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文檔簡介
1、<p><b> 一、設(shè)計要求1</b></p><p> 1.1 設(shè)計內(nèi)容要求1</p><p> 1.2 設(shè)計方案思路1</p><p> 二、系統(tǒng)硬件設(shè)計1</p><p> 2.1 硬件電路的總體設(shè)計方案及框圖1</p><p> 2.2 各單元硬件設(shè)計2
2、</p><p> 2.2..1 復(fù)位電路設(shè)計2</p><p> 2.2.2 時鐘電路設(shè)計2</p><p> 2.2.3 顯示電路設(shè)計3</p><p> 2.2.4 主要硬件元器件介紹3</p><p> 三、系統(tǒng)軟件設(shè)計8</p><p> 3.1 主程序流程圖8
3、</p><p> 3.2定時子程序流程圖8</p><p> 3.3 定時器完整程序11</p><p> 四、系統(tǒng)軟件仿真14</p><p><b> 五、總結(jié)16</b></p><p><b> 六、參考文獻(xiàn)16</b></p>&
4、lt;p> 附錄一:七段數(shù)碼管字型碼17</p><p> 附錄二:元器件清單17</p><p> 摘要:本次課程設(shè)計是基于8051單片機(jī)控制的電子定時器設(shè)計。設(shè)計中應(yīng)用了單片中斷及LED顯示等技術(shù),經(jīng)歷了方案設(shè)計、電路硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、軟件仿真等過程,經(jīng)過此次課程設(shè)計掌握了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計過程,單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計流程如圖所示:</p><p&
5、gt;<b> 一、設(shè)計要求</b></p><p> 1.1 設(shè)計內(nèi)容及要求</p><p> 以89C51單片機(jī)為核心,設(shè)計一個定時器,4位LED顯示,分別顯示10分,</p><p> 分,10秒,秒。定時范圍從1秒到59分59秒,有按鍵設(shè)置定時時間,按開始鍵后開始計時,每過一秒刷新一次定時時間,若計時時間到,停止計時,并在LED
6、上顯示定時的時間。</p><p><b> 儀器工作過程:</b></p><p> 通電或復(fù)位狀態(tài)顯示0000;</p><p> 由按鍵設(shè)置定時時間;</p><p> 定時開始鍵按下,開始定時,每一秒刷新一次計時時間;</p><p> 定時時間到,停止計時,4位LED顯示設(shè)定時
7、間;</p><p> 復(fù)位后恢復(fù)初始狀態(tài),準(zhǔn)備進(jìn)行下一次定時。</p><p> 1.2 設(shè)計方案及思路</p><p> 根據(jù)設(shè)計要求,本系統(tǒng)初步設(shè)定由單片機(jī)系統(tǒng)、鍵0——3、LED顯示組成。</p><p> 1、按鍵的輸入:鍵0——3四個鍵作為時間設(shè)定的控制鍵,由P1口輸入</p><p> 2、定時
8、的顯示電路:8051顯示電路由4位共陰極數(shù)碼管顯示,由8051的串</p><p> 行口輸出,并通過74LS164八位移位寄存器輸入給數(shù)碼管</p><p><b> 二、系統(tǒng)硬件設(shè)計</b></p><p> 2.1 硬件電路的總體設(shè)計方案及框圖</p><p> 設(shè)計一個控制系統(tǒng)總體設(shè)計方案很重要,關(guān)系設(shè)計
9、接下來的操作程序,一下就是本設(shè)計的總體框架。</p><p> 按照設(shè)計要求,確定硬件電路的總體設(shè)計方案,以8051單片機(jī)為核心的控制電路,設(shè)計總框圖如圖1所示,此定時電路包含:復(fù)位電路、時鐘電路、按鍵輸入、顯示電路,這些控制電路將在硬件電路主要模塊設(shè)計中詳細(xì)介紹。</p><p><b> 圖1 設(shè)計總框圖</b></p><p>
10、2.2 各單元硬件設(shè)計</p><p> 2.2..1 復(fù)位電路設(shè)計</p><p> 單片機(jī)在啟動時都需要復(fù)位,以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài),并從初態(tài)開始工作。8051系列單片機(jī)的復(fù)位信號是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時,且振蕩器穩(wěn)定后,如果RST引腳上有一個高電平并維持2個機(jī)器周期(24個振蕩周期)以上,則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)
11、位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有:手動按鈕復(fù)位(如圖2所示)和上電自動復(fù)位(如圖3所示)等。在本系統(tǒng)中采用手動按鈕復(fù)位。</p><p> 圖2 手動按鈕復(fù)位 圖3 上電自動復(fù)位</p><p> 2.2.2 時鐘電路設(shè)計</p><p> 時鐘電路時計算機(jī)的心臟,它控制著計算機(jī)的工作節(jié)奏,CPU就是通過復(fù)雜的時序電路完成不同的
12、指令功能的。MCS-51的時鐘信號可以由兩種方式產(chǎn)生:一種是內(nèi)部方式,利用芯片內(nèi)部的振蕩電路,產(chǎn)生時鐘信號;另一種為外部方式,時鐘信號由外部引入。MCS-51單片機(jī)有HMOS型和CHMOS型,他們的時鐘電路有一定的區(qū)別。</p><p> (1)、內(nèi)部時鐘方式</p><p> 內(nèi)部方式的時鐘電路如圖4所示。利用MCS-51內(nèi)部的高增益反相放大器,在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時
13、元件,內(nèi)部振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。定時元件一般采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。</p><p> ?。?)、外部時鐘方式</p><p> 外部時鐘方式常用于多機(jī)系統(tǒng),以便各個單片機(jī)能夠同步工作。對外部振蕩信號無特殊要求,但需保證脈沖寬度不小于20ns,且頻率應(yīng)低于單片機(jī)所支持的最高頻率。電路如圖5所示。</p><p> 圖4 內(nèi)部時鐘方式
14、 圖5 外部時鐘方式</p><p> 2.2.3 顯示電路設(shè)計</p><p> 8051顯示電路由4位共陰極數(shù)碼管顯示,由8051的串行口輸出,并通過</p><p> 74LS164八位移位寄存器輸入給數(shù)碼管。如圖6所示:</p><p><b> 圖6 顯示電路</b><
15、;/p><p> 2.2.4 主要硬件元器件介紹</p><p> ?。?)單片機(jī)STC89C51芯片</p><p> 8051單片機(jī)引腳圖如圖7所示</p><p> 圖7 8051單片機(jī)引腳圖</p><p> 1、主電源引腳VCC和VSS </p><p> VCC——(40腳)
16、接+5V電壓; </p><p> VSS——(20腳)接地。 </p><p> 2、外接晶體引腳XTAL1和XTAL2 </p><p> XTAL1(19腳)接外部晶體的一個引腳。在單片機(jī)內(nèi)部,它是一個反相放大器的輸入端,這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。。 </p><p> XTAL2(18腳)接外晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部,接至
17、上述振蕩器的反相放大器的輸出端。</p><p> 3、控制或與其它電源復(fù)用引腳RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP </p><p> ?、賀ST/VPD(9腳)復(fù)位/備用電源輸入端 </p><p> ?、贏LE/PROG(30腳):低8位地址鎖存使能輸出端 </p><p> ?、跴SEN(29腳):外部程序存儲器
18、的讀選通信號。</p><p> ④EA/VPP(引腳):外部程序存儲器地址允許使能端</p><p> 4、輸入/輸出(I/O)引腳P0、P1、P2、P3(共32根) </p><p> ?、貾0口(39腳至32腳):漏極開路的8位準(zhǔn)雙向復(fù)用I/O口</p><p> ?、赑1口(1腳至8腳):內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口<
19、/p><p> ?、跴2口(21腳至28腳):內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向復(fù)用I/O口</p><p> ④P3口(10腳至17腳):內(nèi)部帶上拉電阻的8位多功能雙向I/O口</p><p><b> ?。?)七段數(shù)碼管</b></p><p> ?、倨叨螖?shù)碼管引腳圖如圖8所示:</p><p> 圖
20、8 其段數(shù)碼管引腳圖</p><p> ?、谄叨螖?shù)碼管字型碼(見附錄一)</p><p> ?。?)移位寄存器74LS164</p><p> ①74LS164引腳圖,如圖9所示</p><p> 圖9 74LS164引腳圖 圖10 74LS164功能表</p><p>
21、②74LS164功能表,如圖10所示</p><p> 2.3 EDA輔助設(shè)計</p><p> EDA是電子設(shè)計自動化(Electronic Design Automation)的縮寫,在20世紀(jì)60年代中期從計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)、計算機(jī)輔助制造(CAM)、計算機(jī)輔助測試(CAT)和計算機(jī)輔助工程(CAE)的概念發(fā)展而來的</p><p> EDA技術(shù)就
22、是以計算機(jī)為工具,設(shè)計者在EDA軟件平臺上,用硬件描述語言HDL完成設(shè)計文件,然后由計算機(jī)自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真,直至對于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。EDA技術(shù)的出現(xiàn),極大地提高了電路設(shè)計的效率和可操作性,減輕了設(shè)計者的勞動強(qiáng)度。</p><p> 在此次課程設(shè)計中,將主要使用PROTEL99SE來進(jìn)行電路的設(shè)計。</p><p&g
23、t; PROTEL為設(shè)計者提供了一個集成的電路設(shè)計環(huán)境,包括原理圖設(shè)計和PCB布線工具、電路仿真和集成的設(shè)計文檔管理。</p><p> 2.3.1 定時器的原理圖</p><p> (1)原理圖繪制的流程圖如圖11所示</p><p> ?。?)定時器原理圖如圖12所示</p><p> 2.3.2 定時器的PCB圖</p&g
24、t;<p> ?。?)PCB繪制流程圖如圖13所示</p><p> (2)PCB板如圖14所示</p><p> 圖11 電路圖繪制流程圖 圖13 PCB制作流程圖</p><p> 圖12 定時器電路原理圖</p><p> 圖14 定時器的PCB板</p><
25、p><b> 三、系統(tǒng)軟件設(shè)計</b></p><p> 3.1 主程序流程圖</p><p> 主程序流程圖如圖15所示</p><p> 3.2定時子程序流程圖</p><p> 定時子程序流程圖如圖16所示</p><p> 圖15 主程序流程圖</p>&
26、lt;p> 圖16 定時子程序流程圖</p><p> 3.3 定時器完整程序</p><p> ORG0000H</p><p> LJMP0030H</p><p> /********************************************</p><p> ******
27、***************主程序******************</p><p> **********************************************/</p><p> ORG0030H</p><p> START:MOV30H,#0 ;30H~33H清零</p><p> MOV
28、31H,#0</p><p> MOV32H,#0</p><p> MOV33H,#0</p><p> LCALLDIR0;調(diào)用顯示子程序</p><p> AA:JNBP1.0,AA0 ;檢測按鍵,若有按鍵按下則跳轉(zhuǎn)至相應(yīng)的程序</p><p> JNBP1.1,AA1<
29、/p><p> JNBP1.2,AA2</p><p> JNBP1.3,AA3</p><p> JNBP1.4,AA4</p><p> LJMPAA;循環(huán)檢測按鍵</p><p> AA0:INC30H;按鍵0按下時,30H自動加一</p><p><
30、;b> MOVA,30H</b></p><p> CJNEA,#10,AA00;若秒小于10,調(diào)用顯示程序</p><p> MOV30H,#0;若秒大于等于10,則30H清零</p><p> AA00:LCALLDIR0;調(diào)用顯示子程序</p><p> LCALLDLYR;調(diào)用延時
31、程序</p><p> LJMPAA;循環(huán)檢測按鍵</p><p> AA1:INC31H;按鍵1按下,31H自動加1并執(zhí)行相應(yīng)顯示程序</p><p> MOVA,31H</p><p> CJNEA,#6,AA11;若秒小于6,調(diào)用顯示程序</p><p> MOV31H,#
32、0;若秒大于等于6,則3H清零</p><p> AA11:LCALLDIR0</p><p> LCALLDLYR</p><p><b> LJMPAA</b></p><p> AA2:INC32H;按鍵2按下32H自動加1并執(zhí)行相應(yīng)顯示程序</p><p>
33、;<b> MOVA,32H</b></p><p> CJNEA,#10,AA22;若秒小于10,調(diào)用顯示程序</p><p> MOV32H,#0</p><p> AA22:LCALLDIR0</p><p> LCALLDLYR</p><p><b>
34、 LJMPAA</b></p><p> AA3:INC33H;按鍵3按下33H自動加1并執(zhí)行相應(yīng)顯示程序</p><p><b> MOVA,33H</b></p><p> CJNEA,#6,AA33;若秒小于6,調(diào)用顯示程序</p><p> MOV33H,#0;若秒
35、大于等于6,則3H清零</p><p> AA33:LCALLDIR0</p><p> LCALLDLYR</p><p><b> LJMPAA</b></p><p> AA4:LCALLDS00;調(diào)用定時子程序</p><p> LJMPAA;檢測按鍵
36、</p><p> /********************************************</p><p> *********************定時子程序*************</p><p> *********************************************/</p><p>
37、 DS00:MOV40H,30H</p><p> MOV41H,31H</p><p> MOV42H,32H</p><p> MOV43H,33H</p><p> MOV30H,#0;30H~33H清零</p><p> MOV31H,#0</p><p&
38、gt; MOV32H,#0</p><p> MOV33H,#0</p><p> DS11:LCALLDIR0;調(diào)用顯示程序</p><p> LCALLDLYR;調(diào)用延時程序</p><p> LCALLDLYR</p><p><b> INC30H</b>
39、</p><p><b> MOVA,30H</b></p><p> CJNEA,#10,GR</p><p> MOV30H,#0</p><p><b> INC31H</b></p><p><b> MOVA,31H</b>
40、</p><p> CJNEA,#6,GR</p><p> MOV31H,#0</p><p><b> INC32H</b></p><p><b> MOVA,32H</b></p><p> CJNEA,#10,GR</p><
41、p> MOV32H,#0</p><p><b> INC33H</b></p><p> GR:MOVA,33H;判斷是否到定時時間</p><p> CJNEA,43H,DS11</p><p><b> MOVA,32H</b></p>&l
42、t;p> CJNEA,42H,DS11</p><p><b> MOVA,31H</b></p><p> CJNEA,41H,DS11</p><p><b> MOVA,30H</b></p><p> CJNEA,40H,DS11</p><p&
43、gt; LCALLDIR0</p><p><b> RET</b></p><p> /******************************************</p><p> *********************顯示子程序**************</p><p> ********
44、*************************************/</p><p> DIR0:MOVSCON,#0;使用串行方式輸出顯示數(shù)碼</p><p> MOVR0,#30H</p><p><b> MOVR7,#4</b></p><p> L1:MOVA,@R0<
45、/p><p> MOVDPTR,#TAB</p><p> MOVCA,@A+DPTR</p><p> MOVSBUF,A</p><p> JNBTI,$;等待發(fā)送數(shù)據(jù)完成</p><p> CLRTI;發(fā)送請求標(biāo)志清零</p><p><b>
46、 INCR0</b></p><p> DJNZR7,L1</p><p><b> RET</b></p><p> TAB:DB3FH,06H,5BH,4FH,66H;0~9這十個數(shù)字的字型碼</p><p> DB60H,70H,07H,7FH,6FH</p><p
47、><b> RET</b></p><p> /*******************************************</p><p> *********************延時0.5s子程序*********</p><p> ***************************************
48、******/</p><p> DLYR:MOVR5,#125</p><p> DELY:MOVR7,#100</p><p> DLY0:MOVR6,#50</p><p> DLY1:DJNZR6,DLY1</p><p> DJNZR7,DLY0</p><p
49、> DJNZR5,DELY</p><p><b> RET</b></p><p><b> END</b></p><p><b> 四、系統(tǒng)軟件仿真</b></p><p> Proteus是多功能的EDA軟件,真正實現(xiàn)了虛擬物理原型功能,在目標(biāo)<
50、/p><p> 板還沒有制作之前,就可以對所設(shè)計的硬件系統(tǒng)的功能、合理性和性能指標(biāo)進(jìn)行充分調(diào)整,并可以在沒有硬件電路的情況下,進(jìn)行相應(yīng)的程序設(shè)計與調(diào)試,可由仿真原理圖直接導(dǎo)出繪制成印制電路板(PCB)。虛擬物理原型,對于單片機(jī)的設(shè)計來講可以節(jié)約成本,縮短開發(fā)時間,提高設(shè)計效率,降低開發(fā)成本。當(dāng)然,Proteus的仿真與真實的電路由一定的出入,如在本次仿真中,數(shù)碼管的限流電阻選用的是10歐姆的,而實際中應(yīng)選擇240歐
51、</p><p><b> 姆的電阻。</b></p><p> 仿真電路圖如圖17所示:</p><p> 圖17 仿真電路圖</p><p><b> 五、總結(jié)</b></p><p> 課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際</
52、p><p> 問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。</p><p> 回顧此次單片機(jī)課程設(shè)計,我學(xué)到了很多的知識,不僅可以鞏固以前所學(xué)的知識,而且學(xué)到了很多在書本上沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計過程,更深刻的理解了理論與實際相結(jié)合的重要性,鍛煉了自己的實際動手能力。</p><p><b&g
53、t; 六、參考文獻(xiàn)</b></p><p> [1] 薛曉書,單片機(jī)微型計算機(jī)原理及應(yīng)用. 西安:西安交通大學(xué)出版社,2004.</p><p> [2] 胡健,單片機(jī)原理及接口技術(shù). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.</p><p> [3]鄭一力,馮海峰等,Protel99SE電路設(shè)計與制版. 北京:人民郵電出版社,2008.&l
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