多功能定時(shí)器.doc

基于單片機(jī)多功能定時(shí)器應(yīng)用科學(xué)學(xué)院 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告姓 名： 楊春波 學(xué) 號(hào)： 5 號(hào) 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：1級(jí)嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)班 指導(dǎo)教師： 朱水金設(shè)計(jì)題目： 基于單片機(jī)多功能定時(shí)器 完成時(shí)間： 2015年06月27日 設(shè)計(jì)（45%）制作（35%）實(shí)訓(xùn)報(bào)告（20%）總 評(píng)簡(jiǎn)易難度（15%）控制方式（10%）原理圖（10%）裝配圖（10%）器件焊接（5%）軟件控制（10%）功能實(shí)現(xiàn)（10%）質(zhì)量評(píng)估（10%）格 式（5%）內(nèi) 容（15%） 指導(dǎo)教師簽名： 目 錄第一章 引言21.1 選題背景21.2 內(nèi)容摘要21.3 設(shè)計(jì)任務(wù)21.4 性能指標(biāo)2第二章系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)32.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架32.2 系統(tǒng)硬件單元電路設(shè)計(jì)32.2.1主控單元42.2.2 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)42.2.3 復(fù)位電路52.2.4 鍵盤(pán)模塊52.2.5 顯示模塊62.2.6 蜂鳴器報(bào)警電路72.3系統(tǒng)原理圖及pcb印刷板圖72.3.1 系統(tǒng)硬件原理圖72.3.2 pcb印刷板圖9 2.3.3模擬圖.92.4 實(shí)物圖11第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)133.1 系統(tǒng)軟件流框圖133.2 按鍵掃描流程圖和程序143.3 按鍵處理子程序流程圖和程序153.4 系統(tǒng)總體軟件設(shè)計(jì)代碼16第四章 系統(tǒng)整體調(diào)試175.1 硬件調(diào)試175.2 軟件調(diào)試17第五章 結(jié)論185.1 總結(jié)185.2 系統(tǒng)展望185.3 心得體會(huì)18附錄一：19第一章 引言1.1 選題背景 定時(shí)器已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚奈锲?，廣泛用于個(gè)人家庭以及車(chē)站，碼頭，劇院，辦公室等公共場(chǎng)所，給人們的生活，學(xué)習(xí)，工作，娛樂(lè)帶來(lái)極大的方便。隨著技術(shù)的發(fā)展，人們已不滿(mǎn)足于鐘表原先的報(bào)時(shí)功能，希望出現(xiàn)許多新的功能，但這些新的功能都是以定時(shí)器為基礎(chǔ)的，因此研究定時(shí)器及其擴(kuò)展功能有著非常現(xiàn)實(shí)的意義，具有很大的實(shí)用價(jià)值。本次課程設(shè)計(jì)中，采用單片機(jī)作為主要芯片設(shè)計(jì)倒計(jì)時(shí)控制系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)的使用性強(qiáng)，設(shè)計(jì)靈活方便并且適合在任何條件下進(jìn)行定時(shí)。1.2 內(nèi)容摘要利用單片定時(shí)器及計(jì)時(shí)器產(chǎn)生定時(shí)效果通過(guò)編程形成倒計(jì)時(shí)效果，再利用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示單片機(jī)內(nèi)部處理的數(shù)據(jù)，同時(shí)通過(guò)端口讀入當(dāng)前外部控制狀態(tài)來(lái)改變程序的不同的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)不同的功能。系統(tǒng)上電自檢后，實(shí)現(xiàn)分鐘，秒鐘信息的顯示，通過(guò)按鍵可實(shí)現(xiàn)校對(duì)時(shí)間，倒計(jì)時(shí)的設(shè)定和顯示。當(dāng)設(shè)置的定時(shí)時(shí)間到時(shí)，單片機(jī)通過(guò)蜂鳴器來(lái)實(shí)現(xiàn)報(bào)警，再利用開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)止鬧的功能。1.3 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)題目：多功能定時(shí)器 設(shè)計(jì)一個(gè)適用于需要顯示當(dāng)前時(shí)間或倒計(jì)時(shí)的場(chǎng)所（如演講比賽等）的多功能電子定時(shí)器電路，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求提出的各項(xiàng)控制功能。1.4 性能指標(biāo)（1）應(yīng)用單片機(jī)和時(shí)鐘芯片設(shè)計(jì)電路，功能切換通過(guò)按鍵控制，顯示采用LED 數(shù)碼管；（2）實(shí)現(xiàn)4位時(shí)間顯示（“時(shí)”2位，“分”2位）；（3）實(shí)現(xiàn)5分鐘的倒計(jì)時(shí)功能，由按鍵控制計(jì)時(shí)開(kāi)始或停止、重新開(kāi)始，可以通過(guò)按鍵重新設(shè)置計(jì)時(shí)時(shí)間（如改為3分30秒等）；（4）實(shí)現(xiàn)秒計(jì)時(shí)功能，最大顯示達(dá)到60分鐘；第二章系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架 本設(shè)計(jì)主要功能是實(shí)現(xiàn)時(shí)間的設(shè)定，倒計(jì)時(shí)，報(bào)警功能，采用分秒顯示，在4位八段LED上顯示分和秒。若想設(shè)置時(shí)間，需復(fù)位；用定時(shí)器1進(jìn)行掃描按鍵，判斷是否有鍵按下，是哪個(gè)鍵按下; 定時(shí)時(shí)間到則蜂鳴器會(huì)報(bào)警；復(fù)位后停止發(fā)出警報(bào)聲音，時(shí)間顯示為系統(tǒng)初始時(shí)間（由軟件設(shè)定），按下確認(rèn)健后，系統(tǒng)開(kāi)始重新倒計(jì)時(shí)。結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示： 主控單元 顯示模塊 鍵盤(pán)模塊 硬件復(fù)位電路， 時(shí)鐘電路 蜂鳴器報(bào)警 圖 2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.2 系統(tǒng)硬件單元電路設(shè)計(jì)2.2.1主控單元 主控單元主要有89c52單片機(jī)構(gòu)成，主要利用片內(nèi)定時(shí)器0進(jìn)行定時(shí)，定時(shí)器1進(jìn)行按鍵掃描，控制各個(gè)模塊完成倒計(jì)時(shí)定時(shí)功能。具體引腳安排如圖2-2.1所示： 圖 2-2.12.2.2 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路對(duì)單片機(jī)是不可缺的，單片機(jī)的每個(gè)功能都要以時(shí)鐘電路為基礎(chǔ)工作。單片機(jī)內(nèi)部自帶一個(gè)時(shí)鐘電路，外部接入定時(shí)控制元件即可構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。其中機(jī)器周期共有12個(gè)振蕩脈沖周期，因此，機(jī)器周期是時(shí)鐘周期的12倍。本課題中定時(shí)器電路中使用的晶體是12MHz,則時(shí)鐘周期為（1/12）us,機(jī)器周期為1us。如圖2-2所示： 圖2-2.2 時(shí)鐘電路圖2.2.3 復(fù)位電路 復(fù)位操作是使單片機(jī)進(jìn)入設(shè)定的初始狀態(tài)。復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)。復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位、按鍵電平復(fù)位和外部脈沖復(fù)位三鐘方式，本次課設(shè)用的是按鍵電平復(fù)位，利用電容的充放電公式來(lái)選擇所需的電容、電阻，能保證復(fù)位信號(hào)高電平持續(xù)時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期。電路圖如圖2-2.3所示: 圖2-2.3 2.2.4 鍵盤(pán)模塊 （1）鍵盤(pán)的作用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)和控制信號(hào)的輸入主要使用鍵盤(pán)，鍵盤(pán)接口，尤其是按鍵輸入信號(hào)的軟件處理方法是影響系統(tǒng)使用和操作的重要因素，鍵盤(pán)接口和軟件的任務(wù)主要包括一下幾個(gè)方面：*檢測(cè)并判斷是否有按鍵按下*按鍵開(kāi)關(guān)的延時(shí)消抖功能*計(jì)算并確定按鍵的鍵值*程序根據(jù)鍵值進(jìn)行一系列的處理和執(zhí)行（2） 鍵盤(pán)的選擇鍵盤(pán)可以分為獨(dú)立連接式和矩陣式。，每類(lèi)按譯碼方式分為編碼式的和非編碼式兩種，單片機(jī)中一般都使用的是軟件來(lái)識(shí)別和產(chǎn)生鍵代碼的非編碼式鍵盤(pán)行列式鍵盤(pán)編碼方式有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種，靜態(tài)接口主要由一個(gè)行編碼器和列編碼器構(gòu)成，動(dòng)態(tài)接口可采用計(jì)數(shù)器，譯碼器和數(shù)據(jù)選擇器來(lái)構(gòu)成這兩種鍵盤(pán)，由硬件完成鍵的譯碼任務(wù)。一般小的控制系統(tǒng)較多采用非編碼獨(dú)立式較合適，使用矩陣鍵盤(pán)，能減少鍵盤(pán)與單片機(jī)接口時(shí)說(shuō)占用的I/O線的數(shù)目，綜上所述，本實(shí)驗(yàn)用的是非編碼式鍵盤(pán)。（3）矩陣式鍵盤(pán)基本原理對(duì)于這種矩陣式的鍵盤(pán)連接，掃描時(shí)依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時(shí)，其它都線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測(cè)各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。注意在按鍵時(shí)一定要調(diào)延時(shí)子程序來(lái)消除抖動(dòng)。（4） 按鍵電路 ：如圖2-2.4 圖2-2.4 2.2.5 顯示模塊本模塊的主要功能就是顯示倒計(jì)時(shí)的起始時(shí)間，開(kāi)始倒計(jì)時(shí)后的時(shí)間變化以及顯示設(shè)定好的時(shí)間?；贏T89C52單片機(jī)的數(shù)碼管顯示分為了兩個(gè)大塊：分鐘顯示和秒鐘顯示。其工作原理由段碼線送出待顯示字符，然后通過(guò)順序執(zhí)行依次選中的每一位數(shù)碼管，同時(shí)使顯示的字符在每一位停留一會(huì)，由于人眼的惰性，可以同時(shí)看到4個(gè)LED的顯示。4個(gè)LED由p0口控制，由于是供陰極，所以高電平有效。動(dòng)態(tài)顯示設(shè)計(jì)電路如圖2-2.5 圖2-2.52.2.6 蜂鳴器報(bào)警電路系統(tǒng)為了提示倒計(jì)時(shí)完成設(shè)計(jì)了報(bào)警提示電路，電路主要有一個(gè)蜂鳴器和一個(gè)三極管組成。在倒計(jì)時(shí)完成時(shí)通過(guò)控制端口P3.2給三極管送入一個(gè)低電平使其導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)蜂鳴器報(bào)警，當(dāng)數(shù)碼管數(shù)字顯示為0時(shí)，蜂鳴器報(bào)警。蜂鳴器電路設(shè)計(jì)電路圖如圖2-2.6所示 圖2-2.62.3系統(tǒng)原理圖及印刷板圖2.3.1 系統(tǒng)硬件原理圖總電路圖由時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、蜂鳴器電路、鍵盤(pán)電路、數(shù)碼管顯示電路組成來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能。其中四個(gè)數(shù)碼管為共陰極的數(shù)碼管。74HC573為鎖存器，這里是增加驅(qū)動(dòng)的功能，使數(shù)碼管可以正常顯示。系統(tǒng)硬件電路圖如圖2-3.1所示：圖2-3.12.3.2 pcb布線圖圖2-3.22.3.3模擬圖如圖2-3.3圖2-3.32.4 實(shí)物圖正面圖2-4.1反面 圖2-4.2第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)軟件流框圖 本系統(tǒng)中，定時(shí)器0負(fù)責(zé)計(jì)時(shí)，并且以秒為單位，定時(shí)器1負(fù)責(zé)進(jìn)行定時(shí)掃描，所以當(dāng)進(jìn)入系統(tǒng)主函數(shù)后，系統(tǒng)不停地進(jìn)行顯示和按鍵處理，定時(shí)和按鍵掃描在中斷中進(jìn)行，這樣就提高了系統(tǒng)的實(shí)用性。軟件流框圖如圖3-1所示： 圖3-1 3.2 按鍵掃描流程圖和程序 如圖3-2所示： 代碼voidK_scan(void) uchari;if(P1=0xff)return;for(i=0;ii)=0xff)key=i+1;return; 圖3-23.3 按鍵處理子程序流程圖和程序 如圖3-3所示 圖3-3代碼：voidDealKey(void) if(key=0)return;switch(key)case1:key=0;if(rocket2)if(sec=0)sec=0;return;sec-;elseif(min=0)min=0;return; min-;return;case2:key=0;if(rocket=0)rocket=0;rocket-;return;case3:key=0;TR0=1;TR1=1;return;case4:key=0;TR0=0;/ min=3;/ sec=30;/ if(rocket=4)/ rocket=4;/ rocket+;return; case5:key=0;if(rocket59)sec=59;elsemin+;if(min59)min=59;return;3.4 系統(tǒng)總體軟件設(shè)計(jì)代碼 見(jiàn)附錄一 第四章 系統(tǒng)整體調(diào)試5.1 硬件調(diào)試單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是分不開(kāi)的許多硬件故障只有通過(guò)軟、硬件統(tǒng)調(diào)才能發(fā)現(xiàn),但一般是先排除系統(tǒng)中比較明顯的硬件故障后才和軟件一起統(tǒng)調(diào)。常見(jiàn)的硬件故障： (1) 邏輯錯(cuò)誤 硬件的邏輯錯(cuò)誤是由于設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和焊接過(guò)程中的工藝錯(cuò)誤而造成的,包括錯(cuò)線、開(kāi)路、短路等,其中最常見(jiàn)的是短路故障。 (2) 元器件錯(cuò)誤 元器件錯(cuò)誤的原因有器件損壞或性能不符合要求,電解電容、二極管的極性接反或集成塊裝反等。 (3) 可靠性差 應(yīng)用系統(tǒng)可靠性差的原因很多,如內(nèi)部和外部的干擾、電壓紋波系數(shù)過(guò)大、器件負(fù)載過(guò)重等均會(huì)造成系統(tǒng)的可靠性差。另外,走線和布置的不合理也會(huì)造成系統(tǒng)可靠性差。 (4)電源故障 電源故障包括：電壓值不符合設(shè)計(jì)要求、電源功率不足、負(fù)載能力差、紋波太重等。(5)硬件調(diào)試方法脫機(jī)調(diào)試是在加電前,先用萬(wàn)用表等工具,按圖紙仔細(xì)核對(duì)線路是否正確,并對(duì)元器件的安裝、型號(hào)、規(guī)格等進(jìn)行仔細(xì)檢查,特別焊接時(shí)有無(wú)走線之間相互短路等。 5.2 軟件調(diào)試程序在KEIL C51上調(diào)試，采用模塊程序設(shè)計(jì)技術(shù),則逐個(gè)模塊調(diào)好后再進(jìn)行系統(tǒng)程序總調(diào)。 對(duì)于模塊結(jié)構(gòu)程序要一個(gè)個(gè)子程序分別調(diào)試。調(diào)試時(shí),一定要符合入口條件和出口條件,調(diào)試可用單步運(yùn)行和斷點(diǎn)運(yùn)行方式,通過(guò)檢查用者系統(tǒng)的CPU現(xiàn)場(chǎng)情況、RAM的內(nèi)容和I/O口的狀態(tài),檢測(cè)程序執(zhí)行結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)要求,有無(wú)循環(huán)錯(cuò)誤、有無(wú)機(jī)器碼錯(cuò)誤以及轉(zhuǎn)移地址的錯(cuò)誤,同時(shí),還可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的硬件設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和軟件算法錯(cuò)誤。 各程序模塊通過(guò)后,則可以把相關(guān)功能塊連在一起進(jìn)行總調(diào)。這個(gè)階段若有故障,可以考慮各子程序運(yùn)行時(shí)是否破壞了現(xiàn)場(chǎng),緩沖單元、工作寄存器是否發(fā)生沖突,標(biāo)志位的建立和清除是否有誤,堆棧區(qū)是否有溢出,輸入設(shè)備的狀態(tài)是否正常等等,若用者系統(tǒng)是在開(kāi)發(fā)機(jī)的監(jiān)控程序下運(yùn)行時(shí),還要考慮用者緩沖單元是否和監(jiān)控程序的工作單元發(fā)生沖突。 單步和斷點(diǎn)調(diào)試后,還應(yīng)進(jìn)行連續(xù)調(diào)試,用以確定定時(shí)精度、CPU的實(shí)時(shí)響應(yīng)等問(wèn)題。當(dāng)全部調(diào)試和修改完成后,將程序固化到STR89C54RD+中。進(jìn)行整機(jī)調(diào)試，各功能實(shí)現(xiàn)則調(diào)試完成。第五章 結(jié)論5.1 總結(jié)本系統(tǒng)的功能主要有這幾部分組成，通過(guò)定時(shí)器0來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的倒計(jì)時(shí)，通過(guò)單片機(jī)P2口都數(shù)碼管位進(jìn)行掃描，通過(guò)定時(shí)器1對(duì)按鍵進(jìn)行掃描，看按鍵是否按下，通過(guò)p3.2對(duì)蜂鳴器控制，本系統(tǒng)有6個(gè)按鍵，一個(gè)復(fù)位按鍵，五個(gè)控制按鍵，依次功能是:加 暫停 移位 開(kāi)始 減。開(kāi)始倒計(jì)時(shí)后，出復(fù)位鍵其他鍵都無(wú)效，當(dāng)按下復(fù)位鍵后，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位，將再次倒計(jì)時(shí)功能。 5.2 系統(tǒng)展望由于本系統(tǒng)的局限性，我覺(jué)還有完善的可能，可以在系統(tǒng)中增加一個(gè)數(shù)字按鍵盤(pán)，通過(guò)按鍵盤(pán)對(duì)定時(shí)器初值設(shè)置，還可以增加一個(gè)紅外線遙控控制，對(duì)于定時(shí)器來(lái)說(shuō)，我覺(jué)得還可以改成雙模式，一種是定時(shí)，一種是電子表功能，隨著人們對(duì)定時(shí)器功能的智能化越來(lái)越高，將來(lái)會(huì)有更大的發(fā)展空間的。5.3 心得體會(huì)兩周的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，其中包含著快樂(lè)，也有辛酸。我們選的設(shè)計(jì)題目是“多功能定時(shí)器”，我都覺(jué)得這個(gè)題目是比較簡(jiǎn)單的。其實(shí)不然，做了之后，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)電路雖然簡(jiǎn)單，但我們認(rèn)為它真正困難的地方是程序設(shè)計(jì)，不過(guò)在我的努力下最終完成了。 我們剛選該題目時(shí)，真的是一頭霧水，硬件電路不知如何下手，更何談解決程序那塊，因?yàn)槲覀兯鶎W(xué)的都是單片機(jī)方面的理論知識(shí)，應(yīng)用到實(shí)踐中去還比較少。不過(guò)，我也沒(méi)偷下懶，迅速去查閱和收集資料。我去了圖書(shū)館借一些參考書(shū)，上網(wǎng)找一些相關(guān)資料，并且請(qǐng)教指導(dǎo)老師。通過(guò)不斷努力，終于把定時(shí)器思路和模型定了下來(lái)并開(kāi)始去焊接硬件電路，剩下的去整理和修改程序。 通過(guò)一番整理和修改后，在電腦上進(jìn)行仿真，仿真成功后準(zhǔn)備焊接電路板。在焊接電路板中，我們首先對(duì)硬件電路進(jìn)行布局，然后確認(rèn)無(wú)誤后，在電路板上進(jìn)行焊接，這個(gè)過(guò)程我們覺(jué)得是做得比較快的，以至于后面出現(xiàn)了虛焊的錯(cuò)誤。焊接電路板完工，細(xì)心檢查后，進(jìn)行通電測(cè)試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)連PCD圖時(shí)有些線沒(méi)連，通過(guò)加上跳線，最終實(shí)現(xiàn)了功能。 在完成單片機(jī)課程設(shè)計(jì)后,我們發(fā)現(xiàn)我們還有許多不足,所學(xué)到的知識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,以至于還有一些功能不能被動(dòng)完成。但通過(guò)學(xué)習(xí)這一次實(shí)踐,增強(qiáng)了我們的動(dòng)手能力,提高和鞏固了單片機(jī)方面的知識(shí),特別是軟件方面。從中增強(qiáng)了我們的團(tuán)隊(duì)合作精神,并讓我們認(rèn)識(shí)到把理論應(yīng)用到實(shí)踐中去是多么重要。附錄一： 系統(tǒng)軟件代碼:#include#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintucharmin=1;ucharsec=21;uintk_delay=0;ucharkey;uintmid=0;uchartime5;ucharrocket=0;ucharbuff11=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0xff;sbitbell=P32;voidK_scan(void);voidTime_0Init();voidTimeView();voidTime_1Init();voidDealKey(void);voidDelay();voidmain()bell=1;Time_0Init();Time_1Init();while(1)TimeView();DealKey();if(sec=0&min=0)TR0=0;bell=0;voidTime_0Init()TMOD=0x22;TH0=6;TL0=6;ET0=1;EA=1;TR0=0;voidTime_1Init()TH1=0x00;TL1=0x00;ET1=1;TR1=1;voidTimeView()ucharscan;time0=sec%10;time1=sec/10;time4=buff10;time2=min%10;time3=