單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 簡易數(shù)字鐘

1、課程設(shè)計(jì)說明書（2012 /2013學(xué)年第 二 學(xué)期）課程名稱 ： 單片機(jī)應(yīng)用 題 目 ： 簡易數(shù)字鐘 專業(yè)班級 ：學(xué)生姓名 ：學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師 ： 韓昱 苗敬利等 設(shè)計(jì)周數(shù) ： 2周 設(shè)計(jì)成績 ：2013年 6 月 26 日目錄第一章 課程設(shè)計(jì)目的*3第二章 課程設(shè)計(jì)任務(wù)*32.1設(shè)計(jì)題目*32.2原始數(shù)據(jù)及主要任務(wù)*32.3技術(shù)要求*3第三章 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容*33.1方案設(shè)計(jì)*43.2 CD4511芯片功能和使用方法*4 3.3MCS-51單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器介*5 3.4 綜合電路設(shè)計(jì)*63.5單元電路設(shè)計(jì)*73.5.1鍵盤單元*73.5.2數(shù)碼管顯示*83.5.3時(shí)鐘產(chǎn)生單元*83.5

2、.4蜂鳴器電路單元*8第四章原理和仿真*93.6 原理圖和仿真圖*93.7系統(tǒng)調(diào)試*103.8 實(shí)習(xí)心得體會(huì)*11參考文獻(xiàn)*13附錄（c語言程序）*14一、課程設(shè)計(jì)目的：1.1綜合利用所學(xué)單片機(jī)知識(shí)完成一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)并在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)，從而加深對單片機(jī)軟硬知識(shí)的理解，獲得初步的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。1.2學(xué)習(xí)AT89C51定時(shí)/計(jì)數(shù)器的原理及基本應(yīng)用，掌握多位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示方法以及芯片CD4511等的特點(diǎn)。1.3掌握Keil uVision2 的使用方法和PROTEUS軟件使用過程。二、課程設(shè)計(jì)任務(wù) 2.1設(shè)計(jì)題目：簡易數(shù)字鐘設(shè)計(jì)2.2原始數(shù)據(jù)及任務(wù)：采用AT89S51作為控制單元，實(shí)現(xiàn)簡易數(shù)字鐘設(shè)計(jì)

3、。1、確定總體設(shè)計(jì)方案；2、設(shè)計(jì)鍵盤輸入電路；3、設(shè)計(jì)顯示電路；4、合理分配地址，編寫系統(tǒng)程序；5、利用Protel設(shè)計(jì)硬件電路原理圖和PCB圖；6、軟硬件聯(lián)機(jī)調(diào)試。2.3技術(shù)要求設(shè)計(jì)一臺(tái)以MCS-51為核心的簡易數(shù)字鐘。四位數(shù)碼管顯示小時(shí)和分鐘，中間的那個(gè)點(diǎn)來區(qū)分小時(shí)和分鐘；每秒用LED閃爍一下；用了4個(gè)按鍵，一個(gè)是選擇鍵，一個(gè)是加鍵，一個(gè)確認(rèn)鍵。時(shí)間要精確，整點(diǎn)報(bào)時(shí)，聲音間隔為一秒，并且可以調(diào)整時(shí)間調(diào)整位閃爍提示。三、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容3.1：方案設(shè)計(jì)過程如下（1）根據(jù)題目要求利用protel設(shè)計(jì)原理圖，請老師檢查是否有錯(cuò)誤。（2）利用仿真軟件protus鋪設(shè)電路，進(jìn)行合理安排布局。（3）學(xué)習(xí)k

4、eil編程軟件，按照功能要求進(jìn)行編程。（4）在確認(rèn)無誤后，將程序加載到protus進(jìn)行仿真。（5）根據(jù)原理圖進(jìn)行硬件焊接電路板和檢測。單元器件選擇主要器件如下：STC90C52AD+單片機(jī)（DIP40）；4位共陰數(shù)碼顯示管，4個(gè)470歐電阻，1個(gè)； 300歐電阻，7個(gè)； NPN三極管4個(gè)1k歐電阻，4個(gè)； 晶振：12MHz，1個(gè)；10K電阻，4個(gè)； 按鍵開關(guān)：4個(gè)；LED二極管1個(gè)； 蜂鳴器1個(gè)； PNP三極管1個(gè)。3.2CD4511簡介說明和使用方法簡介：CD4511 是一片 CMOS BCD鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動(dòng)器，用于驅(qū)動(dòng)共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器。具有B

5、CD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流。可直接驅(qū)動(dòng)共陰LED數(shù)碼管。 使用方法:其中a b c d 為 BCD 碼輸入，a為最低位。LT為燈測試端，加高電平時(shí)，顯示器正常顯示，加低電平時(shí)，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點(diǎn)亮，以檢查顯示器是否有故障。BI為消隱功能端，低電平時(shí)使所有筆段均消隱，正常顯示時(shí)， B1端應(yīng)加高電平。另外 CD4511有拒絕偽碼的特點(diǎn)，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過十進(jìn)制數(shù)9(1001)時(shí)，顯示字形也自行消隱。LE是鎖存控制端，高電平時(shí)鎖存，低電平時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。ag是 7 段輸出，可驅(qū)動(dòng)共陰LED數(shù)碼管。另外，CD4511顯示數(shù)“6”時(shí)，a段消隱

6、；顯示數(shù)“9”時(shí)，d 段消隱，所以顯示 6、9 這兩個(gè)數(shù)時(shí)，字形不太美觀,若要多位計(jì)數(shù)，只需將計(jì)數(shù)器級聯(lián)，每級輸出接一只 CD4511 和 LED 數(shù)碼管即可。所謂共陰 LED 數(shù)碼管是指 7 段 LED 的陰極是連在一起的，在應(yīng)用中應(yīng)接地。限流電阻要根據(jù)電源電壓來選取，電源電壓5V時(shí)可使用300的限流電阻。其真值表如下圖所示：3.3MCS-51單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷系統(tǒng)簡介用定時(shí)計(jì)數(shù)器T0，工作于定時(shí)，采用方式1，對6MHZ的系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行定時(shí)計(jì)數(shù),形成定時(shí)時(shí)間50ms。計(jì)1200次分計(jì)數(shù)器自增1，時(shí)計(jì)數(shù)器加到24則時(shí)計(jì)數(shù)器清0。然后把分、時(shí)計(jì)數(shù)器分成十位和個(gè)位放到4個(gè)數(shù)碼管的顯示緩沖區(qū)

7、，通過數(shù)碼管顯示出來。在處理過程中加上了按鍵判斷程序，能對按鍵處理。3.4綜合電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)共有兩部分構(gòu)成，即硬件部分與軟件部分。其中硬件部分由電源輸入部分、鍵盤輸入部分、復(fù)位部分、晶振部分、顯示部分、報(bào)警部分部分組成，軟件部分對應(yīng)的由主程序、初始化程序、LED顯示程序、鍵盤掃描程序、啟動(dòng)程序、關(guān)閉程序、按鍵功能程序、EEPROM讀寫程序和延時(shí)程序等組成。其原理框圖如下圖3.4.1鍵盤單元鍵盤設(shè)計(jì)如下圖所示(P0口需要通過上拉電阻接到+5V電源，這點(diǎn)需注意，上拉電阻接法如下)其中12個(gè)鍵的功能分配如下S1: 選擇鍵 S2：加鍵 S3：減鍵 S4：確認(rèn)鍵采用掃描控制端口P0的值來確定有沒有鍵按下

8、，按下的是那個(gè)鍵。3.4.2數(shù)碼管顯示我們采用共陰數(shù)碼管顯示共4個(gè)，段選端接P2口，位選段接P1口，具體接法如下：數(shù)碼管位選端由P1口高四位的4個(gè)端口控制，分別通過NPN接到數(shù)碼管的公共端，其接法如上圖：數(shù)碼管顯示是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，共陰極數(shù)碼管0到9十個(gè)數(shù)的代碼如下：0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;3.4.3時(shí)鐘產(chǎn)生單元51單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器(簡稱晶振)或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增

9、益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。內(nèi)部振蕩方式的外部電路如下圖所示。圖中，電容器C起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其電容值一般在5-30pF。晶振頻率的典型值為12MH2，采用6MHz的情況也比較多。內(nèi)部振蕩方式所得的時(shí)鐘情號(hào)比較穩(wěn)定，實(shí)用電路中使用較多。外部振蕩方式是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入單片機(jī)內(nèi)。這種方式適用來使單片機(jī)的時(shí)鐘與外部信號(hào)保持同步。3.4.4 蜂鳴器電路單元：如圖下所示 第四章 原理和仿真3.5protel系統(tǒng)原理圖如下：Protus仿真圖如下：3.6系統(tǒng)調(diào)試硬件調(diào)試時(shí)可先檢查面包板及焊接的質(zhì)量情況，在檢查無誤后可通電檢查LED顯示器的點(diǎn)亮狀況

10、。若亮度不理想，可以調(diào)整P3口的電阻大小，一般情況下取200電阻即可獲得滿意的亮度效果。 硬件調(diào)試：硬件調(diào)試是利用基本測試儀器（萬用表等），檢查用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障。硬件調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試與動(dòng)態(tài)調(diào)試兩步進(jìn)行。靜態(tài)調(diào)試：是在用戶系統(tǒng)未工作時(shí)的一種硬件檢測。第一步：目測。檢查外部的各種元件或者是電路是否有斷點(diǎn)。第二步：用萬用表測試。先用萬用表復(fù)核目測中有疑問的連接點(diǎn)，再檢測各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。第三步：加電檢測。給板加電，檢測所有插座或是器件的電源端是否符合要求的值第四步：聯(lián)機(jī)檢查。因?yàn)橹挥杏脝纹瑱C(jī)開發(fā)系統(tǒng)才能完成對用戶系統(tǒng)的調(diào)試。動(dòng)態(tài)調(diào)試：是在用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶

11、系統(tǒng)硬件中存在的器件內(nèi)部故障、器件連接邏輯錯(cuò)誤等的一種硬件檢查。動(dòng)態(tài)調(diào)試的一般方法是由近及遠(yuǎn)、由分到合。由分到合是指首先按邏輯功能將用戶系統(tǒng)硬件電路分為若干塊，當(dāng)調(diào)試電路時(shí)，與該元件無關(guān)的器件全部從用戶系統(tǒng)中去掉，這樣可以將故障范圍限定在某個(gè)局部的電路上。當(dāng)各塊電路無故障后，將各電路逐塊加入系統(tǒng)中，在對各塊電路功能及各電路間可能存在的相互聯(lián)系進(jìn)行調(diào)試。由分到合的調(diào)試既告完成。由近及遠(yuǎn)是將信號(hào)流經(jīng)的各器件按照距離單片機(jī)的邏輯距離進(jìn)行由近及遠(yuǎn)的分層，然后分層調(diào)試。調(diào)試時(shí)，仍采用去掉無關(guān)元件的方法，逐層調(diào)試下去，就會(huì)定位故障元件了。軟件調(diào)試：軟件調(diào)試是通過對程序的匯編、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語

12、法錯(cuò)誤與邏輯錯(cuò)誤并加以排除糾正的過程?？梢岳梅抡嫫骷右哉{(diào)試，對系統(tǒng)單個(gè)單元進(jìn)行調(diào)試，當(dāng)單元電路成功后，在對整個(gè)程序調(diào)試，最后在用CPU芯片調(diào)試。通過軟硬結(jié)合的方式對電路板進(jìn)行硬件調(diào)試，硬件沒錯(cuò)誤之后，開始進(jìn)行軟件編程，直到整個(gè)功能實(shí)現(xiàn)，并進(jìn)行優(yōu)化。3.7 課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)和收獲：我經(jīng)過這兩個(gè)星期單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，我們組從畫原理圖。到的protus仿真圖修改，再到程序的編寫和電路板的焊接都主要是我自己解決的，錯(cuò)了向老師和同學(xué)們請教然后再次去修改。在這個(gè)過程中我不僅加深了對單片機(jī)理論的理解，懂得了更多理論的知識(shí)，而且我還學(xué)會(huì)了將理論知識(shí)更好的運(yùn)用到實(shí)際當(dāng)中去。課程設(shè)計(jì)是對我們能力的訓(xùn)練，隨著

13、科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)已運(yùn)用廣泛。在生活當(dāng)中可謂是無所不在，小到遙控器、手機(jī)，大到電腦等家用電器，可以說跟我們的生活息息相關(guān)。因此作為二十一世紀(jì)的大學(xué)生來說掌握單片機(jī)的開發(fā)及時(shí)是十分重要的。回想兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)，真的是感慨頗多，從剛剛開始的容易上手到后面的摸不著方向，通過查詢資料請教老師解決了所有的問題。通過這次的課程設(shè)計(jì)，讓我懂得了理論與實(shí)際的結(jié)合時(shí)非常重要的，只有結(jié)合起來才能得出想要的結(jié)論，從理論當(dāng)中得出結(jié)論，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考能力。在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)自己的不足之處，對以前所學(xué)的知識(shí)理解的不夠深刻，掌握的不夠不夠牢固，比如對單片機(jī)的匯編語言不能理解，不懂得一些元件的

14、運(yùn)用等等。課程設(shè)計(jì)結(jié)束后，一定要把自己以前沒學(xué)有車的重新溫過一次。在設(shè)計(jì)中遇到的許多的問題，都在老師的幫助下和同學(xué)的指導(dǎo)下完成了，讓我體會(huì)到了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，同時(shí)也感謝同學(xué)和老師對我的指導(dǎo)。參考文獻(xiàn)1電力電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）康華光主編 高等教育出版社。2單片機(jī)原理及應(yīng)用 張毅剛 主編 高等教育出版社。3電路設(shè)計(jì)與制版Protel 99入門與提高 老虎工作室編制。4PROTEUS入門實(shí)用教程第2版周潤景蔡雨恬編著機(jī) 械 工 業(yè) 出 版。5單片機(jī)10天征服你郭天祥 哈爾濱工程大學(xué)錄制。附錄： C語言實(shí)驗(yàn)程序如下#include <reg52.h>#define uchar unsi

15、gned char#define uint unsigned intuchar code table=0x10,0x20,0x30,0x40,0x50,0x60,0x70,0x80,0x90; uchar t0,t1,min,hour,function,a0,a1,a2,a3;bit shan;void delay(uint count) ;uchar keychuli();uchar key();void display(uchar,uchar,uchar,uchar);void send();void ini();void chuli();/*主函數(shù)*void main()ini();wh

16、ile(1)display(16,16,16,17); if(key()=1) /當(dāng)k1按下后則定時(shí)器驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘開始走TR0=1;function=1;shan=0;while(1)send();/ 送數(shù)display(a0, a1, a2, a3); / 顯示chuli(); /處理/*初始化程序*voidini()TMOD=0x01,TH0=0x3c,TL0=0xb0;TH1=0x3c,TL1=0xb0; / 定時(shí)50ms中斷一次EA=1,ET0=1,TR0=0;ET1=1;TR1=0;/*鍵值處理程序*void chuli()switch(key()case 0:break;case 1:

17、/ 當(dāng)按鍵k1按下后function+;/ 判斷按下的次數(shù)switch(function)case 1:TR0=1;TR1=0;shan=0;break;/一次條秒同時(shí)閃爍case 2: /兩次調(diào)分同時(shí)閃爍case 3:/三次調(diào)分同時(shí)閃爍case 4:TR0=0;TR1=1;shan=1;break;/四次跳出調(diào)整狀態(tài)時(shí)鐘繼續(xù)走時(shí)case 5:function=1;TR0=1;TR1=0;shan=0;break;/輪流循環(huán)break;case 2:/k2鍵上調(diào)switch(function) case 1:break;case 2:min+;if(min=60)min=0;break;cas

18、e 3:hour+;if(hour=24) hour=0;break;break; case 4: /k3鍵下調(diào)switch(function)case 1:break;case 2:min-;if(min=255) min=59;break;case 3:hour-;if(hour=255) hour=23;break;break;/*定時(shí)器0的中斷服務(wù)程序*void timer0() interrupt 1 using 3TH0=0x3c,TL0=0xb0;t0+;if(t0=1200)t0=0;min+;if(min=60)min=0;hour+;if(hour=24)hour=0;/*

19、定時(shí)器1的中數(shù)服務(wù)程序，對shan取反，以使燈閃爍*void timer1() interrupt 3 using 2TH0=0x3c,TL0=0xb0;t1+;if(t1=40)t1=0;shan=shan;uchar keychuli() uchar k; k=P1; /P1口內(nèi)容送K k=k; /取反 k=(k&0xff); /屏蔽高4位,如果掃描8鍵，屏蔽該句。 return(k); /返回鍵值 /*函數(shù)原型：key();功能:鍵盤掃描函數(shù)，函數(shù)返回值即鍵值。uchar key() uchar keyzhi,keyzhii; /電子鐘鍵盤按鍵鍵值臨時(shí)存放 keyzhi=keychuli(); /調(diào)P1口處理函數(shù) if(keyzhi!=0) /有鍵動(dòng)作延時(shí)去抖動(dòng)，否則函數(shù)返回 send(); display(a0, a1, a2, a3); display(a0, a1, a2, a3); keyzhi=keychuli(); /再次調(diào)P1口處理函數(shù) if(keyzhi!=0) /真正