LED数字倒计时器实验报告资料.docx
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LED数字倒计时器实验报告资料
淮阴师范学院物理与电子电气工程学院
课程设计报告
学生姓名
靖洋
学号
171206011
班级
12级4班
专业
电子信息科学与技术
题目
LED数字倒计时器
指导教师
魏东旭、陈勇
2014
年
12
月
一、设计任务与要求
LED倒计时器设计以AT89S52单片机为核心，系统包括6位数码管显示电按键电路、电源电路、复位电路、晶振电路及蜂鸣器电路几部分。
要求：
1）LED数码管显示倒计时时间；
2）倒计时过程中能设置多个闹钟，当倒计时值倒计到定值时会发出约2s的报警声音；
3）通过按键可以对倒计时设定初值，倒计时初始值范围在24：
00：
00---00：
00：
60之间，用户可根据需要对其进行设置，设置成功后复位初始值为成功设定值。
二、框图设计
2.1LED数字倒计时器主要由AT89C51单片机、晶振电路、复位电路、按键电路、数码管电路、蜂鸣电路组成（如图2.1）。
图2.1LED数字倒计时器系统设计框图
2.2晶振电路分析
1）晶振电路原理：
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。
2）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。
图2.2晶振电路原理图
2.3复位电路的分析
1）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。
2）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。
图2.3复位电路原理图
2.4按键电路的分析
1）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。
2）按键电路的作用：
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。
图2.4按键电路原理图
2.5数码管电路的分析
1）数码管电路的组成：
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PO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。
2）数码管电路的原理：
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。
共阴极
共阳极
7段数码管内部字段LED和引脚分布
2.6蜂鸣电路的分析
1）蜂鸣电路的组成：
两个阻值为一千欧姆的电阻，一个阻值为100欧姆的电阻，一个蜂鸣器，一个三极管，一个接地，以及导线。
2）蜂鸣电路的原理：
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TIMER0来定时，将TIMER0的预分频设置为/1，选择TIMER0的始终为系统时钟（主振荡器时钟/4），通过按键可以在TIMER0的载入/计数寄存器内调节设置时间，就能将TIMER0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TIMER0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。
图2.6蜂鸣电路原理图
3、LED数字倒计时器软件设计
3.1LED数字倒计时器的程序流程图
3.1LED数字倒计时器的C语言程序编码
#include
sbitkh=P1^0;//定义kh为与P1.0相连接的按键B1
sbitkm=P1^1;//定义km为与P1.1相连接的按键B2
sbitks=P1^2;//定义ks为与P1.2相连接的按键B3
sbitst=P1^3;//定义st为与P1.3相连接的按键B4
sbitb=P3^7;//定义b为P3.7
unsignedchartable[]={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个机器周期，0.05秒
TMOD=1;//定时器模式
TR0=0;//停止计时
ET0=1;//开定时器中断
EA=1;//开总中断
while
（1）
{
P0=table[hour/10];//显示小时的十位
P2=~32;//对数码管进行位选和段选，选中显示小时的十位
delayms
（1）;//延时以便于显示
P2=0xff;//重新给P2口一个高电平，避免误操作
P0=table[hour%10];//显示小时的个位
P2=~16;//对数码管位选和片选，选中显示小时的个位
delayms
（1）;//延时以便于显示
P2=0xff;//重新给P2口一个高电平，避免误操作
P0=table[minute/10];//显示分钟的十位
P2=~8;//对数码管进行位选和段选，选中显示分钟的十位
delayms
（1）;//延时以便于显示
P2=0xff;//重新给P2口一个高电平，避免误操作
P0=table[minute%10];//显示分钟的个位
P2=~4;//对数码管进行位选和段选，选中显示分钟的个位
delayms
（1）;//延时以便于显示
P2=0xff;//重新给P2口一个高电平，避免误操作
P0=table[second/10];//显示秒钟的十位
P2=~2;//对数码管进行位选和段选，选中显示秒钟的十位
delayms
（1）;//延时以便于显示
P2=0xff;//重新给P2口一个高电平，避免误操作
P0=table[second%10];//对数码管进行位选和段选，选中显示秒钟的个位
P2=~1;//对数码管进行位选和段选，选中显示秒钟的个位
delayms
（1）;//延时以便于显示
P2=0xff;//重新给P2口一个高电平，避免误操作
if（!
kh）//如果小时按键B1按下
{
delayms（200）;//延时200乘以160个机器周期，避免按键抖动的影响
hour++;//定时时间的小时加一
if（hour>23）//因为是无符号的变量，减到0之后，再减就会变成ff，大于23
hour=23;
}
elseif（!
km）//如果分钟按键B2按下
{
delayms（200）;//延时200乘以160个机器周期，避免按键抖动的影响
minute++;定时时间的分钟加一
if（minute>59）//因为是无符号的变量，减到0之后，再减就会变成ff，大于23
59
minute=59;
}
elseif（!
ks）//如果秒按键B3按下
{
delayms（200）;//延时200乘以160个机器周期，避免按键抖动的影响
second++;定时时间的秒钟加一
if（second>59）//因为是无符号的变量，减到0之后，再减就会变成ff，大于59
second=59;
}
if（!
st）//开始按加按下
{
delayms（200）;//延时200乘以160个机器周期，避免按键抖动的影响
TR0=1;//开始计时
}
if（TR0==1&&hour==0&&minute==0&&second<3）//如果在最后2秒
b=!
b;//开报警
delayms
（1）;//延时以便于显示
}
}
voidt0（）interrupt1//定义中断服务程序
{
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个机器周期，0.05秒
i++;//控制变量i自加
if（i>=20）//定时满20次是1秒，即50000个机器周期为一秒
{
i=0;
second--;//秒减一
if（second>59）//因为是无符号的变量，减到0之后，再减就会变成ff，大于59
{
second=59;//秒为59
minute--;//分钟减一
if（minute>59）//因为是无符号的变量，减到0之后，再减就会变成ff，大于59
{
minute=59;//因为是无符号的变量，减到0之后，再减就会变成ff，大于59
hour--;//小时减一
if（hour>23）//因为是无符号的变量，减到0之后，再减就会变成ff，大于59，如果小时减过0说明计时结束
{
hour=0;
minute=0;
second=0;
TR0=0;//停止计时
}
}
}
}
}
4、LED数字倒计时器仿真图
5、LED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
22μF/10V
1
复位电路
电阻
10kΩ
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
8Ω/0.5W
1
蜂鸣器
电阻
1kΩ
2
蜂鸣器
电阻
100Ω
1
蜂鸣器
电阻
330Ω
8
排阻
电源
+5V/0.5A
1
提供+5V
6、总结
关于这次课程设计，我们花费了比较多的心思，既是对课程理论内容的一次复习和巩固，还让我们丰富了更多与该专业相关的其他知识，比如软件应用等。
在这次实验中遇到的具体的问题：
在proteus中设计好原理图，并运行后发现，数字倒计时器的复位功能无效，经过与组员之间的反复讨论和检验，终于发现问题的症结所在：
复位电路的线路连接错误，其中两条线路交叉，中间少一个节点。
除了对此次设计的准备工作之外，我们还学到了很多平时难得的东西，首先是团队协作，在这次设计当中，难免和同学产生观点和意见的分歧，以及分工明细、时间安排等不合理，通过这次设计，我们体会到了团结合作的重要性及力量之强大，还有让我们处理事情更加有条理，思路更加清晰明了了，发现、提出、分析、解决问题和实践能力的提高都将受益于我在以后的学习、工作和生活中。
从这课程设计中，我学会了怎样用你c语言编程来控制单片机，这是以前没学到的东西，此外，还要查阅许多的资料来填补知识的空缺，比如说软件的使用等。
最后老师的提问让我们对单片机有了更为深入、更加清晰的了解。
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