单片机定时器设计报告

单片机技术课程设计第1页共20页第一章绪论1.1系统背景1.1.1单片机的介绍单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器，常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。单片机是靠程序运行的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板！但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！1.1.2单片机的应用目前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。更不用说单片机技术课程设计第2页共20页自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域1.2多功能家用定时器1.2.1多功能家用定时器的概述人类最早使用的定时工具是沙漏或水漏，但在钟表诞生发展成熟之后，人们开始尝试使用这种全新的计时工具来改进定时器，达到准确控制时间的目的。1876年，英国外科医生索加取得一项定时装置的专利，用来控制煤气街灯的开关。它利用机械钟带动开关来控制煤气阀门。定时器确实是一项了不起的发明，使相当多需要人控制时间的工作变得简单了许多，家用电器都安装了定时器来控制开关或工作时间。1.2.2多功能家用定时器的功能与实现步骤1.能够调整数字钟、定时开启、关闭时间的显示当时间分别显示小时、分钟状态时，按11键，实现将当前显示的小时或分钟减1；按12键时，实现将当前显示的小时或分钟加1。2.能过实现三路定时通过按10键来选择显示的时间。从而实现三路定时的开启与关闭，实现三路定时功能。3.既能够实现按键输值，也可用加减键来对其调时当在小时状态时，不管是在数字钟还是定时状态，都可以通过按键来对其调时，同时此时如果觉得时间按错还可以通过加减键进行调整时间。4.能够时间倒计时的秒表功能当一开始接通是，显示的是60秒倒计时功能，这一功能有助于对准确时间更好的把握。5.能够显示今天心情当在时钟状态时，按加减键，可显示出今天心情。如果按减号键时，显示sad，并且LED灯全灭；如果按加号键时，显示fine，并且灯全亮。单片机技术课程设计第3页共20页第二章系统电路设计2.1系统总体设计框架结构总体结构图如下：图2.1总体结构图按键输入电路：对定时器输入定时时间、时钟时间，并对其调整。时钟电路：给单片机一个时钟信号，让其工作。复位电路：使单片机为初始状态，并从初态开始工作。LED显示电路：表明定时器的工作状态。数码管显示电路：显示数字钟时间或定时时间或心情。继电器电路：是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。2.2系统硬件单元电路设计2.2.1时钟电路设计时钟电路对单片机是不可缺的，单片机的每个功能都要以时钟电路为基础工作。单片机内部自带一个时钟电路，外部接入定时控制元件即可构成一个稳定的自激振荡器。其中机器周期共有12个振荡脉冲周期，因此，机器周期是时钟周期的12倍。本实验中时钟电路中使用的晶体是12MHz，则时钟周期为(1/12)us，机器周期为1us。实验图如下：单片机按键输入电路时钟电路复位电路蜂鸣器电路数码管显示电路继电器电路LED显示电路单片机技术课程设计第4页共20页时钟电路图:图2.2时钟电路图2.2.2复位电路设计复位操作有上电自动复位、按键电平复位和外部脉冲复位三钟方式，本次实验用的是按键电平复位，利用电容的充放电公式来选择所需的电容、电阻，能保证复位信号高电平持续时间大于2个机器周期。电路图如下:复位电路图：图2.2按键电平复位2.2.3按键电路设计本课题要用数码管显示数字钟、定时时间。这就需要键盘来设定，键盘可以分为独立连接式和矩阵式。本实验用的是矩阵式。为了减少所以的I/O口，利用三——八译码器来实现12个键盘的连接。对于这种矩阵式的键盘连接，扫描时依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它都线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键单片机技术课程设计第5页共20页就是闭合的按键。注意在按键时一定要调延时子程序来消除抖动。矩阵式键盘如下所示：按键电路图：SHIFT10112233+11445566-12778899L1L1L1L1L1L1L0L0L0L0L0L0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y0Y1Y2Y3Y4Y5图2.3按键电路2.2.4LED显示电路设计本次实验中要用发光二极管显示状态。由下图知发光二极管阴极以经接地，当其阳极为高电平时，二极管就发光显示所处状态。LED显示电路图：P1.1R32kQ29013D3LEDL1L3R62kR72kR102kD5LEDD6LEDD7LEDQ49013Q59013Q69013P1.4P1.5P1.6L4L5P1.2R42kQ39013D4LEDR82kD2LEDQ79013P1.3L2L6R92kD8LEDQ89013P1.7L7图2.4LED显示电路图2.2.5数码管显示电路设计实验中所用的数码管为共阴极数码管，当给其引脚加入高电平时，数码管中对应的那一段就亮。图2.6为外部显示图，其内部结构如下：单片机技术课程设计第6页共20页图2.5共阴极数码管内部结构图2.6共阴极数码管显示2.2.6继电器电路设计继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。单片机技术课程设计第7页共20页图2.7继电器电路2.3系统硬件总电路总电路图由时钟电路、复位电路、继电器电路、键盘电路、LED显示电路、数码管显示电路组成来实现定时功能。其中四个数码管为共阴极的数码管。74LS138为3—8译码器，74LS07为输出缓冲器，74LS00为与非门，7805为三端稳压器，电容的作用基本都是滤波来减少噪声对实验的影响。电路图如下：VCCVCCVCCVCCY0Y1Y2Y3Y0Y1Y2F3VCCViVCCRSTRSTP1.0P1.0P1.1P1.1P1.2P1.2VCCVCCVCCP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RSTP3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7XTAL2XTAL1O1O2O3O4O5O6O7P0.7ALE/PSENP2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7XTAL1XTAL2P3.0ALE/PSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.1P2.0P2.2P2.1P2.0O1O2O3O4O5O6O7Y0Y1Y2Y3Y4Y5F0F1F2Y3VCCO1O2O3O4O5O6O7O1O2O3O4O5O6O7O1O2O3O4O5O6O7O1O2O3O4O5O6O7F1F3F0F2P3.3P2.1P2.0VCCVCC1234567891011121314151617181920J3CON201234567891011121314151617181920J4CON20A11B12Y13A24B25Y26GND7Y38B39A310Y411B412A413VCC14JP174LS00A1B2C3/G2A4/G2B5G16Y77GND8Y69Y510Y411Y312Y213Y114Y015VCC16JP474LM138P1.01P0.138P1.12P0.237P1.23P0.336P1.34P0.435P1.45P0.534P1.56P0.633P1.67P0.732P1.78/EA31RST9ALE30P3.010/PSEN29P3.111P2.728P3.212P2.627P3.313P0.039P3.414P2.526P3.515VCC40P3.616P2.425P3.717P2.324XTAL218P2.223XTAL119P2.122VSS20P2.021JP289S5112J5CON2C120pfC220pfC30.ufC40.1ufC60.1ufC70.1ufC80.1ufC910ufC1010ufRSTSW-PBS1SW-PBS2SW-PBS3SW-PBS4SW-PBS5SW-PBS6SW-PBS7SW-PBS8SW-PBS9SW-PBS10SW-PBS11SW-PBS12SW-PBR210KR32kR42kR12kQ19013Q29013Q39013Y112MK1RELAY-SPDT12345678J10.33KabfcgdeDPY1234567edcomcdpba8comdpf9g10DS1DPY_7-SEG_DPabfcgdeDPY1234567edcomcdpba8comdpf9g10DS3DPY_7-SEG_DPabfcgdeDPY1234567edcomcdpba8comdpf9g10DS4DPY_7-SEG_DPabfcgdeDPY1234567edcomcdpba8comdpf9g10DS2DPY_7-SEG_DPA11Y12A23Y24A35Y36GND7Y48A49Y510A511Y612A613VCC14JP574LS07123J6CON3R50.33kVCCY4Y5D1LEDR62kR72kR82kR92kR102kD2LEDD3LEDD4LEDD5LEDD6LEDD7LEDD8LED12345678J71kQ49013Q59013Q69013Q79013Q89013P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7L1L2L3L4L5L6L7L1L2L3L4L5L6L7VCCVin1GND2Vout3U17805ViP0.7P0.7D9DIODE图2.8总电路图第三章系统软件设计3.1系统软件流程图3.1.1主程序流程图单片机技术课程设计第8页共20页主程序在执行时，通过单片机内部中断对程序不断的扫描判断、刷新显示，当有键按下时，将数字钟中的时间与定时时间相比较，然后根据比较程序显示状态，并且还要延时消除抖动，之后进行按键处理，从而显示不同的状态，如此周期循环。3.1.2子程序流程图1.延时子程序流程图开始x--x=0t=0t120t++ENDY开始初始化、允许中断、方式1刷新缓冲区LED显示是否有键按下比较时间延时按键处理单片机技术课程设计第9页共20页此延时子程序在实验中被主程序调用，当有按键按下时，调用此程序可以达到消除振动的作用，避免发光二极管一直闪烁，此程序延时时间不能太短