智能倒計時器課程設(shè)計

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）</b></p><p><b>　?。?010屆）</b></p><p>　　題 目 智能倒計時器的設(shè)計 </p><p>　　指導(dǎo)教師

2、 </p><p>　　院 系 機(jī)械電子與建筑工程學(xué)院 </p><p><b>　　智能倒計時器的設(shè)計</b></p><p>　　院系：機(jī)械電子與建筑工程學(xué)院 班級： 指導(dǎo)老師： 姓名： </p><p&

3、gt;<b>　　4．1 硬件設(shè)計</b></p><p>　　本電路設(shè)計以AT89S51單片機(jī)為系統(tǒng)核心，通過對AT89S51的編程加上一些外圍電路來完成所要求的所有功能，電路的原理框圖如圖1所示。該圖包括單片機(jī)時鐘電路、單片機(jī)復(fù)位電路、控制電路、顯示電路、報警電路和單片機(jī)等6個部分。</p><p>　　圖1 基于單片機(jī)的設(shè)計參考方案框圖</p>

4、<p>　　4．1．1主要單元電路設(shè)計</p><p>　　1.AT89S51單片機(jī)電路設(shè)計</p><p>　　AT89系列單片機(jī)是美國ATMEL公司繼承INTEL公司80C31的核心技術(shù)并和自身先進(jìn)的閃電存儲器（FLASH MEMORY）技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的FLASH單片機(jī)系列。它是一種低功耗、高性能、內(nèi)含4K/8K字節(jié)閃電存儲器、用CHMOS工藝制作的8位單片機(jī)。</p

5、><p>　　AT89S51是ATMEL公司的產(chǎn)品，它具有8位CPU，4個I/O口，32根I/O口線，兩個16位的定時器/計數(shù)器，五個中斷源，兩個優(yōu)先級等特點(diǎn)。</p><p><b>　　1．主要特性</b></p><p>　　與MCS-51 兼容</p><p>　　4K字節(jié)可編程閃爍存儲器</p>&l

6、t;p>　　壽命：1000寫/擦循環(huán)</p><p>　　數(shù)據(jù)保留時間：10年</p><p>　　全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz</p><p><b>　　三級程序存儲器鎖定</b></p><p>　　128*8位內(nèi)部RAM</p><p><b>　　32可編程I/O線<

7、;/b></p><p>　　兩個16位定時器/計數(shù)器，5個中斷源</p><p><b>　　可編程串行通道</b></p><p>　　低功耗的閑置和掉電模式</p><p>　　片內(nèi)振蕩器和時鐘電路</p><p><b>　　2．管腳說明</b></p&g

8、t;<p><b>　　VCC：供電電壓。</b></p><p><b>　　GND：接地。</b></p><p>　　P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在F

9、LASH編程和校驗(yàn)時，P1口作為第八位地址接收。</p><p>　　P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用

10、內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時接收高八位地址信號和控制信號。</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。</p><

11、;p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。</p><p>　　AT89S51單片機(jī)外圍電路設(shè)計</p><p>　?。?）單片機(jī)振蕩電路</p>

12、;<p>　　單片機(jī)振蕩電路的作用是產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時鐘信號，單片機(jī)本身就是一個復(fù)雜的同步時序電路，為了保護(hù)同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下嚴(yán)格地按時序進(jìn)行工作。而時序所研究的則是指令執(zhí)行中各信號之間的相互時間關(guān)系。</p><p><b>　　1）時鐘信號的產(chǎn)生</b></p><p>　　如圖2所示，此圖為單片機(jī)時鐘信號的產(chǎn)生電

13、路。電路中的兩個電容取30pF，振蕩電路中的晶振的頻率為11.0592MHz。</p><p>　　2）引入外部脈沖信號</p><p>　　在由多片單片機(jī)組成的系統(tǒng)中，為了各單片機(jī)之間時鐘信號的同步，應(yīng)當(dāng)引入唯一的公用外部脈沖信號作為各單片機(jī)的振蕩脈沖。</p><p><b>　　圖2振蕩電路</b></p><p>

14、;　　（2）單片機(jī)復(fù)位電路</p><p>　　在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)工作時，除了進(jìn)入系統(tǒng)正常的初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵進(jìn)行重新啟動。</p><p>　　復(fù)位電路是通過外部電路實(shí)現(xiàn)的，在時鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的RST引腳上出現(xiàn)24個時鐘振蕩脈沖以上的高電平，單片機(jī)便實(shí)現(xiàn)復(fù)位。</p><p>　　復(fù)位電

15、路采用上電自動復(fù)位；</p><p>　　當(dāng)采用11.0592MHz晶振時，C為22uF，R為1KΩ時，斷電后上電便能自動復(fù)位。</p><p><b>　　如圖：</b></p><p>　　2．顯示電路的設(shè)計與分析</p><p>　　在顯示電路的設(shè)計中，利用了多位Led顯示驅(qū)動器MAX7219進(jìn)行動態(tài)顯示，max7

16、219是美國MAXIM公司推出的三線串行8位LED顯示驅(qū)動器,具有多種顯示（可控）方式。其管腳說明與單片機(jī)接口電路如圖4-1所示。由AT89S51的P2.0到.P2.2口輸出至MAX7219芯片來控制數(shù)碼管顯示及點(diǎn)亮方式。該電路為動態(tài)顯示方式，每個數(shù)碼管輪流點(diǎn)亮1ms，有良好的視覺效果極顯示的同步性及可靠性。</p><p>　　圖4-1MAX7219的管腳說明與顯示電路</p><p>

17、;<b>　　各引腳的功能為：</b></p><p>　　DIN：串行數(shù)據(jù)輸入端</p><p>　　DOUT：串行數(shù)據(jù)輸出端，用于級連擴(kuò)展</p><p>　　LOAD：裝載數(shù)據(jù)輸入</p><p>　　CLK：串行時鐘輸入</p><p>　　DIG0~DIG7：8位LED位選線，從共陰極L

18、ED中吸入電流</p><p>　　SEG A~SEG G DP     7段驅(qū)動和小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動</p><p>　　ISET：  通過一個10k電阻和Vcc相連，設(shè)置段電流</p><p><b>　　V+：正電源</b></p><p><b>　　GND：地

19、</b></p><p>　　如圖，工作時,MAX7219規(guī)定一次接收16位數(shù)據(jù)，在接收的16位數(shù)據(jù)中：D15~D12可以與操作無關(guān)，可以任意寫入，D11~D8決定所選通的內(nèi)部寄存器地址，D7~D0為待顯示數(shù)據(jù)或是初始化控制字。在CLK脈沖作用下，DIN的數(shù)據(jù)以串行方式依次移入內(nèi)部16位寄存器，然后在一個LOAD上升沿作用下，鎖存到內(nèi)部的寄存器中。注意在接收時，先接收最高位D16，最后是D0，因此，在

20、程序發(fā)送時必須先送高位數(shù)據(jù)，在循環(huán)移位。工作時序圖見圖7。</p><p>　　由于51是8位單片機(jī)故需要分兩次來送數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖7  數(shù)據(jù)讀寫時序</p><p>　　MAX7219與單片機(jī)的連接只需要3條線：LOAD（CS）片選引腳、CLK串行時鐘引腳、DIN串行數(shù)據(jù)引腳。</p><p>　　時間倒計時電路的硬

21、件工作原理是：單片機(jī)（AT89S51）控制MAX7219芯片來控制顯示數(shù)碼管的倒計時時間。MAX7219的a~~h端口來控制倒計時時間，DIG3端口控制右邊數(shù)碼管上的十位，DIG2端口控制右邊數(shù)碼管上的個位，DIG1端口控制左邊數(shù)碼管上的十位，DIG0端口控制左邊數(shù)碼管上的個位。DIG 0～7端口輸入高電位時工作，輸入低電位時不工作，顯示電路框圖如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 顯示電路圖<

22、;/p><p>　　3．按鍵控制電路設(shè)計</p><p>　　該部分電路主要起人機(jī)操作，該電路按鍵控制部分的電路接線圖如圖4-3所示：</p><p>　　圖4-3 按鍵部分接線圖</p><p>　　當(dāng)按S3時可實(shí)現(xiàn)設(shè)定要倒計時的天數(shù)及時間，對S3按一下時，是對第十位的天數(shù)設(shè)置參數(shù)，接著按下S1，調(diào)整天數(shù)的十位數(shù)的0—9間的值，按下S2時是返

23、回設(shè)備正常動作狀態(tài)。如果想設(shè)置個位數(shù)的天數(shù)時，按下S3鍵時，在沒有按返回鍵S2時，再按一下就可以對個位數(shù)的天數(shù)設(shè)置。其余設(shè)置與上述步驟一樣。</p><p>　　4.LED顯示器的設(shè)計</p><p>　　LED顯示器有共陰和共陽兩種接法。當(dāng)選共陰極接法的LED顯示器時，所有發(fā)光二極管的陰極連在一起接地，當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極加入高電平時，對應(yīng)的二極管點(diǎn)亮，加入低電平對應(yīng)的二極管熄滅。&l

24、t;/p><p>　　LED（Light Emitting Diode）是發(fā)光二極管的縮寫，通常所說的LED顯示器是由七個發(fā)光二極管組成，按“日”字形排列，也稱七段LED顯示器。此外，顯示器中還有一個圓點(diǎn)型的發(fā)光二極管，表示小數(shù)點(diǎn)，圖中以dp表示。 LED數(shù)碼顯示器的字形（段）碼表如表1所列：</p><p>　　表1 LED數(shù)碼顯示器的字形（段）碼表</p><p>

25、;　　系統(tǒng)選用共陰極的LED顯示器，所有發(fā)光二極管的陰極連在一起接低電平，當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極加到高電平時，對應(yīng)的二極管點(diǎn)亮，而加低電平的則不亮。</p><p><b>　　4．2 軟件設(shè)計</b></p><p>　　系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用匯編語言，對單片機(jī)進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。程序是在WINDOWS XP環(huán)境下采用keil軟件編寫的，并在Proteus仿真軟件中仿

26、真的。</p><p>　　4．2．1 主程序的設(shè)計</p><p>　　主程序首先對片內(nèi)RAM地址單元進(jìn)行初始化定義，初始化完后調(diào)用顯示子程序，實(shí)現(xiàn)對數(shù)碼的顯示，接著開啟中斷與定時器，來完成系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。程序的具體流程圖如圖5所示。</p><p>　　圖5 主程序流程圖 </p><p>&l

27、t;b>　　4</b></p><p>　　4．3．3 硬件安裝與調(diào)試</p><p>　　在硬件安裝于調(diào)試過程中總體來講還算順利，在布線工作都完成的情況，把編寫好的程序通過燒錄器把程序燒入到AT89S51芯片中，最后把芯片插入已焊好的芯片槽。通電時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的顯示電路顯示亂碼。問題進(jìn)行分析可以確定為兩個方面。1．單片機(jī)的復(fù)位電路部分沒有接好，單片機(jī)不工作；2．系統(tǒng)的軟件編

28、寫可能I/O口與接好的硬件電路的口不一致。</p><p>　　經(jīng)過我的再三檢查，后面發(fā)現(xiàn)原來把單片機(jī)的P1口當(dāng)成了單片機(jī)的P2口接了啊，因此單片機(jī)工作時，P1口輸出全部為高電平，因此硬件運(yùn)行時，出現(xiàn)全部點(diǎn)亮。經(jīng)過更改硬件電路后，再接通電源，硬件設(shè)備能正常運(yùn)行。</p><p><b>　　5 總結(jié)評價</b></p><p>　　在這次獨(dú)立設(shè)

29、計和制作的過程中使我提高了各方面的能力，當(dāng)在對單片機(jī)編程的時候，通過自己的思考和努力，提高了自己的編程能力。現(xiàn)時也使自己提高了模擬電路的知識，同時也掌握了模擬電路和單片機(jī)電路的綜合設(shè)計知識。而且在對論文撰寫的過程中也提高了自己的文字處理能力。</p><p>　　通過這次設(shè)計使自己在各方面都有所提高的同時，也發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處。比如對文章格式的更改等問題還存在著不足的地方。在以后的工作和學(xué)習(xí)中我會更加努力繼續(xù)學(xué)

30、習(xí)，爭取改善自己的不足之處，使自己成為一個對社會有用的人才。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本論文是在老師的精心指導(dǎo)下，經(jīng)過本人努力完成的。在本課題的設(shè)計過程中，不論是制定方案，軟硬件的設(shè)計，還是最后論文的編寫工作，都得到了各位老師悉心的指導(dǎo)和幫助，老師們治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度、淵博的知識，給本人留下了深刻的印象，對本人今后的工作、學(xué)習(xí)和生活產(chǎn)

31、生了深遠(yuǎn)的影響。在此，向老師們致以衷心的感謝。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 謝自美．電子線路設(shè)計·實(shí)驗(yàn)·測試（第3版）．華中科技大學(xué)出版社，2006</p><p>　　[2] 趙曉安．MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用．天津：天津大學(xué)出版社，2005，06</p>

32、<p>　　[3] 李廣第．單片機(jī)基礎(chǔ)（第3版）．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006</p><p>　　[4] 夏繼強(qiáng)．單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教程．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006</p><p>　　[5徐惠民，安德寧．單片微型計算機(jī)原理接口與應(yīng)用（第2版）．北京：北京郵電大學(xué)出版社，2005</p><p>　　[6] 周明德．微型計算機(jī)系統(tǒng)原理

33、及應(yīng)用．清華大學(xué)出版社，2006</p><p><b>　　實(shí)物圖</b></p><p><b>　　附錄一：電路原理圖</b></p><p><b>　　電路總設(shè)計圖</b></p><p><b>　　附錄二：電路印刷圖</b></p>