智能倒计时器课程设计

毕业设计（论文）
（2010届）
题目智能倒计时器的设计
指导教师
院系机械电子与建筑工程学院
智能倒计时器的设计
院系：机械电子与建筑工程学院班级：指导老师：姓名：
4．1 硬件设计
本电路设计以AT89S51单片机为系统核心，通过对AT89S51的编程加上一些外围电路来完成所要求的所有功能，电路的原理框图如图1所示。

该图包括单片机时钟电路、单片机复位电路、控制电路、显示电路、报警电路和单片机等6个部分。

图1 基于单片机的设计参考方案框图
4．1．1主要单元电路设计
1.AT89S51单片机电路设计
AT89系列单片机是美国ATMEL公司继承INTEL公司80C31的核心技术并和自身先进的闪电存储器（FLASH MEMORY）技术相结合而产生的FLASH单片机系列。

它是一种低功耗、高性能、内含4K/8K字节闪电存储器、用CHMOS工艺制作的8位单片机。

AT89S51是ATMEL公司的产品，它具有8位CPU，4个I/O口，32根I/O口线，两个16位的定时器/计数器，五个中断源，两个优先级等特点。

1．主要特性
与MCS-51 兼容
4K字节可编程闪烁存储器
寿命：1000写/擦循环
数据保留时间：10年
全静态工作：0Hz-24Hz
三级程序存储器锁定
128*8位内部RAM
32可编程I/O线
两个16位定时器/计数器，5个中断源
可编程串行通道
低功耗的闲置和掉电模式
片内振荡器和时钟电路
2．管脚说明
VCC：供电电压。

GND：接地。

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口作为第八位地址接收。

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。

RST：复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：来自反向振荡器的输出。

AT89S51单片机外围电路设计
（1）单片机振荡电路
单片机振荡电路的作用是产生单片机工作所需要的时钟信号，单片机本身就是一个复杂的同步时序电路，为了保护同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信
号控制下严格地按时序进行工作。

而时序所研究的则是指令执行中各信号之间的相
互时间关系。

1）时钟信号的产生
如图2所示，此图为单片机时钟信号的产生电路。

电路中的两个电容取30pF，振荡电路中的晶振的频率为11.0592MHz。

2）引入外部脉冲信号
在由多片单片机组成的系统中，为了各单片机之间时钟信号的同步，应当引入唯一的公用外部脉冲信号作为各单片机的振荡脉冲。

图2振荡电路
（2）单片机复位电路
在单片机应用系统工作时，除了进入系统正常的初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键进行重新启
动。

复位电路是通过外部电路实现的，在时钟电路工作后，只要在单片机的RST引脚上出现24个时钟振荡脉冲以上的高电平，单片机便实现复位。

复位电路采用上电自动复位；
当采用11.0592MHz晶振时，C为22uF，R为1KΩ时，断电后上电便能自动复位。

如图：
2．显示电路的设计与分析
在显示电路的设计中，利用了多位Led显示驱动器MAX7219进行动态显示，max7219是美国MAXIM公司推出的三线串行8位LED显示驱动器,具有多种显示（可控）方式。

其管脚说明与单片机接口电路如图4-1所示。

由AT89S51的P2.0到.P2.2口输出至MAX7219芯片来控制数码管显示及点亮方式。

该电路为动态显示方式，每个数码管轮流点亮1ms，有良好的视觉效果极显示的同步性及可靠性。

图4-1 MAX7219的管脚说明与显示电路
各引脚的功能为：
DIN：串行数据输入端
DOUT：串行数据输出端，用于级连扩展
LOAD：装载数据输入
CLK：串行时钟输入
DIG0~DIG7：8位LED位选线，从共阴极LED中吸入电流
SEG A~SEG G DP 7段驱动和小数点驱动
ISET：通过一个10k电阻和Vcc相连，设置段电流
V+：正电源
GND：地
如图，工作时,MAX7219规定一次接收16位数据，在接收的16位数据中：D15~D12可以与操作无关，可以任意写入，D11~D8决定所选通的内部寄存器地址，D7~D0为待显示数据或是初始化
控制字。

在CLK脉冲作用下，DIN的数据以串行方式依次移入内部16位寄存器，然后在一个LOAD上升沿作用下，锁存到内部的寄存器中。

注意在接收时，先接收最高位D16，最后是D0，因此，在程序发送时必须先送高位数据，在循环移位。

工作时序图见图7。

由于51是8位单片机故需要分两次来送数据。

图7 数据读写时序
MAX7219与单片机的连接只需要3条线：LOAD（CS）片选引脚、CLK串行时钟引脚、DIN 串行数据引脚。

时间倒计时电路的硬件工作原理是：单片机（AT89S51）控制MAX7219芯片来控制显示数码管的倒计时时间。

MAX7219的a~~h端口来控制倒计时时间，DIG3端口控制右边数码管上的十位，DIG2端口控制右边数码管上的个位，DIG1端口控制左边数码管上的十位，DIG0端口控制左边数码管上的个位。

DIG 0～7端口输入高电位时工作，输入低电位时不工作，显示电路框图如图4-2所示。

图4-2 显示电路图
3．按键控制电路设计
该部分电路主要起人机操作，该电路按键控制部分的电路接线图如图4-3所示：
图4-3 按键部分接线图
当按S3时可实现设定要倒计时的天数及时间，对S3按一下时，是对第十位的天数设置参数，接着按下S1，调整天数的十位数的0—9间的值，按下S2时是返回设备正常动作状态。

如果想设置个位数的天数时，按下S3键时，在没有按返回键S2时，再按一下就可以对个位数的天数设置。

其余设置与上述步骤一样。

4.LED显示器的设计
LED显示器有共阴和共阳两种接法。

当选共阴极接法的LED显示器时，所有发光二极管的阴极连在一起接地，当某个发光二极管的阳极加入高电平时，对应的二极管点亮，加入低电平对应的二极管熄灭。

LED（Light Emitting Diode）是发光二极管的缩写，通常所说的LED显示器是由七个发光二极管组成，按“日”字形排列，也称七段LED显示器。

此外，显示器中还有一个圆点型的发光二极管，表示小数点，图中以dp表示。

LED数码显示器的字形（段）码表如表1所列：
表1 LED数码显示器的字形（段）码表
显示字形
字形码
（共阳极）
字形码
（共阴极）
显示字形
字形码
（共阳极）
字形码
（共阴极）
0 C0H 3FH 9 90H 6FH
1 F9H06H A 88H 77H
2 A4H5BH B 83H 7CH
3 B0H4FH C C6H 39H
4 99H66H D A1H 5EH
5 92H 6DH E 86H 79H
6 82H 7DH F 8RH 71H
7 F8H 07H 熄灭FFH 00H
8 80H 7FH
系统选用共阴极的LED显示器，所有发光二极管的阴极连在一起接低电平，当某个发光二极管的阳极加到高电平时，对应的二极管点亮，而加低电平的则不亮。

4．2 软件设计
系统的软件设计采用汇编语言，对单片机进行编程实现各项功能。

程序是在WINDOWS XP环境下采用keil软件编写的，并在Proteus仿真软件中仿真的。

4．2．1 主程序的设计
主程序首先对片内RAM地址单元进行初始化定义，初始化完后调用显示子程序，实现对数码的显示，接着开启中断与定时器，来完成系统的各项功能。

程序的具体流程图如图5所示。

图5 主程序流程图
4
4．3．3 硬件安装与调试
在硬件安装于调试过程中总体来讲还算顺利，在布线工作都完成的情况，把编写好的程序通过烧录器把程序烧入到AT89S51芯片中，最后把芯片插入已焊好的芯片槽。

通电时发现系统的显示电路显示乱码。

问题进行分析可以确定为两个方面。

1．单片机的复位电路部分没有接好，单片机不工作；2．系统的软件编写可能I/O 口与接好的硬件电路的口不一致。

经过我的再三检查，后面发现原来把单片机的P1口当成了单片机的P2口接了啊，因此单片机工作时，P1口输出全部为高电平，因此硬件运行时，出现全部点亮。

经过更改硬件电路后，再接通电源，硬件设备能正常运行。

5 总结评价
在这次独立设计和制作的过程中使我提高了各方面的能力，当在对单片机编程的时候，通过自己的思考和努力，提高了自己的编程能力。

现时也使自己提高了模拟电路的知识，同时也掌握了模拟电路和单片机电路的综合设计知识。

而且在对论文撰写的过程中也提高了自己的文字处理能力。

通过这次设计使自己在各方面都有所提高的同时，也发现了自己的不足之处。

比如对文章格式的更改等问题还存在着不足的地方。

在以后的工作和学习中我会更加努力继续学习，争取改善自己的不足之处，使自己成为一个对社会有用的人才。

致谢
本论文是在老师的精心指导下，经过本人努力完成的。

在本课题的设计过程中，不论是制定方案，软硬件的设计，还是最后论文的编写工作，都得到了各位老师悉心的指导和帮助，老师们治学严谨的态度、渊博的知识，给本人留下了深刻的印象，对本人今后的工作、学习和生活产生了深远的影响。

在此，向老师们致以衷心的感谢。

参考文献
[1] 谢自美．电子线路设计·实验·测试（第3版）．华中科技大学出版社，2006
[2] 赵晓安．MCS-51单片机原理及应用．天津：天津大学出版社，2005，06
[3] 李广第．单片机基础（第3版）．北京：北京航空航天大学出版社，2006
[4] 夏继强．单片机实验与实践教程．北京：北京航空航天大学出版社，2006
[5徐惠民，安德宁．单片微型计算机原理接口与应用（第2版）．北京：北京邮电大学出版社，2005
[6] 周明德．微型计算机系统原理及应用．清华大学出版社，2006
实物图
附录一：电路原理图
电路总设计图
附录二：电路印刷图
PCB版图
附录三：元器件清单
名称数量规格
1k1电阻
10k 5 电阻
33pF2瓷片电容10uf/50v1电解电容22uf/50v1电解电容显示驱动器1MAX7219 CPU1AT89S51 12pin Ic座2插数码管用40pin Ic座1插AT89S51用11．0592 M1晶振
4位数码管2共阴按键4
通用电路板1
蜂鸣器1
附录三：单片机源程序。