单片机原理及其应用课程设计

课 题： 基于AT89C51单片机的LED数字倒计时器设计

专 业： 电工程及其自动化

班 级： 2013 级 4班

学 号：

姓 名：

设计日期： 2015年6月6日——2015年6月19日

成 绩：

AT89C51单片机LED数字倒计时器设计报告

一、设计目的作用

1、掌握51单片机最小系统的设计；

2、掌握按键电路设计、LED数码管的使用；

3、掌握C51的编程方式。

4、培养我们的团结合作能力。

5、锻炼我们的动手实践能力。

二、设计要求

基于AT89C51单片机的LED数字倒计时器主要具有如下功能，具体要求如下：

(1)LED数码管显示倒计时时间。

(2)倒计时过程中能设置多个闹钟，当倒计时值倒计到设定值时会发出2s的报警声音。(K1设置小时，K2设置分钟，K3设置秒钟，K4完成退出)

(3)通过按键可以对倒计时设定处置。倒计时初值范围在24:00:00~00:00:60之间，用户可根据需要对其进行设置，设置成功后复位初始值为成功设定值。

三、设计的具体实现

1、设计原理

(1)LED数字倒计时器主要由AT89C51单片机、晶振电路、复位电路、按键电路、数码管电路、蜂鸣电路组成(如图1.1)。

数码管电路

晶振电路

AT89C51

复位电路

蜂鸣电路

按键电路

图1.1 LED数字倒计时器系统设计框图

(2)手绘草图

2、系统设计

(1)晶振电路的分析

a.晶振电路原理：

晶振是通过电激励来产生固定频率的机械振动，而振动又会产生电流反馈给电路，电路接到反馈 后进行信号放大，再次用放大的电信号来激励晶振机械振动，晶振再将振动产生的电流反馈给电路，如此这般。当电路中的激励电信号和晶振的标称频率相同时，电 路就能输出信号强大，频率稳定的正弦波。整形电路再将正弦波变成方波送到数字电路中供其使用。

b.晶振电路的特点：

晶振是石英振荡器的简称，英文名为Crystal，晶振分为有源晶振和无源晶振两种，其作用是在电路产生震荡电流,发出时钟信号。它是时钟电路中最重要的部件，它的作用是向IC等部件提供基准频率，它就像个标尺，工作频率不稳定会造成相关设备工作频率不稳定，自然容易出现问题。由于制造工艺不断提高，现在晶振的频率偏差、温度稳定性、老化率、密封性等重要技术指标都很好，已不容易出现故障，但在选用时仍可留意一下晶振的质量。

图1.2晶振电路原理图

(2)复位电路的分析

a.复位电路原理

系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。RC复位电路可以实现上述基本功能，但解决不了电源毛刺和电源缓慢下降(电池电压不足)等问题，而且调整 RC 常数改变延时会令驱动能力变差。左边的电路为高电平复位有效，右边为低电平有效， 复位按键为手动复位开关，电容可避免高频谐波对电路的干扰。

b.复位电路的作用：

复位电路是为确保微机系统中电路稳定可靠工作必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为5V±5%，即4.75～5.25V。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。

图1.3 复位电路原理图

(3)按键电路的分析

a.按键电路的原理：

按键B1/B2/B3/B4断开时，P1.0/P1.1/P1.2/P1.3输入为高电平；按键

B1/B2/B3/B4闭合后，P1.0/P1.1/P1.2/P1.3输入为低电平。每按一次按键，就会有一次低电平，单片机就会对低电平计数，从而来调节定时时间。由于按钮是机械触点，当机械触点断开、闭合时，会有抖动动，这种抖动对于计算机来说，是完全能感应到的，因为计算机处理的速度是在微秒级，而机械抖动的时间至少是毫秒级。你只按了一次按钮，可是计算机却已执行了多次中断的过程，如果执行的次数正好是奇数次，那么结果正如你所料，如果执行的次数是偶数次，那就不对了，所以必须运用延时程序消除按键的抖动。

b.按键电路的作用：

每次复位之后，三个两位数码管全部都会显示为0，而与P1.0相接的按钮B1，每次按下一次，就会产生一次低电平，单片机就会计数一次，从而调节倒计时的小时时间，B2则调节分钟，B3则调节秒钟，与这三个按键分别控制数码管的显示倒计时的小时、分钟、秒。与这三个按键不同的是，按键B3的作用是开始倒计时。这些按键的功能都是通过编程来控制的。

图1.4按键电路原理图

(4)数码管电路的分析

a.数码管电路的组成：

1>六位数码管：分别显示小时,分钟和秒钟。

2>含有八个电阻带电源的排阻：分别与三个数字显示的数码管并联，电源给数码管提供电压，电阻的作用是保护数码管不被烧坏。

3>将PO口的八位与数码管和排阻连载一起的导线，将P2口的六位分别与六位数码管的六个位选引脚接在一起。

b.数码管电路的原理：

7段数码管一般由8个发光二极管组成，其中由7个细长的发光二极管组成数字显示，另外一个圆形的发光二极管显示小数点。当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画发光。控制相应的二极管导通，就能显示出各种字符，尽管显示的字符形状有些失真，能显示的数符数量也有限，但其控制简单，使有也方便。发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极数码管，阴极连在一起的称为共阴极数码管。

(5)蜂鸣电路的分析

a.蜂鸣电路的组成：

两个阻值为一千欧姆的电阻，一个阻值为100欧姆的电阻，一个蜂鸣器，一个三极管，一个接地，以及导线。

b.蜂鸣电路的原理：

蜂鸣电路是利用I/O 定时翻转电平产生驱动波形对蜂鸣器进行驱动。在程序上，可以使用TIMER0 来定时，将TIMER0 的预分频设置为/1，选择TIMER0 的始终为系统时钟(主振荡器时钟/4)，通过按键可以在TIMER0 的载入/计数寄存器内调节设置时间，就能将TIMER0 的中断设置设置为倒计时时间，当需要I/O 口驱动的蜂鸣器鸣叫时，只需要在进入TIMER0 中断的时候对该 I/O 口的电平进行翻转一次，直到蜂鸣器不需要鸣叫的时候，将I/O 口的电平设置为低电平即可。不鸣叫时将I/O 口的输出电平设置为低电平是为了防止漏电。

图1.5蜂鸣电路原理图

3、系统实现

(1)LED数字倒计时器的程序流程图

(2)LED数字倒计时器的C语言程序编码

#includesbit kh=P1^0;

sbit km=P1^1;

sbit ks=P1^2;

sbit st=P1^3;

sbit b=P3^7;

unsigned char table[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,

0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e};

unsigned char i=0,hour=0,minute=0,second=0;

void delayms(unsigned int x)

{ unsigned char a=160;

while(x--) { while(a--); a=160; } }

main() { TH0=(65536-50000)/256;

TL0=(65536-50000)%256;

TMOD=1;

TR0=0;

ET0=1;

EA=1;

while(1) {

P0=table[hour/10];

P2=0x20;

delayms(1);

P2=0xff;

P0=table[hour%10];

P2=0x10;

delayms(1);

P2=0xff;

P0=table[minute/10];

P2=0x08;

delayms(1);

P2=0xff;

P0=table[minute%10];

P2=0x04;

delayms(1);

P2=0xff;

P0=table[second/10];

P2=0x02;

delayms(1);

P2=0xff;

P0=table[second%10];

P2=0x01;

delayms(1);

P2=0xff;

if(!kh)

{ delayms(200);

hour++;

if(hour>23)

hour=23; }

else if(!km)

{ delayms(200);

minute++;

if(minute>59)

minute=59; }

else if(!ks)

{ delayms(200);

second++;

if(second>59)

second=59; }

if(!st)

{ delayms(200);

TR0=1; }

if(TR0==1&&hour==0&&minute==0&&second<3)

b=!b; delayms(1); } }

void t0() interrupt 1 { TH0=(65536-50000)/256;

TL0=(65536-50000)%256;

i++;

if(i>=20)

{ i=0; second--;

if(second>59)

{ second=59;

minute--;

if(minute>59)

{ minute=59;

hour--;

if(hour>23)

{hour=0; minute=0; second=0; TR0=0; } } } } }

(4)LED数字倒计时器仿真图

(5)焊接好的实物图

四、总结

关于这次课程设计，我们花费了比较多的心思，既是对课程理论内容的一次复习和巩固，还让我们丰富了更多与该专业相关的其他知识，比如软件应用等。在这次实验中遇到的具体的问题：在proteus中设计好原理图，并运行后发现，数字倒计时器的复位功能无效，经过与组员之间的反复讨论和检验，终于发现问题的症结所在：复位电路的线路连接错误，其中两条线路交叉，中间少一个节点。

除了对此次设计的准备工作之外，我们还学到了很多平时难得的东西，首先是团队协作，在这次设计当中，难免和同学产生观点和意见的分歧，以及分工明细、时间安排等不合理，通过这次设计，我们体会到了团结合作的重要性及力量之强大，还有让我们处理事情更加有条理，思路更加清晰明了了，发现、提出、分析、解决问题和实践能力的提高都将受益于我在以后的学习、工作和生活中。

从这课程设计中，我学会了怎样用你c语言编程来控制单片机，这是以前没学到的东西，此外，还要查阅许多的资料来填补知识的空缺，比如说软件的使用等。最后老师的提问让我们对单片机有了更为深入、更加清晰的了解。

五、附录

元件清单;

元件名称

型号

数量

单片机最小开发板

STC89C52

1

电阻

10K

1

按键

5

数码管2位一体

共阳

3

集成块

74LS245

3

三极管

9015

1

蜂鸣器

1

电阻

1K

2

电阻

100Ω

1

电阻

2.7K

4

电阻

330Ω

8

集成块

74LS07

1

AC/DC(5V/1A)电源

1

单排插针 40

2

双排插针 40

2

9X15cm万用板(3连孔)

1

杜邦线

15

六、参考文献

9787115256652·张毅刚·单片机原理及接口技术(C51编程)·人民邮电出版社·2011.08

9787811242362·李朝青·单片机原理及串行外设接口技术·北京航空航天大学出版社·2008.04

ISBN978-7-121-14990-0·李群芳，肖看，张士军·单片微型计算机与接口技术·电子工业出版社·2012.01

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