定时与计数演示灯设计2

1、课 程 设 计 任 务 书设计题目定时与计数演示灯设计学生姓名设计要求： 一、基本要求： 1、采用两个定时器，实现定时与计数功能，并显示结果。 二、技术参数要求： 1、具有电源开关机指示灯，有复位按键； 2、单片机P1端口接8只LED； 3、T0设置为定时方式，T1设置为计数方式。T0定时时间为50ms，计满产生的输出信号由P1.7 口LED显示。同时，将该信号输入到T1作为T1的计数输入脉冲。 4、T1初始值为100，则计满所需时间为50ms2100，即10s，计满输出信号由P1.0口LED 显示，因此P1.0端口的点亮熄灭交替。学生应完成的工作： 1、根据要求设计硬件原理图。 2、根据硬件

2、原理图和要实现的功能，设计程序流程图并编写，调试程序。 3、按硬件原理图进行软件仿真。 4、编写调试程序调试电路板。 5、课程设计说明书的书写。 6、上交实物板和课程设计说明书。 7、尹玥负责实物制作部分。参考文献阅读：1 张毅刚. 单片机原理及应用.北京：高等教育出版社，2009.12 徐爱钧. 智能化测量控制仪表原理与设计.北京：北京航空航天大学出版社，2007.83 于永，戴佳，常江. 51单片机实例精讲.北京：电子工业出版社，2006.44 赵亮，侯国瑞. 单片机C语言编程与实例.西安：人民邮电出版社，2003.5 朱宇光. 单片机应用新技术教程.西安：电子工业出版社，2004. 6

3、李华. MCS-51系列单片机实用接口技术M.北京：北京航空航天大学出版社，19937 胡汉才. 单片机原理及接口技术M.北京：清华大学出版社，19968 张毅刚. 单片机与应用技术M.北京：高等教育出版社，20049 张毅刚. 8089单片机应用设计M.北京：电子工业出版社，199310 何为民. 低功耗单片微机系统设计M.北京：北京航空航天大学出版社，1994工作计划： 5月6号课程设计任务书下达；5月7号结合指导老师，完成硬件电路的设计；5月8号程序编写；5月9号5月10号进行软硬件联机调试,课程设计说明书的书写；5月13号领元器件；5月14号焊接电路板；5月15号5月16号程序的烧写和

4、电路板调试；5月17号完成课程设计说明书的书写。任务下达日期：2013 年5月 6 日 任务完成日期：2013 年5月17日指导教师（签名）： 学生（签名）：定时与计数演示灯设计摘 要：本系统以AT89S52芯片为核心，由时钟电路、复位电路和电源电路等组成系统。定时与计数演示灯设计包括硬件和软件两部分，其中硬件部分包括电源电路、复位电路、时钟电路和发光二极管。时钟电路由晶振和两个33pF电容组成，用于产生系统工作时所必需的时钟控制信号；复位电路由一个复位按键，一个电容和电阻组成，它用于系统初始化操作；电源电路由桥堆2W10，稳压管7805，电容和一个发光二极管等组成，它为单片机提供电压；用两个

5、发光二极管分别代表定时灯与计数灯。软件部分主要是控制单片机工作的程序，它是由汇编语言进行编程的，由keil软件编译后将程序导入单片机，最后由proteus仿真。本设计是能实现定时与计数功能，并显示结果的定时计数系统，使用方便。关键词： 定时器；计数器 ；电源电路；时钟电路；复位电路 目 录1.设计背景12.设计方案22.1整体方案的选择22.2总体设计框图22.3复位电路方案选择23.方案实施33.1硬件设计33.2软件设计53.3电路仿真63.4实物制作74.结果与结论104.1结果104.2结论105.收获与致谢116.参考文献12附录113附录214附录316附录417 1. 设计背景

6、单片机应用技术中往往按一定的时间间隔进行某种控制，有时还需要根据某种事件的计数结果进行控制。定时与计数演示灯设计是采用单片机内的定时器与计数器实现对灯点亮熄灭，并对结果计数的装置。其原理广泛用于比赛场、家庭和车站等场所，成为人们日常生活中不可少的必需品，定时与计数给人们的生活带来了方便，诸如自动报警洗衣机、定时广播和产品生产线等，这些都是利用了这个原理。在这个飞速发展的时代，人们对生活质量的要求提高了，所以这个课题的选择有着非常现实的意义。 单片机诞生于1971年，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段，早期的SCM单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，此后在8031上发展

7、出了MCS51系列MCU系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着INTELi960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。高端的32位Soc单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸

8、机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。 基于上述两因素本设计完成了一种以单片机AT89S52芯片为核心的一款定时与计数演示灯的设计，它能够实现定时与计数的功能。 2.设计方案2.1 整体方案的选择方案一:利用单片机内部定时计数器 。AT89S52定时计数的工作方式有四种，方式0最长的可定时16.384ms,方式1可定时的最长时间为131.072ms,方式3最长定时时间为512us,由于T0设定为定时方式，且定时时间为50ms，所以T0选择工作方式1。由于T1选

9、择计数工作模式且初始值为100，计数器的工作方式2能自动恢复初值，所以T1选择工作在方式2。方案二:软时钟程序设计方法10.05s计数法。0.05s计数法的基本原理如下，通过设置定时计数器1每经过0.05 s请求一次中断，中断处理程序会令软时钟的基准0.05s单元增加1，而该单元每增加200次，再令软时钟的秒单元增加1。方案三:中断周期累加法。方案三和方案二的程序结构是完全相同的，只是在对秒以下时间的处理上有所不同。以上三个方案均可，但由于方案二和方案三软件设计过于复杂，而方案一软件较为设计简单，原理易懂，故选择方案一。2.2总体设计框图 发光二极管单片 机电源电路时钟电路复位电路 图2.1

10、总体设计框图 本次课程设计根据方案一画出系统的总体设计框图见上图2.1。该方案由硬件和软件两部分组成，其中硬件部分包括电源电路，复位电路、时钟电路和发光二极管。用两个发光二极管分别代表定时灯与计数灯。2.3复位电路方案选择复位电路通常有上电手动复位电路和按键电平复位电路。手动复位没有按键使用时不方便，按键复位是用电平复位的适合样品制作场合，所以本次用的是按键复位电路。 3. 方案实施3.1硬件设计 1.时钟电路单片机各功能部件的运行都是以时钟控制信号为基准有条不紊的工作。因此，时钟频率直接影响单片机系统的稳定性，时钟电路的质量直接影响单片机系统的稳定性。 常用的单片机时钟电路有两种方式，一种为

11、内部时钟方式，一种为外部时钟方式。本次我们采用的是内部时钟方式。AT89S52是一种低功耗、高性能的微控制器，它内部有一个用于构成振荡器的增益反响放大器，它的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为XTAL2，这两个引脚接石英晶体和微调电容C1和C2，构成一个稳定的自激振荡器。而电容的大小会影响振荡的频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性，因此对于电容的选择是很关键的。我们这次设计的时钟电路采用了所提供的33PF的电容可以构成稳定的自己震荡器电路。并且选取的振荡频率为11.0592MHz。时钟电路图如下： XTAL1XTAL2图3.1 时钟电路图2.复位电路复位是单片机的初始化操作，除了进入系统

12、的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态，通过复位按键可使单片机重新启动。AT89S52的复位由外部的复位电路实现的，复位电路通常有自动复位和手动复位两种方式。本电路为按键手动复位，按键手动复位是通过RST端京电阻与电源VCC接通来实现，具体的复位电路图如下： RST RESETRESET图3.2 复位电路图由于6MHz晶振的机器周期是2us，要想复位成功，至少要提供两个周期也就是4us的高电平。由于11.0592MHz晶振的机器周期约为1us，要想在此晶振下正常复位，需提供至少两个机器周期，也就是约2us的高电平，由于4us2us故6MHz的晶振复位电路各参数肯定能在

13、11.0592MHz下使用，因此上面的参数也适合于11.0592MHz的晶振电路。3.电源电路电源电路主要用于为整个系统提供电源。我们日常用电都是220V的交流电，所以在设计电源时要把交流电变成直流，然后再经稳压管输出整个系统所需的稳定的直流电压。本电路是经过变压器降压后的交流电通过桥堆2W10的整流变为直流电的，电容起到滤掉谐波分量、改善稳定性和瞬态响应的作用。整流主要采用2W10桥堆和电容滤波以得到基本稳定的输出电压，稳压部分是采用常用的稳压管7805得到稳定的输出+5V电压，D2作为电源的指示灯，R3作为限流电阻防止发光二极管电流过大被烧坏。电源电路图如下：40图3.3 电源电路图4.L

14、ED电路LED主要是显示单片机的定时与计数的完成，单片机的接发光二级管LED灯，由于采用的是阴极接5V电源的接法，所以需要限流电阻与发光二极管串联。发光二极管允许通过的电流是3mA至10mA左右，为了使发光二极管亮度高点，所以，选择了串联1K的电阻。T0设置为定时方式，T1设置为计数方式。T0定时时间为50ms，计满产生的输出信号由P1.7口LED显示,P1.7端口的灯点亮熄灭交替，周期为10s,同时，P1.7口信号输入到T1作为T1的计数输入脉冲。计满输出信号由P1.0口LED显示，因此P1.0端口的灯点亮熄灭交替。LED电路图如下：P1.0 P1.1 P1.2P1.3 P1.6 P1.7

15、P1.5 P1.4 PPPPP1.1 图3.4 LED电路图3.2软件设计程序流程图如下：开始系统初始化T1置初3C0BHT1置初值009CHT0是否中断P1.7口位取反P1.0口位取反T1开始计数T1是否中断T0重装初值结束NYNY图3.5 程序流程图3.3电路仿真在硬件电路和软件程序设计好之后，要对电路进行仿真了。仿真需要proteus和keil两个软件。首先由keil软件编译，然后将程序导入单片机，最后由proteus软件进行仿真。我们在编译后发现了好多错误，经过仔细检查修改后，最后仿真成功。电路仿真图如下： 图3.6 电路仿真图3.4实物制作一.实物制作过程首先在安装之前检查了所发放的

16、元器件是否齐全。检查完后首先对电路板进行排板，排板是为了使电路板看着更美观精致，然后往电路板上插元器件，在安插之前我把所有对正负极有要求的请教了老师和同学，把自己不太确定的地方的问题都问好了，就开始按照着电路图往板子上插器件，把所有的器件安插完后又仔细地检查了一遍，认为没有问题了，最后用烙铁进行焊接，焊接完后对板子进行调试。二.焊接的理论知识 1.焊接的基本步骤 步骤1：准备施焊。左手拿焊丝，右手握烙铁，进入被焊状态。 步骤2：加热焊件。烙铁头靠在两焊件的连接处，加热整个焊件全体，加热时间大约为1-2分钟。 步骤3：送入焊丝。焊件的焊接面被加热到一定温度时，焊锡丝从烙铁对面接触焊件。 步骤4：

17、移开焊丝。当焊丝熔化一定量后，立即向左上45度方向移开焊丝。 步骤5：移开烙铁。焊锡浸润焊盘和焊件的施焊部位以后，向右上45度方向移开烙铁，结束焊接。 2.焊接注意的问题 (1).焊接时要求烙铁头保持干净，无焊渣等氧化物。 (2).焊接时不要把焊锡丝送到烙铁头上。 (3).焊接时不要虚焊或断路。 (4).焊接时，注意极性电容的极性。 (5).晶振在焊接时应尽量与单片机靠近。 (6).对引脚过长的电器元件，焊接完成后，将其剪短。 (7).焊接时不要把相邻的地方焊在一块，这样会导致短路。三.制作过程遇到的问题及相应的解决方法 把板子焊完之后，就要进行调试了，我们把焊好的板子接入5V电压后不能正常工

18、作，就开始找原因，然后检查有没有虚焊，还用电源逐个的对每个模块进行检查，最后在老师的细心调试下找到了原因，原因是7805稳压管接反了，导致内部电路短路，经过改正后可以正常工作了。四.制作结果 经过调试后我们的板子刚开始不能正常工作，经过检查改正后，最后可以正常工作了。制作好的实物图如下图3.7和图3.8所示：图3.7 正面实物图图3.8 反面实物图4. 结果与结论4.1结果经过两个星期的努力，我们基本完成了任务书下达的硬件设计、软件设计、系统仿真、电路板的焊接与调试等一系列学生该完成的任务。接上电源，按下开关后，指示灯会亮，单片机所接的LED全部点亮。具体实现了与相连的发光二极管以五十秒的间隔

19、不停地闪烁，与相连的的发光二极管每隔十秒交替闪烁，在此过程中其余六个灯一直保持点亮，当按下复位键后，八个灯全部点亮，具体效果见附录4。4.2结论本设计采用了硬件设计和软件设计的方案，设计了一款定时与计数演示灯，它能够完成定时与计数的功能，并显示结果。这次的课程设计，我们在软件的安装、使用和电路板的布局等方面遇见了很多问题，在老师和同学的帮助下，问题得到了一一的解决。最后在焊接完后，我们设计的定时与计数演示灯刚开始是不能正常工作的，在老师的指导下我们对每个模块进行了检查，经过改正后我们的终于可以正常工作了。本次的课程设计有可改进的地方，例如由于元器件较多且连接时需要直接用导线连接，这就导致了焊接

20、的复杂，极易出现焊接的错误。如果使用protal做出的PCB板做这些不仅能减少焊接的复杂度，还可以使板子看着精致美观。5. 收获与致谢 6. 参考文献1 张毅刚. 单片机原理及应用.北京：高等教育出版社，2009.12 徐爱钧. 智能化测量控制仪表原理与设计.北京：北京航空航天大学出版社，2007.83 于永，戴佳，常江. 51单片机实例精讲.北京：电子工业出版社，2006.44 赵亮，侯国瑞. 单片机C语言编程与实例.西安：人民邮电出版社，2003.5 朱宇光. 单片机应用新技术教程.西安：电子工业出版社，2004. 6 李华. MCS-51系列单片机实用接口技术M.北京：北京航空航天大学出版社，19937 胡汉才. 单片机原理及接口技术M.北京：清华大学出版社，19968 张毅刚. 单片机与应用技术M.北京：高等教育出版社，20049 张毅刚. 8089单片机应用设计M.北京：电子工业出版社，199310 何为民. 低功耗单片微机系统设计M.北京：北京航空航天大学出版社，1994附录1电路原理图 附图1.1 电路原理图附录2程序ORG 0000HLJMP MAINORG 000BHLJMP IT