基于单片机控制的9999秒倒计时毕业设计

1绪论1.1 单片机的概述现代社会中，尽管PC机的应用已经相当普遍，但是，在控制领域日益追求小而精、轻而薄的自动化控制器、自动化仪器仪表、家电产品等方面,PC机仍有所不相适宜的地方。

而工业控制、仪器仪表、家电产品等市场广阔，要求PC机技术与之相适应。

在这种情况下，单片机应运而生了（也称作微型计算机）。

微型计算机的基本机构是由中央处理器、储存器、和I/O设备构成的。

所谓的单片机是指将微型计算机3个单元的多个分体中的主要功能用1个集成电路芯片来实现，该芯片具有一个微型计算机的基本功能。

这种超大规模集成电路芯片即称为单片微型计算机，通常简称单片机。

单片机具有以下特点：①受集成度限制，片内存储容量较小，一般8位单片机的ROM小于8/16K 字节，RAM小于256字节，但可在外部扩展，通常ROM、RAM可分别扩展至64K字节。

②可靠性好。

芯片本身是按工业测控环境要求设计的，其抗工业噪声干扰优于一般通用CPU；程序指令及常数、表格固化在ROM中不易破坏；许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。

③易扩展。

片内具有计算机正常运行所必需的部件。

芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。

④控制功能强。

为了满足工业控制要求，一般单片机的指令系统中具有极丰富的条件分支转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。

一般说来，单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微处理器。

⑤一般单片机内无监控程序或系统通用管理软件，只放置有用户调试好的应用程序。

但近年来也开始出现了在片内固化有BASIC解释程序的单片机。

电子技术和微型计算机的迅速发展，促进微型计算机测量和控制技术的迅速发展和广泛应用，单片机（单片微型计算机）的应用已经渗透到国民经济的各个部门和领域，它起到了越来越重要的作用。

单片机微型计算机就是将中央处理单元、存储器、定时/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。

因此一块芯片就构成了一台计算机。

它已成为工业控制领域、智能仪器仪表、尖端武器、日常生活中最广泛使用的计算机。

单片机由硬件系统与软件系统组成。

硬件系统是指构成微机系统的实体与装置，通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成。

其中运算器和控制器一般做在一个集成芯片上，统称中央处理单元（Central Processing Unit），简称CPU，是微机的核心部件。

CPU配上存放程序和数据的存储器、输入/输出（Input/Output，简称I/O）接口电路以及外部设备即构成单片机的硬件系统。

软件系统是微机系统所使用的各种程序的总称，人们通过它对微机进行控制并与微机系统进行信息交换，使微机按照人的意图完成预定的任务。

软件系统与硬件系统共同构成完整的单片微型计算机系统，两者相辅相成，缺一不可。

1.2 倒计时的意义和价值倒计时运用在生活军事工业的各个方面。

生活上：如运动比赛时需要的计时。

还有北京奥运会的倒计时等等。

军事上：科学家运用倒计时来控制火箭的发射，运用倒计时来接受卫星都可以。

工业上：运用倒计时来控制产品的保质期，运用倒计时来控制机器的运作。

假如说没有倒计时在我们的生活之中那么会为我么的生活带来许多的不便。

如我们还要每天去计算还有好久是一个重要的日子。

我们在衡量到底用时多久方面也需要计时原理。

我们也不知道这个产品过期没有。

也不会知道机器应该是否停止工作。

科学家也不会知道火箭还有多久才是预期的发射，还有多久卫星才是精确的升空。

倒计时的价值是我们无法估计的，在我们的生活之中不可以缺少的一部分。

在此我借毕业设计来控制简单的倒计时，希望对我们周边的生活有所帮助。

1.3 本设计的优缺点优点：通过实际的仿真,我发现本电路具有以下优点。

首先，该电路工作十分稳定。

由于本电路设计原理明确，所采用的元件合理，电路布线尽可能简洁，美观。

同时所用材料价格便宜，设计出的控制电路在成本方面较低。

当然还有体积小的优点，方便携带。

其次，该电路操作简单。

由于该电路设计的要求的功能不多，在该电路之中运用了一个启动暂停按钮，一个复位按键，一个电源开关。

再次，该电路具有数码显示供能，读取结果十分容易。

缺点：在仿真过程中我也发现了一些问题。

如显示的结果不是很精准，存在一点误差。

但是这几乎是控制电路在所难免的情况，是不能避免的。

当然我将会把误差降到最低值。

同时，焊接板无任何包装，在遇到水之后整个电路将出现短路的现象，造成无法控制的局面。

2 方案论证与选择2.1 控制芯片方案论证AT89C51单片机是美国ATMEL公司生产的一款低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash 存储单元，但其内存资源较小，可能无法完成程序编写要求。

AT89S52单片机也是美国ATMEL公司生产的一款低电压、高性能的CMOS 8位单片机,片内含8k bytes的可反复擦写的只读Flash程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理和Flash程序存储器单元，此单片机上手容易，操作方便且内部资源能够满足本设计程序的编写。

经比较，本设计选用了方案二中的AT89S52单片机作为控制芯片。

2.2 数码管控制电路设计方案论证静态驱动也称直流驱动。

静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。

静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动4个数码管静态显示则需要4×8＝32根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。

数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。

通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。

在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。

经比较，本设计选用了动态显示的方案。

2.3 键盘电路设计方案论证独立式按键就是各按键相互独立，每个按键单独占用一根I/O口线，每根I/O 口线的按键工作状态不会影响其他I/O口线上的工作状态。

因此，通过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键被按下了。

优点：电路配置灵活，方便操作，软件结构简单。

矩阵式键盘适用于按键数量较多的场合，由行线和列线组成，按键位于行列的交叉点上,节省I/O口。

矩阵键盘工作原理：行线通过上拉电阻接到+5V上。

无按键，行线处于高电平状态，有键按下，行线电平状态将由与此行线相连的列线电平决定。

列线电平为低，则行线电平为低；列线电平为高，则行线电平为高。

但是电路复杂，软件结构复杂会造成工艺效果低，操作琐碎，不宜操作。

在单片机应用系统中，为简化硬件线路，缩小整个系统的规模，总希望设置最少的按键，获得最多的控制功能。

矩阵键盘与独立式按键键盘相比，硬件电路大大节省。

可通过软件的方法让一键具有多功能。

但是它有操作变得复杂，操作时间变长等缺点。

经比较，本设计选用了独立式按键控制电路的方案。

3 硬件结构3.1 单片机系统的设计3.1.1系统组成它将数据通过相应的程序输入锁存器,再控制锁存器的闭合导通来时下数字的输出.,然后显示到数码管上，根据锁存器的段位来控制显示的数字。

如9999的显示就是段位开千位马上又关闭，打开锁存器的位，根据程序的要求千位是9。

关闭锁存器的位，简短的延时。

同理的控制使各位都显示9从而实现9999秒的显示。

当然要实现其它的显示也可以，只是需要不同的控制程序。

根据键盘输入调用相应键处理子程序，实现倒计时的运作和暂停设定。

当电源接在220V电源上时，通过转换成5V的电压输入单片机的小系统。

发光二极管亮，闭合电源的开关，电源经过一个1K的电阻，然后经过S3开关来控制系统的开始和暂停。

当然这里也有一个1K的电阻来保护电路。

通过按键的开始，从单片机的系统里面调出程序来实现相对应的功能。

为了使控制的更加方便和完美，我在设计的时候设计了一个复位的按键。

也就是说当按下复位键的情况下，单片机的系统就停止运行，数码管显示的数字就是9999。

本设计的单片机系统分1.晶振部分2.复位部分3.锁存器单片机晶振电路的作用:单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全程叫晶体振荡器，他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。

在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。

高级的精度更高。

有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（VCO）。

晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。

单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。

通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。

有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。

晶振通常与锁存器电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。

如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。

图3-1 单片机系统设计中运用了2个30pF的电阻分别以C1和C2作为称为，还有一个11.0592MHZ的晶振备注为Y1（当然设计中为了方便称为12MHZ）晶振电路的两端和单片机系统的18端口和19端口连接分别备注为X1和X2端口。

图3-2 晶振电路3.1.2复位电路单片机复位电路主要有三种类型:(1)微分型复位电路(2)积分型复位电路(3)比较器型复位电路复位的作用：当程序在运行的过程之中需要重新开始运作时，就可以按下S1复位开关来实现数码管显示9999来重新运作。