得到廣泛應(yīng)用。LED顯示器是由若干個發(fā)光二極管組成顯示字段的顯示部件,當(dāng)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,控制不同組合的二極管導(dǎo)通,就能顯示出各種字符。因為共陰極的LED數(shù)碼管它的驅(qū)動電流是分開的,在單片機進行動態(tài)掃描的時候不會影響彼此的電流,故該系統(tǒng)中的4位LED數(shù)碼管7SEG-MPX4-CC-BLUE,均用共陰極的數(shù)碼管。7SEG-MPX4-CC-BLUE預(yù)覽圖如圖2.2.3所示。7SEG-MPX4-CC-BLUE預(yù)覽圖2.3局部電路設(shè)計晶振電路單片機的時鐘產(chǎn)生方法有兩種：內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。本系統(tǒng)中AT89C51單片機采用內(nèi)部時鐘方式。最常用的內(nèi)部時鐘方式是采用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。振蕩晶體可在1.2MHz～12MHz之間,電容值無嚴格要求。外部振蕩方式是把已有的時鐘信號引入單片機內(nèi),這種方式宜用來使單片機的時鐘與外部信號保持一致。為了電路的穩(wěn)定性起見,晶振的兩引腳處接入兩個10pF-50pF的瓷片電容接地來削減偕波對電路的穩(wěn)定性的影響,設(shè)計的是主流是接入兩個33pF的瓷片電容,故此次電路用33pF。本次設(shè)計的晶振電路如圖2.3.1所示。圖2.3.1晶振電路復(fù)位電路AT89C52單片機復(fù)位電路有上電復(fù)位、按鍵電平復(fù)位和按鍵脈沖復(fù)位。本次設(shè)計采用手動復(fù)位,可以在按下按鍵后是電路顯示恢復(fù)到倒計時之初的1500顯示。其電路設(shè)計如圖2.3.2所示。工作原理是：上電瞬間,RC電路充電,RESET引腳端出現(xiàn)正脈沖,只要RESET保持10ms以上高電平,就能使單片機有效的復(fù)位。上電自動復(fù)位電路由上電瞬間C與R構(gòu)成充電電路,RESET端的電位與電源Vcc相同,隨著充電電流的減少,RESET的電位逐漸下降。圖中RC時間常數(shù)越大,上電時RESET端保持高電平的時間越長,圖中這組參數(shù)足以保證復(fù)位操作。圖2.3.2復(fù)位電路開關(guān)控制電路這里利用單片機的P1端I/O口和開關(guān)相連實現(xiàn)按鍵的控制,共有3個按鍵：開始鍵：按下后,倒計時系統(tǒng)計時開始。暫停鍵：此按鍵只有在倒計時進行時才有效。按下后,倒計時系統(tǒng)暫時停止計時；再次按下后,繼續(xù)前面剩余時間繼續(xù)實現(xiàn)倒數(shù)計時功能。停止鍵：按下后,倒計時系統(tǒng)停止工作。開關(guān)按鍵電路設(shè)計如圖2.3.3所示。圖2.3.3開關(guān)控制電路顯示電路LED顯示器原理LED有著顯示亮度高、響應(yīng)速度快的特點,最常用的是七段式LED顯示器,又稱數(shù)碼管。七段LED顯示器內(nèi)部由七個條形發(fā)光二極管和一個小圓點發(fā)光二極管組成,根據(jù)各管的亮暗組合成字符。常見LED的管腳排列見下圖,其中COM為公共點,根據(jù)內(nèi)部發(fā)光二極管的接線形式,可分成共陰極型和共陽極型,如圖2.3.4-1所示。<a><b>圖2.3.4-1LED<a>為共陰數(shù)碼管<b>為共陽數(shù)碼型對于共陰數(shù)碼管,給其高電平數(shù)碼管就會顯示；對于共陽數(shù)碼管,給其低電平數(shù)碼管就會顯示。數(shù)碼管的八段分別用二進制控制0和1的不同顯示,就能顯示出所要的數(shù)字。本系統(tǒng)設(shè)計采用共陰極數(shù)碼管,設(shè)計時數(shù)碼管的段碼為：{0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}[6]本系統(tǒng)的倒計時時間的最大范圍是15分鐘,顯示格式是15.00,從格式可知數(shù)碼管顯示電路要用到4位數(shù)碼管。本設(shè)計采用四段數(shù)碼管7SEG-MPX4-CC-BLUE,分別用單片機的P0口和P1進行8個位的控制[7][8]。LED數(shù)碼管的接口數(shù)碼管的接口有靜態(tài)接口和動態(tài)接口。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O口進行驅(qū)動。數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一。它是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃的同名端連在一起,另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路。位選通由各自獨立的I/O線控制,具體顯示取決于單片機對位選通COM端電路的控制,所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開,該位就顯示出字形,沒有選通的數(shù)碼管就不會亮,通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端,使各個數(shù)碼管輪流受控顯示。動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的,能夠節(jié)省大量的I/O端口,而且功耗更低[7][9]。本次電路設(shè)計采用的是共陰極數(shù)碼管,采用動態(tài)顯示接口,通過動態(tài)掃描方式驅(qū)動,在單片機與數(shù)碼管之間加74LS245進行鎖存,故此設(shè)計的顯示電路如圖2.3.4-2所示。圖2.3.4-2顯示電路提示警告電路在設(shè)計中要求在倒計時剩余3分鐘時,要有提示,倒計時結(jié)束時蜂鳴器能夠長鳴,以提示計時結(jié)束。故提示警告電路設(shè)計如圖2.3.5所示。圖2.3.5提示警告電路2.4總體電路設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求,可設(shè)計為：晶振兩端與AT89C51的方向放大器的輸入XATL1和輸出XATL2組成晶振電路；用按鍵、電容、電阻組成RC回路,與RST相連組成復(fù)位電路；開始鍵、暫停鍵、停止鍵與P1口的1-3做成外圍控制電路,同時用發(fā)光二級管與P1.4口相連組成狀態(tài)電路,以顯示電路工作狀態(tài)；4段數(shù)碼管與單片機P0通過74LS245同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器相連,進行數(shù)據(jù)交流；數(shù)碼管的片選端與P2口相連,控制數(shù)碼管的選通；系統(tǒng)的提示蜂鳴器與單片機的P3.0相連構(gòu)成系統(tǒng)的提示警告電路。根據(jù)上述分析,可設(shè)計如圖2.4所示的總體硬件電路圖。圖2.4系統(tǒng)硬件設(shè)計總電路圖3系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1總體程序流圖根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求以及對硬件電路的設(shè)計,可設(shè)計為如圖3.1所示的主程序流程框圖。......開始開始設(shè)置各中斷服務(wù)程序的入口地址設(shè)置各中斷服務(wù)程序的入口地址設(shè)置數(shù)碼管顯示初始狀態(tài)設(shè)置數(shù)碼管顯示初始狀態(tài)相關(guān)寄存器清零相關(guān)寄存器清零掃描按鍵掃描按鍵進行倒計時進行倒計時NN時間到3分鐘否？時間到3分鐘否？YY3秒鐘提示3秒鐘提示進行倒計時N進行倒計時N時間到0分鐘否時間到0分鐘否？YY蜂鳴器長響蜂鳴器長響NN按下停止鍵？按下停止鍵？YY進行倒計時進行倒計時圖3.1系統(tǒng)總流程框圖3.2倒計時器設(shè)計流程框圖倒計時器的設(shè)計流程框圖如圖3.2所示。開始計時開始計時寄存器清零寄存器清零設(shè)定定時器0工作方式設(shè)定定時器0工作方式判斷接口地址判斷接口地址為p1.0？NY為p1.0？NY為p1.1？為p1.1？開始計時YN暫停/重新開始計時N暫停/重新開始計時為p1.為p1.2？YY停止計時N停止計時N數(shù)碼管顯示復(fù)位數(shù)碼管顯示復(fù)位圖3.2倒計時器射擊流程框圖3.3按鍵消抖流程框圖按鍵消抖設(shè)計流程框圖如圖3.3所示開始開始N有按鍵閉合？N有按鍵閉合？YY調(diào)用延時程序調(diào)用延時程序N有按鍵閉合？N有按鍵閉合？YY掃描按鍵地址掃描按鍵地址圖3.3按鍵消抖流程框圖......4仿真與調(diào)試在系統(tǒng)硬件以及軟件編譯好之后,將程序加載到AY89C51上,進行15分鐘倒計時仿真。4.1上電后系統(tǒng)顯示加載程序之后開始運行,上電后電路顯示為15.00,如圖4.1所示。圖4.1上電時顯示電路顯示4.2按下"開始鍵"按下"開始鍵"之后,系統(tǒng)開始從15.00分鐘倒計時,再剩余3分鐘時,蜂鳴器響三聲,數(shù)碼管顯示電路顯示時間閃爍。倒計時過程中幾個時刻顯示如圖4.2所示。<a>時刻1<b>時刻2圖4.2倒計時仿真中幾個時刻的電路顯示<c>剩余3分鐘時電路顯示<d>計時結(jié)束蜂鳴器長響時電路圖4.2倒計時仿真中幾個時刻的電路顯示4.3按下"停止鍵"和"復(fù)位鍵"按下停止鍵后,數(shù)碼管顯示為00.00,按下復(fù)位鍵后,數(shù)碼管顯示為15.00,其仿真電路顯示如圖4.3所示。<a>按下停止鍵<b>按下復(fù)位鍵圖4.3按下"停止鍵"和"復(fù)位鍵"的電路顯示......5總結(jié)5.1設(shè)計總結(jié)軟件、硬件設(shè)計的實現(xiàn)本次設(shè)計的硬件是利用單片機、74LS245同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器、數(shù)碼管、蜂鳴器、按鍵等主要元器件組成,軟件的設(shè)計是利用C語言進行編程,并在Keil進行編譯調(diào)試,最后加載到單片機中進行仿真,因蜂鳴器不能夠加載音樂,故此在設(shè)計中利用Speaker代替蜂鳴器。通過設(shè)計實現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計所要求的功能：既能夠準確實現(xiàn)答辯倒計時系統(tǒng)的15分鐘的倒計時；能夠在系統(tǒng)剩余3分鐘時播放音樂,提示3秒鐘；能夠在倒計時結(jié)束后蜂鳴器長響,并且在按下"停止鍵"使蜂鳴器停止長響；對于外圍的控制按鍵,實現(xiàn)了開始、暫停、停止等功能。設(shè)計的不足本次課程設(shè)計是用AT89C51單片機、各種芯片及接口電路設(shè)計答辯倒計時系統(tǒng)。經(jīng)過認真地查找資料、編寫程序以及調(diào)試程序,結(jié)果滿足設(shè)計要求,仿真無誤。實現(xiàn)了設(shè)計要求的功能。不足之處在于,該系統(tǒng)設(shè)計太局限,不能滿足任意倒計時系統(tǒng)的需求。應(yīng)該設(shè)計為可預(yù)置倒計時時間并能按照設(shè)置的時間進行倒計時,并有相關(guān)提示和警告功能。5.2心得本次設(shè)計對于理論知識的要求很高,在設(shè)計過程中要根據(jù)設(shè)計要求不斷修改設(shè)計方案,詳細的查閱整理相關(guān)資料,再分別進行軟硬件的設(shè)計,直到仿真成功,每一步對我來說都是挑戰(zhàn)和進步。在此期間,鞏固了所學(xué)的專業(yè)知識,也學(xué)到了其他很多新知識,同時也培養(yǎng)了我獨立思考和動手的能力。......參考文獻[1]郭文川.單片機原理與接口技術(shù).中國農(nóng)業(yè)出版社,2007.8[2]XX理工大學(xué)《單片機原理與應(yīng)用》課程設(shè)計說明書[3]://wenku.baidu/view/77c1e9fe770bf78a652954ee.html,2[4][5]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).第4版.北京：高等教育出版社,2002[6]張迎新等.單片機初級教程——單片機基礎(chǔ).北京：高等教育出版社,2004[7]李軍.51系列單片機高級實例開發(fā)指南.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2004[8]張偉.單片機原理及應(yīng)用.北京：機械工業(yè)出版社,2002[9]戢衛(wèi)平,胡耀輝.單片機系統(tǒng)開發(fā)實力經(jīng)典.北京：冶金工業(yè)出版社附錄1電路原理圖附錄一系統(tǒng)設(shè)計原理圖附錄2C語言源程序#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitKstart=P1^0;sbitKpause=P1^1;sbitKstop=P1^2;sbitBeep=P3^0;sbitAlarm= P1^3;ucharcodeDSY_CODE[]={ 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};ucharDSY_Buffer[4]={1,5,0,0};uintClockNum=1500;bitstartflag=0;bitstopflag=0;bitsoundflag=1;voidInitTIMER0<void>;voidDelayMS<uintx>{ uchari; while<x--> { for<i=0;i<120;i++>; }}voidPlay<uchart,ucharp>{ uchari; for<i=0;i<p;i++> { Beep=~Beep; DelayMS<t>; } Beep=0;}voidPlay1<>{ while<soundflag> { Beep=~Beep; DelayMS<1>; } Beep=0;}voidmain<>{ uchari,m; InitTIMER0<>; startflag=0; stopflag=1; Alarm=1; Beep=0; P0=0xff; P2=0xff; while<1> { m=0xfe; DSY_Buffer[0]=ClockNum/1000; DSY_Buffer[1]=<ClockNum%1000>/100; DSY_Buffer[2]=<ClockNum%100>/10; DSY_Buffer[3]=ClockNum%10; for<i=0;i<4;i++> { P2=m; m=_crol_<m,1>; //if<i==1>