LED数字倒计时器单片机课程设计Word格式.docx

1、2.1LED数字倒计时器的组成 22.2LED数字倒计时器的系统设计图 23LED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!3.2晶振电路 83.3复位电路 93.4 按键电路 103.5数码管显示电路 113.6 蜂鸣电路 134LED数字倒计时器系统仿真图 145LED数字倒计时器原件清单 156LED数字倒计时器的软件设计 166.1程序流程图 166.2程序清单 177总结 228参考文献 239评分表 241.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

2、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

3、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

4、 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

5、f） 蜂鸣器电路2.2LED数字倒计时器的系统设计图图2.23.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331 AT89C51的原理图U I19XTAL1 PO.O/ADDPO.VAD1PO.2/AD2XTAL2 P0 3JAD3P0.4/AD4P0 5MD5P0.6/AD6RST P0.7/AD7P2.O/A8P2.1/A9P2.2/A10PSEN P2.3/A11ALE P2.4/A12EA P2.5/A13P2.S/A14P2.7/A15P1.0 P3.0/RXDP1 1 P3.1/TXDP1.2 P3 2NT0P1 3 P3.3/INT1F1.4 P

6、3.4/T0P1.5 P3.5/T1P1 6 P3 6/WRP1.7 P3.7/RD39381837363534339322122232924302531262781011壮146l7168ft.T89C51监!丨 | I | !丨！ 一图 3.3.1331 AT89C51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

7、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。

8、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

9、表所示：口管脚备选 功能P3.0 RXD （串行输入口） P3.1 TXD （串行输出口）P3.2 /INT0 （外部 中断0） P3.3 /INT1 （外部中断1）P3.4 T0 （记时器0外部输入）P3.5 T1（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

10、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

11、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 （FPEROFalshProgrammable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。

12、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

13、， 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

14、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，

15、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

16、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 5V5%，即4.755.25V。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 3.4.13.4.2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

17、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

18、，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 3.5.13.5.2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

19、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 3.5.2b） 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

20、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510mA正 向电压随发光材料不同表现为1.82.5V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

21、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

22、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VXID丄Z.TKZ血 -TEl|n-Jtlkh-THLIUJL-Dhumuo1n.E. IIWIMP?ASM/hE毗aiaPZ 4. i-12BC?2LXi1*口i事产ii-i jf iZflmF l 3m 4HiAfiniUriflris/rsjirriiiflTLtr? 斗T-J,.=

23、-a-E5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控制核心晶振12MHz晶振电路电容30pF电解电容22 卩 F/10V复位电路电阻10kQ按键按键电路和复位电路数码管共阳显示器三极管2N5088蜂鸣器喇叭8Q /0.5W1kQ100Q330 Q排阻电源+5V/0.5A提供+5V表56 . LED数字倒计时器软件设计6.1 LED数字倒计时器的程序流程图图6.16.2LED数字倒计时器程序清单#in cludesbit kh=PMO;定义kh为与P1.0相连接的按键 B1sbit km=P1A1;/定义km为与P1.1相连接的按键 B2sbit ks=P1A2;定

24、义ks为与P1.2相连接的按键 B3sbit st=PM3;/定义st为与P1.3相连接的按键 B4sbit b=P3A7;/定义 b 为 P3.7un sig ned chartable=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un sig ned char i=0,hour=0,mi nute=0,seco nd=0;定 义无符号的变量并赋初值void delayms（ un sig ned int x）unsigned char a=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mai n（）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