单片机课程设计-指示灯定时控制系统

微机综合实践课程设计说明书题目：指示灯定时控制系统学院：机电工程学院姓名： 学号：指导老师：小组成员：摘要20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹,广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，例如，导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制等等，这些都离不开单片机。而我们本次设计的是指示灯定时控制系统，用单片机AT89C51实现。由于单片机编程灵活，我们采用直接面向机器的汇编语言来实现。单片机具有集成度高，通用性好，功能强，体积小，重量轻，耗能低，可靠性高和使用方便等独特优点都能得到体现。关键字：单片机AT89C51汇编语言目录摘要 2前言 5一、课题介绍 61.1课题设计内容 6二、整体方案设计 62.1系统整体设计： 6三、系统硬件设计 63.1控制模块 73.2LED灯显示模块 93.3按键模块组成 103.4电路原理图 103.5元件清单 11四、系统软件 124.1程序设计内容 124.2程序框图 144.4程序功能扩展 17五、系统调试 20PROTEUS仿真 20六、系统功能 21总结 21参考文献 22附录 22作品实物图 22

前言在单片机里面，经常需要用到定时器来获取我们需要的时间，MCS-51单片机内部有两个16为定时/计数器，简称定时器0（T0）和定时器1（T1），他们均可用做定时器或者计数器，为单片机系统提供计数和定时功能，还可作为串行口的波特率发生器，这些功能都可以通过软件来设定、修改与控制。定时器是单片机里最“活跃”的部件之一，很多程序、应用系统都离不开定时器。定时器是单片机应用中解决某类复杂问题的最为有效的方法，应用很广泛。对于简单的应用场合，时间要求较长，不算很精确的场合，用起来相对比较简单。我们本次课程设计基于定时器设计指示灯定时控制系统，希望通过这次课程设计，可以很好的掌握定时器的原理和应用方法。

一、课题介绍1.1课题设计内容：用AT89S51的定时/计数器T0产生2秒钟的定时，每当2秒定时到来时，更换指示灯闪烁，每个指示闪烁的频率为0.2秒，也就是说，开始L1指示灯以0.2秒的速率闪烁，当2秒定时到来之后，L2开始以0.2秒的速率闪烁，如此循环下去。0.2秒的闪烁速率也由定时/计数器T0来完成。二、整体方案设计2.1系统整体设计：采用40脚、片内带8kBFlashROM的AT89S51单片机作为控制核心，通过定时器产生定时来控制P1口的4个LED灯，一旦按下P3.2的按键便可实现暂停闪烁，再按一次接着进行闪烁，按键服务通过查询的方式实现。指示灯定时控制系统结构框图三、系统硬件设计指示灯定时控制系统分别由控制模块，LED灯显示模块，按键模块组成。3.1控制模块主控制器采用AT89S51。AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51具有如下特点：40个引脚，4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。AT89S51中的并行I/O口P0~P3引脚：P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口除了作为普通I/O口，还有第二功能：P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（T0定时器的外部计数输入）P3.5T1（T1定时器的外部计数输入）P3.6/WR（外部数据存储器的写选通）P3.7/RD（外部数据存储器的读选通）其中，我们选用P1.0~P1.3作为我们LED的输出端口，P3.0和P3.1作为读入写入程序的端口，用ISP下载器烧录程序。AT89S51的晶振及复位电路按典型电路设计，元器件参数如图，晶振频率选为12MHz。PDIP封装的AT89S51管脚图控制模块原理图3.2LED灯显示模块通过共阳极接入到P1.0~P1.3口，每个LED灯加上分压电阻，防止电流过大损坏LED元件，原理图如下：LED灯显示模块原理图3.3按键模块组成通过P3.2口接入，按键另一端接地。按键模块原理图3.4电路原理图本电路需要+5V电压，直接用USB座口通过电源适配器供电，电路图如下：DXP制作的电路图PCB印刷图：3.5元件清单序号元件数量1STC51单片机12晶振1330pF电容24LED灯551k电阻16220Ω电阻4710k电阻1810uF极性电容19USB母座接口110自锁开关111四引脚按键112排针13铜板四、系统软件4.1程序设计内容我们运用汇编语言来设计程序。汇编语言（AssemblyLanguage）是面向机器的程序设计语言。在汇编语言中，用助记符（Memoni）代替机器指令的操作码，用地址符号（Symbol）或标号（Label）代替指令或操作数的地址，如此就增强了程序的可读性并且降低了编写难度，象这样符号化的程序设计语言就是汇编语言，因此亦称为符号语言。使用汇编语言编写的程序，机器不能直接识别，还要由汇编程序或者叫汇编语言编译器转换成机器指令。汇编程序将符号化的操作代码组装成处理器可以识别的机器指令，这个组装的过程称为组合或者汇编。因此，有时候人们也把汇编语言称为组合语言。AT89S51单片机的内部16位定时/计数器是一个可编程定时/计数器，它既可以工作在13位定时方式，也可以工作在16位定时方式和8位定时方式。只要通过设置特殊功能寄存器TMOD，即可完成。定时/计数器何时工作也是通过软件来设定TCON特殊功能寄存器来完成的。定时/计数器方式选择寄存器(TMOD)TMOD寄存器是一个专用寄存器，用于控制两个定时计数器的工作方式，TMOD可以用字节传送指令设置其内容，但不能位寻址。TMOD主要是用于选定定时器的工作方式；TCON主要是用于控制定时器的启动停止，此外TCON还可以保存T0、T1的溢出和中断标志。当定时器工作在计数方式时，外部事件通过引脚T0（P3.4）和T1（P3.5）输入。现在我们选择16位定时工作方式，对于T0来说，最大定时也只有65536us，即65.536ms，无法达到我们所需要的0.2秒和2秒的定时，因此，我们必须通过软件来处理这个问题，我们设定取T0的定时为50ms，即要定时0.2秒需要经过4次的50ms的定时，需要2秒需要经过40次50ms的定时，通过这样来实现我们的时间需要。通过查阅资料：TMOD寄存器结构D7D6D5D4D3D2D1D0GATAM1M0GATAM1M0←T1方式字段→←T0方式字段→M1M0模式说明00013位定时（计数）器，TH高8位和TL的低5位01116位定时/计数器102自动重装入初值的8位定时/计数器113T0分成两个独立的8位计数器，T1没有模式3根据上表，设定TMOD初值为00000001B，即TMOD＝01H。给T0定时/计数器的TH0，TL0装入预置初值0.05=（65536-T0初值）×1/12000000×12T0初值=15536=3CB0HTH0=3CHTL0=B0H4.2程序框图4.2.1T0中断服务程序框图4.2.2主程序流程图主程序主要是通过定时器产生50ms的定时，然后用循环的次数来达到我们所需要的0.2s和2s定时，然后在不同的LED灯进行不断的取反达到闪烁的目的。其中，我们加入了暂停功能，用查询方式实现，只要查询到按键有信号就暂停，查询到第二次的信号就返回主程序。4.3汇编程序源程序TIME2SEQU30H;TIME2S等价于30H,用于计算2s的时间TIME02SEQU31H;TIME02S等价于31H，用于计数是否达到4个50ms，即0.2sNUMEQU32H;NUM等价于32H,NUM用于标记led的号数FLAGEQU33H;FLAG等价于33H,用于标记按键信号ORG00;程序存放在存储器00H开始的单元CPLP1.0;将P1.0的高电平取反变为低电平，准备执行主程序LJMPSTART;跳转到START标号地址执行程序ORG0BH;定时器0的矢量地址LJMPINT_T0START:MOVTIME2S,#00H;赋予TIME2S的初值为0MOVTIME02S,#00H;赋予TIME02S的初值为0MOVNUM,#00H;赋予NUM的初值为0MOVTMOD,#01H;设置工作模式1MOVTH0,#03CH;赋定时器的初值，定时时间为50msMOVTL0,#0B0HSETBTR0;启动定时器0SETBET0;打开中断SETBEA;打开CPU中断SJMP$;等待中断INT_T0:MOVTH0,#03CH;重新装入定时器初值MOVTL0,#0B0HINCTIME2S;TIME2S计数MOVA,TIME2SCJNEA,#40,NEXT;TIME2S没有达到40次就跳转到NEXT,否则按顺序执行MOVTIME2S,#00H;重新赋0INCNUM;NUM计数MOVA,NUMCJNEA,#04H,NEXT;NUM没有达到4次就跳转到NEXTMOVNUM,#00H;重新赋0NEXT:LCALLSCAN;调用按键扫描子程序，用查询方式INCTIME02S;TIME02S计数MOVA,TIME02SCJNEA,#4,DONE;如果TIME02S没有达到4次，即4×50ms=0.2s，就跳转到DONEMOVTIME02S,#00H;重新赋0,以便计算下一个0.2sMOVA,NUMCJNEA,#00H,CH1;NUM为0,将P1.0的led灯不断取反,以便其可以闪烁CPLP1.0SJMPDONECH1:CJNEA,#01H,CH2;NUM为0,将P1.1的led灯不断取反,以便其可以闪烁CPLP1.1SJMPDONECH2:CJNEA,#02H,CH3;NUM为1,将P1.2的led灯不断取反,以便其可以闪烁CPLP1.2SJMPDONECH3:CJNEA,#03H,CH4;NUM为2,将P1.3的led灯不断取反,以便其可以闪烁CPLP1.3CH4:SJMPDONEDONE:RETI;返回中断SCAN:MOVP3,#0FFH;先将P3的端口全部置1MOVFLAG,#00H;把标记置0JNBP3.2,TT0;如果按键端口P3.2检测不到低电平,就返回到主程序RETSTART1:JNBP3.2,TT0;如果按键按下,即低电平,跳转到TT0AJMPSTART1TT0:LCALLD1MS;调用延时子程序,JNBP3.2,TT0;如果检测不到高电平,则继续等待按键松开INCFLAG;按键松开，FLAG标记为1，表示按键一次完成 MOVA,FLAGCJNEA,#01H,GOBACK;如果FLAG标记为1，则返回到START1，继续检测按键，检测到第二次按键的时候，FLAG标记为2，程序跳转到GOBACK,通过该子程序返回到主程序继续运行，从而起到按键一次暂停，再按一次继续运行的作用AJMPSTART1;D1MS:MOVR7,#10;延时5ms,进行按键消抖D1:MOVR6,#250;DJNZR6,$;DJNZR7,D1;RET;GOBACK:RETEND4.4程序功能扩展4.4.1按键程序设计把按键设计在P3.2，用于检测按键是否按下，按键另一端接地，按键按下时为低电平，我们通过检测P3.2口是否为低电平作为按键按下的信号，延时5ms后继续检测按键是否为高电平，若为高电平证明此次按键已经松开，一次按键完成，用FLAG标志为1。如果FLAG=1，按键扫描程序SCAN继续等待P3.2的下一次低电平，即第二次按键，如果检测到第二次按键完成，FLAG=FLAG+1=2，如果FLAG≠1，立即返回到主程序继续运行，否则继续扫描按键状态，从而起到暂停的作用。4.4.2按键的消抖根据查阅相关资料，我们获悉，其实，作为一个按键从没有按下到按下以及释放是一个完整的过程，也就是说，当我们按下一个按键时，总希望某个命令只执行一次，而在按键按下的过程中，不要有干扰进来，因为，在按下的过程中，一旦有干扰过来，可能造成误触发过程，这并不是我们所想要的。因此在按键按下的时候，要把我们手上的干扰信号以及按键的机械接触等干扰信号给滤除掉，一般情况下，我们可以采用电容来滤除掉这些干扰信号，但实际上，会增加硬件成本及硬件电路的体积，这是我们不希望，总得有个办法解决这个问题，因此我们可以采用软件滤波的方法去除这些干扰信号，一般情况下，一个按键按下的时候，总是在按下的时刻存在着一定的干扰信号，按下之后就基本上进入了稳定的状态。具体的一个按键从按下到释放的全过程的信号图如上图所示。从图中可以看出，我们在程序设计时，从按键被识别按下之后，延时5ms以上，从而避开了干扰信号区域，我们再来检测一次，看按键是否真得已经按下，若真得已经按下，这时肯定输出为低电平，若这时检测到的是高电平，证明刚才是由于干扰信号引起的误触发，CPU就认为是误触发信号而舍弃这次的按键识别过程。从而提高了系统的可靠性。由于要求每按下一次，命令被执行一次，直到下一次再按下的时候，再执行一次命令，因此从按键被识别出来之后，我们就可以执行这次的命令，所以要有一个等待按键释放的过程，显然释放的过程，就是使其恢复成高电平状态。所以我们在程序中加入D1MS的延时子程序，起到消抖的作用。延时程序机器周期D1MS:MOVR7,#101D1:MOVR6,#2501DJNZR6,$2DJNZR7,D12RET2程序中：内循环一次所需机器周期数=2个内循环共循环250次的机器周期数=2×250=5