基于單片機多功能定時器應用科學學院 電子系統設計課程設計報告姓 名： 楊春波 學 號： 5 號 專業班級：1級嵌入式系統實驗班 指導教師： 朱水金設計題目： 基于單片機多功能定時器 完成時間： 2015年06月27日 設計（45%）制作（35%）實訓報告（20%）總 評簡易難度（15%）控制方式（10%）原理圖（10%）裝配圖（10%）器件焊接（5%）軟件控制（10%）功能實現（10%）質量評估（10%）格 式（5%）內 容（15%） 指導教師簽名： 目 錄第一章 引言21.1 選題背景21.2 內容摘要21.3 設計任務21.4 性能指標2第二章系統電路設計32.1 系統總體設計框架32.2 系統硬件單元電路設計32.2.1主控單元42.2.2 時鐘電路設計42.2.3 復位電路52.2.4 鍵盤模塊52.2.5 顯示模塊62.2.6 蜂鳴器報警電路72.3系統原理圖及pcb印刷板圖72.3.1 系統硬件原理圖72.3.2 pcb印刷板圖9 2.3.3模擬圖.92.4 實物圖11第三章 系統軟件設計133.1 系統軟件流框圖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 系統總體軟件設計代碼16第四章 系統整體調試175.1 硬件調試175.2 軟件調試17第五章 結論185.1 總結185.2 系統展望185.3 心得體會18附錄一：19第一章 引言1.1 選題背景 定時器已成為人們日常生活中必不可少的物品，廣泛用于個人家庭以及車站，碼頭，劇院，辦公室等公共場所，給人們的生活，學習，工作，娛樂帶來極大的方便。隨著技術的發展，人們已不滿足于鐘表原先的報時功能，希望出現許多新的功能，但這些新的功能都是以定時器為基礎的，因此研究定時器及其擴展功能有著非常現實的意義，具有很大的實用價值。本次課程設計中，采用單片機作為主要芯片設計倒計時控制系統，本設計的使用性強，設計靈活方便并且適合在任何條件下進行定時。1.2 內容摘要利用單片定時器及計時器產生定時效果通過編程形成倒計時效果，再利用數碼管動態掃描顯示單片機內部處理的數據，同時通過端口讀入當前外部控制狀態來改變程序的不同的狀態，實現不同的功能。系統上電自檢后，實現分鐘，秒鐘信息的顯示，通過按鍵可實現校對時間，倒計時的設定和顯示。當設置的定時時間到時，單片機通過蜂鳴器來實現報警，再利用開關實現止鬧的功能。1.3 設計任務 設計題目：多功能定時器 設計一個適用于需要顯示當前時間或倒計時的場所（如演講比賽等）的多功能電子定時器電路，實現設計要求提出的各項控制功能。1.4 性能指標（1）應用單片機和時鐘芯片設計電路，功能切換通過按鍵控制，顯示采用LED 數碼管；（2）實現4位時間顯示（“時”2位，“分”2位）；（3）實現5分鐘的倒計時功能，由按鍵控制計時開始或停止、重新開始，可以通過按鍵重新設置計時時間（如改為3分30秒等）；（4）實現秒計時功能，最大顯示達到60分鐘；第二章系統電路設計2.1 系統總體設計框架 本設計主要功能是實現時間的設定，倒計時，報警功能，采用分秒顯示，在4位八段LED上顯示分和秒。若想設置時間，需復位；用定時器1進行掃描按鍵，判斷是否有鍵按下，是哪個鍵按下; 定時時間到則蜂鳴器會報警；復位后停止發出警報聲音，時間顯示為系統初始時間（由軟件設定），按下確認健后，系統開始重新倒計時。結構框圖如圖2-1所示： 主控單元 顯示模塊 鍵盤模塊 硬件復位電路， 時鐘電路 蜂鳴器報警 圖 2-1 系統結構框圖2.2 系統硬件單元電路設計2.2.1主控單元 主控單元主要有89c52單片機構成，主要利用片內定時器0進行定時，定時器1進行按鍵掃描，控制各個模塊完成倒計時定時功能。具體引腳安排如圖2-2.1所示： 圖 2-2.12.2.2 時鐘電路設計時鐘電路對單片機是不可缺的，單片機的每個功能都要以時鐘電路為基礎工作。單片機內部自帶一個時鐘電路，外部接入定時控制元件即可構成一個穩定的自激振蕩器。其中機器周期共有12個振蕩脈沖周期，因此，機器周期是時鐘周期的12倍。本課題中定時器電路中使用的晶體是12MHz,則時鐘周期為（1/12）us,機器周期為1us。如圖2-2所示： 圖2-2.2 時鐘電路圖2.2.3 復位電路 復位操作是使單片機進入設定的初始狀態。復位電路的基本功能是：系統上電時提供復位信號，直至系統電源穩定后，撤銷復位信號。復位操作有上電自動復位、按鍵電平復位和外部脈沖復位三鐘方式，本次課設用的是按鍵電平復位，利用電容的充放電公式來選擇所需的電容、電阻，能保證復位信號高電平持續時間大于2個機器周期。電路圖如圖2-2.3所示: 圖2-2.3 2.2.4 鍵盤模塊 （1）鍵盤的作用計算機控制系統中，數據和控制信號的輸入主要使用鍵盤，鍵盤接口，尤其是按鍵輸入信號的軟件處理方法是影響系統使用和操作的重要因素，鍵盤接口和軟件的任務主要包括一下幾個方面：*檢測并判斷是否有按鍵按下*按鍵開關的延時消抖功能*計算并確定按鍵的鍵值*程序根據鍵值進行一系列的處理和執行（2） 鍵盤的選擇鍵盤可以分為獨立連接式和矩陣式。，每類按譯碼方式分為編碼式的和非編碼式兩種，單片機中一般都使用的是軟件來識別和產生鍵代碼的非編碼式鍵盤行列式鍵盤編碼方式有靜態和動態兩種，靜態接口主要由一個行編碼器和列編碼器構成，動態接口可采用計數器，譯碼器和數據選擇器來構成這兩種鍵盤，由硬件完成鍵的譯碼任務。一般小的控制系統較多采用非編碼獨立式較合適，使用矩陣鍵盤，能減少鍵盤與單片機接口時說占用的I/O線的數目，綜上所述，本實驗用的是非編碼式鍵盤。（3）矩陣式鍵盤基本原理對于這種矩陣式的鍵盤連接，掃描時依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其它都線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態。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。注意在按鍵時一定要調延時子程序來消除抖動。（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時的起始時間，開始倒計時后的時間變化以及顯示設定好的時間。基于AT89C52單片機的數碼管顯示分為了兩個大塊：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，然后通過順序執行依次選中的每一位數碼管，同時使顯示的字符在每一位停留一會，由于人眼的惰性，可以同時看到4個LED的顯示。4個LED由p0口控制，由于是供陰極，所以高電平有效。動態顯示設計電路如圖2-2.5 圖2-2.52.2.6 蜂鳴器報警電路系統為了提示倒計時完成設計了報警提示電路，電路主要有一個蜂鳴器和一個三極管組成。在倒計時完成時通過控制端口P3.2給三極管送入一個低電平使其導通，實現蜂鳴器報警，當數碼管數字顯示為0時，蜂鳴器報警。蜂鳴器電路設計電路圖如圖2-2.6所示 圖2-2.62.3系統原理圖及印刷板圖2.3.1 系統硬件原理圖總電路圖由時鐘電路、復位電路、蜂鳴器電路、鍵盤電路、數碼管顯示電路組成來實現定時功能。其中四個數碼管為共陰極的數碼管。74HC573為鎖存器，這里是增加驅動的功能，使數碼管可以正常顯示。系統硬件電路圖如圖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 實物圖正面圖2-4.1反面 圖2-4.2第三章 系統軟件設計3.1 系統軟件流框圖 本系統中，定時器0負責計時，并且以秒為單位，定時器1負責進行定時掃描，所以當進入系統主函數后，系統不停地進行顯示和按鍵處理，定時和按鍵掃描在中斷中進行，這樣就提高了系統的實用性。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 系統總體軟件設計代碼 見附錄一 第四章 系統整體調試5.1 硬件調試單片機應用系統的硬件調試和軟件調試是分不開的許多硬件故障只有通過軟、硬件統調才能發現,但一般是先排除系統中比較明顯的硬件故障后才和軟件一起統調。常見的硬件故障： (1) 邏輯錯誤 硬件的邏輯錯誤是由于設計錯誤和焊接過程中的工藝錯誤而造成的,包括錯線、開路、短路等,其中最常見的是短路故障。 (2) 元器件錯誤 元器件錯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 應用系統可靠性差的原因很多,如內部和外部的干擾、電壓紋波系數過大、器件負載過重等均會造成系統的可靠性差。另外,走線和布置的不合理也會造成系統可靠性差。 (4)電源故障 電源故障包括：電壓值不符合設計要求、電源功率不足、負載能力差、紋波太重等。(5)硬件調試方法脫機調試是在加電前,先用萬用表等工具,按圖紙仔細核對線路是否正確,并對元器件的安裝、型號、規格等進行仔細檢查,特別焊接時有無走線之間相互短路等。 5.2 軟件調試程序在KEIL C51上調試，采用模塊程序設計技術,則逐個模塊調好后再進行系統程序總調。 對于模塊結構程序要一個個子程序分別調試。調試時,一定要符合入口條件和出口條件,調試可用單步運行和斷點運行方式,通過檢查用者系統的CPU現場情況、RAM的內容和I/O口的狀態,檢測程序執行結果是否符合設計要求,有無循環錯誤、有無機器碼錯誤以及轉移地址的錯誤,同時,還可以發現系統中存在的硬件設計錯誤和軟件算法錯誤。 各程序模塊通過后,則可以把相關功能塊連在一起進行總調。這個階段若有故障,可以考慮各子程序運行時是否破壞了現場,緩沖單元、工作寄存器是否發生沖突,標志位的建立和清除是否有誤,堆棧區是否有溢出,輸入設備的狀態是否正常等等,若用者系統是在開發機的監控程序下運行時,還要考慮用者緩沖單元是否和監控程序的工作單元發生沖突。 單步和斷點調試后,還應進行連續調試,用以確定定時精度、CPU的實時響應等問題。當全部調試和修改完成后,將程序固化到STR89C54RD+中。進行整機調試，各功能實現則調試完成。第五章 結論5.1 總結本系統的功能主要有這幾部分組成，通過定時器0來實現數碼管的倒計時，通過單片機P2口都數碼管位進行掃描，通過定時器1對按鍵進行掃描，看按鍵是否按下，通過p3.2對蜂鳴器控制，本系統有6個按鍵，一個復位按鍵，五個控制按鍵，依次功能是:加 暫停 移位 開始 減。開始倒計時后，出復位鍵其他鍵都無效，當按下復位鍵后，實現系統復位，將再次倒計時功能。 5.2 系統展望由于本系統的局限性，我覺還有完善的可能，可以在系統中增加一個數字按鍵盤，通過按鍵盤對定時器初值設置，還可以增加一個紅外線遙控控制，對于定時器來說，我覺得還可以改成雙模式，一種是定時，一種是電子表功能，隨著人們對定時器功能的智能化越來越高，將來會有更大的發展空間的。5.3 心得體會兩周的單片機課程設計終于順利完成了，其中包含著快樂，也有辛酸。我們選的設計題目是“多功能定時器”，我都覺得這個題目是比較簡單的。其實不然，做了之后，發現設計電路雖然簡單，但我們認為它真正困難的地方是程序設計，不過在我的努力下最終完成了。 我們剛選該題目時，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，因為我們所學的都是單片機方面的理論知識，應用到實踐中去還比較少。不過，我也沒偷下懶，迅速去查閱和收集資料。我去了圖書館借一些參考書，上網找一些相關資料，并且請教指導老師。通過不斷努力，終于把定時器思路和模型定了下來并開始去焊接硬件電路，剩下的去整理和修改程序。 通過一番整理和修改后，在電腦上進行仿真，仿真成功后準備焊接電路板。在焊接電路板中，我們首先對硬件電路進行布局，然后確認無誤后，在電路板上進行焊接，這個過程我們覺得是做得比較快的，以至于后面出現了虛焊的錯誤。焊接電路板完工，細心檢查后，進行通電測試。結果發現連PCD圖時有些線沒連，通過加上跳線，最終實現了功能。 在完成單片機課程設計后,我們發現我們還有許多不足,所學到的知識還遠遠不夠,以至于還有一些功能不能被動完成。但通過學習這一次實踐,增強了我們的動手能力,提高和鞏固了單片機方面的知識,特別是軟件方面。從中增強了我們的團隊合作精神,并讓我們認識到把理論應用到實踐中去是多么重要。附錄一： 系統軟件代碼:#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=