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定时器;
数码管
目录
1总体设计1
1.1设计任务1
1.2设计要求1
1.3方案论证1
2设计思想1
2.1硬件设计思想1
2.2软件设计思想2
3 电路原理与电路图2
3.1电路原理2
3.2电路原理图3
3.3AT89S52单片机及其引脚说明3
3.4数码管显示系统电路5
3.4.1数码管的介绍5
3.4.2四位数码管的介绍6
3.5继电器电路7
4系统程序的设计9
4.1主程序9
4.2显示子程序10
4.3定时器T0、T1中断服务程序11
4.4程序清单11
5仿真结果14
5.1仿真环境14
5.2仿真结果15
6设计总结17
参考文献17
1总体设计
1.1设计任务
(1)实现STC89S52继电器控制。
(2)实现定时器倒计时并用数码管显示。
(3)实现单片机的三个控制键;
开始键,分钟键和秒键。
1.2设计要求
用STC89S52单片机时间继电器设计,可以通过键盘设定时间,时间在数码管上显示,最后控制继电器动作。
1.3方案论证
方案一:
用AT89C51作为主要芯片,采用排阻,并用汇编语言写程序,采用硬件消抖
方案二:
采用三极管驱动数码管,C语言编写程序,在编写程序时进行软件消抖
相比之后方案二更简便,因为软件消抖更容易,C语言程序更容易懂,易修改,硬件电路更简单。
2设计思想
2.1硬件设计思想
数字电子秒表具有显示直观、读取方便、精度高等优点,在计时中广泛使用。
本设计用单片机组成数字电子秒表,力求结构简单、精度高为目标。
设计中包括硬件电路的设计和系统程序的设计。
其硬件电路主要有主控制器,计时与显示电路和回零、启动等。
主控制器采用单片机AT89S52,显示电路采用四位共阳极LED数码管显示计时时间。
由于本实验有四位数码管,如果采用静态显示要占用全部的I/O端口,所以本次试验采用静态显示,
建立最小单片机系统,在AT89S52单片机的P2端通过三极管接上4位七段共阴极数码管,P2.0脚接第一位数码管片选端,P2.1脚接第二位数码管片选端,P2.2脚接第三位数码片选端,P2.3脚接第四位数码管片选端,这四位分别显示秒时间的十位,个位,小数点后一位,小数点后两位显示的片选控制端。
P2.4脚接小数点控制端。
秒表控制键盘。
用P3.0接键盘开启计时键,P3.1接键盘计时暂停键,P3.2接键盘计时复位键。
2.2软件设计思想
采用C语言编写程序,程序共有四部分;
第一部分是主程序,用于对程序的中断控制、数据等的初始化,并且对秒表控制键盘的扫描。
第二部分时间产生程序,用定时/计数器0中断程序用时产生时间,利用每10m进入本中断程序一次
第三部分4位七段共阴极数码管动态显示程序,用定时/计数1中断程序每50ms对数码管各扫描一次,是利用人眼视觉暂留实现数码管的显示。
第四部分动态扫描延时程序,用于在对数码管动态扫描时,每扫描一个数码管后的延时程序。
以实现四位数码时间同时显示的效果。
3 电路原理与电路图
3.1电路原理
AT89S52单片机做为控制电路,用P1口做为数据输出端,P2口做为4位七段共阴极数码管的片选控制输出口,P3.0,P3.1,P3.2做为键盘接口。
时间显示器,由4位七段共阴极数码管构成。
3.2电路原理图
图3-1单片机系统电路原理图
3.3AT89S52单片机及其引脚说明
AT89S52是一个低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元,功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。
AT89S52有40个引脚,32个外部双向输入/输出(I/O)端口,同时内含2个外中断口,3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,2个读写口线,AT89C52可以按照常规方法进行编程,也可以在线编程。
其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起,特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
主要功能特性:
•兼容MCS51指令系统
•8k可反复擦写(>
1000次)FlashROM
•32个双向I/O口
•256x8bit内部RAM
•3个16位可编程定时/计数器中断
•时钟频率0-24MHz
•2个串行中断
•可编程UART串行通道
•2个外部中断源
•共6个中断源
•2个读写中断口线
•3级加密位
•低功耗空闲和掉电模式
•软件设置睡眠和唤醒功能
图3-251单片机引脚图
3.4数码管显示系统电路
3.4.1数码管的介绍
本系统输出结果选用4个LED显示。
LED数码管的外形结构如图2-4,外部有10个引脚,其中3,8脚为公共端也称位选端,其余8个引脚称为段选端,当要使某一位数码管显示某一数字((0-9中的一个)必须在这个数码管的段选端加上与数字显示数字对应的8位段选码(也称字形码),在位选端加上低电平即可。
LED有共阴极和共阳极两种。
如图2-4所示。
二极管的阴极连接在一起,通常此公共阴极接地,而共阳极则将发光二极管的阳极连接在一起,接入+5V的电压。
一位显示器由8个发光二极管组成,其中7个发光二极管构成字型“8”的各个笔划(段)a~g,另一个小数点为dp发光二极管。
当在某段发光二极管施加一定的正向电压时,该段笔划即亮;
不加电压则暗。
为了保护各段LED不被损坏,需外加限流电阻。
共阴极共阳极
图3-3LED数码管结构原理图
图3-4LED数码管引脚图
数码管显示器有两种工作方式,即静态显示方式和动态扫描显示方式。
为节省端口及降低功耗,本系统采用动态扫描显示方式。
动态扫描显示方式需要解决多位LED数码管的“段控”和“位控”问题,本电路的通过P1口实现:
而每一位的公共端,即LED数码管的“位控”,则由P3口控制。
这种连接方式由于多位字段线连在一起,因此,要想显示不同的内容,必然要采取轮流显示的方式,即在某一瞬间,只让其中的某一位的字位线处于选通状态,其它各位的字位线处于断开状态,同时字段线上输出这一位相应要显示字符的字段码。
在这一瞬时,只有这一位在显示,其他几位则暗。
在本系统中,字位线的选通与否是通过PNP三极管的导通与截止来控制,即三极管处于“开头”状态。
使用LED显示器时,要注意区分这两种不同的接法。
为了显示数字或字符,必须对数字或字符进行编码。
七段数码管加上一个小数点,共计8段。
因此为LED显示器提供的编码正好是一个字节。
TX实验板用共阴LED显示器,根据电路连接图显示16进制数的编码已列在下表。
表3-1LED字形显示代码表
字型
共阳极段
共阴极段
C0H
3FH
9
90H
6FH
1
F9H
06H
A
88H
77H
2
A4H
5BH
B
83H
7CH
3
B0H
4FH
C
C6H
39H
4
99H
66H
D
A1H
5EH
5
92H
6DH
E
86H
79H
6
82H
7DH
F
84H
71H
7
F8H
07H
空白
FFH
00H
8
80H
7FH
P
8CH
73H
3.4.2四位数码管的介绍
数码管按段数分为七段数码管和八段数码管,八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元(多一个小数点显示);
按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管;
按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。
四位数码管阳=阴极连接在一起,阳极分开有各自的位选,动态显示的特点是将所有位数码管的段选线并联在一起,由位选线控制是哪一位数码管有效。
选亮数码管采用动态扫描显示。
所谓动态扫描显示即轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选,利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用,使人的感觉好像各位数码管同时都在显示。
动态显示的亮度比静态显示要差一些,所以在选择限流电阻时应略小于静态显示电路中的。
图3-5数码管显示效果图
图3-6数码管内部驱动电路
3.5继电器电路
继电器(英文名称:
relay)是一种电控制器件,是当输入量(激励量)的变化达到规定要求时,在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。
它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)之间的互动关系。
通常应用于自动化的控制电路中,它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。
故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
图3-7继电器
继电器线圈在电路中用一个长方框符号表示,如果继电器有两个线圈,就画两个并列的长方框。
同时在长方框内或长方框旁标上继电器的文字符号“J”。
继电器的触点有两种表示方法:
一种是把它们直接画在长方框一侧,这种表示法较为直观。
另一种是按照电路连接的需要,把各个触点分别画到各自的控制电路中,通常在同一继电器的触点与线圈旁分别标注上相同的文字符号,并将触点组编上号码,以示区别。
继电器的触点有三种基本形式:
1、动合型(常开)(H型)线圈不通电时两触点是断开的,通电后,两个触点就闭合。
以合字的拼音字头“H”表示。
2、动断型(常闭)(D型)线圈不通电时两触点是闭合的,通电后两个触点就断开。
用断字的拼音字头“D”表示。
3、转换型(Z型)这是触点组型。
这种触点组共有三个触点,即中间是动触点,上下各一个静触点。
线圈不通电时,动触点和其中一个静触点断开和另一个闭合,线圈通电后,动触点就移动,使原来断开的成闭合,原来闭合的成断开状态,达到转换的目的。
这样的触点组称为转换触点。
用“转”字的拼音字头“z”表示。
继电器是具有隔离功能的自动开关元件,广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中,是最重要的控制元件之一。
继电器一般都有能反映一定输入变量(如电流、电压、功率、阻抗、频率、温度、压力、速度、光等)的感应机构(输入部分);
有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构(输出部分);
在继电器的输入部分和输出部分之间,还有对输入量进行耦合隔离,功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构(驱动部分)。
作为控制元件,概括起来,继电器有如下几种作用:
1)扩大控制范围:
例如,多触点继电器控制信号达到某一定值时,可以按触点组的不同形式,同时换接、开断、接通多路电路。
2)放大:
例如,灵敏型继电器、中间继电器等,用一个很微小的控制量,可以控制很大功率的电路。
3)综合信号:
例如,当多个控制信号按规定的形式输入多绕组继电器时,经过比较综合,达到预定的控制效果。
4)自动、遥控、监测:
例如,自动装置上的继电器与其他电器一起,可以组成程序控制线路,从而实现自动化运行。
图3-8继电器驱动电路
4系统程序的设计
4.1主程序
本设计中,计时采用定时器T0中断完成,其余状态循环调用显示子程序,当端口开关按下时,转入相应功能程序。
其主程序执行流程见下图。
是
否
图4-1主程序流程图
4.2显示子程序
数码管显示的数据存放在内存单元70H-75H中。
其中70H-71H存放秒数据,72H-73H存放分数据,74H-75H存放时数据,每一地址单元内均为十进制BCD码。
由于采用软件动态扫描实现数据显示功能,显示用十进制BCD码数据的对应段码存放在ROM表中。
显示时,先取出70H-75H某一地址中的数据,然后查得对应的显示用段码,并从P0口输出,P2口将对应的数码管选中供电,就能显示该地址单元的数据值。
为了显示小数点及“-”、“A”等特殊字符,在显示班级及计时时采用不同的显示子程序。
4.3定时器T0、T1中断服务程序
定时器T0、T1用于时间计时,定时溢出中断周期可分别设为50ms和10ms.中断进入后,现判断是时钟计时还是秒表计时,时钟计时累计中断20次(即1s)时,对秒计数单元进行加1操作,秒表计时每10ms进行加1操作。
在计数单元中采用十进制BCD码计数,满60(秒表功能时有100)进位,T0中断服务程序执行流程见下图:
图4-2定时器流程图
4.4程序清单
#include<
reg52.h>
#defineuintunsignedint;
//定义变量类型
#defineucharunsignedchar
sbitkey1=P3^1;
//定义按键接口
sbitkey2=P3^2;
sbitDP=P1^7;
uintbb,shu;
//定义变量
intaa=0;
uchartable[]={0X3F,0X06,0X5B,0X4F,0X66,0X6D,0X7D,0X07,0X7F,0X6F};
//寄存器地址定义
voiddelay(uintz);
延时程序
voidkeyscan();
//键盘扫描程序
voiddisplay(aa);
//显示程序
voiddelay(uintz);
//延时子程序
{
uintx,y;
for(x=20;
x>
0;
x--);
//每20秒延时一次
for(y=z;
y>
y--);
}
voidkeyscan();
//键盘扫描,采用循环嵌套
if(key1==0)//判断P1.0的电平,决定是否延时
{
delay(10);
if(key1==0)
{
shu=1;
}
while(!
key1);
}
if(key2==0)
if(key2==0)
shu=2;
key2);
voiddisplay(aa);
//显示子程序,输出到七段四位数码管
{
P1=~table[aa/1000];
P2=0x7f;
delay(15);
//延时
P2=0xff;
delay
(1);
P1=~table[aa/100%10];
DP=0;
P2=0xbf;
P1=~table[aa%100/10];
P2=0xdf;
P1=~table[aa%10];
P2=0xef;
voidtime0()interrupt1//定时模块
TH0=(65536-10000)/256;
//TH0中断
TL0=(65536-10000)%256;
//TL0中断
aa++;
if(aa>
9999)
{
aa=0;
}
voidmain()//主程序
TMOD=0X01;
EA=1;
ET0=1;
while
(1)
keyscan();
if(shu==1)
{
TR0=1;
//寄存器初始化
shu=0;
}
if(shu==2)
TR0=0;
display(aa);
5仿真结果
5.1仿真环境
Proteus是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。
它运行于Windows操作系统上,可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路,该软件的特点是:
①实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。
具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能;
有各种虚拟仪器,如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。
②支持主流单片机系统的仿真。
目前支持的单片机类型有:
ARM7(LPC21xx)、8051/52系列、AVR系列、PIC10/12/16/18系列、HC11系列以及多种外围芯片。
③提供软件调试功能。
在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能,同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态,因此在该软件仿真系统中,也必须具有这些功能;
同时支持第三方的软件编译和调试环境,如KeilC51uVision2、MPLAB等软件。
④具有强大的原理图绘制功能。
总之,该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件,功能极其强大。
5.2仿真结果
图5-1仿真开始
运行开始前,数码显示管显示为00.00。
按下开始键后,秒表程序运行,数码管开始跑动,如图5-2所示。
图5-2仿真倒计时
按下复位键,数码管清零,如图5-3所示。
图5-3仿真清零
6设计总结
在作此课程设计中,感觉比平时上课学习了很多东西,一方面自己在独立思考和动手的能力上有了一定的提高。
另一方面在同学间合作上也有了进一步的认识和深入。
在实验中发现,其实在难编写的程序都是由一些基础程序模块构成的,很多的基础模块前人就已经做好了,最重要的还是要自己的基础扎实,同时,自己的思路要非常的清晰。
实验完后,感觉到平时掌握的东西太少了,要真正实现学有所成、学有所用还有很长的路要走。
现在电子信息技术发展迅速,我们现在学的东西在社会上也许已经或即将被淘汰。
因此在学校要学的不仅是书本上的东西,更重要的是自学的能力、独立思考的能力和动手的能力。
要想在竞争异常激烈的现代社会立足,就必须有实力。
在学校的时间是最好的学习机会,一定要珍惜好这有限的时间,多学知识,尽量充实自己,为以后进入社会多做准备。
参考文献
[1]邹丽新,翁桂荣.单片机微型计算机原理,苏州大学出版社,2001.12
[2]邹丽新,翁桂荣.单片机微型计算机及接口技术,苏州大学出版社,2002.4
[3]徐爱钧,彭秀华.单片机高级语言环境编程与应用,北京电子工业出版社,2001.7
[4]求是科技,单片机典型模块设计实例导航,北京人民邮电出版社,2004.5
[5]高峰,单片微型计算机原理与接口技术,科学出版社,2007
[6]李飞,单片机原理及其应用,西安电子科技大学出版社,2007
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