《单片机原理及接口技术》课程设计报告——多通道秒表定时器.doc

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1、 单片机原理及接口技术 课程设计报告课程设计名称：多通道秒表定时计数器设计 院 系：自动控制与机械工程学院 专业：电气工程及其自动化 班级：2012级电气二班 姓名：黄瑞 学号：201204170209 时间：2014年6月目录一 、课程设计目的和要求21、设计的目的22、设计的要求3（1）总体要求3（2）具体要求3（3）设计提示4二 、设计的步骤和思路41、设计的步骤42、设计的思路5三、硬件的设计61、信号输入电路62、数码管的驱动模块的电路73、LED灯的驱动模块电路7四、软件设计81、单片机选择82、系统软件设计分析83、主要功能实现的程序9（1）通道号的设置9（2）定时值的设置10五

2、、调试说明111、未启动仿真时，初始状态：122、开始启动仿真后：123、通过按下K2切换至一、二、三、四通道和定时值的设置：134、定时时间到后对应通道号LED灯点亮：14六 心得体会15七、致谢16八 、参考文献16九、附录17一 、课程设计目的和要求1、设计的目的单片机课程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与接口技术课程后，并在进行相关课程设计基础上进行的一次综合联系。单片机课程设计过程中，我们通过查阅资料，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，并具有综合应用功能的小应用课程设计，不但使我们

3、能熟练掌握课堂上所学知识，而且还能使我们在设备和软件方面得到较全面的提高和锻炼，也提高了我们运用综合知识解决实际的能力。 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

4、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。2、设计的要求（1）总体要求本次课程设计主要以软件仿真为主，在为期两周的工程实践中，将占据主要时间，要求完成的任务主要包括以下几点：(1) 独立完成设计任务；(2) 绘制系统硬件总框图；(3) 绘制系统原理电路图；(4) 制定编写设计方案，编制软件框图，完成详细完整的程序清单和注释；(5) 制定编写调试方案，编写课程设计任务书；(6) 写出设计工作小结。（2）具体要求该课程设计要求基于AT89C51设计一个4位的LED数

5、码管作为“4通道的秒表定时器”。1设计使显示时间为099秒；2当各通道定时时间到时，点亮对应的LED灯；3设计一个具有4个按键的键盘：K1：“设置”/“定时启动”；K2：“通道”/“定时设置”；K3：“加一”；K4：“减一”；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。（3）设计提示(1）用6为7段LED数码管作为显示设备，最高为显示通道号，低2位显示时间。(2）可采用定时器，定时时间100ms。(3）参考Protuse仿真效果图 图1-1 Protuse仿真效果图二 、设计的步骤和思路1、设计的步骤（1）制定相应的设计方案；（2）硬件的初步设计；（3）选择设计

6、所用元器件和参数；（4）在Proteus 7.5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。2、设计的思路为使数码管同时显示通道号和定时值（099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。具体控制如下：（1）通道号为14，对应LED灯为LED

7、1LED4，执行程序前可任意选择通道号；定时值可在099S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K

8、3、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、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。三、硬件的设计硬

9、件电路设计框图如下图所示，主要由：4个按键的键盘、AT89C51单片机、数码管、4个LED灯。根据硬件系统电路设计框图，对各部分模块的原理进行分析，编写个子模块程序，最终将其组合。 图3-1硬件电路设计框图1、信号输入电路独立式按键就是各按键相互独立，每个按键各接入一根输入线，一根输入线上的按键工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。因此，通过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键按下了。独立式按键电路配置灵活，软件简单。但每个按键需要占用一个输入口线，在按键数量较多时，需要较多的输入口线且电路结构复杂，故此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。 图3-2键控电路消除键抖动。一般按键在

10、按下的时候有抖动的问题，即键的簧片在按下时会有轻微的弹跳，需经过一个短暂的时间才会可靠地接触。若在簧片抖动时进行扫描就可能得出不正确的结果。因此，在程序中要考虑防抖动的问题。最简单的办法是在检测到有键按下时，等待（延迟）一段时间再进行“行扫描”，延迟时间为1020ms。这可通过调用子程序来解决，当系统中有显示子程序时，调用几次显示子程序也能同时达到消除抖动的目的。2、数码管的驱动模块的电路 图3-3数码管驱动模块电路3、LED灯的驱动模块电路 图3-4LED灯的驱动电路四、软件设计1、单片机选择AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含4K bytes的

11、可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机存取数据存储器（ROM），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（CPU）和Flash存储单元。功能强大AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。此设计中就采用AT89C51。单片机小系统的电路图如图所示： 图4-1信号输入电路单片机AT89C51的主要特征： 与 MCS51 兼容，4K 字节可编程闪烁存储灵活的在线系统编程，掉电标识和快速编程特性； 寿命为 1000 次写/擦周期，数据保留时间可 10 年以上；全静态工作模式：

12、0HZ33HZ； 三级程序存储器锁定；1288 位内部 RAM，32 位可编 I/O 线；两个 16 位定时器/计数器，5 个中断源，4 个 8 位并行的 I/O 接口，1 个全双工 I/O 接口。2、系统软件设计分析模块的划分：（1）键盘的设置、启动、停止、加一、减一；（2）数码管显示通道号和定时时间；（3）定时时间到后对应通道号的LED灯点亮。程序流程图如下： 图4-1程序流程图3、主要功能实现的程序（1）通道号的设置uchar set_thax() /设置通道函数 key_set(); if(set_2=2) delay(10); if(k3=0) /K3加1 delay(30); if

13、(k3=0) delay(300); sec+; if(sec=5) sec=1; if(k4=0) /K4减1 delay(30); if(k4=0) delay(300); sec-; if(sec=0) sec=4; a=sec; return a; （2）定时值的设置void set_time() /设置时间函数 key_set(); if(set_2=1) delay(10); if(k3=0) /K3加1 delay(30); if(k3=0) delay(300); minu+; if(minu=100) minu=1; if(k4=0) /K4减1 delay(30); if(

14、k4=0) delay(300); minu-; if(minu=-1) minu=99; 五、调试说明仿真结果和分析：1、未启动仿真时，初始状态： 图5-1未启动仿真时，初始状态2、开始启动仿真后： 图5-2开始启动仿真后3、通过按下K2切换至一、二、三、四通道和定时值的设置： 图5-3通过按下K2切换至一、二、三、四通道和定时值的设置4、定时时间到后对应通道号LED灯点亮： 图5-4定时时间到后对应通道号LED灯点亮六 心得体会 作为一名电气工程及其自动化专业的大二学生，我觉得做单片机课程设计是十分有意义的，而且是十分必要的。在已度过的大学时间里，我们大多数接触的是专业课。我们在课堂上掌握

15、的仅仅是专业课的理论知识，如何去锻炼我们的实践能力？如何把我们所学的专业基础课理论知识运用到实践中去呢？我想做类似的课程设计就为我们提供了良好的实践平台。在两个周的学习工作中，通过查阅相关资料了解了直流调速系统，加深了对直流电机调速控制系统的认识，熟悉了单片机在控制系统中的运用。并且在所学知识的基础上，利用已有的直流调速系统设计，尝试了自己的一些研究。并且使我将以前所学的知识系统化，理论化，实用化。对如何使用已有知识及获取相关资料方面的能力又有了提高。根据课题要求，利用所学的相关知识，查询相关的资料。根据课程条件，找到适合的方案，找到需要的元器件。根据课程设计的要求和自己所要增加的功能写好程序

16、流程图，在程序流程图的基础上，根据芯片的功能写出相应的程序。然后再进行程序调试和相应的修改，以达到能够实现所要求的功能的目的。除编写实现设计要求外的程序，还要根据课程设计的实际情况，添加些额外程序来使系统更加的稳定，如开关的去抖（采用延迟）。该课程设计的程序可以参考MCS-51系列单片机，也可自己根据自己熟悉的方法来编程如单片机C语言或汇编语言。在设计控制开关时，注意2个中断的打开和关闭的先后顺序，否则就会出错。这次的单片机课程设计重点是理论与实际的相结合。该设计从头到尾都要自己参与，熟悉了整个设计的过程，更充分的锻炼了自己。在此要感谢我的指导老师，感谢老师给我这样的机会锻炼。在整个设计过程中

17、我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦。虽然这个设计还不是很完善，但是在设计过程中所学到的东西是这次设计的最大收获和财富，使我终身受益。七、致谢为期两个周的课程设计也接近了尾声。此次课程设计的完成离不开老师和同学对我的帮助，使我对单片机的工作原理和使用更近了一步。首先要感谢我敬爱的指导教师。他们在学术上的精心指导和严格要求，在系统研究和调试过程中给予的及时帮助。这些使我组的课程设计得以顺利完成，并激励着我们在今后的人生道路上不断开拓进取，勇

18、往直前。在此，我们再一次对诸位老师的培养和关怀表示诚挚的谢意！同时我们也非常感谢所有教导过我的老师们，他们不但在课程设计中指导我们学习和生活，而且在完成论文期间给我许多帮助和建议，他们兢兢业业、对工作认真负责的态度为我们做出了好的表率，时刻鞭策着我们向他们学习。非常感谢我的同学们，在与他们共同的学习、工作、生活过程中，他们给予了我及时的帮助和建议，开拓了我的思路。这使我在学习和生活中受益匪浅。最后，向所有帮助过我的老师和同学致以最诚挚的谢意。八 、参考文献1 陈伯石.电力拖动自动控制系统M.北京：机械工业出版社，2003.2 钟富昭.8051单片机典型模块设计与应用M.北京：人民邮电出版社，2

19、0073 张靖武.单片机系统的PROTEUS设计与仿真M.北京：电子工业出版社，2007 4 杨恢先.单片机原理及应用M.北京：人民邮电出版社，2006 5 孟庆涛.图解电子控制电路M.北京：人民邮电出版社，2006 6 谢维成.单片机原理与应用及C51程序设计M.北京：清华大学出版社，20067 周润景.基于PROTEUS 的电路及单片机系统设计与仿真M.北京：北京航空航天出版社，20068 李光飞.单片机课程设计实例指导M.北京:北京航空航天出版社，20049 杜坤梅.电机控制技术M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2002 10 李广第.单片机基础（修订版）M.北京：北京航空航天大学出版社

20、，200111 吴亦峰 . 单片机原理与接口技术M.北京：电子工业出版社九、附录#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit QB1=P20; /选择数码管sbit QB2=P21;sbit QB3=P22;sbit QB4=P23;sbit k1=P10; /k1按键,sbit k2=P11; /k2按键,sbit k3=P12; /k3按键,加1sbit k4=P13; /k4按键,减1sbit led4=P30; /LED灯sbit led3=P31;sbit led2=P32;sbit led1=P33

21、;sbit what=P0;uchar sec=1,minu,mstcnt; / 定义初始量uchar set_2=1,set_1=1;uchar mis,mig,ss,sg;uchar code table=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F;/共阴显示uchar code tabl=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66; int a;void delay(uint); /延时函数void key_change(); / 扫描K1void key_set(); / 扫描K2void disp(uchar,uchar,

22、uchar,uchar); /显示函数void set_time(); /设置时间函数uchar set_thax(); /设置通道函数void timer0();void haap();void main() /主函数 EA=1; /系统允许有开放的中断 ET0=1; /允许T0中断 TR0=1; /开启中断，启动定时器 TMOD=0x01; TH0=0x00; TL0=0x01; while(1) sg=sec%10; /通道个位 mis=minu/10; /显示时间十位 mig=minu%10; key_set(); /扫描K2 key_change(); /扫描K1 if(set_1=

23、1) /设置显示条件 haap(); if(k1=1&k2=1) /正常显示 delay(10); if(k1=1&k2=1) sg=sec; disp(sg,mis,mig,ss); key_change(); if(set_1 =2)/启动条件 timer0(); key_change(); if(set_1=3) minu=0; void haap() /设置显示函数 if(set_1=1) delay(10); key_set(); if(set_2=1) delay(10); set_time(); key_set(); if(set_2=2) delay(10); set_thax

24、(); void timer0() interrupt 1 using 0 /启动函数 TH0=0x01; TMOD = 0x01; if(set_1=2) delay(10); mstcnt+; if(mstcnt=20) mstcnt=0;if (minu=0)minu=0; set_thax();if(a=1)led1=0;led2=1;led3=1 ;led4=1;elseif(a=2)led1=1;led2=0;led3=1 ;led4=1;elseif(a=3)led1=1;led2=1;led3=0 ;led4=1;elseif(a=4)led1=1;led2=1;led3=1

25、;led4=0;elseminu-; if(minu=0) minu=0; void key_change() /k1按键扫描 if(k1=0) delay(20); if(k1=0) set_1+; while(k1!=1); if(set_1=4) set_1=1; void key_set() /k2按键扫描 if(k2=0) delay(20); if(k2=0) set_2+; while(k2!=1); if(set_2=3) set_2=1; void disp(uchar sg,uchar mis,uchar mig,uchar ss) /显示函数 QB1=0; QB2=1;

26、QB3=1; QB4=1; P0=tablesg; /第1个数码管显示通道 delay(10); /延时一小会 QB1=1; QB2=1; QB3=0; QB4=1; P0=tablemis; /第3个数码管显示十位 delay(10); QB1=1; QB2=1; QB3=1; QB4=0; P0=tablemig; /第4个数码管显示个位 delay(10); QB1=1; QB2=1; QB3=1; QB4=1; P0=tabless; /第2个数码管不显示 delay(10);void set_time() /设置时间函数 key_set(); if(set_2=1) delay(10

27、); if(k3=0) /K3加1 delay(30); if(k3=0) delay(300); minu+; if(minu=100) minu=1; if(k4=0) /K4减1 delay(30); if(k4=0) delay(300); minu-; if(minu=-1) minu=99; uchar set_thax() /设置通道函数 key_set(); if(set_2=2) delay(10); if(k3=0) /K3加1 delay(30); if(k3=0) delay(300); sec+; if(sec=5) sec=1; if(k4=0) /K4减1 delay(30); if(k4=0) delay(300); sec-; if(sec=0) sec=4; a=sec; return a; void delay(uint k) /延时函数 uint i,j; for(i=k;i0;i-) for(j=80;j0;j-);