单片机课设.docx

1、单片机课设一、 设计要求1以MCS-51系列单片机为核心器件，组成一个电子时钟系统。2系统显示由4位数字型数码管组成，分别显示时间值的小时和分。3能够随时对当前时间进行调整。4能够随时输入定时（闹钟）时间。5定时（闹钟）时间到，发出闹钟提醒信号。6闹钟提醒信号的声音为连续形式，最长不超过1min。二、 设计思路根据设计要求，初步思路如下：1计时单元由单片机内部的定时器/计数器1来实现。2时间显示采用8段LED数码管，动态扫面方式。动态扫描的定时时间，由单片机内部的定时器/计数器0来实现。3LED数码管的断码输入，由并行端口P1低四位产生。4 LED数码管的位码输入，由并行端口P1高四位产生。5

2、时间调整与定时时间的输入，通过接入键盘电路实现。系统共设计四个按键，分别定义为：SET键（时间调整设置键）：其功能是当该键按下时，进入时间调整输入功能；ALM键（定时时间设置键）：其功能是当该键按下时，进入定时（闹钟）时间输入功能；+1调整键：其功能是当该键按下时，被调整位加一；RET键：其功能是当该键按下时，指向下一个要调整的位。6按键的接入方式：SET：通过P3口INT0引脚接入，中断工作方式；ALM：通过P3口INT1引脚接入，中断工作方式；+1：通过P3口P3.0引脚接入，查询工作方式；RET：通过P3口P3.1引脚接入，查询工作方式；7报警声响用蜂鸣器产生，蜂鸣器接入P3口的P3.7

3、引脚。三、 硬件电路的设计方案及框图四、 根据设计要求与设计思路，确定该系统的设计方案，图1为该系统设计方案的硬件电路设计框图。硬件电路由8部分组成，即按键输入电路、单片机、时钟电路、复位电路，LED显示器断码驱动电路、LED显示器位码驱动电路、4位显示器电路和蜂鸣器电路。图1 硬件电路设计框图硬件电路的设计原理图与各部分电路功能介绍一、 单片机的选择AT89C2051是ATMEL公司生产的带2K字节可编程闪速存储器的8位CMOS单片计算机，工作电压范围为2.76V，全静态工作频率为024Mhz。AT89C2051芯片采用DIP-20封装形式，引脚配置如图2所示，与8051进行对比后可发现，A

4、T89C2051减少了两个对外端口（即P0、P2口），因而芯片尺寸有所减少。AT89C2051芯片的20个引脚的功能为：VCC、GND：电源电压、接地引脚。RST：复位信号输入引脚。当RST变为高电平并保持2个机器周期时，所有I/O引脚复位至“1”电平。XTAL1、XTAL2：反向振荡放大器内部时钟工作电路的输入、并能直接驱动LED显示器。P3.0P3.5与P3.7：为7个带内部上拉的双向I/O引脚。P3口的输出缓冲器能接收20MA电流；P3口写入“1”后，内部上拉，可用作输入。P3口同时也可为闪速存储器编程和编程校验接收控制信号。P3口也可用作特殊功能口，P3.0P3.5引脚功能与8051相

5、同，P3.7作为普通I/O引脚。AT89C2051内部结构与MCS-51系列基本相同，P1口是8位双向I/O口。不同的是引脚P1.2P1.7提供内部上拉电阻，当作为输入并被外部下拉为低电平时，他们将输出电流（Il）。P1.0和P1.1需要外接上拉电阻，可用作片内精确模拟比较器正向输入（AIN0）和反向输入（AIN1）;P3口引脚P3.0P3.5与P3.7为7个带内部上拉的双向I/O引脚。P3.6在内部与片内比较器输出相连，不能作为通用I/O引脚访问。图2 AT89C2051引脚配置图时钟与复位电路设计与器件选择1时钟电路的设计单片机工作的时间基准是由时钟电路提供的。在单片机的XTAL1和XYA

6、L2的两个引脚间，接一只晶振及两只电容就构成了单片机的时钟电路，如图3a所示。电路中的器件选择可以通过计算和实验确定，也可以参考一些典型电路的参数。电路中，电容器C1和C2对振荡频率有微调作用，通常的取值范围为3010PF；石英晶体选择6MHz或12MHz都可以。其结果只是机器周期时间不同，影响计数器的计数初值。2.复位电路的设计单片机的RST引脚为主机提供一个外部复位信号输入端口。复位信号是高电平有效，高电平有效的持续时间应为2个机器周期以上。复位以后，单片机内各部件恢复到初始状态，单片机从ROM的0000H开始执行程序、单片机的复位方式有上电复位和手动复位两种，图3b是51系列单片机常用的

7、上电复位和手动复位组合电路，只要VCC上升时间不超过1ms，它们都能很好的工作。阻容器件的参考值如图中所示，即R1=200，R2=1k，C3=22F。RET按键可以选择专门的复位按键，也可以选择轻触开关。图3时钟与复位电路a）时钟电路b）复位电路二、 LED显示电路设计与器件选择1LED显示器的选择在本设计中，选择4位一体的时钟型LED显示器，如图4所示。用“：”前的2位显示“小时”的十位和个位，用“：”后的2位显示“分”的十位和个位。4-LED显示器引脚如图4所示，是一个共阴极接法的4位时钟型LED显示器。其中a、b、c、d、e、f、g为4位LED各段的公共引出端。D1、D2、D3、D4分别

8、是每一位的共阴极输出端，dp是小数点引出端。4位一体时钟型LED显示器的内部结构如图5所示。它是由4个单独的LED和以一个“：”LED组成。每个LED的段输出引脚在内部并联后，引出到器件的外部。图 4 7-LED显示器引脚a）4位LED引脚排列图 b）4位LED原理图对于这种结构复杂的LED显示器，它的体积和结构都符合设计要求，由于4位LED阴极的各段已经在内部连接在一起，所以必须使用动态扫描方式。图 5 4-LED显示器内部结构原理图2.LED的段驱动芯片的选择LED的段驱动电路有很多种，在本例中，可以选择BCD-7段锁存/译码/驱动器作为段驱动电路。图6 给出了74LS48的引脚图和结构原

9、理图。引脚图中大写字母A、B、C、D为BCD码的输入端，小写字母a、b、c、d、e、f、g为字型码输出端，LT为灯测试输入端，RBI为消隐输入，RBO为消隐输出，图6 74LS48芯片电路结构原理及引脚表1给出了74LS8BCD-7段锁存/译码/驱动器作为段驱动器的输入与输出信号的对应关系，详细内容可查阅数字电路芯片手册。在使用时，将该芯片的输入端引脚A、B、C、D与单片机的P1口或者P3口连接，该芯片的输出端7个引脚，与LED显示器7的断码引脚相连接，74LS48的作用是接收来自单片机的BCD码型的输入信号，经过锁存、译码和放大后，输出7段字型码到LED显示器，完成对BCD码到7段字型码的锁

10、存、译码、和驱动的功能。表 1 74LS48 BCD-7段译码输入/输出端信号对照表3. LED的位驱动芯片的选择图7中的IN0IN7引脚是输入端，OUT0OUT7引脚是输出端。第9脚接有续流二极管。输出与9脚配合，可驱动感性负载，如打印头等。图 7 ULN2803芯片的引脚图和电路原理图a）引脚图 b）电路原理图在本例中选用ULN2003作为位驱动电路，将该芯片的输入端引脚IN0、IN1、IN2、IN3与单片机的P1口或者P3口连接，该芯片的输出端引脚OUT0、OUT1、OUT2、OUT3与LED显示器的4个位码引脚D1D4相连接。ULN2003的作用是接收来自单片机的位码输入信号，经过反相

11、放大后输出，送到LED显示器的位码引脚，完成对位码信号的反向和驱动的功能。4.LED驱动电路与单片机的连接可以采用单片机的P1口作为与LED的输出接口，即P1口的低四位作为LED的段码输出信号，P1口的高四位作为LED位码的输出控制信号。硬件电路如图8所示。R1是上拉电阻，作用是保证LED可靠导通与截止，可以选择8脚排电阻（7100）。图 8 4-LED显示器接口电路原理该电路的工作原理是：当P1口的低四位输出段码信号的BCD码后，通过74LS48芯片的锁存、译码和驱动作用，在其输出端输出具有一定驱动能力的七段字型码，由于4-LED的断码输入引脚是并联在一起的，所以每一位LED的断码输入引脚都

12、能获得这个断码信号。若要控制在每一时刻只有一位LED被点亮，必须靠位码信号控制。P1口的高4位输出位码信号，经ULN2003反向后接到LED的位码控制端，因此P1口位码信号在每一时刻只有一位是“1”，其他位全为“0”，然后按照时间顺序改变输出“1”的位置，控制在每一时刻只有一位LED被点亮，达到动态显示目的，若要显示“0123”时，P1口的控制信号及4-LED的显示状态如表2所示。表2 4-LED动态扫描显示状态例如：要完成“0123”的显示，必须对P1口进行编程：4-LED：MOV P1,#80H;将D位选通码“1000B”与“0”的BCD码0000B送P1口LCALL DYI;调用延时1m

13、s子程序MOV P1,#41H;将D2位选通码“0100B”与“1”的BCD码“0001B”送P1口LCALL DYI;调用延时1ms子程序MOV P1,#22H;将D3位选通码“0010B”与“2”的BCD码“0010B”送P1口LCALL DYI;调用延时1ms子程序MOV P1,#13H;将D4位选通码“0001B”与“3”的BCD码“0011B”送P1口LCALL DYI;调用延时1ms子程序上述程序每隔10ms执行一次，就可以实现动态显示的目的。三、 按键电路设计与器件选择四、 在本案例中只需要4个按键，因此选择独立式键盘。如图9所示，电路由按键和4个电阻组成，按键分别命名为SET、

14、ALM、+1和RET键，按键可以采用轻触开关，电阻可以采用5脚排电阻（4100k）。2.键盘与单片机的接口电路设计如图9所示，将键盘直接与单片机的P3口连接。用P3.2、P3.3引脚通过两个按键SET、ALM接入两个外部中断信号的请求信号INT0、INT1；P3.0、P3.1引脚作为I/O口使用，通过两个按键+1和RET接入两个输入信号。4个按键功能的设计思想如下：SET键功能：设置当前时间。当SET键被按下时，在单片机的INT0引脚产生一个低电平触发中断请求信号，CPU响应中断请求时，就转移到INT0中断服务程序的入口地址，执行INT0的中断服务程序。ALM键功能：设置定时（闹钟）时间。当A

15、LM键被按下时，在单片机的INT1引脚产生一个低电平触发中断请求信号，CPU响应中断请求时，就转移到INT1中断服务程序的入口地址，执行INT1的中断服务程序。+1调整键的功能：分别对时间值的小时十位、小时个位、分的十位、分的个位进行+1调整。RET确认键的功能：确认，即对+1调整位进行确认，该键按下时，说明被调整位的值已经确定，转去调整下一位。五、 蜂鸣器电路的设计电路设计如图10所示，蜂鸣器（HA）作为三极管VT1的集电极负载，当VT1导通时，蜂鸣器发出鸣叫声，VT1截止时，蜂鸣器不发声。R4是限流电阻。蜂鸣器电路与单片机的接口：VT1的基极接到单片机P3口的P.7引脚，P3.7引脚作为输

16、出口使用。当P3.7=0时，VT1导通时，使蜂鸣器的两个引脚获得将近5V的直流电压，蜂鸣器中有电流流过，而产生蜂鸣音。当P3.7=1时，VT1截止，蜂鸣器的两引脚间的直流电压接近于0V，蜂鸣器不发音。通过前面的设计过程，可设计出电子时钟的硬件电路原理图如图11所示。由于74LS48是BOD码7段译码器，对小数点没有驱动作用，因此，必须给4-LED显示器中的“：”符号一个驱动电路。图11 电子时钟硬件电路原理图dp（“：”）的驱动电路VT2、R4、R5器件组成，R4、R5分别为发射极、基极的限流电阻。当VT2的基极为低电平时，VT2导通，dp段被点亮。即“：”与LED数码管的第二位一起被点亮；当

17、VT2的基极为高电平时，VT2截止，dp段熄灭。第三节 电子时钟软件的设计方案一、电子时钟系统软件设计方案及框图划分模块时应遵循下述原则：1） 每个模块应具有独立的功能。2） 模块之间的控制参数应尽量简单，数据参数应尽量少。3） 模块长度适中。4） 根据模块划分的原则，将该程序划分成7个模块，如图12所示。图 12 电子时钟软件设计框图二、内存空间的分配内存空间的分配如表3所示。表 3 内存地址空间的分配 第四节 电子时钟应用程序设计一、主程序的设计主程序的内容一般包括：主程序的起始地址，中断服务程序的起始地址，有关内存单元及相关部件的初始化和一些子程序调用等。主程序设计框图如图13所示。1.

18、 程序的起始地址MCS-51系列单片机复位后，（PC）=0000H，而0003H002BH分别为各中断源的入口地址。所以编程时应在0000H处写一跳转指令。2. 主程序的初始化内容3. 所谓初始化，是对将要用到的MCS-51系列单片机内部部件或扩展芯片进行初始工作状态设定。MCS-51系列单片机复位后，特殊功能寄存器IE、IP的内容均为00H，所以应对IE、IP进行初始化编程，以开放CPU中断，允许某些中断源或设置中断优先级等。3代码转换程序人们日常习惯使用十进制数，而计算机的键盘输入、输出以及显示常采用二进制编码的十进制或ASCII码。因此，在程序设计中经常要进行代码转换。4. 主程序设计框

19、图主程序设计框图如图13所示。5. 主程序清单ORG 0000HLJMP MAIN ;转入主程序ORG 0003H ;外部中断0中断服务程序入口地址LJMP INTA ;转外部中断0中断服务程序ORG 000BH ；T0定时中断服务程序入口地址LJMP T0SEV ;转T0定时中断服务程序ORG 0013H ;外部中断1中断服务程序入口地址LJMP INTB ;转外部中断1中断服务程序ORG 001BH ；T1定时中断服务程序入口地址LJMP T1SEV ;转T1定时中断服务程序ORG 0030H ;设置主程序起始地址=0030HMAIN:MOV SP,#60H ;设置堆栈指针MOV A,#0

20、0HMOV 30H,AMOV 31H,AMOV 32H,AMOV 33H,#0CHMOV 34H,AMOV 35H,AMOV 44H,#80HMOV 45H,#40HMOV 46H,#20HMOV 47H,#10HCLR RS0CLR RS1 ;选择0组工作寄存器MOV R2,#0MOV R3,#0 ;设置时间初值=12：00MOV R4,#0MOV R5,#12MOV TMOD,#11H ;设置T1、T0的工作方式:定时器，工作方式1MOV TH1,#3CHMOV TL1,#0B0H ;T1计数初值=3CB0MOV TH0,#0ECHMOV TL0,#78H ;T0计数初值=EC78MOV

21、IP,#08H ;设置中断优先级MOV TCON,#50H ;启动定时器T1、T0MOV IE,#8FH ;开中断LOP:MOV B,#10 ;将二进制数转换为十进制数MOV A,33H ;并送到显示缓冲区40H43HDIV ABMOV 40H,AMOV 41H,BMOV B,#10MOV A,32HDIV ABMOV 42H,AAA: MOV 43H,BSETB RS1CLR RS0A1: MOV R2,35H ;判断是否有定时时间CJNE R2,#0,NTMOV R2,34HCJNE R2,#0,NTSJMP BBNT: MOV A,35HCJNE A,33H,BBMOV A,34HCJN

22、E A,32H,BBCLR P3.7SJMP LOPBB:SETB P3.7SJMP LOP二、LED动态显示程序模块的设计在采用动态扫描显示方式时，要使得LED显示的比较均匀，又有足够的亮度，需要设置适当的扫描频率。1.定时器T0的计数初值设置时钟频率为6Mhz，1个机器周期时间为2us。T0定时器产生10ms的定时，可以计算出计数值和计数初值：计数值=定时时间/机器周期时间=10ms/2us=5000计数初值=65537-5000=15536=EC78H初值寄存器的初值为:TH0=0ECH;TL0=78H工作方式寄存器TMOD=0001B=1H，T0定时器，工作方式1，定时。2.T0定时器

23、中断服务程序流程T0定时器中断服务程序流程如图14所示。图13 主程序框图 图14 LED动态扫描程序框图程序清单如下:T0_SEV:PUSH A ;LED定时扫描程序PUSH PSW ;保护现场SETB RS1 ;R31、RS0=11HSETB RS0 ;选择3组工作寄存器CLR TR0 ;停止T0定时器MOV R2,#04H ;设置显示器位数MOV R0,#40H ;设置段码首地址MOV R1,#44H ;设置位码首地址GO_ON:MOV A,R2 ;送显示数位到ACJNE A,31H,NO_FLASH ;判断是否闪烁位DJNZ 30H,FLASH；是闪烁位，转移到FLASHNO_FLAS

24、H:MOV A,R1 ;送位码地址到A累加器ADD A,R0 ;将段码和位码组成8位二进制数MOV P1,A ;输出段码、位码数据到P1口LCALL DELAY1 ;调延时子程序，延时1msFLASH:INC R0 ;断码地址+1INC R1 ;位码地址+1DJNZ R2,GO_NO ;判断4位都显示完否？没完继续显示下一位MOV TH0,#0ECHMOV TL0,#78H ;重置T0计数初值POP A ;恢复现场SETB ET0 允许T0中断SETB TR0 ;启动T0开始定时SETB EA ;开中断RETI ;中断返回DELAY1:MOV R3,#02HAGAIN:MOV R4,#0F8H

25、DELAY:DJNZ R4,DELAYDJNZ R3,AGAINRET三、时钟计时程序模块的设计电子时钟系统的主要任务是：采用单片机为核心器件产生24h时间，并用LED显示器将它显示出来。1. 程序设计框图程序设计框图如图15所示。2. 计时程序清单T1SEV：MOV TH1,#3CH ;重置T1计数初值MOV TL1,#0B0HCLR EA ;关中断PUSH A ;保护现场PUSH BPUSH PSWCLR RS1CLR RS0 ;选择0区工作寄存器INC R2 ;中断次数+1CJNE R2,#0AH,EN ;判断中断10次否？否，转EN标号地址MOV R0,#0 ;T1中断10次的累计时间

26、为1s，技术寄存器R2清零INC R3 ;秒计时单元R3+1CJNE R3,#3CH,EN;判R3=60秒？否，转EN标号地址MOV R3,#0 ;60秒时间到，R3=0ING R4 ;分计时单元R4+1MOV 32H,R4 ;分值送32H单元CJNE R4,#3CH,EN ;判R4=60min？否，转EN标号地址MOV R4,#0 ;60min时间到。R4=0MOV 32H,R4 ;分值送32H单元INC R5 ;小时单元R5+1MOV 33H,R5 ;小时值送33H单元CJNE R5,#18H,EN ;判R5=24H?否，转EN标号地址MOV R5,#0 ;24h到。R5=0MOV 33H

27、,R5 ;小时值送33H单元EN:POP PSWPOPBPOPASETB EA ;开中断RETI ；中断返回图15 时间计时程序框图五、 键盘接收子程序的设计键盘接收子程序是由INTA和INTB两个子程序组成，两个子程序的功能是实现对当前时间的调整和输入定时（闹钟）时间。1. 程序框图程序框图如图16所示。2. 设置当前时间程序清单INTA:SETB P3.0 ;输入键之前，先将P3.0、P3.1置1 SETB P3.1 CLR TR1 ;T1停止定时 CLR ET1 ;T1禁止中断 CLR EX0 ;/INT0禁止中断CLR EX1 ;/INT1禁止中断SETB EA ;开中断SETB ET

28、0 ；允许T0中断SETB PT0PUSH A ;保护现场PUSH BPUSH PSWMOV 31H,#04H ;（31H）=04H(LED的位数)MOV 29H,#00H ;(29H)=00HLP0:JB P3.0,NEXT0 ;判断P3.0键(+1键)按下否，无键按下转NEXT0LCALL DELAY1 ;有键按下，延迟1msJB P3.0,LP0 ;判断是否松开？否，转LP0LP1:JNB P3.0,LP1 ;等待键松开INC 29H ;键松开后，（29H）+1MOV 30H,#1HSJMP LO1 ;转LO1标号地址NEXT0:JB P3.1,L1 ;判断P3.1是否按下？否，转L1L

29、CALL DELAY1 ;有键按下延迟1ms;JB P3.1,NEXT0 ;是否松开？否，转NEXT0LD1:JNB P3.1,LD1 ;是否松开？否，转LD1MOV 29H,#0MOV 30H,#1DJNZ 31H,LO1SJMP LLLO1:MOV A,31HCJNE A,#04H,LO2 ;是时针的十位吗？不，转LO2MOV A,29HCJNE A,#03H,LA1 ;十位大于3吗？不，转LA1MOV 29H,#00H ;是的，清0LA1:MOV 40H,29H ;(29H)(40H)SJMP L1 ;转L1LO2:MOV A,31HCJNE A,#03H,LO3 ;是时针的个位吗？不，

30、转LO3MOV A,40HCJNE A,#2,A1MOV A,29HCJNE A,#4,LA2MOV 29H,#0SJMP LA2A1:MOV A,29HCJNE A,#0AH,LA2 ;是，大于9？不，LA2MOV 29H,#00H ;(29H)清零LA2:MOV 41H,29H ;(29H)(41H)SJMP L1 ;转到L1LO3:MOV A,31HCJNE A,#02H,LO4 ;是分针的十位吗？不，转LO4MOV A,29HCJNE A,06H,LA3 ;大于6？不，转LA3MOV 29H,#00H ;(29H)清零LA3:MOV 42H,29H ;(29H)(42H)SJMP L1 ;转L1LO4:MOV A,29HCJNE A,#0AH,LA4 ;分针个位大于9？不，转LA4MOV 29H,#00H ;(29H)清零LA4:MOV 43H,29H ;(29H)(43H)L1:MOV A,31HCJNE A,#00H,LP0 ;(31H)=0返回，否则转LP0LL:MOV A,49H ;将输入的当前时间值BCD码转换为二进制数。MOV B,#10HMUL ABADD A,41HMOV 33H,AMOV A,42HMOV B,#10MUL ABADD A,43HMOV 32H,APUSH PSWCLR RS0CLR