单片机经典数字定时器课程设计.docx
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单片机经典数字定时器课程设计
一、设计要求1
1.1设计内容要求1
1.2设计方案思路1
二、系统硬件设计1
2.1硬件电路的总体设计方案与框图1
2.2各单元硬件设计2
2.2..1复位电路设计2
2.2.2时钟电路设计2
2.2.3显示电路设计3
2.2.4主要硬件元器件介绍3
三、系统软件设计8
3.1主程序流程图8
3.2定时子程序流程图8
3.3定时器完整程序11
四、系统软件仿真14
五、总结16
六、参考文献16
附录一：
七段数码管字型码17
附录二：
元器件清单17
摘要：
本次课程设计是基于8051单片机控制的电子定时器设计。
设计中应用了单片中断与显示等技术，经历了方案设计、电路硬件设计、软件设计、软件仿真等过程，经过此次课程设计掌握了单片机应用系统的设计过程，单片机应用系统的设计流程如图所示：
一、设计要求
1.1设计内容与要求
以89C51单片机为核心，设计一个定时器，4位显示，分别显示10分，
分，10秒，秒。
定时范围从1秒到59分59秒，有按键设置定时时间，按开始键后开始计时，每过一秒刷新一次定时时间，若计时时间到，停止计时，并在上显示定时的时间。
仪器工作过程：
1、通电或复位状态显示0000；
2、由按键设置定时时间；
3、定时开始键按下，开始定时，每一秒刷新一次计时时间；
4、定时时间到，停止计时，4位显示设定时间；
5、复位后恢复初始状态，准备进行下一次定时。
1.2设计方案与思路
根据设计要求，本系统初步设定由单片机系统、键0——3、显示组成。
1、按键的输入：
键0——3四个键作为时间设定的控制键，由P1口输入
2、定时的显示电路：
8051显示电路由4位共阴极数码管显示，由8051的串
行口输出，并通过74164八位移位寄存器输入给数码管
二、系统硬件设计
2.1硬件电路的总体设计方案与框图
设计一个控制系统总体设计方案很重要，关系设计接下来的操作程序，一下就是本设计的总体框架。
按照设计要求，确定硬件电路的总体设计方案，以8051单片机为核心的控制电路，设计总框图如图1所示，此定时电路包含：
复位电路、时钟电路、按键输入、显示电路，这些控制电路将在硬件电路主要模块设计中详细介绍。
图1设计总框图
2.2各单元硬件设计
2.2..1复位电路设计
单片机在启动时都需要复位，以使与系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。
8051系列单片机的复位信号是从引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。
当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果引脚上有一个高电平并维持2个机器周期（24个振荡周期）以上，则就可以响应并将系统复位。
单片机系统的复位方式有：
手动按钮复位（如图2所示）和上电自动复位（如图3所示）等。
在本系统中采用手动按钮复位。
图2手动按钮复位图3上电自动复位
2.2.2时钟电路设计
时钟电路时计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏，就是通过复杂的时序电路完成不同的指令功能的。
51的时钟信号可以由两种方式产生：
一种是内部方式，利用芯片内部的振荡电路，产生时钟信号；另一种为外部方式，时钟信号由外部引入。
51单片机有型和型，他们的时钟电路有一定的区别。
（1）、内部时钟方式
内部方式的时钟电路如图4所示。
利用51内部的高增益反相放大器，在1和2引脚上外接定时元件，内部振荡电路便产生自激振荡。
定时元件一般采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。
（2）、外部时钟方式
外部时钟方式常用于多机系统，以便各个单片机能够同步工作。
对外部振荡信号无特殊要求，但需保证脉冲宽度不小于20，且频率应低于单片机所支持的最高频率。
电路如图5所示。
图4内部时钟方式图5外部时钟方式
2.2.3显示电路设计
8051显示电路由4位共阴极数码管显示，由8051的串行口输出，并通过
74164八位移位寄存器输入给数码管。
如图6所示：
图6显示电路
2.2.4主要硬件元器件介绍
（1）单片机89C51芯片
8051单片机引脚图如图7所示
图78051单片机引脚图
1、主电源引脚和
——（40脚）接+5V电压；
——（20脚）接地。
2、外接晶体引脚1和2
1（19脚）接外部晶体的一个引脚。
在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。
。
2（18脚）接外晶体的另一端。
在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端。
3、控制或与其它电源复用引脚、、和
①（9脚）复位/备用电源输入端
②（30脚）：
低8位地址锁存使能输出端
③（29脚）：
外部程序存储器的读选通信号。
④（引脚）：
外部程序存储器地址允许使能端
4、输入/输出（）引脚P0、P1、P2、P3（共32根）
①P0口（39脚至32脚）：
漏极开路的8位准双向复用口
②P1口（1脚至8脚）：
内部带上拉电阻的8位准双向口
③P2口（21脚至28脚）：
内部带上拉电阻的8位准双向复用口
④P3口（10脚至17脚）：
内部带上拉电阻的8位多功能双向口
（2）七段数码管
①七段数码管引脚图如图8所示：
图8其段数码管引脚图
②七段数码管字型码（见附录一）
（3）移位寄存器74164
①74164引脚图，如图9所示
图974164引脚图图1074164功能表
②74164功能表，如图10所示
2.3辅助设计
是电子设计自动化（）的缩写，在20世纪60年代中期从计算机辅助设计（）、计算机辅助制造（）、计算机辅助测试（）和计算机辅助工程（）的概念发展而来的
技术就是以计算机为工具，设计者在软件平台上，用硬件描述语言完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。
技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了设计者的劳动强度。
在此次课程设计中，将主要使用99来进行电路的设计。
为设计者提供了一个集成的电路设计环境，包括原理图设计和布线工具、电路仿真和集成的设计文档管理。
2.3.1定时器的原理图
（1）原理图绘制的流程图如图11所示
（2）定时器原理图如图12所示
2.3.2定时器的图
（1）绘制流程图如图13所示
（2）板如图14所示
图11电路图绘制流程图图13制作流程图
图12定时器电路原理图
图14定时器的板
三、系统软件设计
3.1主程序流程图
主程序流程图如图15所示
3.2定时子程序流程图
定时子程序流程图如图16所示
图15主程序流程图
图16定时子程序流程图
3.3定时器完整程序
0000H
0030H
/********************************************
*********************主程序******************
**********************************************/
0030H
:
300;3033H清零
310
320
330
0;调用显示子程序
:
P1.00;检测按键，若有按键按下则跳转至相应的程序
P1.11
P1.22
P1.33
P1.44
;循环检测按键
0:
30H;按键0按下时，30H自动加一
A,30H
1000;若秒小于10,调用显示程序
300;若秒大于等于10,则30H清零
00:
0;调用显示子程序
;调用延时程序
;循环检测按键
1:
31H;按键1按下，31H自动加1并执行相应显示程序
A,31H
611;若秒小于6,调用显示程序
310;若秒大于等于6,则3H清零
11:
0
2:
32H;按键2按下32H自动加1并执行相应显示程序
A,32H
1022;若秒小于10,调用显示程序
320
22:
0
3:
33H;按键3按下33H自动加1并执行相应显示程序
A,33H
633;若秒小于6,调用显示程序
330;若秒大于等于6,则3H清零
33:
0
4:
00;调用定时子程序
;检测按键
/********************************************
*********************定时子程序*************
*********************************************/
00:
40H,30H
41H,31H
42H,32H
43H,33H
300;3033H清零
310
320
330
11:
0;调用显示程序
;调用延时程序
30H
A,30H
10
300
31H
A,31H
6
310
32H
A,32H
10
320
33H
:
A,33H;判断是否到定时时间
A,4311
A,32H
A,4211
A,31H
A,4111
A,30H
A,4011
0
/******************************************
*********************显示子程序**************
*********************************************/
0:
0;使用串行方式输出显示数码
R030H
R74
L1:
0
$;等待发送数据完成
;发送请求标志清零
R0
R71
:
3,06H,5,4,66H;0~9这十个数字的字型码
60H,70H,07H,7,6
/*******************************************
*********************延时0.5s子程序*********
*********************************************/
:
R5125
:
R7100
0:
R650
1:
R61
R70
R5
四、系统软件仿真
是多功能的软件，真正实现了虚拟物理原型功能，在目标
板还没有制作之前，就可以对所设计的硬件系统的功能、合理性和性能指标进行充分调整，并可以在没有硬件电路的情况下，进行相应的程序设计与调试，可由仿真原理图直接导出绘制成印制电路板（）。
虚拟物理原型，对于单片机的设计来讲可以节约成本，缩短开发时间，提高设计效率，降低开发成本。
当然，的仿真与真实的电路由一定的出入，如在本次仿真中，数码管的限流电阻选用的是10欧姆的，而实际中应选择240欧
姆的电阻。
仿真电路图如图17所示：
图17仿真电路图
五、总结
课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际
问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。
回顾此次单片机课程设计，我学到了很多的知识，不仅可以巩固以前所学的知识，而且学到了很多在书本上没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了单片机应用系统的设计过程，更深刻的理解了理论与实际相结合的重要性，锻炼了自己的实际动手能力。
六、参考文献
[1]薛晓书，单片机微型计算机原理与应用.西安：
西安交通大学出版社，2004.
[2]胡健，单片机原理与接口技术.北京：
机械工业出版社，2004.
[3]郑一力，冯海峰等，99电路设计与制版.北京：
人民邮电出版社，2008.
[4]侯玉宝，陈忠平等，基于的51系列单片机设计与仿真.北京：
电子工业出版社，2008.
附录一：
七段数码管字型码
显示字型
h
g
f
e
d
c
b
a
共阴极字形码
共阳极字形码
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0x3F
00
1
0
0
0
0
0
1
1
0
0x06
09
2
0
1
0
1
1
0
1
1
0x5B
04
3
0
1
0
0
1
1
1
1
0x4F
00
4
0
1
1
0
0
1
1
0
0x66
0x99
5
0
1
1
0
1
1
0
1
0x6D
0x92
6
0
1
1
1
1
1
0
1
0x7D
0x82
7
0
0
0
0
0
1
1
1
0x07
08
8
0
1
1
1
1
1
1
1
0x7F
0x80
9
0
1
1
0
1
1
1
1
0x6F
0x90
A
0
1
1
1
0
1
1
1
0x77
0x88
b
0
1
1
1
1
1
0
0
0x7C
0x83
C
0
0
1
1
1
0
0
1
0x39
06
d
0
1
0
1
1
1
1
0
0x5E
01
E
0
1
1
1
1
0
0
1
0x79
0x86
F
0
1
1
1
0
0
0
1
0x71
0x8E
附录二：
元器件清单
名称
大小
数量
名称
大小
数量
89C51
1片
74164
4片
按键
6个
数码管
4个
电解电容
10
1个
瓷片电容
30
2个
电阻
1k
1个
电阻
240Ω
4个
晶振
6
1个
升级会员 