单片机定时器毕业设计(论文)

毕业设计

毕业设计题目：

学生学号：

学生姓名：

所在系（部）：

专业及班级：

指导教师：

完成日期：

《电气自动化》专业

毕业设计任务书

课题名称：定时系统

课题类型：模拟课题

设计的目的：

（1）定时设定由按键部分控制

（2）实现定时时间的显示

数码管显示：分（十位）分（个位）∶秒（十位）秒（个位）（3）到点响铃

（4）系统运行中可重新设定定时值

（5）最大实现99分59秒的定时

设计的任务及主要内容：

：

第一章

概述

1 任务设计

（1）定时设定由按键部分控制

（2）实现定时时间的显示

数码管显示：分（十位）分（个位）∶秒（十位）秒（个位）

（3）到点响铃

（4）系统运行中可重新设定定时值

（5）最大实现99分59秒的定时

2 总体方案

（1）设计框图

系统框图如图1

（2）设计思路

利用89C51单片机作为本系统的中控模块。上电后，按下功能键进入调时状态，通过各单元电路将按键部分设定的时间通过定时时间显示部分中的LED数码管显示出来，当时间设定完毕后再次按下按键部分的功能键，闹铃模块的蜂鸣器鸣叫0.5S以示定时器开始工作，到点实现响铃，再由按键部分关闹铃。中途可重新设置定时数值。复位部分除上电初实现复位外，其余任何时候可按键实现复位。

注：按键部分一共有4个按键，分别为功能键P3.0，秒设定键P3.1(增），分设定键P3.2（增）分设定键P3.3（减）。

3、方案论证

（1）定时部分

定时部分是本设计的核心部分。

方案：本方案完全用软件实现定时。原理为：在单片机内部存储器设两个字节分别存放时钟的分、秒信息。利用键盘部分对定时时间进行设定，由定时显示部分数码管显示，同时定时器与软件结合实现1秒定时中断，每产生一次中断，存储器内相应的秒个位减1；若秒个位减到0，则判秒十位值是否为0，若不是，则秒个位赋9，秒十位减1；分同理。该方案具有硬件电路简单的特点。

（2）闹铃器件的选择

方案：采用蜂鸣器闹铃，当到设定时间时，单片机向蜂鸣器送出高电平，蜂鸣器发生。采用蜂鸣器闹铃结构简单，控制方便。

（3）复位方式的选择

方案：采用按键电平复位,因为手动复位除了具有上电自动复位的功能外，在电路工作的时候，可随时实现复位。而上电自动复位方式只有在上电初有一次复位。电路工作期间不可实现复位，故本电路采用按键电平复位即手动复位。

（4）显示器件的选择

方案：采用共阳极LED数码管。在单片机应用系统中，如果需要显示的内容只有数码，使用LED数码管是一种较好的选择。LED数码管显示清晰、成本低廉、配置灵活，与单片机接口简单易行。LED数码管是由发光二极管作为显示字段的数码型显示器件，其中七只发光二极管分别对应a～g笔端构成“日”字形，另一只发光二极管Dp作为小数点。因此这种LED显示器称为七段数码管或八段数码管。

第二章

硬件系统设计

1、89C51的介绍

本文采用的单片机为89C51，89C51是一种低功耗、高性能的片内含有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。它的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件与工业标准的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，89C51是一种高效微控制器，89C51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。

89C51的主要性能参数：

1、与MCS-51产品指令系统完全兼容

2、4k 字节可重擦写FLASH闪速存储器

3、1000次擦写周期

4、全静态操作：0Hz—24MHz

5、三级加密程序存储器

6、128×8字节内部RAM

7、32个可编程I/O口线

8、2个16位定时/计数器

9、6个中断源

10、可编程串行URAR通道

11、低功耗空闲和掉电模式

89C51提供以下标准功能：4k 字节FLASH闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，2个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，89C51降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种可选的节电工作模式。空闲方式体制CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器体制工作并禁止其他所有不见工作直到下一个硬件复位。显示部分

单片机应用系统中使用的显示器主要有发光二极管显示器，简称LED（Light Emitting Diode）；液晶显示器LCD（Liquid Crystal Display）；近几年也有配置CRT显示器的。而目前在单片机系统中，通常用LED数码显示器来显示各种数字或符号。由于它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长的特点，因此使用非常广泛。

LED显示结构与原理

单片机中通常用七段LED构成字型“8”，另外，还有一个小数点发光二极管以显示小数位！这种显示器有共阴和共阳两种！发光二极管的阳极连在一起的（公共端）称为共阳极显示器，阴极连在一起的称为共阴极显示器。

2、89C51单片机最小系统

最小系统包括晶体振荡电路、复位开关和电源部分。图为89C51单片机的最小系统。

（1）时钟系统

时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号。芯片引脚XTAL1为输入端，引脚XTAL2为输出端，在芯片的外部通过这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，构成了一个稳定的自激振荡器。

电路中的电容C2和C3一般取30pF左右，而晶体的振荡频率范围通常是1.2MHz~12MHz，晶体振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也就快。但反过来运行速度快对存储器的速度要求就高，对印刷电路板的工艺要求也高（线间寄生电容要小）。

定时振荡器的工作可由专用寄存器PCON的PD位进行控制，把PD位置“1”，振荡器停止工作，系统进入低功耗状态。

由于一个机器周期共有12个振荡脉冲周期，因此机器周期就是振荡脉冲的十二分频。当振荡脉冲频率为12MHz时，一个机器周期为1us，当振荡脉冲频率为6MHz时，一个机器周期为2us。

（2）复位系统

复位电路的复位信号为高电平有效，其有效时间应持续24个振荡脉冲周期（即2个机

器周期）以上。

电阻R1与电容C1构成RC电路，电容C1充放电。当5V电压加上的瞬间，电容C1为正极朝上的电解电容。此刻C短路，因为电容C1不能突变，所以点A此刻也为5V，而后电压送到RST上，随着时间推移，C1充电至5V，此刻电容C1相当于断路，点A电压为0V，RST 端低电平无效。

2、电源选择

采用200W/5V直流稳压电源作为系统电源，不仅功率上可以满足系统需要，不需要更换电源，并且比较轻便，使用更加安全可靠。电路图如图3：

图3 电源电路

稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成。

整流和滤波电路：桥式整流是将交流电压变换成脉动电压。滤波电路由电容C1组成，其作用是将脉动电压中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压。

稳压电路：由于得到的输出电压受负载、输入电压和温度的影响，为了得到更为稳定电压添加了稳压电路，从而输出稳定的电压。

电源部分工作原理：220V交流电通过变压器降压，次级得到10V左右的交流电,再经过整流桥整流,7805稳压，C2、C3二次滤波消除电感效应，最后输出稳定的直流5V电压。

3、定时显示部分电路组成

定时显示部分硬件电路主要由主要由4个共阳极LED数码管，4个9012三极管，11个限流电阻及89C51的P0口和部分P3口组成。

（1）LED数码管

LED数码管光二极管共有两种连接方法：

1）共阳极接法：

把发光二极管的阳极连接在一起构成公共阴极。公共阳极接+5V。当阴极端输入低电平的段发光二极管就导通点亮，而输入高电平的则不点亮。

2）共阴极接法：

把发光二极管的阴极连接在一起构成公共阴极。使用时公共阴极接地，这样阳极端输入高电平的段发光二极管就导通点亮，而输入低电平的则不点亮。

（2）位控端

89C51中的P3.4到P3.7构成位控端，与9012的基极相连，9012的集电极与LED数码管的集电极相连。9012起到开关作用，当位控端给出高电平信号时，PNP三极管进入截止区，此刻三极管相当于断开。当位控端给出低电平信号时，PNP三极管处于饱和区，此刻三极管相当于闭合。

（3）段控端

89C51中的P0口构成段控端。与LED数码管的a~g引脚相连。结合程序中的十六进制数字形代码输出显示相应的十进制数字。

4、整体电路

系统整体电路如下：

整机工作原理:

当上电后，经复位电路自动复位，在程序运行中，也可进行手动按键复位。此刻电路中的LED数码管显示“0000”，按下一次P3.0的功能键进入调时状态，P3.1、P3.2、P3.3口分别用于设定时间。P3.4到P3.7为位控端，控制四个数码管的显示，因为每一个数码管的扫描停留时间为5ms，而肉眼在每秒扫描25次以上的显示便不能够辨别出误差，而此刻每秒扫描达到50次，故肉眼看到的显示数码管没有闪烁，以为常亮。数码管GND引脚所接的PNP起到开关作用。段控P0口根据实际需要及程序中的设定，输出相应的低电平，使对应的LED发光二极管导通点亮，得到相应的数字。而蜂鸣器的工作原理与数码管类似。

跨接XTAL1与XTAL2的晶体震荡器与电容C2、C3形成反馈电路，构成自激震荡器。因为采用12MHz的晶震，那么一个机器周期就为1us，单片机内部的计数器在每个机器周期产生一个记数脉冲。根据这样的原理便可达到定时功能，在程序中应用，实现本课题要求的定时作用。