課程設計---60秒倒計時

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1前 言1</b></p><p><b>　　2工程概況2</b></p><p><b>　　3正文2</b></p><p>　　3.1 設計目的與要求2</p&

2、gt;<p>　　3.2 設計方法的目標3</p><p>　　3.3 設計方法和內(nèi)容3</p><p>　　3.3.1硬件設計方法3</p><p>　　3.3.2軟件設計方法7</p><p>　　3.4 軟件調(diào)試過程9</p><p>　　3.4.1 系統(tǒng)調(diào)試工具keil C519<

3、;/p><p>　　3.4.2 系統(tǒng)調(diào)試工具PROTEUS9</p><p>　　3.4.3焊接電路，對各節(jié)點測試導通性10</p><p><b>　　4有關說明11</b></p><p><b>　　5設計總結(jié)11</b></p><p><b>　　6致

4、謝11</b></p><p><b>　　7參考文獻11</b></p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　在生活和生產(chǎn)的各領域中，凡是有自動控制要求的地方都會有單片機的身影出現(xiàn)；從簡單到復雜，從空中、地面到地下，凡是能想像到的地方幾乎都有使用單片的需求。現(xiàn)在盡管單片機的應用已經(jīng)很普

5、遍了，但仍有許多可以用單片機控制而尚未實現(xiàn)的項目，因此，單片機的應用大有想像和拓展空間。 </p><p>　　單片機就是微控制器，它是嵌入式系統(tǒng)中的重要且發(fā)展迅速的組成部分。單片機接上震蕩元件（或震蕩源）、復位電路和接口電路，載入軟件后，可以構成單片機應用系統(tǒng)。將它嵌入到形形色色的應用系統(tǒng)中，它就成為眾多產(chǎn)品、設備的智能化核心。所以，生產(chǎn)企業(yè)稱單片機為“微電腦”。</p><p>　　單

6、片機的應用有利于產(chǎn)品的小型化、多功能化和智能化，有助于提高勞動效率，減輕勞動強度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動環(huán)境，減少能源和材料消耗，保證安全等。 但是，單片機應用的意義絕不僅限于它的廣闊范圍以及所帶來的經(jīng)濟效益上，更重要的意義還在于：單片機的應用正從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設計思想和設計方法。從前必須有模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能使用單片機通過軟件（編程序）方法實現(xiàn)了。這種以軟件取代硬件并提高系統(tǒng)性能的控制系統(tǒng)“軟化”技

7、術，稱之為微控制技術。微控制技術是一種全新的概念，是對傳統(tǒng)控制技術的一次革命。隨著單片機應用的推廣普及，微控制技術必將不斷發(fā)展、日益完善和更加充實。</p><p>　　近年來隨著計算機在社會領域的滲透, 單片機的應用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應用系統(tǒng)中，單片機往往是作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應根據(jù)具體硬件結(jié)構，以及針對具體應用對象

8、特點的軟件結(jié)合，以作完善。 模擬多通道壓力系統(tǒng)是利用壓力傳感器采集當前壓力并反映在顯示器上，它可以分析壓力過量程，并發(fā)出報警。并采用電子秤原理可根據(jù)輸入單價準確的計算出物體的金額。</p><p>　　本篇論文討論了簡單的倒計時器的設計與制作 ，對于倒計時器中的LED數(shù)碼顯示器來說，我為了簡化線路、降低成本，采用以軟件為主的接口方法，即不使用專門的硬件譯碼器，而采用軟件程序進行譯碼。</p><

9、;p><b>　　工程概況</b></p><p>　　本次課程設計的主要概況是了解單片機控制的60s倒計時的過程。是利用定時器和計數(shù)器的原理將倒計時過程顯示在LED數(shù)碼管上。最后應用PROTEUS軟件設計，仿真基于AT89c51單片機的60s倒計時實驗。通過做一個綜合性訓練題目，達到對內(nèi)容的消化、理解并提高解決問題的能力的目的。</p><p><b&g

10、t;　　正文</b></p><p>　　3.1 設計目的與要求</p><p>　　課程設計是單片機課程教學的最后一個環(huán)節(jié)，是對學生進行全面的系統(tǒng)的訓練。進行課程設計可以讓學生把學過的比較零碎的知識系統(tǒng)化，真正的能夠把學過的知識落到實處，能夠開發(fā)簡單的系統(tǒng)，也進一步激發(fā)了學生再深一步學習的熱情，因此課程設計是必不可少的，是非常必要的。</p><p>

11、　　課程設計是提高學生單片機技術應用能力以及文字總結(jié)能力的綜合訓練環(huán)節(jié)，是配合單片機課程內(nèi)容掌握、應用得的專門性實踐類課程。通過典型實際問題的實際，訓練學生的軟硬件的綜合設計、調(diào)試能力以及文字組織能力，建立系統(tǒng)設計概念，加強工程應用思維方式的訓練，同時對教學內(nèi)容做一定的擴充。</p><p>　　對于單片機控制的60s倒計時的要求如下：</p><p>　?。?）用單片機AT89C51的定

12、時器實現(xiàn)60s倒計時。本例中用兩位數(shù)碼管靜態(tài)顯示倒計時秒值。</p><p>　?。?）用PROTEUS軟件設計，仿真基于AT89c51單片機的60s倒計時實驗。</p><p>　　3.2 設計方法的目標</p><p>　　通過課程設計，使自己深刻理解并掌握基本概念，掌握單片機的基本應用程序設計及綜合應用程序設計的方法。通過做一個綜合性訓練題目，達到對內(nèi)容的消化

13、、理解并提高解決問題的能力的目的。</p><p>　　3.3 設計方法和內(nèi)容</p><p>　　本設計由硬件設計和軟件設計兩部分組成，總電路如圖1所示，硬件設計主要包括單片機芯片選擇，數(shù)碼管選擇及晶振，電容，電阻等元器件的選擇及其參數(shù)的確定；軟件設計主要是實現(xiàn)60秒倒計時程序的編寫，包括利用中斷實現(xiàn)1秒的定時及60秒的倒計時。</p><p>　　具體設計：通過

14、AT89C51型號單片機，由P1和P2兩組I/O引腳分別控制兩個7SEG–COM –ANODE型號數(shù)碼管，分十位控制和個位控制，達到顯示60秒倒計時的目的。通過復位電路，在仿真過程中點擊開關實現(xiàn)60復位。</p><p>　　圖1 60秒倒計時總體電路設計</p><p>　　3.3.1硬件設計方法</p><p>　　AT89C51的芯片概述</p>

15、<p>　　AT89C51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89C51可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高

16、性價比的解決方案。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。 其工作電壓在4.5－５V,一般我們選用＋5V電壓。外形及引腳排列如圖2所示 ：</p><p>　　AT89C51主要特性</p><p>　　圖2：89C51的核心電路框圖</p><p>　　·與MCS-51 兼容 </p><p>　　&#

17、183;4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 </p><p>　　·壽命：1000寫/擦循環(huán)</p><p>　　·數(shù)據(jù)保留時間：10年</p><p>　　·全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz</p><p>　　·三級程序存儲器鎖定</p><p>　　·128×8位內(nèi)

18、部RAM</p><p>　　·32可編程I/O線</p><p>　　·兩個16位定時器/計數(shù)器</p><p><b>　　·5個中斷源 </b></p><p><b>　　·可編程串行通道</b></p><p>　　·

19、;低功耗的閑置和掉電模式</p><p>　　·片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 </p><p>　　AT89C51管腳說明</p><p>　　(1)電源及時鐘引腳（4個）</p><p>　　Vcc: 電源接入引腳</p><p><b>　　Vss：接地引腳</b></p>&

20、lt;p>　　XTAL1：晶振震蕩器接入的一個引腳（采用外部振蕩器時，此引腳接地）;</p><p>　　XTAL2:晶體振蕩器的另一個引腳（采用外部振蕩器時，此引腳作為外部振蕩器信號的輸入端）。</p><p>　?。?）控制線引腳（4個）</p><p>　　RST/Vpd：復位信號輸入引腳/備用電源輸入引腳；</p><p>　　

21、ALE：地址鎖存允許信號輸出引腳/編程脈沖輸入引腳：</p><p>　　EA:內(nèi)外存儲器選擇引腳/片外EPROM編程電壓輸入引腳；</p><p>　　PSEN：外部程序存儲器選通信號輸出引腳。</p><p>　　（3）并行I/O引腳</p><p>　　P0.0-P0.7：一般I/O口引腳或數(shù)據(jù)/低位地址總線復用引腳；</p>

22、;<p>　　P1.0-P1.7：一般I/O口引腳；</p><p>　　P2.0-P2.7：一般I/O口引腳或高位地址總線引腳；</p><p>　　P3.0-P3.7：一般I/O口引腳或第二功能引腳</p><p>　　所需器件如下表所列：</p><p>　　LED數(shù)碼管顯示器概述</p><p>

23、　　本設計中采用的是7SEG–COM –ANODE型號數(shù)碼管，它是一種半導體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。實物如圖3所示：</p><p>　　圖3 7SEG–COM –ANODE型號數(shù)碼管</p><p><b>　　數(shù)碼管的分類　　</b></p><p>　　數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極

24、管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應用時應將公共極COM接到+5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰

25、數(shù)碼管在應用時應將公共極COM接到地線GND上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。</p><p>　　LED數(shù)碼管有兩種連接方法如下：</p><p>　　共陽極接法。把發(fā)光二極管的陽極連在一起構成公共陽極，使用時公共陽極接+5V，每個發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。 </p><p>　　共陰

26、極接法。把發(fā)光二極管的陰極連在一起構成公共陰極，使用時公共陰極接地。每個發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。</p><p>　　圖4 LED數(shù)碼管有兩種連接方法</p><p>　　測量數(shù)碼管引腳，分共陰和共陽兩類：</p><p>　　找公共共陰和公共共陽：首先，我們找個電源（3到5伏）和1個1K（幾百歐的也行）的電阻，VCC串接個電阻后和GND接在任意2個腳

27、上，組合有很多，但總有一個LED會發(fā)光的，找到一個就夠了，然后GND不動，VCC（串電阻）逐個碰剩下的腳，如果有多個LED（一般是8個），那它就是共陰的了。相反用VCC不動，GND逐個碰剩下的腳，如果有多個LED（一般是8個），那它就是共陽的。也可以直接用數(shù)字萬用表，紅表筆是電源的正極，黑表筆是電源的負極。</p><p>　　3.3.2軟件設計方法</p><p><b>　　

28、圖5 程序框圖</b></p><p>　　定時/計數(shù)器初值計算</p><p>　?。?）本電路應用TIMER0 MODE 16位計數(shù)器的計時中斷法。 </p><p>　?。?）1秒等于1000000微秒,而每一計時脈沖是1微秒,因此需輸入100000個計時脈沖,方可達到1秒的時間。本設計中，設定中斷每次溢出時間50ms。</p>&l

29、t;p>　?。?）由上式得知，循環(huán)20次即可達到1秒定時，即： </p><p>　　N=t/Tcy=0.05s/0.000001=5000</p><p>　　X=65536-5000=15536=3CB0H</p><p>　?。?）由上式得知5000個脈沖，首先需設定TL0=3CH,TH0=0B0H，此時第1次只要輸入5000個脈沖輸入，就會溢出；第2次

30、至第20次，則需每1000000個計時脈沖，定時1秒。</p><p>　?。?）上電時，顯示60，開始倒數(shù)計時按下開關實現(xiàn)復位。</p><p><b>　　軟件程序</b></p><p>　　ORG 00H</p><p>　　SJMP STAR</p><p>　　ORG

31、 1BH</p><p>　　SJMP T1S; 轉(zhuǎn)T1中斷服務程序</p><p>　　ORG 30H</p><p>　　STAR: MOV R2,#60； 倒計時初值</p><p>　　MOV R4,#20； 定時中斷溢出計數(shù)器R4初值為

32、20</p><p>　　MOV IE,#88H； T1開中斷</p><p>　　MOV TMOD,#10H； T1方式1</p><p>　　MOV TH1,#3CH； 定時初值</p><p>　　MOV TL1,#OBOH； 定時初值</p&g

33、t;<p>　　SETB TR1； 啟動T1</p><p>　　ACALL DIS； 調(diào)用顯示子程序</p><p><b>　　SJMP $</b></p><p>　　TIS: MOV TH1,#3CH; 中斷程序</p>

34、<p>　　MOV TL1,#0B0H; 重裝初值</p><p>　　DJNZ R4,T1S1; 定時1S到否</p><p>　　MOV R4,#20; 到1S，重置R4=20</p><p>　　DJNZ R2,T1S0; 倒計時遞減</p&g

35、t;<p>　　CLR TR1; 倒計時結(jié)束，關定時器</p><p>　　T1S0: ACALL DIS； 調(diào)顯示</p><p>　　T1S1: RETI； 中斷返回</p><p>　　SEG7: INC A；

36、 A的值加一</p><p>　　MOVC A,@A+PC; 取顯示斷段</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H； 0至3的共陽型顯示碼</p><p>　　DB 99H,92H,82H,0F8H；

37、 4至7的共陽型顯示碼</p><p>　　DB 80H,90H,88H,83H； 8至B的共陽型顯示碼</p><p>　　DB 0C6H,0A1H,86H,8EH； C至F的共陽型顯示碼</p><p>　　DIS: MOV A,R2； 單字節(jié)十六進制數(shù)轉(zhuǎn)為十進制數(shù)</p>&l

38、t;p>　　MOV B,#10</p><p>　　DIV AB</p><p>　　ACALL SEG7</p><p>　　MOV P1,A； 顯示十位</p><p>　　MOV A,B</p><p>　　ACALL SEG7</

39、p><p>　　MOV P2,A； 顯示個位</p><p>　　RET； 子程序返回</p><p><b>　　END</b></p><p>　　3.4 軟件調(diào)試過程</p><p>　　3.4.1 系統(tǒng)調(diào)試工

40、具keil C51 </p><p>　　Keil C51 仿真器是一款利用KEIL C51 的IDE 集成開發(fā)環(huán)境作為仿真環(huán)境的廉價仿真器，是利用SST公司具有IAP功能的單片機SST89C58制作而成，主要是利用了SST89C58的IAP功能，所謂IAP功能是In application program 的英文縮寫，是在應用編程的意思，通俗一點講就是：它可以通過串口將用戶的程序下載到單片機中，可以通過串口對單

41、片機進行編程。它之所以具有這種功能，實際上它有兩塊程序flash區(qū)，其中一塊flash中運行的程序可以更改另外的一塊程序flash區(qū)中的程序，正是利用這一特性才用它作成了仿真器，我們把仿真器的監(jiān)控程序事先燒入SST89C58，監(jiān)控程序通過SST89C58的串口和PC通訊，當使用KEIL C51的IDE環(huán)境仿真時，用戶的程序通過串口被監(jiān)控程序?qū)懭雈lash程序區(qū)中，當用戶設置斷點等操作仿真程序時，flash程序中的用戶程序也在相應的更改，

42、從而實現(xiàn)了仿真功能 。</p><p><b>　　調(diào)試的主要方法 ：</b></p><p>　　1. 啟動Keil c51 </p><p>　　2. 新建一個工程。Project菜單—〉New project ，選擇好我們要保存的文件夾后，鍵入Frist 保存。接著彈出CPU類型選擇框，我們選擇最常用的AT89C51,按確定。</p

43、><p>　　3. 在工程中加入文件。新建一個文件，文件菜單File—〉New，我們再選擇：文件菜單File—〉Save As? （另存為）彈出 對話框后，我們文件名框中鍵入First.c（注意文件后綴名是 .c）保存。C文件建好啦。現(xiàn)在我們把文件加入到工程中去。 點擊Target 1前面的+號，右鍵單擊Source Group 1—〉選擇Add Files to Group，Source Group 1，選擇添加

44、Add。編譯運行，檢查程序是否有錯誤。</p><p>　　3.4.2 系統(tǒng)調(diào)試工具PROTEUS</p><p>　　Proteus是一款EDA軟件，該軟件具有模擬電路仿真，數(shù)字電路仿真，單片機以及外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真，RS-232動態(tài)仿真，I2C調(diào)試器，SPI調(diào)試器，鍵盤和LCD系統(tǒng)的仿真，以及各種虛擬儀器，如示波器，邏輯分析儀，信號發(fā)生器等。該軟件目前支持的單片機類型有：6800

45、0系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列、ARM以及各種外圍芯片。該軟件還支持大量的存儲器和外圍芯片，所以，該軟件是一款集單片機和SPICE分析于一身的仿真軟件。</p><p>　　調(diào)試方法：首先用Keil軟件將C編譯成HEX文件，打開Keil軟件，新建一個文檔，輸入C程序，保存成C格式文件，然后新建工程，連接單片機為AT89C51，選擇Opti

46、ons for target，選擇OUTPUT子菜單，在Create HEX Fi前打鉤，DeBug子菜單中，Settings選擇ProteusVSM Simulator，USE前打鉤，再次運行文件，成功后在目錄下會生成HEX文件，打開Proteus軟件，或直接點擊DSN文件，雙擊單片機模板，點擊文件夾式樣的圖標選擇對應的HEX驅(qū)動文件，然后點擊開始，進行調(diào)試。</p><p><b>　　圖6 仿真圖

47、</b></p><p><b>　　圖7 實物圖</b></p><p>　　3.4.3焊接電路，對各節(jié)點測試導通性</p><p>　　經(jīng)過精心布局之后，下面就要開始硬件的焊接了。因為是第一次接觸焊接，所以在開始之前，老師先讓我們在壞板子上進行聯(lián)系，并給我們詳細講解了焊接所必須注意的事項。經(jīng)過一番訓練之后，我們開始了實物焊接。焊

48、接是一項細心的工作，稍不小心就會將萬能版燒壞。進過細心的焊接之后，各節(jié)點之間表面上看放佛已經(jīng)接通了。但是我們還必須經(jīng)過測量才能確定各點是否已經(jīng)連通。確定各點連通之后，然后將程序燒錄到單片機中，插入插槽，連通電源。</p><p><b>　　有關說明</b></p><p>　　單片機自20世紀70年代問世以來，以其極高的性能價格比，受到人們的重視和關注，應用很廣、發(fā)

49、展很快。單片機體積小、重量輕、抗干擾能力強、環(huán)境要求不高、價格低廉、可靠性高、靈活性好、開發(fā)較為容易。由于具有上述優(yōu)點，在我國，單片機已廣泛地應用在工業(yè)自動化控制、自動檢測、智能儀器儀表、家用電器、電力電子、機電一體化設備等各個方面，而51單片機是各單片機中最為典型和最有代表性的一種。這次畢業(yè)設計通過對它的學習、應用，以AT89S51芯片為核心，輔以必要的電路，設計了一個簡易的電子時鐘，它由4.5V直流電源供電，通過數(shù)碼管能夠準確顯示時

50、間，調(diào)整時間，從而到達學習、設計、開發(fā)軟、硬件的能力。</p><p><b>　　設計總結(jié)</b></p><p>　　課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程.隨著科學技術發(fā)展的日新日異，單片機已經(jīng)成為當今計算機應用中空前活躍的領域， 在生活中可以說得是無處不在。

51、因此作為二十一世紀的大學來說掌握單片機的開發(fā)技術是十分重要的。</p><p>　　回顧起此次單片機課程設計，我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實踐，在接近四星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相

52、結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。</p><p>　　在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說不懂一些元器件的使用方法，對單片機匯編語言掌握得不好……通過這次課程設計之后，一定把以前所學過的知識重新溫故。<

53、;/p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　這次課程設計終于順利完成了，在設計中遇到了很多編程問題，最后在老師的辛勤指導下，終于完成了設計要求。同時，在老師那里我學得到很多實用的知識，在次我表示感謝！最后，對給過我?guī)椭乃型瑢W和各位指導老師再次表示忠心的感謝！</p><p>　　此外從這次的課程設計中，我真真正正的意識到，在以