单片机课程设计基于89c51的倒计时牌设计.docx

1、 单片机系统课程设计 单片机系统 课 程 设 计 成绩评定表 设计课题 ： 基于 89C51 的倒计时牌设计 学院名称 ： 电气工程学院 专业班级 ： 学生姓名 ： 学 号 ： 指导教师 ： 设计地点 ： 设计时间 ： 指导教师意见： 成绩 : 签名： 年 月 日 单片机系统课程设计 单片机系统 课 程 设 计 课程设计名称： 基于 89C51 的倒计时牌设计 专 业 班 级 ： 学 生 姓 名 ： 学 号 ： 指 导 教 师 ： 课程设计地点： 课程设计时间： 单片机系统课程设计任务书 学生姓名 专业班级 学号 单片机系统课程设计 题 目 课题性质 工程设计 课题来源 选题 指导教师 主要内

2、容 （参数） 基于 89C51的倒计时牌设计主要内容： 利用 8位数码管能够显示日、时、分、秒倒计时。 通过按键来实现倒计时时间的设定。 倒计时时间到时，蜂鸣器报警并使 LED点亮。 任务要求 （进度） 第 1-2 天：熟悉课程设计任务及要求，查阅技术资料，确定设计方案。 第 3-4 天：按照确定的方案设计单元电路。要求画出单元电路图，元件及元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。 第 5-6 天：软件设计，编写程序。 第 7-8 天：实验室调试。 第 9-10 天：撰写课程设计报告。要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格式规范、方案合理、设计正确，篇幅合理。 主要参考 资料 1 张

3、迎新单片微型计算机原理、应用及接口技术（第 2 版） M北京：国防工业出版社， 2004 2伟福 LAB6000 系列单片机仿真实验系统使用说明书 3 阎石 数字电路技术基础（第五版） 北京 ：高等教育出版社， 2006 审查意见 系（教研室）主任 签字： 年 月 日 目录 1 概述 . 1 1.1 研究背景 . 2 单片机系统课程设计 1.2 设计思想及基本功能 . 2 2 总体方案设计 . 3 2.1 方案选取 . 3 2.2 系统框图 . 4 2.3 总体方案设计 . 3 3 硬件电路设计 . 4 3.1 电源电路设计 . 4 3.2 晶振电路 . 6 3.3 复位电路 . 7 3.4

4、键盘电路 . 7 3.5 显示电路 . 7 3.6 蜂鸣器及 LED 电路 . 12 4 系统软件设计 . 12 4.1 主程序软件设计 . 12 4.2 键盘程序设计 . 13 4.3 定时程序设计 . 13 4.4 报警程序设计 . 15 5 总结 . 15 参考文献 . 16 附录 A 系统原理图 . 18 附录 B 程序清单 . 23 附录 C 机器码清单 . 23 1 概述 1.1 研究背景 单片机系统课程设计 随着 2014年新年钟声的临近，一年一度的全球华人文化盛宴春节联欢晚会也正式进入了紧张的倒计时。诚如你所发现的那样，各式各样的倒计时牌开始逐渐的走进人们的视野。我们现实的工作

5、学习中也不可避免的接触到形形色色的倒计时牌，作为学生的我们记忆犹新的恐怕非高考百天倒计时牌莫属了，而最让国人觉得自豪的就是 1997年香港回归的倒计时了，当倒计时牌归零的那一刻，冉冉升起的中国国旗再一次点燃国人沸腾的热血。诸如此类的倒计时牌不胜枚举： 2008北京奥运会倒计时、 2010上海世博会倒计时牌等等。 日常生活中，我们不可避免的接触到 各式各样的倒计时牌，当你开车时红路灯的短暂倒计时，当你玩游戏时游戏时间结束的倒计时 . ，而这些不同功能不同含义的倒计时牌引起了我极大的兴趣，学完单片机后，让做出一个属于自己的倒计时牌成为可能。 在智能化产品中，单片机的应用已经越来越广泛， 单片机以它

6、体积小、质量轻、耗电省、可靠性高、价格低等优点，开始不断发展， AT89C51 单片机是一款非常典型且实用的 51 单片机，网上资源和参考书比较多，所以我此次采用此型号的单片机作为倒计时牌的控制器件。 1.2 设计思想及基本功能 该倒计时牌采用廉价可靠的 LED 数码管显示， 能够根据使用者的要求，结合实际情况设置不同时间长度的倒计时，在设定的倒计时时间结束时能够自动启动报警装置，并且显示恢复到初始状态。利用专业的单片机仿真软件 Proteus7.8来进行仿真，以验证设计的正确性同时达到降低设计周期的目的。 可设设置倒计时时间的倒计时牌系统具有以下几个基本功能： 利用 8位数码管能够显示日、时

7、、分、秒倒计时。 通过按键来实现倒计时时间的设定。 倒计时时间到时，蜂鸣器报警并使 LED点亮。 2 总体方案设计 2.1 方案选取 单片机系统课程设计 单片机在各种电子产品中的应用已经越来越广泛，很多的电子产品利用单片机所取得的便利得到了人们的好评，针对单片机控制的倒计时牌要求，实现其功能的设计方案有三种： 方案（一）传统纸质倒计时牌，通过人工手动翻页实现倒记作用。 方案（儿）采用单片机内部的 16位定时器，并通过 LCD液晶显示屏显示倒计时时间。 方案（三）同样采用单片机内部的 16位定时器实现定时，并通过 LED数码管显示出倒计时时间。 以上三种方案均能实现简单的倒计时功能，方案（一）与

8、其他两种方案的主要不同在于倒计时的实现必须有人全程参与，方案（二）与方案（三）的主要区别在显示模块的选型问题上。 方案（一）虽然简单容易实现，并不依靠电力。但全程必须人为参与费时费力且不符合自动控制的思想。 方案（二）采用单片机设计能够实现基本的自动控制，但采用技术上较为复杂的 LCD液晶显示模块，操作上不易实现且 LCD液晶显示器价格相对较高。 方案（三）与方案（二）的区别仅在于显示模块，此方案采用 8位数码管显示模块，功能上容易实现、显示清晰而且价格相对较低。 目前小型倒计时牌大多采用这种形式。 在本次设计中我们采用简单易于实现的方案（三）。在此方案中，使用性能优异的 AT89C51单片机

9、，具有体积小、质量轻、功能强大、可靠性较高、价格低等优点。显示模块我们采用简单的数码管显示，倒计时牌只需要显示 09个数字，因此 LED数码管完全能够胜任且数码管功耗低、工作电流小、价格低廉便于实现等优点。方案（二）虽然显示功能相对强大，但 LCD液晶显示操作上相对难以实现，而且价格相对较高，更重要的是 LCD液晶显示字体较小，远距离上对视觉上的观察有一定的困难。基于以上原因，本次设计我 们采用方案（三）。 下面图 2.1a、 b所示是方案（二）显示模块的实物图；图 2.2是方案（三）的显示模块的实物图： 单片机系统课程设计 图 2.1a 方案（二） LCD1602 液晶显示器 图 2.1b

10、方案（二） 12864 液晶显示器 图 2.2 方案（三） LED 数码管实物图 2.2 系统框图 方案（三）的系统框图如图 2.5。 图 2.4 系统框图 2.3 总体方案设计 随着越来越多的不同形式不同功能的倒计时牌的广泛应用，我们的日常生活中随处可见各式各样倒计时牌，本节我们将对基于 89C51 的倒记牌进行总体方案设计。 单片机系统课程设计 传统的纸质倒计时牌由于功能单一，必须有人全程参与等原因已经越来越不能满足人们的需求。日前，随着单片机在日常生活，消费电子产品的广泛应用，各类电子倒计时产品也数见不鲜。单片机控制的自动倒计时牌等电子产品给人们的生产生活带来了极大的便利。基于 89C5

11、1 的倒计时牌系统能够满足一下几种简单的功能： （ 1）利用 8位数码管能够显示日、时、分、秒倒计时。 （ 2）通过按键来实现 倒计时时间的设定。 （ 3）倒计时时间到时，蜂鸣器报警并使 LED点亮。 基于 89C51 的倒计时牌系统设计的总体框图如图 2.6 所示。 图 2.6 倒计时牌结构框图 三 硬件电路设计 3.1 电源电路设计 实际工程中电源电路是构成单片机最小系统的必不可少的组成部分，在此，我们依然给出电源的设计电路。目前，很多单片机开发板上采用 USB供电系统，单片机正常工作电压为 5V，因此设计的电源电路主要是提供单片机工作电压。图 3.1是为单片机提供电压的电源电路。在这个电

12、路中采用了 USB，可以输出 5V的直流电压以供给单片机。 单片机系统课程设计 图 3.1 电源电路图 3.2 晶振电路 电路中的晶振即石英晶体震荡器，是利用石英晶体（ 二氧化硅 的结晶体）的压电效应制成的一种 谐振 器件，石英晶体的压电效应：若在石英晶体的两个电极上加一 电场 ，晶片就会产生机械变形。反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种 物理 现象称为 压电效应 。 由于石英谐振器具有体积小、重量轻、可靠性高、 频率稳定度 高等优点，被应用于家用电器和通信设备中。石英谐振器因具有极高的频率稳定性，故主要用在要求频率十分稳定的振荡电路中作谐振元件。 图 3.2

13、 是单片机的晶振电路。片内电路与片外器件就构成一个时钟产生电路，CPU的所有操作均 在时钟脉冲同步下进行。片内振荡器的振荡频率非常接近晶振频率，一般多在 1.2MHz 24MHz之间选取。 C1、 C2 是反馈电容，其值在20pF 100pF 之间选取，典型值为 30pF。本电路选用的电容为 22pF，晶振频率为 12MHz。 振荡周期 ，机器周期 ，指令周期 。 单片机系统课程设计 图 3.2 单片机晶振电路图 XTAL1 接外部晶体的一个引脚， XTAL2 接外晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，对 HMOS单片机 ，该引脚接外部振。在石英晶体

14、的两个管脚加交变电场时，它将会 产生 一定 频率 的机械变形，而这种机械振动又会产生交变电场， 上述 物理现象称为压电效应。一般情况下，无论是机械振动的振幅，还是交变电场的振幅都非常小。但是，当交变电场的频率为某一特定值时，振幅骤然增大，产生共振，称之为压电振荡。这一特定频率就是石英晶体的固有频率，也称谐振频率。石英晶振起振后要能在XTAL2 线上输出 一个 3V左右的正弦波，以便使 MCS-51 片内的 OSC 电路按石英晶振相同频率自激振荡。通常， OSC 的输出时钟频率为 0.5MHz-16MHz，典型值为 12MHz或者 11.0592MHz。电容 C1 和 C2 可以帮助起振，典型值为 20 pF -30pF，调节它们可以达到微调的目的。 3.3 复位电路 复位电路的主要功能是使单片机进行初始化，在初始化的过程中需要在复位引脚上加大于 2 个机器周期的高电平。复位后的单片机地址初始化为 0000H， 然后继续从 0000H 单元开始执行程序。在复位电路中提供复位信号，等到系统电源稳定后， 再撤销复位信号。但是为了在复位按键稳定的前提下，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防在按键过程中引起的抖动而影响复位。图3.3 所示的复位电路可以实现上述基本功能。