60秒倒计时器-单片机课程设计报告

机电工程学院课程设计报告书

题目:制作60秒倒计时器

专业：机电一体化

班级：机电10307 学号： 10023582 学生姓名：张洋

指导教师：黎老师

2012 年12月12

一、设计要求：

由单片机接收小键盘阵列设定倒计时时间，倒计时的范围最大为60分钟，由LED 显示模块显示剩余时间，显示格式为 XX（分）：XX（秒）.X，精确到0.1s的整数倍。倒计时到，由蜂鸣器发出报警。绘制系统硬件接线图，并进行系统仿真和实验。画出程序流程图并编写程序实现系统功能。

二、设计的作用目的：

此次设计是我们更进一步了解基本电路的设计流程，提高自己的设计理念，丰富自己的理论知识，巩固所学知识，使自己的动手动脑能力有更进一步提高，为自己今后的学习和工作打好基础，为自己的专业技能打好基础。通过解决实际问题，巩固和加深“单片机原理与应用”课程中所学的理论知识和实验能力，基本掌握单片机应用电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力，加深对单片机软硬知识的理解，获得初步的应用经验，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。本次设计注重对单片机工作原理以及键盘控制及显示原理的理解，以便今后自己在单片机领域的学习和开发打下基础，提高自己的动手能力和设计能力，培养创新能力，丰富自己的理论知识，做到理论和实践相结合。本次设计的重要意义还在于对单片机的内部结构和工作状态做更进一步的了解，同时还对单片机的接口技术，中断技术，存储方式和控制方式作更深层次的了解。

三、具体设计：

1.问题分析：

在电子技术飞速发展的今天，电子产品的人性化和智能化已经非常成熟，其发展前景仍然不可估量。如今的人们需求的是一种能给自己带来方便的电子产品，当然最好是人性化和智能化的，如何能做到智能化呢？单片机的引入就是一个很好的例子。单片机又称单片微型计算机，也称为微控制器，是微型计算机的一个重要分支，单片机是20世纪70年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯片，是集CPU，RAM，ROM，I/O接口和中断系统于同一硅片上的器件。单片机的诞生标志着计算机正式形成了通过计算机系统和嵌入式计算机系统两个分支。目前单片机已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。单片机已在广阔的计算机应用领域中表现得淋漓尽致电器因此，单片机已成为电子类工作者必须掌握的专业技术之一。单片机就是一个微型中央处理器，通过编程即能完成很多智能化的工作，因此它的出现给电子技术智能化和微型化起到了很大的推动作用。

本设计将采用89C51单片机，89C51单片机是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机自带5个中断，两个16位定时器32个I/O口，可擦除只读存储器可以反复擦除多次，功能相当强大。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器。89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

面对如此功能强大的单片机，结合本次设计要求，应该要用到单片机的内部时钟电路以及外围的显示接口电路和报警电路。

对与时钟，它有两方面的含义：一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间，它通常有两种实现方法：一是用软件实现，即用单片机内部的可编程定时/计数器来实现，但误差很大，主要用在对时间精度要求不高的场合；二是用专门的时钟芯片实现，在对时间精度要求很高的情况下，通常采用这种方法。

在显示方面，有着多种选择，但是8段LED数码管足以满足此次设计的要求了。LED 数码显示器是一种有LED发光二极管组合显示字符的显示器件。它使用了8个LED发光二极管，其中7个用于显示字符，一个用于显示小数点，故通常称之为8段发光二极管数码器。

其内部结构如下图（a）所示：

LED数码显示器有如下两种连接方法：

共阳极接法：把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极，使用时公共阳极接+5V，每个发光二极管的阴极通过电阻与输入端相连。

共阴极接法：把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极，使用时公共阴极接地。每个发

光二极管的阳极通过电阻与输入端相连。

蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。在单片机应用的设计上，很多方案都会用到蜂鸣器，大部分都是使用蜂鸣器来做提示或报警，比如按键按下、开始工作、工作结束或是故障等等。由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于单片机的I/O 口无法直接驱动，所以要利用放大电路来驱动，一般使用三极管来放大电流。本设计采用p3.0口和三极管组成的电路来驱动蜂鸣器。

2.总体设计思想：

本设计是基于AT89C51单片机的键盘控制及显示电路设计，从系统的设计功能上看，系统可分为两大部分，即键盘输入控制部分和显示部分，对于每一个部分都有不同的设计方案，起初我对键盘和显示每个都拟订了下面两种方案：

键盘部分：

第一种方案：采用扫描键盘，可以用普通按键构成4×4矩阵键盘，直接接到AT89C51单片机的P1口，高四位作为行，低四位作为列，通过软件完成键盘的扫描和定位。这种方式相对下面的独立式键盘节省了很多的I/O口。

第二种方案：键盘控制采用独立式按键，每个按键的一端均接地，另一端直接和P1口相连，在按键和P1口之间通过10K电阻与+5V电源相连。键盘通过检测输入线的电平状态就可以很容易地判断哪个键被按下了，这种方法操作速度高而且软件结构很简单，比较适合按键较少或操作速度较高的场合，这种独立式接口的应用很普遍。

显示部分：

第一种方案：显示部分采用静态显示方法，所谓静态显示，就是每一个显示器都要占用一个独立的具有锁存功能的接口用于存储字形码。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路，从而输送至各数码管显示。被显示的数据只要输出一次，直到要显示新的数据时，再发送新的字形码。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O 端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×8＝40根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。

第二种方案：显示部分采用动态显示。数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同