电气单片机课程设计任务书11.docx

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电气单片机课程设计任务书11

课题：

基于AT89C51单片机的LED数字倒计时器设计

专业：

电气工程及其自动化

班级：

电气理科4班

学号：

14153264

姓名：

刘永欢

指导教师：

周冬芹

设计日期：

2016.12.03

成绩：

重庆大学城市科技学院电气学院

基于AT89C51单片机的LED数字倒计时器设计设计报告

一、设计目的作用

1、掌握51单片机最小系统的设计；

2、掌握按键电路设计、LED数码管的使用；

3、掌握C51的编程方式。

二、设计要求

基于AT89C51单片机的LED数字倒计时器主要具有如下功能，具体要求如下：

1.LED数码管显示倒计时时间。

2.倒计时过程中能设置多个闹钟，当倒计时值倒计到设定值时会发出2s的报警声音。

（K1设置小时，K2设置分钟，K3设置秒钟，K4完成退出）

3.通过按键可以对倒计时设定处置。

倒计时初值范围在24:

00:

00~00:

00:

60之间，用户可根据需要对其进行设置，设置成功后复位初始值为成功设定值。

三、设计的具体实现

1、设计原理

以AT89C51单片机为核心控制器，主要以单片机来控制，用按键来设定倒计时初始时刻的值，数码管作为显示模块来显示剩余的时间。

此电路对倒计时器中的LED数码管显示器来说，采用以软件为主的接口方法，即用软件程序进行译码。

通过按键输入来控制显示器的显示，在上电时LED显示器开始显示时间，在按键电路中设置了6个按键，通过检测第2个按键开始倒计时，通过检测第3,4,5个按键按下的次数来实现小时，分和秒的调时的加减，检测第1个按键（由最小开发板提供）实现复位，再由LED显示器显示时，分和秒的改变。

LED数字倒计时器主要由AT89C51单片机，晶振电路，复位电路，按键电路，数码管电路，蜂鸣电路组成。

该系统设计框图如下图所示：

LED数字倒计时器系统设计框图

2、系统设计

（1）晶振电路的分析

a.晶振电路原理:

晶振是通过电激励来产生固定频率的机械振动，而振动又会产生电流反馈给电路，电路接到反馈后进行信号放大，再次用放大的电信号来激励晶振机械振动，晶振再将振动产生的电流反馈给电路。

当电路中的激励电信号和晶振的频率相同时，电路就能输出信号强大，频率稳定的正弦波。

整形电路再将正弦波变成方波送到数字电路中供其使用。

b.晶振电路的特点:

晶振是石英振荡器的简称，晶振分为有源晶振和无源晶振两种，其作用是在电路产生震荡电流,发出时钟信号。

它是时钟电路中最重要的部件，它的作用是向IC等部件提供基准频率，它就像个标尺，工作频率不稳定会造成相关设备工作频率不稳定，自然容易出现问题。

由于制造工艺不断提高，现在晶振的频率偏差、温度稳定性、老化率、密封性等重要技术指标都很好，已不容易出现故障，但在选用时应注意一下晶振的质量。

晶振电路原理图

（2）复位电路的分析

a.复位电路原理：

系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。

为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分合过程中引起的抖动而影响复位。

RC复位电路可以实现上述基本功能，但解决不了电源毛刺和电源缓慢下降（电池电压不足）等问题，而且调整RC常数改变延时会令驱动能力变差。

左边的电路为高电平复位有效，右边为低电平有效，复位按键为手动复位开关，电容可避免高频谐波对电路的干扰。

b.复位电路的作用：

复位电路是为确保微机系统中电路稳定可靠工作必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。

一般微机电路正常工作需要供电电源为5V±5%，即4.75～5.25V。

由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。

复位电路原理图

（3）按键电路的分析

a.按键电路的原理：

按键B1/B2/B3/B4/B5断P1.0/P1.1/P1.2/P1.3/P1.4输入为高电平；按键B1/B2/B3/B4/B5闭合后，P1.0/P1.1/P1.2/P1.3/P1.4输入为低电平。

每按一次按键，就会有一次低电平，单片机就会对低电平计数，从而来调节定时时间。

由于按钮是机械触点，当机械触点断开、闭合时，会有抖动动，这种抖动对于计算机来说，是完全能感应到的，因为计算机处理的速度是在微秒级，而机械抖动的时间至少是毫秒级。

你只按了一次按钮，可是计算机却已执行了多次中断的过程，如果执行的次数正好是奇数次，那么结果正如你所料，如果执行的次数是偶数次，那就不对了，所以必须运用延时程序消除按键的抖动。

b.按键电路的作用：

每次复位之后，三个两位数码管全部都会显示为0，而与P1.0相接的按钮B1，每次按下一次，就会产生一次低电平，单片机就会计数一次，从而调节倒计时的小时时间，B2则调节分钟，B3则调节秒钟，与这三个按键分别控制数码管的显示倒计时的小时、分钟、秒。

与这三个按键不同的是，按键B4的作用是开始倒计时,B5按键的作用是进入设置闹钟功能。

这些按键的功能都是通过编程来控制的。

按键电路原理图

（4）数码管电路的分析 

1.数码管电路的组成：

A.六位数码管：

分别显示小时,分钟和秒钟。

B.含有八个电阻带电源的排阻：

分别与三个数字显示的数码管并联，电源给数码管提供电压，电阻的作用是保护数码管不被烧坏。

C.将PO口的八位与数码管和排阻连载一起的导线，将P2口的六位分别与六位数码管的六个位选引脚接在一起。

2.数码管电路的原理：

7段数码管一般由8个发光二极管组成，其中由7个细长的发光二极管组成数字显示，另外一个圆形的发光二极管显示小数点。

当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画发光。

控制相应的二极管导通，就能显示出各种字符，尽管显示的字符形状有些失真，能显示的数符数量也有限，但其控制简单，使有也方便。

发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极数码管，阴极连在一起的称为共阴极数码管。

数码管电路

（5）蜂鸣电路的分析

a.蜂鸣电路的组成：

两个阻值为一千欧姆的电阻，一个阻值为100欧姆的电阻，一个蜂鸣器，一个三极管，一个接地，以及导线。

b.蜂鸣电路的原理：

蜂鸣电路是利用I/O定时翻转电平产生驱动波形对蜂鸣器进行驱动。

在程序上，可以使用TIMER0来定时，将TIMER0的预分频设置为/1，选择TIMER0的始终为系统时钟（主振荡器时钟/4），通过按键可以在TIMER0的载入/计数寄存器内调节设置时间，就能将TIMER0的中断设置设置为倒计时时间，当需要I/O口驱动的蜂鸣器鸣叫时，只需要在进入TIMER0中断的时候对该I/O口的电平进行翻转一次，直到蜂鸣器不需要鸣叫的时候，将I/O口的电平设置为低电平即可。

不鸣叫时将I/O口的输出电平设置为低电平是为了防止漏电。

蜂鸣电路原理图

3、系统实现

（1）焊接实物

（2）LED数字倒计时器仿真图

四、总结

对于这次课程设计，我们感受良多，这既是对单片机课程理论内容的一次

复习和巩固，还让我们丰富了更多与该专业相关的其他知识，比如软件应用等。

在这次实验中也遇到了很多问题：

如在proteus中设计好原理图后，发现运行不了，数码管不亮，不能实现倒计时的功能，经过检查之后发现电路原理图画错了，数码管电路连线错误导致数码管不亮；还有就是焊接电路板的时候，容易漏焊导致板子不能实现相应的功能。

此外，在这次实验中，还应注意小组之间的分工团结协作，难免会和组员产生意见分歧，以及分工明细等问题，通过这次设计，我们体会到了团结合作的重要性，发现、提出、分析、解决问题和实践能力的提高都将受益于我在以后的学习、工作和生活中。

从这课程设计中，我学会使用keil软件来实现c语言编程来控制单片机，以及运用proteus软件画电路原理图并进行运行仿真。

此外，还要查阅许多的资料来填补知识的空缺，学好单片机原理相关知识对我们来说是不可或缺的，最后老师的提问让我们对单片机有了更为深入、更加清晰的了解。

5、附录

（1）元器件明细表：

元件名称

型号

数量

单片机最小开发板

STC89C52

1

电阻

10K

1

按键

5

数码管2位一体

共阳

3

集成块

74LS245

3

三极管

9015

1

蜂鸣器

1

电阻

1K

2

电阻

100Ω

1

电阻

2.7K

4

电阻

330Ω

8

集成块

74LS07

1

AC/DC（5V/1A）电源

1

单排插针40

2

双排插针40

2

9X15cm万用板（3连孔）

1

杜邦线

15

（2）程序清单：

LED数字倒计时器闹钟功能的C语言程序编码

#include#include//端口定义#defineDateP0//段选#defineWXP2//位选#defineKeyP1//按键sbitK1=P1^0;//调节时sbitK2=P1^1;//调节分sbitK3=P1^2;//调节秒sbitK4=P1^3;//完成退出sbitAlm=P1^4;//选择倒计时时间设定或者闹钟时间设定sbitBZ=P1^7;//有源嗡鸣器#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint//无小数点的0-9共阳极数码管编码ucharcodeseg[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//有小数点的0-9共阳极数码管编码ucharcodeseg_d[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef};//六个数码管位选第一个为空ucharwm[]={0x00,0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf};bitmiao_flag=0;//定时器秒溢出标志bitA_set_flag=0;//闹钟设置标志位bitalarm_flag=0;ucharshi=0,fen=0,miao=0;ucharA_shi=0,A_fen=0,A_miao=0;voiddelay（uintk）{ucharj;while（（k--）!

=0）{for（j=0;j<200;j++）{;}}}voidTimer_Init（）{TMOD=0x01;//选择工作方式1TH0=（65536-50000）/256;//设置初始值50msTL0=（65536-50000）%256;EA=1;//打开总中断ET0=1;//打开定时器0中断//TR0=1;//启动定时器0}voidDisplay（void）{WX=wm[1];//第一个数码管Date=0x00;Date=seg[shi/10];delay

（1）;WX=wm[2];//第二个数码管Date=0x00;Date=seg_d[shi%10];delay

（1）;WX=wm[3];//第三个数码管Date=0x00;Date=seg[fen/10];delay

（1）;WX=wm[4];//第四个数码管Date=0x00;Date=seg_d[fen%10];delay

（1）;WX=wm[5];//第五个数码管Date=0x00;Date=seg[miao/10];delay

（1）;WX=wm[6];//第六个数码管Date=0x00;Date=seg[miao%10];delay

（1）;}voidDisplay_A（void）{WX=wm[1];//第一个数码管Date=0x00;Date=seg[A_shi/10];delay

（1）;WX=wm[2];//第二个数码管Date=0x00;Date=seg[A_shi%10];delay

（1）;WX=wm[3];//第三个数码管Date=0x00;Date=seg[A_fen/10];delay

（1）;WX=wm[4];//第四个数码管Date=0x00;Date=seg[A_fen%10];delay

（1）;WX=wm[5];//第五个数码管Date=0x00;Date=seg[A_miao/10];delay

（1）;WX=wm[6];//第六个数码管Date=0x00;Date=seg[A_miao%10];delay

（1）;}voidDisplay_alm（void）{uinti;for（i=0;i<100;i++）{WX=wm[1];//第一个数码管Date=0x00;Date=0x77;//Adelay

（1）;WX=wm[2];//第二个数码管Date=0x00;Date=0x38;//Ldelay

（1）;}Date=0x3f;WX=0x00;}/*voidDisplay_ok（void）{WX=wm[1];//第一个数码管Date=0x00;Date=0x3f;//0delay

（1）;WX=wm[2];//第二个数码管Date=0x00;Date=0x3e;//Udelay

（1）;}*/voidKey_can（void）{ucharKey_num=0;//记录键值if（（Key&0xff）!

=0xff）//有按键按下{delay

（1）;if（（Key&0xff）!

=0xff）//有按键按下Key_num=Key;TR0=0;alarm_flag=0;while（Key!

=0xff）//松手检测{if（A_set_flag）{Display_A（）;}else{Display（）;}}switch（Key_num）{case0xfe:

if（A_set_flag）{if（A_shi>24）A_shi=0;A_shi++;break;}else{if（shi>24）shi=0;shi++;break;}case0xfd:

if（A_set_flag）{if（A_fen>59）{A_fen=0;A_shi++;}A_fen++;break;}else{if（fen>59）{fen=0;shi++;}fen++;break;}break;case0xfb:

if（A_set_flag）{if（A_miao>59）{A_miao=0;A_fen++;}A_miao++;break;}else{if（miao>59）{miao=0;fen++;}miao++;break;}case0xf7:

A_set_flag=0;TR0=1;//设置完毕退出并打开定时器break;case0xef:

A_set_flag=~A_set_flag;if（A_set_flag）Display_alm（）;TR0=0;break;}}}voidPro_time（void）{if（miao_flag）{miao_flag=0;if（miao==0）{miao=60;if（fen==0）{fen=60;shi--;}fen--;}miao--;}if（A_shi==shi&&A_fen==fen&&A_miao==miao）//if（A_fen==fen）//if（A_miao==miao）{BZ=0;delay

（1）;BZ=1;//alarm_flag=1;//TR0=1;//miao--;}}voidmain（void）{ucharnum=0;Timer_Init（）;while

（1）{Key_can（）;if（A_set_flag）{Display_A（）;}/*elseif（alarm_flag）{Display_ok（）;//显示定时完毕}*/else{Display（）;}Pro_time（）;}}voidTimer0（）interrupt1{staticuchartime=0;TH0=（65536-50000）/256;//设置初始值50msTL0=（65536-50000）%256;WX=wm[1];Date=seg_d[1];if（time>=20）{time=0;miao_flag=1;}time++;if（（shi==0）&&（fen==0）&&（miao==0））{TR0=0;}}

（3）完整电路图

六、参考文献

ISBN978-7-121-14990-0·李群芳，肖看，张士军·单片微型计算机与接口技术·电子工业出版社·2012.01