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毕业设计1
毕业设计(论文)
课题名称数字语音倒计时器
学生姓名赵红宝
学号0640842055
系、年级专业信息系、06电子信息工程
指导教师李菲
职称讲师
年月日
摘要(修改)
近年来随着计算机在社会领域的渗透,单片机的应用正在不断地走向深入,同时带动传统控制检测日新月异更新,在实时检测和自动控制的单片机应用系统中,单片机往往是作为一个核心部件来使用,仅单片机方面知识是不够的,还应根据详细硬件结构,以及针对详细应用对象特点的软件结合,以作完善。
本系统由单片机系统、矩阵式键盘、蜂鸣器和LED数码管显示系统组成。
装置利用AT89C51单片机与74LS245驱动器驱动LED数码管显示。
通过按键控制设定倒计时时间,再通过中断控制系统开始倒计时。
当倒计时时间到时,由P1.4口驱动蜂鸣器发声报警。
为了简化电路,降低成本,采用以软件为主的的接口方法。
该系统实用、功能灵活多样,可以对计时时间进行实时控制,可以广泛的应用于各种场所的控制设备。
【关键词】单片机;LED数码管显示器;倒计时;报警
Abstract
Inrecentyears,withthecomputerpenetrationinthesocialfield,theapplicationofSCMtrendsareatthesametime,changingtraditionalcontrolupdatedetection.Inreal-timecontrolandautomationapplicationsofsingle-chip,single-chipisoftenacorecomponenttouseonlysingle-chipisnotenoughknowledge,butalsothespecifichardwarestructureandapplicationofobject-specificcharacteristicssoftwaretomakeperfect.
Thesystemconsistsofsingle-chipsystems,matrixkeyboard,buzzerandLEDdigitaldisplaysystem.AT89C51single-chipdevicesusing74LS245drivesanddigitalLEDdisplaydriver.Buttoncontrolsettingsthroughthecountdowntime,andthencontrolthesystemthroughthedisruptionofthecountdown.WhenthecountdowntimetowhenIdrivebyP1.4audiblealarmbuzzer.Tosimplifythecircuit,reducecosts,theuseofsoftware-basedinterfacemethods.
Thesystemispractical,flexibleanddiversefeaturescanbetime-timeforreal-timecontrolcanbewidelyusedinvariousplacesofthecontrolequipment.
【Keywords】single-chipmicrocomputer;LEDdigitaltubedisplay;countdown;alarm
第1章绪论
1.1课题研究的意义
近代人越来越习惯用逆向思维去打量时间,因此创造出“倒计时”的一种计时模式。
使用倒计时,可以让用户清楚地了解离特定事件还剩余多少时间,因此在抢答系统、在线考试系统、节日倒计时等应用中都使用到倒计时。
在生活和生产的各领域中,凡是有自动控制要求的地方都会有单片机的身影出现;从简单到复杂,凡是能想像到的地方几乎都有使用单片的需求。
现在尽管单片机的应用已经很普遍了,但仍有许多可以用单片机控制而尚未实现的项目,因此,单片机的应用大有想像和拓展空间。
单片机的应用有利于产品的小型化、多功能化和智能化,有助于提高劳动效率,减轻劳动强度,提高产品质量,改善劳动环境,减少能源和材料消耗,保证安全等。
但是,单片机应用的意义绝不仅限于它的广阔范围以及所带来的经济效益上,更重要的意义还在于:
单片机的应用正从根本上改变着传统的控制系统设计思想和设计方法。
从前必须有模拟电路或数字电路实现的大部分功能,现在已能使用单片机通过软件(编程序)方法实现了。
这种以软件取代硬件并提高系统性能的控制系统“软化”技术,称之为微控制技术。
微控制技术是一种全新的概念,是对传统控制技术的一次革命。
随着单片机应用的推广普及,微控制技术必将不断发展、日益完善和更加充实。
倒计时器就是体现上述一些功能的电子产品。
用单片机设计倒计时器,它的循环计时功能适用于周期性开关控制,即开和关两个时段的无限循环控制,且计时范围大、走时准确、操作方便,还适用于工业烘干、老化、干燥、生化检验、各种设备自动开关、电饭锅、定时给水、冲水、通风、加温、育苗、浇灌等等,所以基于单片机的倒计时器在人们的日常生活中起到了至关重要的作用。
本课题开发的意义在于它既节省了硬件成本,又能实现多功能。
既可做倒计时秒表,又可进行定时,还可以通过扩展完成其他功能,而且功能的相互转换也十分简单。
对于厂商,有很大的挖掘潜在价值的空间;对于消费者,也有很大的吸引力。
1.2设计要求
本文设计的倒计时器应满足下面几个具体要求:
(1)以MCGS-51系列单片机为核心器件,组成一个倒计时系统。
(2)系统显示器由8数字型数码管组成,分别显示时间值的时,分,秒。
(3)能够通过小键盘阵列设定倒计时时间。
(4)倒计时到,由蜂鸣器发出报警。
1.3方案确定
Ø目标
在了解**********的基础上,研究基于***********,并通过********对设计的系统进行实证分析,使研究具有一定的理论水平与使用价值。
Ø总体内容
该系统主要由控制电路、按键输入电路、LED输出显示电路以及报警电路组成,其总体的框架结构如图1.1所示。
图1.1系统总体构架框图
其中:
控制电路由单片机完成,单片机采用AT89C51系列,如果要使用电池供电的话,则可以采用LV系列的单片机。
按键输入电路采用*********
LED显示电路******,为了实现LED显示器的数字显示,可以采用静态显示法和动态显示法。
由于静态显示法需要数据锁存器等硬件,接口复杂一些。
考虑计时器显示只有8位,且系统没有其他复杂的处理任务,所以决定用动态扫描法实现LED的显示。
报警电路采用*********
第2章倒计时器的硬件电路设计
2.1单片机概述
单片机也被称为微控制器(MicrocontrollerUnit),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。
它是一种集成在电路芯片,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、定时器/计时器等功能(可能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计算机系统。
2.1.1单片机的起源与发展
(1)起源
电子计算机的发展经历了从电子管,晶体管,集成电路到大(超大)规模集成电路共四个阶段,即通常所说的第一代,第二代,第三代和第四代计算机。
现在广泛使用的微型计算机是大规模集成电路技术发展的产物,因此它属于第四代计算机,而单片机则是微型计算机的一个分支。
从1971年微型计算机问世以来,由于实际应用的需要,微型计算机向着两个不同的方向发展;一个是向高速度,大容量,高性能的高档微机方向发展;而另一个则是向稳定可靠、体积小和价格廉价的单片机方向发展。
但是两者在原理和技术上是紧密联系的。
(2)发展
1976年,Intel公司推出了8位的MCS-48系列单片机,它以体积小、控制功能全、价格低等特点,赢得了广泛的应用和好评,为单片机的发展奠定了坚实的基础,成为单片机发展史上一个重要阶段。
其后,在MCS-48成功的刺激下,许多半导体芯片在生产厂商竞相研制和发展自己的单片机系列。
到80年代末,世界各地已相继研制出大约50个系列300多个品种的单片机产品,其中包括Motorola公司的6801,6802,Zilog公司的Z-8系列,Rockwell公司的6501,6502等,此外,日本的NEC公司,日立公司等也不甘落后,相继推出了各自的单片机品种。
尽管目前单片机的品种很多,但是我国使用最多的是Intel公司的MCS-51单片机系列。
MCS-51系列是在MCS-48的基础上于20世纪80年代初发展起来的,虽然它是8位的单片机,但其功能较MCS-48有很大的增强。
此外,它还具有品种全,兼容性强,软硬件资料丰富等特点,因此应用愈加广泛,成为比MCS-48更重要的单片机品种,直到现在,MCS-51仍不失为单片机的主流系列。
继8位单片机之后,又出现了16位单片机,1983年Intel公司推出的MCS-96系列单片机就是其中的典型代表。
与MCS-51相比,MCS-96不但字长增加一倍,而且在其他性能方面也有很大的提高,特别是芯片内还增加了一个4路或8路的10位A/D转换器,使其具有A/D转换的功能。
纵观单片机近30年的发展历程,单片机今后将向多功能、高性能、高速度、低电压、低功耗、低价格、外围电路简单化以及片内存储器容量增加的方向发展。
但其位数不一定会继续增加,尽管现在已经有了32位单片机,但使用的并不多。
可以预言,今后的单片机将是功能更强,集成度和可靠性更高而功耗更低,以及使用更方便等特点。
此外,专用化也是单片机的一个发展方向,针对单一用途的专用单片机将会越来越多。
2.1.2单片机的应用
单片机在应用时,通常是处于控制系统的核心地位并融入其中,即以嵌入的方式进行使用,为了强调其“嵌入”的特点,也常常将单片机称为嵌入式微控制器EMCU(Embeddedmicrocontrollerunit)。
在单片机的电路和结构中,有许多嵌入式应用的特点。
单片机的使用领域已十分广泛,如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。
各种产品一旦用上了单片机,就能起到使产品升级换代的功效,常称其产品为“智能型”产品,如智能型洗衣机等。
2.1.3单片机系统
单片机通常是指芯片本身,它是有芯片制造商生产的,在它上面集成的是一些做为基本组成部分的运算器电路,控制器电路,存储器,中断系统,定时器/计数器以及输入/输出口电路等。
但一个单片机芯片并不能把计算机的全部电路都集成到其中,例如组成谐振电路和复位电路的石英晶体,电阻,电容等,这些元件在单片机系统中只能以散件的形式出现。
此外,在实际的控制应用中,常常需要扩展外围电路和外围芯片。
从中可以看到单片机和单片机系统的差别,即:
单片机只是一块芯片,而单片机系统则是在单片机芯片的基础上扩展其它电路或芯片构成的具有一定应用功能的计算机系统。
通常所说的单片机系统都是为实现某一控制应用需要由用户设计的,是一个围绕单片机芯片而组建的计算机应用系统。
在单片机系统中,单片机处于核心地位,是构成单片机系统的硬件和软件基础。
2.2MCS-51系列
2.2.1AT89S51概述
AT89S51是一个低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元,功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
AT89S51具有如下特点:
40个引脚,4kBytesFlash片内程序存储器,128bytes的随机存取数据存储器(RAM),32个外部双向输入/输出(I/O)口,5个中断优先级2层中断嵌套中断,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,看门狗(WDT)电路,片内时钟振荡器。
此外,AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。
空闲模式下,CPU暂停工作,而RAM定时计数器,串行口,外中断系统可继续工作,掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据,停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。
同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式,以适应不同产品的需求。
2.2.2AT89S51管脚说明(除说明各管脚的功能外,还需与倒计时系统相结合说明,如在设计的系统中P0口接***P1接****)
你的图是AT89C51,文字中写的又是AT89S51,矛盾
右图是*******,其管脚的****如下:
VCC:
供电电压。
本系统接****V电压
GND:
接地。
P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。
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。
P3.0RXD(串行输入口)
P3.1TXD(串行输出口)
P3.2/INT0(外部中断0)
P3.3/INT1(外部中断1)
P3.4T0(记时器0外部输入)
P3.5T1(记时器1外部输入)
P3.6/WR(外部数据存储器写选通)
P3.7/RD(外部数据存储器读选通)
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
I/O口作为输入口时有两种工作方式,即所谓的读端口与读引脚。
读端口时实际上并不从外部读入数据,而是把端口锁存器的内容读入到内部总线,经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。
只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线。
上面图中的两个三角形表示的就是输入缓冲器CPU将根据不同的指令分别发出读端口或读引脚信号以完成不同的操作。
这是由硬件自动完成的,不需要我们操心,1然后再实行读引脚操作,否则就可能读入出错,为什么看上面的图,如果不对端口置1端口锁存器原来的状态有可能为0Q端为0Q^为1加到场效应管栅极的信号为1,该场效应管就导通对地呈现低阻抗,此时即使引脚上输入的信号为1,也会因端口的低阻抗而使信号变低使得外加的1信号读入后不一定是1。
若先执行置1操作,则可以使场效应管截止引脚信号直接加到三态缓冲器中实现正确的读入,由于在输入操作时还必须附加一个准备动作,所以这类I/O口被称为准双向口。
89C51的P0/P1/P2/P3口作为输入时都是准双向口。
接下来让我们再看另一个问题,从图中可以看出这四个端口还有一个差别,除了P1口外P0P2P3口都还有其他的功能。
红色标出这段写的有点乱,自己修改
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。
ALE/PROG:
当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。
在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是:
每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。
另外,该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。
/PSEN:
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP:
当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。
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。
AT89SXX系列单片机实现了ISP下载功能,故而取代了89CXX系列的下载方式,也是因为这样,ATMEL公司已经停止生产89CXX系列的单片机,现在市面上的AT89CXX多是停产前的库存产品。
2.2.3最小系统(2.2.3与2.2.4这两点最好也能与本次设计结合)
最小系统就是单片机在发挥具体测控功能时所必须的组成部分。
如下图2.1所示为最小系统方框图:
图2.1最小系统方框图
2.2.4定时与中断
中断是一项重要的计算机技术,采用中断技术可以使多项任务共享一个资源,所以中断技术实质上就是一种资源共享技术。
向CPU发出中断请求的来源称之为中断源。
MCS-51是一个多中断源的单片机,以80C51为例,有三类共五个中断源,分别是外部中断两个,定时中断两个和串行中断一个。
(1)外中断
外中断是由外部信号引起的,共有两个中断源,即外部中断“0”和外部中断“1”。
它们的中断请求信号分别由引脚INT0(P3.2)和INT1(P3.3)引入。
外部中断请求有两种信号方式,即电平方式和脉冲方式,可通过有关控制位进行定义。
(2)定时中断
定时中断是为满足定时或计数的需要而设置的。
(3)串行中断
串行中断是为串行数据传送的需要而设置的。
(4)中断控制
这里所说的中断控制是指提供给用户使用的中断控制手段,实际上就是一些专用寄存器。
在MCS-51单片机中,用于此目的的控制寄存器共有四个,即定时器控制寄存器、中断允许控制寄存器、中断优先控制寄存器以及串行口控制寄存器。
(5)定时器控制寄存器(TCON)
该寄存器用于保存外部中断请求和以及定时器的计数溢出。
寄存器地址88H,位地址8FH~88H。
位地址8F8E8D8C8B8A8988
位符号TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0
这个寄存器既有定时器/计数器的控制功能又有中断控制功能,其中与中断有关的控制位共六位:
IE0和IE1、IT0和IT1以及TF0和TF1。
(6)中断允许控制寄存器(IE)
寄存器地址A8H,位地址AFH~A8H。
位地址AFAEADACABAAA9A8
位符号EA//ESET1EX1ET0EX0
其中与中断有关的控制位共六位:
EA、EX0和EX1、ET0和ET1、ES。
(7)中断优先级控制寄存器(IP)
MCS-51的中断优先级控制只定义了高、低两个优先级。
各中断源的优先级由优先寄存器(IP)进行设定。
IP寄存器地址B8H,位地址为BFH~B8H。
寄存器的内容及位地址表示如下:
位地址BFBEBDBCBBBAB9B8
位符号///PSPT1PX1PT0PX0
PX0外部中断0优先级设定位
PT0定时中断0优先级设定位
PX1外部中断1优先级设定位
PT1定时中断1优先级设定位
PS串行中断优先级设定位
为0的位优先级为低;为1的位优先级为高。
(8)定时器/计数器的控制寄存器
与定时器/计数器应用有关的控制寄存器有:
定时器控制寄存器(TCON)
TCON寄存器既参与中断控制又参与定时控制。
其中有关定时的控制位共有四位:
TF0和TF1、TR0和TR1。
工作方式控制寄存器(TMOD)
TMOD寄存器是一个专用寄存器,用于设定两个定时器/计数器的工作方式。
但TMOD寄存器不能位寻址,只能用字节传送指令设置其内容。
2.3按键电路设计(都是些原理说明,必须写出本次倒计时器系统是如何进行按键电路设计的)
键盘是由一组规则排列的按键组成,一个按键实际上是一个开关元件,也就是说键盘是一组规则排列的开关。
2.3.1键盘工作原理
(1)按键的分类
按键按照结构原理可分为两类,一类是触点式开关按键,如机械式开关、导电橡胶式开关等;另一类是无触点开关按键,如电气式按键,磁感应按键等。
前者造价低,后者寿命长。
目前,微机系统中最常见的是触点式开关按键。
按键按照接口原理可分为编码键盘与非编码键盘两类,这两类键盘的主要区别是识别键符及给出相应键码的方法。
编码键盘主要是用硬件来实现对键的识别,非编码键盘主要是由软件来实现键盘的定义与识别。
全编码键盘能够由硬件逻辑自动提供与键对应的编码,此外,一般还具有去抖动和多键、窜键保护电路,这种键盘使用方便,但需要较多的硬件,价格较贵,一般的单片机应用系统较少采用。
非编码键盘只简单地提供行和列的矩阵,其它工作均由软件完成。
由于其经济实用,较多地应用于单片机系统中。
(2)按键输入原理
在单片机应用系统中,除了复位按键有专门的复位电路及专一的复位功能外,其它按键都是以开关状态来设置控制功能或输入数据。
当所设置的功能键或数字键按下时,计算机应用系统应完成该按键所设定的功能,键信息输入是与软件结构密切相关的过程。
对于一组键或一个键盘,总有一个接口电路与CPU相连。
CPU可以采用查询或中断方式了解有无将键输入并检查是哪一个键按下,将该键号送入累加器Acc,然后通过跳转指令转入执行该键的功能程序,执行完后再返回主程序。
(3)按键结构与特点
微机键盘通常使用机械触点式按键开关,其主要功能是把机械上的通断转换成为电气上的逻辑关系。
也就是说,它能提供标准的TTL逻辑电平,以便与通用数字系统的逻辑电平相容。
机械式按键再按下或释放时,由于机械弹性作用的影响,通常伴随有一定时间的触点机械抖动,然后其触点才稳定下来。
其抖动过程如图所示,抖动时间的长短与开关的机械特性有关,一般为510ms。
图按键触点的机械抖动
在触点抖动期间检测按键的通与断状态,可能导致判断出错。
即按键一
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