單片機(jī)課程設(shè)計額

1、 2015 2016 學(xué)年學(xué)年 第第 2 學(xué)期學(xué)期 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)單片機(jī)應(yīng)用技術(shù) 課課 程程 設(shè)設(shè) 計計 報報 告告題題 目：目： 基于單片機(jī)的基于單片機(jī)的 6060 秒時鐘控制系統(tǒng)設(shè)計秒時鐘控制系統(tǒng)設(shè)計 專專 業(yè)：業(yè)： 自動化自動化 班班 級：級： 1313 自動化自動化 2 2 班班 姓姓 名：名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 陸媛陸媛 宋洪儒宋洪儒 成成 績：績： 電氣工程學(xué)院2016 年 5 月 20 日基于單片機(jī)的基于單片機(jī)的 60 秒時鐘控制系統(tǒng)任務(wù)書秒時鐘控制系統(tǒng)任務(wù)書一、設(shè)計目的：一、設(shè)計目的：1、進(jìn)一步熟悉和掌握單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理。2、掌握單片機(jī)的接口技術(shù)及相關(guān)外圍芯片的外特性

2、，控制方法。3、通過課程設(shè)計，掌握以單片機(jī)核心的電路設(shè)計的基本方法和技術(shù)，了解有關(guān)電路參數(shù)的計算方法。4、通過程序設(shè)計和仿真，逐步掌握模塊化程序設(shè)計方法和 PROTEUS 仿真軟件和 keil c51 編程軟件的使用。5、通過完成一個包括電路設(shè)計和程序開發(fā)的電路板完整的制作過程，使學(xué)生了解開發(fā)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的全過程，為今后從事相應(yīng)工作打下基礎(chǔ)。二、設(shè)計任務(wù)：二、設(shè)計任務(wù)： 題目題目 基于單片機(jī)的基于單片機(jī)的 6060 秒時鐘控制系統(tǒng)設(shè)計秒時鐘控制系統(tǒng)設(shè)計1 1、設(shè)計要求：、設(shè)計要求：用單片機(jī)的定時器/計數(shù)器實現(xiàn) 60 秒計時，用兩只數(shù)碼管從 00 開始靜態(tài)顯示計時的秒值。當(dāng)顯示為 59 時，再

3、從 00 開始顯示計時。三、設(shè)計進(jìn)度要求：三、設(shè)計進(jìn)度要求：課程設(shè)計要求在一周內(nèi)完成，具體時間安排如下：第一天 完成資料查詢，并利用 PROTEUS 軟件完成原理圖設(shè)計。第二天 設(shè)計程序，實現(xiàn)軟件仿真功能。第三天 完成電路板的焊接。第四天 進(jìn)行電路板的調(diào)試，指導(dǎo)老師驗收。第五天 完成填寫課程設(shè)計報告。元件名稱規(guī)格備注2 位一體式數(shù)碼管1AT89S511電容30PF2電解電容10UF1晶振12MHZ1電阻10K1電阻1K1按鈕1IC 插座DIP401電木萬能板1USB 轉(zhuǎn)串口、下載線1電阻排1K1基于單片機(jī)的基于單片機(jī)的 6060 秒時鐘控制系統(tǒng)設(shè)計秒時鐘控制系統(tǒng)設(shè)計摘摘 要要隨著計算機(jī)在社會領(lǐng)

4、域的滲透和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用不斷走向深入，由于它具有功能強，體積小，功耗低，價格便宜，工作可靠，使用方便等特點。本次設(shè)計的時鐘控制系統(tǒng)是以單片機(jī) AT89S51 為核心，結(jié)合相關(guān)的元器件（2 位一體式數(shù)碼管等）和應(yīng)用程序（proteus 軟件和 keil 編譯軟件） ，構(gòu)成相應(yīng)的應(yīng)用系統(tǒng)。兩位數(shù)碼管的顯示設(shè)計主要有硬件部分和軟件部分組成，硬件部分以單片機(jī)為核心，在其周圍有電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路、驅(qū)動電路和顯示電路組成。軟件部分用匯編語言編程，用 keil 軟件編譯、調(diào)試。最后用 proteus 軟件仿真，形成以單片機(jī)為樞紐，以程序為動力，使兩位數(shù)碼管循環(huán)顯示 00-59。

5、關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞： AT89S51 單片機(jī)；數(shù)碼管；Proteus 軟件；keil 軟件目錄目錄第一章第一章 設(shè)計任務(wù)設(shè)計任務(wù).11.1 設(shè)計任務(wù).1第二章第二章 總體方案設(shè)計總體方案設(shè)計.12.1 硬件方案.12.2 軟件方案.1第三章第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計.23.1 硬件總體設(shè)計方案.23.2 晶振輸入電路設(shè)計.23.3 復(fù)位電路的設(shè)計.23.4 單片機(jī)原理圖.33.5 數(shù)碼管顯示電路.43.6 總體電路圖.5第四章第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計.64.1 軟件總體設(shè)計方案.64.2 程序流程圖.64.3、源程序清單.74.4 程序運行分析.8第五章第五章 仿真運行仿真運行.95

6、.1 在 ISIS 環(huán)境下仿真運行.95.2 PCB 文件的生成.9第六章第六章 電路板的制作電路板的制作.106.1 元件清單和制作步驟.106.2 完成后的實物圖.10總結(jié)總結(jié).12參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).13插圖清單插圖清單.14表格清單表格清單.141第一章第一章 設(shè)計任務(wù)設(shè)計任務(wù)1.1 設(shè)計任務(wù)用單片機(jī)的定時器/計數(shù)器實現(xiàn) 60 秒計時，用兩只數(shù)碼管從 00 開始靜態(tài)顯示計時的秒值。當(dāng)顯示為 59 時，再從 00 開始顯示計時。第二章第二章 總體方案設(shè)計總體方案設(shè)計2.1 硬件方案1、 制作一個 AT89S51 最小系統(tǒng)；2、 采用一個 2 位一體式數(shù)碼顯示管顯示秒表的個位和十位；3、 P

7、1 口輸出十位段碼，P2 口輸出個位段碼。2.2 軟件方案1、 因為當(dāng)晶振頻率為 12MHz 時，定時/計數(shù)器最大計時時間為 65536ms，所以應(yīng)根據(jù)計時 2.2.2、 時間設(shè)定定時/計數(shù)器定時時間，累計合適中斷次數(shù)后執(zhí)行刷新顯示子程序；2、 每隔 1s 秒計數(shù)加 1，秒計數(shù)到 59 動從 00 開始，循環(huán)不止。2第三章第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 硬件總體設(shè)計方案最小系統(tǒng)應(yīng)符合以下要求：引出 4 個 I/O 端口，便于硬件拓展，同時接入排阻以滿足更多的使用要求；在上電自動復(fù)位的基礎(chǔ)上添加按鍵復(fù)位功能，以提高系統(tǒng)的可控性；采用按鈕開關(guān)、繼電器與穩(wěn)壓二極管構(gòu)成電源電路，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)

8、定性；具有專門的編程端口；采用內(nèi)部時鐘電路。 3.2 晶振輸入電路設(shè)計AT89S51 單片機(jī)內(nèi)部的振蕩電路是一個高增益反向放大器，引線 XTAL1 和 XTAL2分別是放大器的輸入端和輸出端。單片機(jī)內(nèi)部雖然有振蕩電路，但要形成時鐘，外部還需附加電路。AT89S52 的時鐘產(chǎn)生方式有兩種：內(nèi)部時鐘電方式和外部時鐘方式。由于外部時鐘方式用于多片單片機(jī)組成的系統(tǒng)中，所以此處選用內(nèi)部時鐘方式。即利用其內(nèi)部的振蕩電路在 XTAL1 和 XTAL2 引線上外接定時元件，內(nèi)部振蕩電路產(chǎn)生自激振蕩。最常用的是在 XTAL1 和 XTAL2 之間接晶體振蕩器與電路構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器，如圖電路所示為單片機(jī)最常用

9、的時鐘振蕩電路的接法，其中晶振可選用振蕩頻率為 12MHz 的石英晶體，電容器一般選擇 30PF 左右。 圖 3-1 晶振電路3.3 復(fù)位電路的設(shè)計復(fù)位電路是采用常用電路進(jìn)行設(shè)計的，用到的元器件有單點開關(guān)一個，一個 1K 的電阻 R2、10K 的電阻 R3、一個 10 電容和電源 VCC。電路是將開關(guān)與 R2 進(jìn)行串聯(lián)，然后和電容并聯(lián)，之后將其一端與電源相連。具體電路圖如圖 1-2 所示。3圖 3-2 復(fù)位電路3.4 單片機(jī)原理圖本次課程設(shè)計我們所采用的單片機(jī)是 AT89S51 型單片機(jī)，AT89S51 型單片機(jī)是一種帶 4KB 閃存可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能 CMOS 微處理器。

10、該器件采用ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃存組合在單個芯片中，ATMEL 的 AT89S51 是一種高效微處理器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且廉價的方案，AT89S51 的管腳分配，如圖 1-3 所示。圖 3-3 AT89C51 單片機(jī)引腳圖43.5 數(shù)碼管顯示電路這部分相較于前兩部分的晶振電路和復(fù)位電路而言，簡單多了！這部分只需要將數(shù)碼管的十個引腳與單片機(jī)的 P2 引腳相連就可以了！如圖 1-4 所示！圖 3-4 LED 數(shù)碼管顯示電路53.6 總體電路圖總體電路圖如下圖：圖 3-5

11、總體電路圖6第四章第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 軟件總體設(shè)計方案1、 采用查表方式輸出段碼，使程序更為簡練，節(jié)約存儲空間；2、 AT89S51 單片機(jī)的定時/計數(shù)器在四種工作模式中，其最大定時時間（TF 溢出周期）為：表 4-1 AT89S51 定時/計數(shù)器最大定時時間表工作模式0123最大定時時間8192s65536s256s256s因定時時間為 1s，可選用模式 1，每隔 50ms 中斷一次，中斷 20 次為 1s。3、 每隔 20 個中斷執(zhí)行一次刷新顯示子程序；4、 六十進(jìn)制。個位刷新顯示子程序每執(zhí)行十次，執(zhí)行一次十位刷新顯示子程序，同時個位顯示“0” ，達(dá)到個位逢十進(jìn)一的目的

12、；5、 十位刷新顯示子程序執(zhí)行六次后，重新初始化，數(shù)碼管顯示“00” 。4.2 程序流程圖主程序分為三部分，包括復(fù)位電路部分、單片機(jī)控制主程序部分和數(shù)碼管顯示部分。程序流程圖如圖 3-6 所示。圖 4-1 程序流程圖7 4.3、源程序清單#include#define uint unsigned intvoid delay1(void) unsigned char a,b; for(b=208;b0;b-) for(a=14;a0;a-);void delay2(void) unsigned char a,b; for(b=80;b0;b-) for(a=10;a0;a-); void mai

13、n(void)uint led10=0 xc0,0 xf9,0 xa4, 0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80,0 x90;uint m,n=0,a=0;for(m=0;m=10;m+)while(a30) if(m=10) m=0; n+ ; if(n=6) n=0; P2=ledm; P3=0 x02; delay1(); P3=0 x00; delay2(); P2=ledn; P3=0 x01;8 delay1(); P3=0 x00; delay2(); a+; a=0;4.4 程序運行分析 因定時/計數(shù)器的定時時間為 50ms，中斷 20，即 1s

14、 后執(zhí)行一次刷新顯示子程序。程序只考慮硬件延時，并沒有將中斷服務(wù)子程序的運行時間計算在內(nèi)，所以在秒表運行時，會出現(xiàn)計時顯示時間滯后于標(biāo)準(zhǔn)時間的現(xiàn)象。 據(jù)中斷服務(wù)子程序以及指令周期表可知，刷新顯示子程序運行時間最小的情況為：不帶進(jìn)位的秒計數(shù)加 1，運行時間最大的情況為：滿 59 動從 00 開始。據(jù)此可推算其最大最小運行時間分別為 196s 和 169s。經(jīng) proteus 仿真測試，運行一小時將會出現(xiàn)大約1s 的誤差，且隨著時間推移，誤差將會累積增大。在實際的計時中，也會因環(huán)境以及設(shè)備的不完善，影響計時的精確性。 在對秒計時影響不大的情況下，適當(dāng)增大定時/計數(shù)器初值，以及提高制板工藝的方法盡可

15、能的減小誤差。9第五章第五章 仿真運行仿真運行5.1 在 ISIS 環(huán)境下仿真運行 將設(shè)定好的程序在 keil u vision4 軟件下設(shè)置好，生成 hex 文件，在 ISIS 中雙擊電路原理圖中的單片機(jī)，講程序?qū)脒M(jìn)去，點擊開始按鈕開始仿真運行，其運行效果如下圖示：圖 5-1 仿真運行效果圖5.2 PCB 文件的生成將設(shè)計好的總電路圖封裝好，將其直接導(dǎo)入 ARES 中，進(jìn)行 PCB 文件的設(shè)計，其最終的 3D 效果圖如下所示：圖 5-2 總體 3D 效果圖10第六章第六章 電路板的制作電路板的制作6.1 元件清單和制作步驟設(shè)計所需要的原件清單如表 5-1 所示：表 6-1 元件清單表序號元

16、件名稱規(guī)格備注1電阻1K1 個2電阻10K1 個3單片機(jī)AT89S511 個4按鈕4 腳1 個5電容30pF2 個6晶振12MHz1 個7IC 插座DIP401 個82 位一體式數(shù)碼管1 個9 電解電容10uF1 個10導(dǎo)線若干11最小系統(tǒng)電路板1 塊（2）將元器件焊接在板上并檢測各焊點是否接觸可靠；（3）燒錄程序，調(diào)試，直至成功運行。6.2 完成后的實物圖根據(jù)上一節(jié)的步驟，最終完成后的實物圖如下圖所示：11a） 實物圖正面b）實物圖反面圖 6-1 實物圖12總結(jié)總結(jié) 通過這次課程設(shè)計，我拓寬了知識面，鍛煉了動手能力。特別是 proteus 軟件的使用。通過整個電路設(shè)計與制作的過程，我掌握了實

17、物硬件的連接和組裝與調(diào)試的方法，熟悉了小規(guī)模集成電路的使用。通過理論與實踐的結(jié)合，進(jìn)一步深入體會到一種新的學(xué)習(xí)方法，特別是對于電子設(shè)計方面，首先要明確總體的設(shè)計方案與方法；其次是對各個部分進(jìn)行設(shè)計與改進(jìn)；最后將各個部分整合在一起進(jìn)行比較觀察。通過親手制作，收獲蠻多。此次制作主要遇到的問題有以下幾個：一是電路的總體設(shè)計問題，當(dāng)初設(shè)計畫圖的時候用線過細(xì)，以致后面焊接困難；二是電路的焊接問題，某些元器件由于不夠仔細(xì)，焊接不緊，或器件正負(fù)反向等；三是電路的調(diào)試問題，有了前面的問題，這一塊也真不好搞，需要一一檢查；四是由于不缺少電路板制作的理論知識，造成了一定的浪費。通過這次單片機(jī)實習(xí)，我不僅加深了對單

18、片機(jī)理論的理解，將理論很好地應(yīng)用到實際當(dāng)中去，而且我還學(xué)會了如何去培養(yǎng)我們的創(chuàng)新精神，從而不斷地戰(zhàn)勝自己，超越自己。創(chuàng)新可以是在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，使之功能不斷完善，成為真己的東西。 通過這次設(shè)計，增強了我們對單片機(jī)理論知識的理解；學(xué)會了單片機(jī)的設(shè)計、計算，進(jìn)一步提高了分析解決實際問題的能力；這次課程設(shè)計給我們創(chuàng)造了一個動腦動手、獨立開展電路實驗的機(jī)會，鍛煉了分析、解決程序編寫問題的時機(jī)本領(lǐng)，真正實現(xiàn)了由課本知識向?qū)嶋H能力的轉(zhuǎn)化；通過典型程序的設(shè)計與制作，加深對基本原理的了解，增強了實踐能力。 13參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 趙潤林 張迎輝.單片機(jī)原理與應(yīng)用教程M.北京：北京大學(xué)出版社，2005.2

19、 張文祥，李志軍，張子紅，張小清.單片機(jī)系統(tǒng)M.北京：電子工業(yè)出版社，2011.3 吉紅，閆昆.單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.4 劉明，劉蓉，姚華雄.嵌入式單片機(jī)技術(shù)與實踐M北京：清華大學(xué)出版社，2010.5 王嘉陵.畢業(yè)論文寫作與答辯M.成都：四川大學(xué)出版社，2003.6 趙曉安.MCS-51 單片機(jī)原理及應(yīng)用M.天津：天津大學(xué)出版社，2001.7 李廣第.單片機(jī)基礎(chǔ)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999.8 趙全利，肖興達(dá).單片機(jī)原理及應(yīng)用教程M.北京： 第 2 版.機(jī)械工業(yè)出版社，2007. 9 徐惠民，安德寧.單片機(jī)微型計算機(jī)原理與應(yīng)用M.北京：北京郵電大學(xué)出版社，1996.14插圖清單插圖清單圖 3-1 晶振電路.2圖 3-2 復(fù)位電路.3圖 3-3 AT89C51 單片機(jī)引腳圖.3圖 3-4 LED 數(shù)碼管顯示電路.4圖 3-5 總體電路圖.5圖 4-1 程序流程圖.6圖 5-1 仿真運行效果圖.9圖 5-2 總體 3D 效果圖.9圖 6-1 實物圖.11表格清單表格清單表 4-1 AT89S51 定時/計數(shù)器最大定時時間表.6表 6-1 元件清單表.1015單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程設(shè)計考查評分表課程設(shè)計考查評分表姓名姓名學(xué)號學(xué)號班級班級13 自動化自動化 2題目題目