单片机设计报告1单片机课程设计秒计时器设计.docx

1、单片机设计报告1单片机课程设计秒计时器设计中国矿业大学技能考核培训姓 名： * 学 号： * 专 业： * 题 目： 秒计时器设计 专 题： 技能考核培训 指导教师： * 设计地点： * 时 间： * * 单片机课程设计任务书专业年级 * 学号* 学生姓名 * 任务下达日期： *设计日期： *设计题目： 秒计时器设计设计专题题目：技能考核培训设计主要内容和要求：1.系统上电，数码管显示“99”.2.每隔1秒，数码管显示减1，减小到“00”后，数码管显示“00”，同时继电器开启。3.设置按键S13，当S13按下时，秒表计时停止，数码管显示当前数值，再次按下时恢计时。4.当停止计时时，按下S14键

2、，可以设置秒数，按键S1-S10分别对应数字0-9；先输入数字为十位数，后输入数字为个位数，若输入数字大于99，数码管显示“99”。按下S13键启动计时。5.设置按键S15，当S15按下时，数码管显示为“99”，秒表从新开始计时。6.考试过程中，应使用硬件平台指定的资源进行设计。指导教师签字：摘要 单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机

3、，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。仅有CPU的专用处理器发展而来。本实验是基于MCS51系列单片机所设计的，可以实现键盘按键与数字动态显示并可以倒数的计数器。本设计基于单片机技术原理，以单片机芯片AT89C51作为核心控制器，通过硬件电路的制作以及软件程序的编制，设计制作出一个电秒计时器，包括以下功能：通过单片机系统实现秒表计时功能，可以进行暂停计时、恢复计时、设定时间和清零等操作。该计数器系统主要由计数器模块、LCD显示器模块、键盘模块、复位模块等部分组成。关 键 词：AT89C51单片机、 C语言编程、键盘模块、LCD显示器2 AT89S51 介绍

4、 62.1主要性能特点 6 3 系统硬件电路 93.1单片机最小应用系统 93.1.1复位电路 113.1.2时钟电路 123.2显示电路 133.2.1数码管的结构和分类 133.2.2显示驱动方式 143.3键控电路 153. 3. 1矩阵式键盘的工作原理 153. 3. 2矩阵式键盘的按键识别方法 154 软件程序设计 174.1程序流程图 174.2单元程序设计 194.3源程序 235心得体会 246参考文献 251 设计理论1.1设计指标（1）该倒计时器应具有基本倒时功能；（2）具有暂停，复位功能；（3）时间可以任意调整；（4）时间用数码管显示，初始值为99S,扫描时间为1MS。1

5、.2方案论证采用单片机程序设计制作，它是利用芯片AT89S51的特殊功能，上电两个数码管将显示99，P3口控制4X4矩阵按键开关，输入数字。通过P0口对两片74HC273进行控制，一片输出字型码，一片输出字位码。P2.4和P2.5控制74HC02，来确定字位和字形码地址。其系统框图如图1所示。 2 AT89S51 介绍AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引

6、脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，AT89S51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。2.1主要性能特点1、4k Bytes Flash片内程序存储器； 2、128 bytes的随机存取数据存储器（RAM）； 3、32个外部双向输入/输出（I/O）口； 4、5个中断优先级、2层中断嵌套中断； 5、6个中断源； 6、2个16位可编程定时器/计数器； 7、2个全双工串行通信口； 8、看门狗（WDT）电路； 9、片内振荡器和时钟电路； 10、与MCS-51兼容； 11、全静态工作：0Hz-33MHz； 12、三级程序存储器保密锁定； 13、可编程串行通道； 14、

7、低功耗的闲置和掉电模式。2.2管脚说明VCC：电源电压输入端。 GND：电源地。 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P1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。 PDIP封装的AT89S51管脚图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

8、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。 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“1”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。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻

9、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口除了作为普通I/O口，还有第二功能： 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（T0定时器的外部计数输入） P3.5 T1（T1定时器的外部计数输入） P3.6 /WR（外部数据存储器的写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器的读选通） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 I/O口作为输

10、入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。读端口时实际上并不从外部读入数据，而是把端口锁存器的内容读入到内部总线，经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线。89C51的P0、P1、P2、P3口作为输入时都是准双向口。除了P1口外P0、P2、P3口都还有其他的功能。 RST：复位输入端，高电平有效。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。 ALE/PROG：地址锁存允许/编程脉冲信号端。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低位字节。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

11、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MOVX，MOVC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。 PSEN：外部程序存储器的选通信号，低电平有效。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。 EA/VPP：外部程序存储器访问允许。当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0

12、000H-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）。 XTAL1：片内振荡器反相放大器和时钟发生器的输入端。 XTAL2：片内振荡器反相放大器的输出端。3 系统硬件电路3.1单片机最小应用系统单片机最小系统是单片机在发挥具体测控功能时所必须的组成部分。单片机最小应用系统方框图，如图3所示图3 单片机最小系统应用框图3.1.1复位电路单片机在开机时都需要复位，以便CPU及其他功能部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。单片机复位电路

13、工作原理:当通电瞬间 稳压电源给电容充电。RESET为复位输入端,当RESET引脚持续两个机器周期以上的高电平时,使单片机完成复位操作，随着电容充电结束,将使电容与电阻之间将呈现低电平,单片机复位结束。复位操作的主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机程序存储器从0000H单元开始执行程序。本设计主要采用上电自动复位电路，其电路图如图4所示图图（4） 复位电路3.1.2时钟电路本篇论文选择的方案中采用的是内部振荡方式。采用内部方式时在XTAL1和XTAL2引脚上接石英晶体和微调电容可以构成振荡器，如图5所示。图中C1、C2起稳定振荡频率、快速起振的作用。内部振荡方式所得的时钟信号比较稳定，

14、实用电路中使用较多。振荡频率的选择范围为1MHz12MHz。图图（5)振荡电路3.2显示电路显示器件有很多种，常用的有发光二极管，数码管，液晶显示器等，本文采用通用型的LED数码管。 3.2.1数码管的结构和分类LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已，其结构图分别如图6所示，本设计使用共阳数码管。 ( 3.2.2显示驱动方式数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。本文主要采用动态显示驱动。由于数码管要点亮需要310mA的电流，但单片

15、机不能提供如此大的电流故需要加74HC273加以驱动，单片机输出端引脚的电压约为5V，如果直接加载到数码管上将烧坏数码管，因此在这部分电路中一并加限流电阻，根据理论计算和实际的经验限流电阻取470，其电路图如图7所示一片作为输出字形，一片作为输出字位3.3键控电路键盘是微机应用系统中使用最广泛的一种数据输入设备，按照键盘按键的结构形式，可分为独立式键盘和矩阵式键盘。本文主要采用矩阵式键盘，此键盘控制电路主要是用于调整时间，其电路结构图如图9所示。3. 3. 1矩阵式键盘的工作原理 在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O 口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，如图1 所示。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而图（9）4X4矩阵