多通道秒定时器设计

《单片机原理及应用》课程设计报告课题名称多通道秒定时器设计学院自动控制与机械工程专业电气工程及其自动化班级姓名学号时间2015年7月1目录一、课程设计的目的...........................3二、课程设计要求.............................3三、设计任务.................................31、总体要求......................................32、设计要求......................................33、设计提示......................................4四、设计步骤.................................5五、设计思路.................................5六、硬件设计.................................61、单片机的选择.........................................62、74HC的选择..........................................93、显示电路............................................11（1）时钟电路..........................................11（2）复位电路..........................................11（3）开关电路..........................................12（4）显示LED电路......................................13表1-3共阴极接法八段LED代码...........................13（5）小灯电路..........................................13七、软件设计................................14八、部分重要源程序代码......................171.通道号的设置...................................172.定时值的设置...................................172九、单片机秒表的安装与调试..................181、通道选择仿真结果：..................................192、清零仿真结果：......................................20十、心得体会................................21十一、参考文献..............................21十二、程序清单..............................223一、课程设计的目的单片机原理及应用课程设计作为独立的教学环节，是自动化及相关专业集中实践性环节系列之一，是学习完《单片机原理及应用》课程后，并在进行相关课程设计基础上进行的一次综合练习。单片机课程设计过程中，学生通过查阅资料、接口设计、程序设计、安装调试等环节，完成一个基于MCS-51系列单片机，涉及多种资源应用，并具有综合功能的小应用系统设计。使学生不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，而且能够对电子电路、电子元器件等方面的知识进一步加深认识，同时在软件编程、调试、相关仪器设备和相关软件的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。使学生增进对单片机的感性认识，加深对单片机理论方面的理解，加深单片机的内部功能模块的应用，如定时器/计数器、中断、片内外存贮器、I/O接口、串行口等。使学生了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程、方法及实现，强化单片机应用电路的设计与分析能力。提高学生在单片机应用方面的实践技能和科学作风；培育学生综合运用理论知识解决问题的能力。二、课程设计要求课程设计以学生认知为主体，充分调动学生的积极性，重视学生自学能力的培养，根据具体课题安排时间确定课题的设计、编程和调试内容，分团队开展课程设计活动，按时完成每部分工作。坚持独立完成，实现课题规定的各项指标，并写出设计报告。要求学生自己查阅资料和充分利用所学知识，根据所要设计系统所要达到的功能，划分软硬件功能、选择器件、编写相关程序，用Proteus在计算机上绘图并用Keil进行程序边编写进行防真，再对整个系统做调试运行，培养学生在遇到问题时能进行独立、系统、认真的思考，并进一步培养学生在团队中的合作精神，不断调试修改，直至达到设计的要求和取得满意的效果，最后编写系统说明书，其内容包括系统的功能介绍，使用范围，主要性能指标，使用方法，注意事项等。三、设计任务1、总体要求基于AT89C51设计一个3位的LED数码作为“4通道秒定时器”。2、设计要求1)显示时间为00-99秒。42)各通道定时时间到,点亮对应的LED。3)设计一个有4个按键的键盘。K1:“设置”/“定时启动”。K2:“减一”和“打开通道设置”。K3：“加一”。K4：“通道”/“定时设置”。4)@设计每到一秒钟有声音或LED提示提醒功能,可通过按钮打开及关闭该提醒功能.5)其他功能.3、设计提示1)用4位7段LED数码管作为显示设备,最高位显示通道号,第2位显示时间.2)可采用定时器,定时时间100ms.3)参考ProteusPro仿真效果图:图1-1ProteusPro仿真效果图5四、设计步骤1、制定相应的设计方案；2、硬件的初步设计；3选择设计所用元器件和参数；4在Proteus7.8中设计和连接电路图；5软件的初步设计；6编写程序实现其功能；7在keil_v4中进行调试运行；8硬件和软件联合调试。五、设计思路为使数码管同时显示通道号和定时值（0～99秒），选用4位7段LED数码管，当定时时间到时点亮对应的LED灯，课程中我们选用LED-BLUE灯，并设计有四位按键的键盘，分别为K1、K2、K3、K4来控制定时启动/停止、通道号和定时时间的切换设置、通道号/定时时间加一、通道号/定时时间减一。通过这四个按键来控制整个电路的运行、LED灯的点亮和数码管的显示。根据系统的设计要求，选择AT89C51单片机作为系统的核心来完成定时、计数的功能，用74HC244来完成数据的锁存和对LED的刷新控制，用74HC245来完成数据的锁存和对小灯的刷新控制，用外围开关电路实现对单片机的外围输入，用小灯来实现对于计时等功能的提示。开关K1把开始信号传输给AT89C51单片机，单片机开始计数，然后在P2口输出信号，通过74HC244后传输给LED数码管控制数码管位数是否启用，然后P0口传输相对应的信号控制启用的数码管输出位数的具体信号。同理，其余开关的信号分别控制了AT89C51的开始、停止、复位和通道的加减。单片机开始计数，然后在P3口输出信号，通过74HC245后传输给小灯是否启用。具体控制如下：（1）通道号为1～4，对应LED灯为LED1～LED4，执行程序前可任意选择通道号；定时值可在0～99S内任意设置；（2）当程序运行初始化化后，如果K2按下，则切换至通道号的设置，通过K3、K4来增加或减小通道号；当选择好通道号后如果按下K2则切换至定时值的设置，通过K3、K4来增加或减小定时值；当定时值设置好之后按下K1则程序执行所选通道的秒表定时；当定时时间到时，对应通道的LED灯点亮；（3）当程序运行初始化后直接按下K3、K4进行定时时间的设置，通过K3、K4来增加或减小定时值；当设置好之后按下K1后直接执行一通道的秒表定时；当定时时间到时，对应通道的LED灯点亮；（4）当程序运行初始化后直接按下K3、K4进行定时时间的设置，通过K3、K4来增加或减小定时值；当设置好之后按下K2则切换至通道号的设置，通过K3、K4来增加或减小通道号；当设置好后按下K1则执行对应通道的定时；当定时时间到时，对应通道的LED灯点亮；（5）当程序运行初始化后直接按下K3、K4进行定时时间的设置，通过K3、6K4来增加或减小定时值；当设置好之后按下K2则切换至通道号的设置，通过K3、K4来增加或减小通道号；当设置好后按下按下K2则又切换至定时时间的设置，通过K3、K4来增加或减小定时值;依次可不断循环通道号和定时时间的切换设置，直至达到自己所想要的定时时间,此时按下K1则执行对应通道的秒表定时，当定时时间到时点亮对应的LED灯。六、硬件设计1、单片机的选择AT89C51是秒表计时系统的核心器件。该器件是INTEL公司生产的MCS－51系列单片机的基础产品，采用了可靠的CMOS工艺制造技术，具有高性能的8位单片机，属于标准的MCS－51的CMOS产品。不仅结合了HMOS的高速和高密度技术及HMOS的低功耗特征，而且继承和扩展了MCS－48单片机的体系结构和指令系统。AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机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。外形及引脚排列如图所示。AT89C51提供以下标准功能：4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。单片机小系统的电路图如图所示：7图1-2AT89C51管脚说明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/地址的低八位。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外部必须接上拉电阻。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口作为低八位地址接收。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8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。K顶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