目录1课程设计的目的和意义 21.1设计目的 21.2设计意义 22系统方案设计及确定 33系统硬件设计 43.1AT89S51最小系统设计 43.1.1时钟电路硬件设计 43.1.2复位电路硬件设计 53.2键盘电路硬件设计 53.3显示电路硬件设计 63.4蜂鸣器电路硬件设计 64系统软件设计 84.1系统主程序设计 84.2定时器设计 94.3秒表设计 104.4闹钟设计 104.5其他主要子程序设计 115系统调试 126总结 13参考文献 14附录 14附录一程序清单 14附录二系统硬件原理图 291课程设计的目的和意义1.1设计目的灵活运用单片机的基础知识，依据课程设计容，能够完成从硬件电路图设计，到PCB制版，再到软件编程及系统调试实现系统功能，完成课程设计，加深对单片机基础知识的理解，并灵活运用，将各门知识综合应用。能够上网查询器件资料，培养对新知识新技术的独立的学习能力和应用能力。独立完成一个小的系统设计，从硬件设计到软件设计，增强分析问题、解决问题的能力，为日后的毕业设计及科研工作奠定良好的基础。1.2设计意义单片机课程设计过程中，我们通过查阅资料、硬件设计、程序设计、安装调试等环节，完成了一个涉及 89S51单片机多种资源应用并具有综合功能的小系统目标板的设计与编程应用。使我们不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，而且能够对电子电路、电子元器件、原理图绘制等方面的知识进一步加深认识，同时在软件编程、排错调试、焊接技术、相关软件及仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。使我们增进对单片机的感性认识，加深对单片机理论方面的理解。使我们了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程、方法及实现，强化单片机应用电路的设计与分析能力。提高我们在单片机应用方面的实践技能和科学作风；培育学生综合运用理论知识解决问题的能力，实现理论结合实际，学以致用的原则。2系统方案设计及确定本次课程设计，要求用单片机及6位LED数码管显示时、分、秒，以 24小 时计时方式运行，能整点提醒（短蜂鸣，次数代表整点时间），使用按键开关可实现时、分调整，秒表（或闹钟）/时钟功能转换，以及实现省电（关闭显示）功能。1时钟功能利用单片机片定时器 （如TO）产生1s计时，自行设定时钟计数单元地址，包括秒单元、分单元、时单元，最大计数值为23时59分59秒。用6位LED数码管显示时、分、秒，以24小 时计时方式运行；使用按键开关可实现时、分调整，可增加“熄灭符”用于时间调整时的闪烁功能；能整点提醒（短蜂鸣，次数代表整点时间）；可通过按键使系统进入省电状态（数码管不亮，时钟不停）。2.秒表功能能通过按键实现秒表/时钟功能之间的转换；利用单片机部定时器 （如T1）实现秒表的计时，自行设定秒表计数单元地址，包括10ms单元、秒单元、分单元，通过6位LED数码管显示，最大计数值为 99分59.99秒。可通过按键实现秒表的暂停、清零、启动。3闹钟功能能通过按键实现闹钟/时钟功能之间的转换；可通过按键设定闹钟时间，在定时闹铃时精确到分，可通过6位LED数码管显示闹钟设 定时间。可通过按键实现闹铃有效、无效，以及在设定闹钟后取消闹时功能。在闹铃时，可通过按键开关使蜂鸣停止。4系统设计方案框图如下：图2-1系统设计方案框图3系统硬件设计3.1AT89S51最小系统设计单片机最小系统单片机，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 下面给出一个51单片机的最小系统电路图：C1汀日T.XTAEZPUN用旧PnSAK PUjSAJK 阳丫庐忻FZJ3TXS桂NgWET附:H 卄ALEPZ.AIE口：FZJgfAUriinz purr-：:P3IWEXDP3.irrP1ZF3S1T1F1JSp/awrrcP1.TU1图3-1 51单片机最小系统原理图3.1.1时钟电路硬件设计时钟电路是计算机最核心的部分，它控制着计算机的工作。AT 89 S51单片机部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入端为XTAL1,输出端为XTAL2分别是单片机的19脚和18脚。在XTAL1和XTAL2两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的 自激振荡器。石英晶振起振后要能在XTAL2线上输出一个3V左右的正弦波，使片的 OCS电路按石英晶振相同频率自激震荡。通常，OCS的输出时钟频率fosc为0.5MHZ16MHZ典型值为12MHZ电容器C1和C2通常取30pF左右，对震荡频率有微调作用。调节它们可以达到 微调震荡周期fosc的目的。时钟电路如下:图3-2时钟电路电路图3.1.2复位电路硬件设计单片机的RST管脚为主机提供一个外部复位信号输入端口。 复位信号 是咼电平有效，咼电平有效的持续时间应为2个机器周期以上。单片 机的复位方式有上电自动复位和手工复位两种。图 4-2所示是51系列单片机常用的上电复位电路，只要 Vcc上升时间不超过1ms它们 都能很好地工作。复位以后，单片机各部件恢复到初始状态。电阻电容器件的参考值：R1=200Q,R2=1KQ ,C3=22 F。RET按键可以 选择专门的复位按键，也可以选择轻触开关。复位电路如下10UF图3-3复位电路电路图3.2键盘电路硬件设计单片机中常见的键盘有独立式键盘和矩阵式键盘，独立式键盘适 用于实现功能较少的场合、矩阵式键盘适用于功能复杂的场合。 本次 课程设计，采用独立式键盘即可。键盘电路如下：K1图3-4键盘电路电路图上拉电阻保证按键释放时，输入检测线上有稳定的高电平。当某 一按键按下时，对应的检测线就变成了低电平，与其他按键相连的检 测线仍为高电平，只需读入I/O输入线的状态，判别哪一条I/O输入 线为低电平，很容易识别哪个键被按下。键的闭合与否，输出电压上就是呈现高电平或低电平。高电平， 表示键断开，低电平则表示键闭合，通过对电平的高低状态的检测， 可确认按键按下以及按键释放与否。为了确保对一次按键动作只确认 一次按键有效，必须消除抖动的影响，去抖有硬件去抖和软件去抖， 本次设计采用软件去抖。3.3显示电路硬件设计本次课程设计，采用LED数码管作为显示装置。LED数码管有共阴极、共阳极两种结构，本次采用共阳极数码管。 共阳极LED数码管的发光二极管的阳极连接在一起， 公共阳极接正电 压，当某个发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，相应 的段被显示。8段共阳极LED段码如下：表3-1 8段共阳极LED段码表显示 字符012345678段码COH :F9H:A4HB0H99H92H :82HF8H80H显示 字符9ABCDEF全灭全亮段码90H88H83HC6HA1H86H8EHFFH00HLED数码管有静态显示和动态显示两种显示方式。静态显示方式， 数码管亮度高、软件编程简单，但是需要占用大量的 I/O 口，一般在 多位显示时不采用此种方法。动态显示方式，数码管亮度稍低、软件 编程复杂，但是占用的I/O 口少，在显示多位数字的时候适合采用此 种方法。考虑到本次课程设计需要显示六位数字，故采用动态显示方式。LED数码管段选、位选驱动电路均采用 DM74LS24作为驱动芯片。3.4蜂鸣器电路硬件设计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、机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器的工作原理是，接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的 相互作用下，周期性地振动发声。本次课程设计中，由于单片机的 I/O 口驱动能力不够让蜂鸣器发出声音，所以我们通过三极管放大驱 动电流，从而可以让蜂鸣器发出声音。蜂鸣器电路如下：图3-5蜂鸣器电路电路图4系统软件设计4.1系统主程序设计程序中，采用按键1作为主功能切换键，按键 2、按键3、按键4作为子功能控制键。在主程序中，开始即进入定时器子程序，显示当前时间，并同时对按键1进行扫描。如果按键1第一次被按下，则进入调整时间子程序，并同时对按键2、按键3、按键4进行扫描，此时按键2、按键3、按键4分别作为调整时、分、秒按钮使用；如果按键1第二次被按下，则进入秒表子程序，并同时对按键2、按键3、按键4进行扫描，按键2、按键3、按键4分作为秒表启动、 暂停、停止并清理按钮使用；如果按键 1第三次被按下，则进入闹 钟子程序，并同时对按键 2、按键3、按键4进行扫描，按键2、按键3、按键4分作为闹 钟的启动/关闭、调整时、调整分按钮使用；如果按键 1第四次被按下，则进入节能子程序， 此时将不对按键2、按键3、按键4分进行扫描；如果按键 1第五次被按下，则重新回到定 时器子程序，如此循环。主程序流程图4.2定时器设计在定时器子程序当中，采用定时器TO产生定时中断。定时器 TO工作于方式2,初值为TH0=0x9C TL0=0x9C，时钟电路采用12MHZ晶振，所以每0.1ms产生一次中断，再在中断中对时间进位进行判断处理，使之产生较为精准的定时。4.3秒表设计在秒表子程序当中，采用定时器T1产生定时中断。定时器 T1同意工作于方式2,初值为TH0=0x9C TL0=0x9C,时钟电路采用 12MHZ晶振，所以每 0.1ms产生一次中断，再在中 断中对时间进位进行判断处理，使之产生较为精准的定时。4.4闹钟设计在闹钟子程序里，按键 2被按下奇数次时，闹钟打开并在第一位数码管上显示标志位； 按键2被按下偶数次时，闹钟关闭并熄灭第一位数码管上的标志位。按下按键3，则定时时间的小时位加一；按下按键 4，则定时时间的分钟位加一。4.5其他主要子程序设计在时钟设置子程序中，按键 2被按下，则当前时间的小时位加一；按键3被按下，则当前时间的分钟位加一；按键 4被按下，则当前时间的秒位被清零。时钟设置子程序当进入节能子程序时，数码管将全部被熄灭，此时按键 也不采取任何操作。2、按键3、按键4即使被按下节能子程序其他说明：当时间的小时位进一时，蜂鸣器将响起，响的“嘀”次数等于当前时间小时位的值。当当前时间等于闹钟定时时间时，蜂鸣器将不断响起“嘀”声，按下按键1后，“嘀”声停止。5系统调试本次课程设计采用伟福仿真器进行程序的调试，下面介绍伟福仿 真器的调试及使用。进入WAV软件后，第一步要进行仿真器设置，在仿真器选项卡中， 仿真器为选择“ E6000/S”，仿真头选择“ POD-H8X5” ,CPU选择“ 89C51RX;在目标文件选项卡中，将所有选项前均打钩，；在通讯 设置选项卡中，将“使用伟福软件模拟器”的“勾掉，然后选择“ COM1 口，点击“测试串行口”，测试成功后，就完成了所有的仿 真器