1、塔里木大学信息工程学院课程设计2017 届课程设计单片机与外围电路设计课程设计论文学生姓名 杨静 学 号 5011213318 所属学院 信息工程学院 专 业 计算机科学与技术 班 级 计算机 17-3 指导教师 施明登 教师职称 讲师 塔里木大学教务处制目录塔里木大学信息工程学院课程设计前言 .11 项目概述和要求 .21.1 设计要求 .21.2 设计方案 .22 系统硬件电路设计 .32.1 主控制器 AT89S51 单片机 .32.2 显示电路 LED 数码管 .33 系统分析与设计 .33.1 原理图 .33.2 单片机应用系统说明（单片机介绍及最小系统说明） .43.3 显示电路
2、.63.4 输入电路 .74 数据元件表 .75 程序设计 .85.1 流程图 .86 系统的仿真与调试 .96.1 硬件调试 .96.2 软件调试 .106.3 软硬件调试 .107 总结 .10致谢 .11参考文献 .12附录 A c 语言程序及注释 .13附录 B 汇编程序及注释 .17塔里木大学信息工程学院课程设计第 1 页 共 23 页前言21 世纪，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，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋
3、势将是进一步向着 CMOS 化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。单片机应用的重要意义还在于它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它给人带来的方便也是不可置否的，人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。本设计利用 AT89C51 单片机结合字符型 LED 显示器设计一个简易的倒数计数器，可用来煮方便面、煮
4、开水或小睡片刻等。做一小段时间倒计数，当倒计数为 0 时，则发出一段音乐声响，通知倒计数终了，该做应当做的事。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。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，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。随着科学技术的进步和社会的发展，人类所接触的信息也在不断增加并且日益复杂。面对浩如烟海的信息，人们已经能够利用计算机等工具高效准确地对之进行处理，但要想将处理完的信息及时，清晰
5、地传递给别人，还必须通过寻求更加卓越的显示技术来实现。单片机技术与液晶显示技术的结合，使信息传输交流向着智能可视化方向迅速发展。塔里木大学信息工程学院课程设计第 2 页 共 23 页1 项目概述和要求1.1 设计要求利用数字AT89C51单片机实现倒数计数器的功能，设定时间后在LED数码管上显示相应的时间。其功能和性能指标如下: 字符型四位 LED 显示器，显示格式为“ 分分：秒秒” 。 用 4 个按键操作来设置当前想要倒计数的时间。 一旦按下键则开始倒计数，当计数为 0 时，发出一阵音乐声。 程序执行后工作指示灯 LED 点亮，表示程序开始执行，按下操作键 K1K4 动作如下： K1-可调整
6、倒计数的时间 160 分钟。 K2-设置倒计数的时间为 5 分钟，显示“0500” 。 K3-设置倒计数的时间为 10 分钟，显示“1000” 。 K4-设置倒计数的时间为 20 分钟，显示“2000” 复位后 LED 的画面应能显示倒计时的分钟和秒数，此时按 K1 键，则在 LCD 上显示出设置画面。此时，若： 按 K2 键-增加倒计数的时间 1 分钟。 按 K3 键-减少倒计数的时间 1 分钟。 按 K4 键-设置完成。1.2 设计方案音乐倒数计数器所倒数的时间由数字显示，控制器使用单片机 AT89C51。本设计基于单片机技术原理，以单片机芯片 AT89C51 作为核心控制器，通过硬件电路
7、的制作以及软件程序的编制，设计制作出一个计数器，包括以下功能：输出时间，按下键就开始计时，并将时间显示在 LED 显示器上。当倒计数为 0 时，蜂鸣器就发出音乐声响等等。该计数器系统主要由计数器模块、LED 显示器模块、蜂鸣器模块、键盘模块、复位模块等部分组成。总体设计方框图如图 1-1 所示。图 1-1 总体设计方框图复位电路键盘AT89C51LED蜂鸣器塔里木大学信息工程学院课程设计第 3 页 共 23 页2 系统硬件电路设计2.1主控制器AT89S51单片机AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasa
8、ble Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。AT89C2051 是一种带 2K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。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 AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051 是它的一种精简版本。AT89C 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。 与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器
9、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 2.2 显示电路LED 数码管采用静态显示，静态显示是指 LED 显示某一屏字符时，时钟保持当前字符的显示，不使用移屏显示。便于控制，同时能够满足正常的显示效果。由于在显示中存在播放时间的动态变化，这样的话，即使是不产生整屏移动，也能给人动态感，也易于控制。3 系统分析与设计3.1 原理图图 1-1 为音乐倒数计时器原理图，由复位电路，晶振电路，显示电路，
10、输入电路组成，K1，K2，K3 为设置时间开关，K4 为确认开关，进行设置，确认后倒计时开始，LED 灯亮，时间到后发出音乐提醒。塔里木大学信息工程学院课程设计第 4 页 共 23 页3-1音乐倒数计时器原理图3.2 单片机应用系统说明（单片机介绍及最小系统说明） 51 系列单片机由 CPU、存储器、并行 I/O 口、 定时/计数器、串行口及中断系统等组成，其各组成 部分通过内部三总线相连。 (1)中央处理器（CPU） 中央处理器是整个单片机的核心部件，是 8 位 数据处理器，能处理8 位二进制数据或代码，CPU 负责控制、指挥和调度整个单片机系统协调工作， 完成运算和控制功能等操作。(2)
11、数据存储器（内部 RAM） 89C51/89S51 内部有 256B RAM，其中包含 128B 用户数据存储单元(地址为 00H7FH)和 128B 特殊功能寄存器单元(地址为 0HFFH)，它们是统 一编址的。特殊功能寄存器只能用于存放控制指令数据，而不能用于存放用户数据。所以用户能使用 的 RAM 只有 128B，可存放读写的数据和运算的中 间结果等。（3）程序存储器（内部 ROM） 89C51/89S51 内部有 4KB Flash 存储器 (89C52/89S52 有 8KB)，程序存储器用于存放用户 程序和原始数据等。（4）定时/计数器 89C51/89S51 有 2 个 16 位
12、的可编程定时/计数器 T0 和 T1(89C52/89S52有 3 个，除 T0、T1 以外，还 有一个定时/计数器 T2)，实现定时或计数功能。（5）并行输入/输出(I/O)口 51 系列单片机有 4 个 8 位并行 I/O 口(P0、 P1、 P2 和 P3)，用于单片机与外部设备之间的数据并行 输入/输出。 （6）串行口 51 系列单片机内置一个全双工异步串行通信口， 用于单片机与其他具有相应接口的设备之间的异步 串行数据传送。单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器 CPU 随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中断系统、定
13、时器/计时器等功能（可能塔里木大学信息工程学院课程设计第 5 页 共 23 页还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对 51 系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位电路。对 51 系列单片机来说,单片机+晶振电路+复位电路,便组成了一个最小系统.但是一般我们在设计中总是喜欢把按键输入、显示输出等加到上述电路中,成为小系统。应用 89C51（52）单片机设计并制作一个单片机最小系统，达到如下基本要求：（1）具
14、有上电复位和手动复位功能。（2）使用单片机片内程序存储器。（3）具有基本的人机交互接口。按键输入、LED 显示功能。（4）具有一定的可扩展性，单片机 I/O 口可方便地与其他电路板连接。单片机系统正常工作的保证，如果振荡器不起振，系统将会不能工作；假如振荡器运行不规律，系统执行程序的时候就会出现时间上的误差，这在通信中会体现的很明显：电路将无法通信。他是由一个晶振和两个瓷片电容组成的，x1 和 x2 分别接单片机的 x1 和 x2，晶振和瓷片电容是没有正负的，注意两个瓷片电容相连的那端一定要接地。 给单片机一个复位信号（一个一定时间的低电平）使程序从头开始执行；一般有两中复位方式：上电复位，在
15、系统一上电时利用电容两端电压不能突变的原理给系统一个短时的低电平；手动复位，同过按钮接通低电平给系统复位，这时如果手按着一直不放，系统将一直复位，不能正常工作。塔里木大学信息工程学院课程设计第 6 页 共 23 页3-2 单片机晶振电路与复位电路图 3-2 为晶振电路与复位电路，又称单片机最小电路3.3 显示电路3-3显示电路图 3-3 为显示电路，显示电路由单片机和一个共阳 4 段数码管组成，P1 为输入口，P2 口为片选口。塔里木大学信息工程学院课程设计第 7 页 共 23 页3.4 输入电路3-4输入电路图图 3-4 为输入电路，上电 K2，K3,K4 为时间设置，K1 为确定，确定后
16、K2，K3 为微调，K4 为确认，设置阶段 LED 灯灭，开始后亮，倒计时结束后又蜂鸣器输出音乐。4 数据元件表数据元件表 4-1元件名称 元件个数单片机 AT89C51 1开关 5470R 电阻 110K 电阻 1塔里木大学信息工程学院课程设计第 8 页 共 23 页蜂鸣器 1共阳四段 数码管 1LED 灯 1石英晶体振荡器 1电解电容 1原片电容 25 程序设计5.1 流程图上电后进行第一次设置，K2 为 5 分钟，K3 为 10 分钟，K4 为 20 分钟，K1 为确定，按下 K1后进行 2 次设定 K2 为加 1 分钟，K3 为减 1 分钟，K4 为确定，确定后开始倒计时，期间按任何开关无效，时间到蜂鸣器发出音乐，按下复位键结束再次设置。如图 5-1 所示。蜂 鸣 器 发 声初 始 化调 整 计 数 器 值扫 描 键 盘扫 描 计 数 器按 键 是 否 有 按下 ？计 数 值 是 否 为 0 ？开 始结 束L C D 显 示 计 数 值计 数 器 停 止 倒 计 数是 是否否扫 描 复 位 电 路复 位 ？是否5-1流程图
