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1、一、设计要求11.1 设计内容及要求11.2 设计方案及思路1二、系统硬件设计12.1 硬件电路的总体设计方案及框图12.2 各单元硬件设计22.2.1 复位电路设计22.2.2 时钟电路设计22.2.3 显示电路设计32.2.4 主要硬件元器件介绍32.3 EDA辅助设计52.3.1 定时器的原理图52.3.2 定时器的PCB图5三、系统软件设计83.1 主程序流程图83.2定时子程序流程图83.3 定时器完整程序11四、系统软件仿真14五、总结16六、参考文献16附录一：七段数码管字型码17附录二：元器件清单17摘要：本次课程设计是基于8051单片机控制的电子定时器设计。设计中应用了单片中
2、断及LED显示等技术，经历了方案设计、电路硬件设计、软件设计、软件仿真等过程，经过此次课程设计掌握了单片机应用系统的设计过程，单片机应用系统的设计流程如图所示： 一、设计要求1.1 设计内容及要求以89C51单片机为核心，设计一个定时器，4位LED显示，分别显示10分，分，10秒，秒。定时范围从1秒到59分59秒，有按键设置定时时间，按开始键后开始计时，每过一秒刷新一次定时时间，若计时时间到，停止计时，并在LED上显示定时的时间。仪器工作过程：1、 通电或复位状态显示0000；2、 由按键设置定时时间；3、 定时开始键按下，开始定时，每一秒刷新一次计时时间；4、 定时时间到，停止计时，4位LE
3、D显示设定时间；5、 复位后恢复初始状态，准备进行下一次定时。1.2 设计方案及思路根据设计要求，本系统初步设定由单片机系统、键03、LED显示组成。1、按键的输入：键03四个键作为时间设定的控制键，由P1口输入2、定时的显示电路：8051显示电路由4位共阴极数码管显示，由8051的串行口输出，并通过74LS164八位移位寄存器输入给数码管二、系统硬件设计2.1 硬件电路的总体设计方案及框图设计一个控制系统总体设计方案很重要，关系设计接下来的操作程序，一下就是本设计的总体框架。按照设计要求，确定硬件电路的总体设计方案，以8051单片机为核心的控制电路，设计总框图如图1所示，此定时电路包含：复位
4、电路、时钟电路、按键输入、显示电路，这些控制电路将在硬件电路主要模块设计中详细介绍。图1 设计总框图2.2 各单元硬件设计2.2.1 复位电路设计单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。8051系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就可以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位（如图2所示）和上电自动复位（如图3所示）等。在本系统中采用手动按钮复位。 图2 手动按钮复位 图3 上电自动复位
5、2.2.2 时钟电路设计时钟电路时计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏，CPU就是通过复杂的时序电路完成不同的指令功能的。MCS-51的时钟信号可以由两种方式产生：一种是内部方式，利用芯片内部的振荡电路，产生时钟信号；另一种为外部方式，时钟信号由外部引入。MCS-51单片机有HMOS型和CHMOS型，他们的时钟电路有一定的区别。（1）、内部时钟方式内部方式的时钟电路如图4所示。利用MCS-51内部的高增益反相放大器，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡电路便产生自激振荡。定时元件一般采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。（2）、外部时钟方式外部时钟方式常用于多机系统，以便各个
6、单片机能够同步工作。对外部振荡信号无特殊要求，但需保证脉冲宽度不小于20ns，且频率应低于单片机所支持的最高频率。电路如图5所示。 图4 内部时钟方式 图5 外部时钟方式2.2.3 显示电路设计8051显示电路由4位共阴极数码管显示，由8051的串行口输出，并通过74LS164八位移位寄存器输入给数码管。如图6所示：图6 显示电路2.2.4 主要硬件元器件介绍（1）单片机STC89C51芯片 8051单片机引脚图如图7所示图7 8051单片机引脚图1、主电源引脚VCC和VSS VCC（40脚）接+5V电压； VSS（20脚）接地。 2、外接晶体引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1（19脚）接
7、外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。 XTAL2（18脚）接外晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端。3、控制或与其它电源复用引脚RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP RST/VPD（9脚）复位/备用电源输入端 ALE/PROG（30脚）：低8位地址锁存使能输出端 PSEN（29脚）：外部程序存储器的读选通信号。EA/VPP（引脚）：外部程序存储器地址允许使能端4、输入/输出（I/O）引脚P0、P1、P2、P3（共32根） P0口（39脚至32脚）：漏极开路的8位准双向复用I/O口P1口（1脚至8
8、脚）：内部带上拉电阻的8位准双向I/O口P2口（21脚至28脚）：内部带上拉电阻的8位准双向复用I/O口P3口（10脚至17脚）：内部带上拉电阻的8位多功能双向I/O口（2）七段数码管七段数码管引脚图如图8所示：图8 其段数码管引脚图 七段数码管字型码（见附录一）（3）移位寄存器74LS164 74LS164引脚图，如图9所示 图9 74LS164引脚图 图10 74LS164功能表 74LS164功能表，如图10所示2.3 EDA辅助设计EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，在20世纪60年代中期从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（
9、CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言HDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了设计者的劳动强度。在此次课程设计中，将主要使用PROTEL99SE来进行电路的设计。PROTEL为设计者提供了一个集成的电路设计环境，包括原理图设计和PCB布线工具、电路仿真和集成的设计文档管理。2.3.1 定时器的原理图（1）原理图绘制的
10、流程图如图11所示（2）定时器原理图如图12所示2.3.2 定时器的PCB图（1）PCB绘制流程图如图13所示（2）PCB板如图14所示 图11 电路图绘制流程图 图13 PCB制作流程图18图12 定时器电路原理图图14 定时器的PCB板三、系统软件设计3.1 主程序流程图主程序流程图如图15所示3.2定时子程序流程图定时子程序流程图如图16所示图15 主程序流程图图16 定时子程序流程图3.3 定时器完整程序ORG0000HLJMP0030H/*主程序*/ORG0030HSTART:MOV30H,#0 ;30H33H清零MOV31H,#0MOV32H,#0MOV33H,#0LCALLDIR
11、0;调用显示子程序AA:JNBP1.0,AA0 ;检测按键，若有按键按下则跳转至相应的程序JNBP1.1,AA1JNBP1.2,AA2JNBP1.3,AA3JNBP1.4,AA4LJMPAA;循环检测按键AA0:INC30H;按键0按下时，30H自动加一MOVA,30HCJNEA,#10,AA00;若秒小于10,调用显示程序MOV30H,#0;若秒大于等于10,则30H清零AA00:LCALLDIR0;调用显示子程序LCALLDLYR;调用延时程序LJMPAA;循环检测按键AA1:INC31H;按键1按下，31H自动加1并执行相应显示程序MOVA,31HCJNEA,#6,AA11;若秒小于6,
12、调用显示程序MOV31H,#0;若秒大于等于6,则3H清零AA11:LCALLDIR0LCALLDLYRLJMPAAAA2:INC32H;按键2按下32H自动加1并执行相应显示程序MOVA,32HCJNEA,#10,AA22;若秒小于10,调用显示程序MOV32H,#0AA22:LCALLDIR0LCALLDLYRLJMPAAAA3:INC33H;按键3按下33H自动加1并执行相应显示程序MOVA,33HCJNEA,#6,AA33;若秒小于6,调用显示程序MOV33H,#0;若秒大于等于6,则3H清零AA33:LCALLDIR0LCALLDLYRLJMPAAAA4:LCALLDS00;调用定时
13、子程序LJMPAA;检测按键/*定时子程序*/DS00:MOV40H,30HMOV41H,31HMOV42H,32HMOV43H,33HMOV30H,#0;30H33H清零MOV31H,#0MOV32H,#0MOV33H,#0DS11:LCALLDIR0;调用显示程序LCALLDLYR;调用延时程序LCALLDLYRINC30HMOVA,30HCJNEA,#10,GRMOV30H,#0INC31HMOVA,31HCJNEA,#6,GRMOV31H,#0INC32HMOVA,32HCJNEA,#10,GRMOV32H,#0INC33HGR:MOVA,33H;判断是否到定时时间CJNEA,43H,
14、DS11MOVA,32HCJNEA,42H,DS11MOVA,31HCJNEA,41H,DS11MOVA,30HCJNEA,40H,DS11LCALLDIR0RET/*显示子程序*/DIR0:MOVSCON,#0;使用串行方式输出显示数码MOVR0,#30HMOVR7,#4L1:MOVA,R0MOVDPTR,#TABMOVCA,A+DPTRMOVSBUF,AJNBTI,$;等待发送数据完成CLRTI;发送请求标志清零INCR0DJNZR7,L1RETTAB:DB3FH,06H,5BH,4FH,66H;09这十个数字的字型码DB60H,70H,07H,7FH,6FHRET/*延时0.5s子程序*
15、/DLYR:MOVR5,#125DELY:MOVR7,#100DLY0:MOVR6,#50DLY1:DJNZR6,DLY1DJNZR7,DLY0DJNZR5,DELYRETEND四、系统软件仿真Proteus是多功能的EDA软件，真正实现了虚拟物理原型功能，在目标板还没有制作之前，就可以对所设计的硬件系统的功能、合理性和性能指标进行充分调整，并可以在没有硬件电路的情况下，进行相应的程序设计与调试，可由仿真原理图直接导出绘制成印制电路板（PCB）。虚拟物理原型，对于单片机的设计来讲可以节约成本，缩短开发时间，提高设计效率，降低开发成本。当然，Proteus的仿真与真实的电路由一定的出入，如在本次
16、仿真中，数码管的限流电阻选用的是10欧姆的，而实际中应选择240欧姆的电阻。仿真电路图如图17所示： 图17 仿真电路图五、总结课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。回顾此次单片机课程设计，我学到了很多的知识，不仅可以巩固以前所学的知识，而且学到了很多在书本上没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了单片机应用系统的设计过程，更深刻的理解了理论与实际相结合的重要性，锻炼了自己的实际动手能力。六、参考文献1 薛晓书，单片机微型计算机原理及应用. 西安：西安交通大学出版社，2004.2 胡健，单片机原
17、理及接口技术. 北京：机械工业出版社，2004.3郑一力，冯海峰等，Protel99SE电路设计与制版. 北京：人民邮电出版社，2008.4 侯玉宝，陈忠平等，基于Proteus的51系列单片机设计与仿真. 北京：电子工业出版社，2008.附录一：七段数码管字型码显示字型hgfedcba共阴极字形码共阳极字形码0001111110x3F0xC01000001100x060xF92010110110x5B0xA43010011110x4F0xB04011001100x660x995011011010x6D0x926011111010x7D0x827000001110x070xF88011111110x7F0x809011011110x6F0x90A011101110x770x88b011111000x7C0x83C001110010x390xC6d010111100x5E0xA1E011110010x790x86F011100010x710x8E附录二：元器件清单名称大小数量名称大小数量STC89C511片74LS1644片按键6个数码管4个电解电容10uf1个瓷片电容30pf2个电阻1k1个电阻2404个晶振6MHz1个