LED数字倒计时器单片机课程设计.docx
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LED数字倒计时器单片机课程设计
课程设计任务书
学生姓名：
向伟杰专业班级：
机自xs1101班
指导教师：
徐汉斌工作单位：
机电工程学院
题目：
LED数字倒计时器设计
初始条件：
1•采用MCS5作为主控芯片；
2.采用LED数码管显示倒计时，倒计时范围24:
00:
00;
3.可调任意设定定时时间，要具有定时提醒功能，定时到2s报警功能。
要求完成的主要任务：
1、查阅参考资料，自学相关可编程接口芯片的内部结构、工作方式和初
始化编程过程；
2、根据设计系统的具体功能和性能参数，明确设计目标；
3、单片机系统及其扩展接口电路设计，绘制系统硬件原理图；
4、编制系统控制源程序，绘制源程序流程图，包括初始化和监控程序；
5、撰写设计说明书（包括参考资料目录，字数不少于5000字）
时间安排：
（两周）
序号
内容
所用时间（天）
1
查阅资料，学习相关芯片知识
2
2
系统及扩展电路硬件设计
3
3
初始化程序和应用程序设计
3
4
r相关硬件电路和程序调试
3
5
课程设计答辩
1
合计
12
指导教师签名：
2013年12月27日
系主任（或责任教师）签名:
1LED数字倒计时器的功能及需求分析1
2LED数字倒计时器的设计方案2
2.1LED数字倒计时器的组成2
2.2LED数字倒计时器的系统设计图2
3LED数字倒计时器硬件电路设计与主要元器件分析错误!
未定义书签。
3.1AT89C51单片机错误!
未定义书签。
3.2晶振电路8
3.3复位电路9
3.4按键电路10
3.5数码管显示电路11
3.6蜂鸣电路13
4LED数字倒计时器系统仿真图14
5LED数字倒计时器原件清单15
6LED数字倒计时器的软件设计16
6.1程序流程图16
6.2程序清单17
7总结22
8参考文献23
9评分表24
1.LED数字倒计时器的功能及需求分析
1.1功能分析：
可实现倒计时功能，计时时间可通过按键进行设定，设定完成后启动倒计时，倒计时还剩下两秒时，蜂鸣电路会报警提示。
（1）可实现倒计时功能：
本设计的LED数字倒计时采用六位数码管显示时间，分别显示小时、分钟、秒钟，最大的倒计时时间为24小时，倒计时时间为24
小时内任意时间可调。
。
（2）计时时间可通过按键进行设定：
通过运用独立的按键控制时，分,秒的设定。
按键B1控制小时让小时以加一方式设定，按键B2控制分钟让分钟以加一方式设定，按键B3控制秒让秒以加一方式设定，按键B4控制定时器开关。
（3）设定完成后启动倒计时：
通过按下独立按键k4控制倒计时器开关，按一下开始倒计时。
（4）当倒计时时间还剩下两秒时，蜂鸣电路会报警，这些功能都是通过软件实现的。
LED数字倒计时器的功能，原理上，和电子表的闹钟定时功能没什么两样，但是，与之不同的是，LED数字倒计时器不仅具有提醒功能，还能直接倒计时显示，还有多长时间到达设置的时间，并且，能够通过按钮调节，24小时内任
意倒计时时间均可以调节，可以调节小时、分钟以及秒钟，有按钮复位，能够实现取消定时，有按钮能够实现开始倒计时。
1.2需求分析
近年来随着计算机在社会领域的渗透，单片机的应用正在不断深入人们的生活，同时带动传统控制检测日新月异。
在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面的知识是不够的，还应根据具体硬件结构，针对具体应用特点与软件结合。
本次课程设计研究了LED
数字倒计时器的设计与制作，此方案线路简单，成本低，应用前景广阔。
例如，在所有大学以及初高中的每个教室里都可以安装一个LED数字倒计时器，
教室前面有个大的LED数字倒计时器，在平时不仅可以同学们还有多长时间上课下课，更主要的是，能在学校的考试或者十分重要的大型考试，如中考，高考，四六级考试，公务员考试，研究生考试等中发挥重要作用，方便考生把握考试时间发挥出最好的水平。
总而言之，LED数字倒计时器，在未来会有十分广阔的前景。
2.LED数字倒计时器的设计方案
2.1LED数字倒计时器的组成：
a）AT89C51单片机
b）晶振电路
c）复位电路
d）按键电路
e）六位数码管显示电路
f）蜂鸣器电路
2.2LED数字倒计时器的系统设计图
图2.2
3.LED数字倒计时器硬件电路设计与主要元器件分析
3.1AT89C51单片机
331AT89C51的原理图
UI
19
>XTAL1PO.O/ADD
PO.VAD1
PO.2/AD2
XTAL2P03JAD3
P0.4/AD4
P05MD5
P0.6/AD6
RSTP0.7/AD7
P2.O/A8
P2.1/A9
P2.2/A10
PSENP2.3/A11
ALEP2.4/A12
EAP2.5/A13
P2.S/A14
P2.7/A15
P1.0P3.0/RXD
P11P3.1/TXD
P1.2P32^NT0
P13P3.3/INT1
F1.4P3.4/T0
P1.5P3.5/T1
P16P36/WR
P1.7P3.7/RD
39
38
18
37
~36
35
34
33
9
32
21
22
23
29
24
30
25
31
26
27
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1
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6
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7
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8
ft.T89C51
监!
丨|I|!
丨！
一
图3.3.1
331AT89C51的原理和性能介绍
（一）AT89C51的原理
a）VCC:
供电电压。
b）GND:
接地。
c）P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
d）P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
e）P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“T时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
f）P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C5啲一些特殊功能口，如下表所示：
口管脚备选功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（记时器0外部输入）P3.5T1
（记时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
g）RST:
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电
平时间。
h）ALE/PROG:
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址
的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE
端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它
可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOV，MOV指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
i）/PSEN:
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
j）/EA/VPP:
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（OOOOH-FFFFH,
不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚
也用于施加12V编程电源（VPP。
k）XTAL1:
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
l）XTAL2:
来自反向振荡器的输出。
（二）AT89C51的性能分析
a）主要特点：
AT89C5是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPERO—Falsh
ProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
该器件采用ATMEI高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-5指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C5是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
b）振荡器特性：
TAL2分别为反向放大器的输入和输出。
该反向放大为片内振荡器。
石晶
振荡和陶瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件，XTAL亦不接。
有
余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉
宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
c）芯片擦除：
整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。
在芯片擦操作中，代码阵列全被写“T且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。
此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。
在闲置模式下，CPU亭止工作。
但RAM定时器,
计数器，串口和中断系统仍在工作。
在掉电模式下，保存RAM勺内容并且冻
结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。
3.2晶振电路
321晶振电路原理图
3.2.2晶振电路分析
a）晶振电路的原理：
晶振是通过电激励来产生固定频率的机械振动，而振动又会产生电流反馈给电路，电路接到反馈后进行信号放大，再次用放大的电信号来激励晶振机械振动，晶振再将振动产生的电流反馈给电路，如此这般。
当电路中的激励电信号和晶振的标称频率相同时，电路就能输出信号强大，频率稳定的正弦波。
整形电路再将正弦波变成方波送到数字电路中供其使用。
b）晶振电路的特点：
晶振是石英振荡器的简称，英文名为Crystal，晶振分为有源晶振和无源晶振两种，其作用是在电路产生震荡电流，发出时钟信号。
它是时钟电路中最重要的部件，它的作用是向IC等部件提供基准频率，它就像个标尺，工作频率不稳定会造成相关设备工作频率不稳定，自然容易出现问题。
由于制造工艺不断提高,现在晶振的频率偏差、温度稳定性、老化率、密封性等重要技术指标都很好，已不容易出现故障，但在选用时仍可留意一下晶振的质量。
3.3复位电路
331复位电路的原理图
3.3.2复位电路的原理和作用
a）复位电路的原理：
系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。
为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分
-合过程中引起的抖动而影响复位。
RC复位电路可以实现上述基本功能，但解决不了电源毛刺和电源缓慢下降（电池电压不足）等问题，而且调整RC常数改
变延时会令驱动能力变差。
左边的电路为高电平复位有效，右边为低电平有效，复位按键为手动复位开关，电容可避免高频谐波对电路的干扰。
b）复位电路的作用：
复位电路是为确保微机系统中电路稳定可靠工作必不可少的一部分，复位电
路的第一功能是上电复位。
一般微机电路正常工作需要供电电源为5V±5%，即
4.75〜5.25V。
由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。
3.4按键电路
341按键电路的原理图
—
图3.4.1
3.4.2按键电路的原理分析
（—一）按键电路的原理：
按键B1/B2/B3/B4断开时，P1.0/P1.1/P1.2/P1.3输入为高电平；按键B1/B2/B3/B4闭合后，P1.0/P1.1/P1.2/P1.3输入为低电平。
每按一次按键，就会有一次低电平，单片机就会对低电平计数，从而来调节定时时间。
由于按钮是机械触点，当机械触点断开、闭合时，会有抖动动，这种抖动对于计算机来说，是完全能感应到的，因为计算机处理的速度是在微秒级，而机械抖动的时间至少是毫秒级。
你只按了一次按钮，可是计算机却已执行了多次中断的过程，如果执行的次数正好是奇数次，那么结果正如你所料，如果执行的次数是偶数次，那就不对了，所以必须运用延时程序消除按键的抖动。
（二）按键电路的功用：
每次复位之后，三个两位数码管全部都会显示为0,而与P1.0相接的按钮
B1，每次按下一次，就会产生一次低电平，单片机就会计数一次，从而调节倒计时的小时时间，B2则调节分钟，B3则调节秒钟，与这三个按键分别控制数码管的显示倒计时的小时、分钟、秒。
与这三个按键不同的是，按键B3的作用是开
始倒计时。
这些按键的功能都是通过编程来控制的。
3.5数码管显示电路
3.5.1数码管显示电路的原理图
图3.5.1
3.5.2数码管显示电路的原理分析
（一）数码管显示电路的组成：
a）六位数码管：
分别显示小时，分钟和秒钟。
b）含有八个电阻带电源的排阻：
分别与三个数字显示的数码管并联，电源给数码管提供电压，电阻的作用是保护数码管不被烧坏。
c）将P0口的八位与数码管和排阻连载一起的导线，将P2口的六位分别与六位
数码管的六个位选引脚接在一起。
（二）数码管显示电路的工作原理：
a）七段数码管的的结构：
7段数码管一般由8个发光二极管组成，其中由7个细长的发光二极管组成数字显示，另外一个圆形的发光二极管显示小数点。
当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画发光。
控制相应的二极管导通，就能显示出各种字符，尽管显示的字符形状有些失真，能显示的数符数量也有限，但其控制简单，使有也方便。
发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极数码管，阴极连在一起的称为共阴
极数码管。
7段数码管内部字段LED和引脚分布共阳极
图3.5.2
b）七段数码管的驱动方法：
发光二极管（LED是一种由磷化傢（GaP等半导体材料制成的，能直接将
电能转变成光能的发光显示器件。
当其内部有一一电流通过时，它就会发光。
7
段数码管每段的驱动电流和其他单个LED发光二极管一样，一般为5〜10mA正向电压随发光材料不同表现为1.8~2.5V不等。
c）七段数码管的动态显示：
所谓动态显示就是一位一位地轮流点亮各位显示器（扫描），对于显示器的
每一位而言，每隔一段时间点亮一次。
虽然在同一时刻只有一位显示器在工作（点亮），但利用人眼的视觉暂留效应和发光二极管熄灭时的余辉效应，看到的却是
多个字符“同时”显示。
显示器亮度既与点亮时的导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间的比例有关。
调整电流和时间参烽，可实现亮度较高较稳定的显示。
若显示器的位数不大于8位，则控制显示器公共极电位只需一个8位I/O口（称为扫描口或字位口），控制各位LED显示器所显示的字形也需要一个8位口（称为数据口或字形口）。
3.6蜂鸣电路
361蜂鸣电路的组成图
3.6.1图
3.6.2蜂鸣电路的结构和原理
a）蜂鸣电路的组成：
100欧姆的电阻，一个蜂鸣器,
两个阻值为一千欧姆的电阻，一个阻值为一个三极管，一个接地，以及导线。
b）蜂鸣电路的工作原理：
蜂鸣电路是利用I/O定时翻转电平产生驱动波形对蜂鸣器进行驱动。
在程序上，可以使用TIMERO来定时，将TIMERO的预分频设置为/1，选择TIMERO的始终为系统时钟（主振荡器时钟/4），通过按键可以在TIMERO的载入/计数寄存器内调节设置时间，就能将TIMERO的中断设置设置为倒计时时间，当需要I/O口驱动的蜂鸣器鸣叫时，只需要在进入TIMERO中断的时候对该I/O口的电平
进行翻转一次，直到蜂鸣器不需要鸣叫的时候，将I/O口的电平设置为低电平
即可。
不鸣叫时将I/O口的输出电平设置为低电平是为了防止漏电。
4.LED数字倒计时器的仿真图
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a
1
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1
E
5丄ED数字倒计时器元件清单
元件名称
型号
数量/个
用途
单片机
AT89C51
1
控制核心
晶振
12MHz
1
晶振电路
电容
30pF
2
晶振电路
电解电容
22卩F/10V
1
复位电路
电阻
10kQ
1
复位电路
按键
5
按键电路和复位电路
数码管
共阳
6
显示器
三极管
2N5088
1
蜂鸣器
喇叭
8Q/0.5W
1
蜂鸣器
电阻
1kQ
2
蜂鸣器
电阻
100Q
1
蜂鸣器
电阻
330Q
8
排阻
电源
+5V/0.5A
1
提供+5V
表5
6.LED数字倒计时器软件设计
6.1LED数字倒计时器的程序流程图
图6.1
6.2LED数字倒计时器程序清单
#include
sbitkh=PMO;〃定义kh为与P1.0相连接的按键B1
sbitkm=P1A1;//定义km为与P1.1相连接的按键B2
sbitks=P1A2;〃定义ks为与P1.2相连接的按键B3
sbitst=PM3;//定义st为与P1.3相连接的按键B4
sbitb=P3A7;//定义b为P3.7
unsignedchar
table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};//LED数码管从0到F的显示
unsignedchari=0,hour=0,minute=0,second=0;定义无符号的变量并赋初值
voiddelayms（unsignedintx）
{
unsignedchara=160;/定义无符号变量a的值为160，指延时时间为160个及
其周期乘以x，160可以为180、200等，自己设置
while（x--）
{
while（a--）;
a=160;
}
}//定义延时程序的延时时间为160个及其周期乘以X，避免按键抖动的影响
main（）
{
TH0=（65536-50000）/256;〃设置定时时间对高八位赋值，50000是50000个机器周期，0.05秒
TL0=（65536-50000）%256;//设置定时时间对低八位赋值，50000是50000个机
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