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1、 单片机课程设计 指 导 书 长沙理工大学电子信息工程系 贺科学 编 2008.8 3 单片机开发工程案例分析与解析 3.1 定时报警器 3.1 定时报警器 设计一个单片机控制的简易定时报警器。要求根据设定的初始值（1-59 秒）进行倒计时，当计 时到 0 时数码管闪烁“00” （以 1Hz 闪烁） ，按键功能如下： （1）设定键：在倒计时模式时，按下此键后停止倒计时，进入设置状态；如果已经处于设置 状态则此键无效。 （2）增一键：在设置状态时，每按一次递增键，初始值的数字增 1。 （3）递一键：在设置状态时，每按一次递减键，初始值的数字减 1。 （4）确认键：在设置状态时，按下此键后，单片机
2、按照新的初始值进行倒计时及显示倒计时 的数字。如果已经处于计时状态则此键无效。 3.1.2 模块 1:系统设计 （1）任务分析与整体设计思路 根据题目的要求，需要实现如下几个方面的功能。 计时功能：要实现计时功能则需要使用定时器来计时，通过设置定时器的初始值来控制溢出中 断的时间间隔，再利用一个变量记录定时器溢出的次数，达到定时 1 秒中的功能。然后，当计时每 到 1 秒钟后，倒计时的计数器减 1。当倒计时计数器到 0 时，触发另一个标志变量，进入闪烁状态。 显示功能：显示倒计时的数字要采用动态扫描的方式将数字拆成“十位”和“个位”动态扫描 显示。如果处于闪烁状态，则可以不需要动态扫描显示，只
3、需要控制共阴极数码管的位控线，实现 数码管的灭和亮。 键盘扫描和运行模式的切换：主程序在初始化一些变量和寄存器之后，需要不断循环地读取键 盘的状态和动态扫描数码管显示相应的数字。根据键盘的按键值实现设置状态、计时状态的切换。 （2）单片机型号及所需外围器件型号，单片机硬件电路原理图 选用 MCS51 系列 AT89S51 单片机作为微控制器，选择两个四联的共阴极数码管组成 8 位显示模 块，由于 AT89S51 单片机驱动能力有限，采用两片 74HC244 实现总线的驱动，一个 74HC244 完成位 控线的控制和驱动，另一个 74HC244 完成数码管的 7 段码输出，在输出口上各串联一个
4、100 欧姆的 电阻对 7 段数码管限流。 由于键盘数量不多，优先选择独立式按键与 P3 口连接作为四个按键输入。没有键按下时 P3.0-P3.3 为高电平，当有键按下时，P3.0-P3.3 相应为低电平。电路原理图如图 3-1 所示。 图 3-1 定时报警器电路原理图 1A121A241A361A482A1112A2132A3152A4171Y1181Y2161Y3141Y4122Y192Y272Y352Y431G12G19U3HC2441A121A241A361A482A1112A2132A3152A4171Y1181Y2161Y3141Y4122Y192Y272Y352Y431G12G1
5、9U4HC244C9A2B6D11E12F3G8H10C OM 17C OM 34C OM 25C OM 41LED4SC HC9A2B6D11E12F3G8H10C OM 17C OM 34C OM 25C OM 41U6LED4SC HLED_A LED_B LED_C LED_DLED_E LED_F LED_G LED_HLED_A1 LED_B 1 LED_C 1 LED_D1LED_E1 LED_F1 LED_G1 LED_H1R 2100 R 3100 R 4100 R 6100R 7100 R 8100 R 9100 R 10100LED_A1LED_B 1LED_C 1LED
6、_D1LED_E1LED_F1LED_G1LED_H1LED_A1LED_B 1LED_C 1LED_D1LED_E1LED_F1LED_G1LED_H1L_COM 1L_COM 2L_COM 3L_COM 4L_COM 5L_COM 6L_COM 7L_COM 8L_COM 1 L_COM 2 L_COM 3 L_COM 4L_COM 5 L_COM 6 L_COM 7 L_COM 8LED_J0 LED_J1 LED_J2 LED_J3LED_J5 LED_J6 LED_J7LED_J4EA/VP31X119X218R ESET9R D17WR16INT012INT113T014T115P
7、10/T1P11/T2P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11R XD10U289S52VCCP30 P31LED_J0 LED_J1 LED_J2 LED_J3LED_A LED_B LED_C LED_D LED_E LED_F LED_G LED_HY1 11.0592C 1C APC 2C APR 1110KR 1100C 322UVCCS1 R ESETR STR STKEY1KEY
8、2KEY3KEY4P30P31P32P33P32 P3312345J1 10KVCCLED_J4 LED_J5 LED_J6 LED_J7（3）程序设计思路，单片机资源分配以及程序流程 单片机资源分配 采用单片机的 P3 口作为按键的输入，使用独立式按键与 P3.0-P3.3 连接，构成四个功能按键。 在计时功能中，需要三个变量分别暂存定时器溢出的次数（T1_cnt） 、倒计时的初始值 （init_val）以及当前倒计时的秒数（cnt_val） 。 按键扫描功能中，需要两个变量，一个变量（key_val_new）用来存储当前扫描的键值（若无 按键按下则为 255） ，另一个变量（key_val
9、_old）用来存储上一次扫描的键值。只有这两个变量值 不一样时，才能说明是一次新的按键按下或弹起了，同时将新的键值赋给 key_val_old 变量。 在显示功能中，需要定义一组数组（code 类型） ，值为 0-9 数字对应的数码管 7 段码。还需要 定义一个变量(show_val)暂存要显示的数据，用于动态扫描显示中。 在整个程序中，定义了一个状态变量（state_val）用来存储当前单片机工作在哪种状态。 程序设计思路 鉴于题目要求，存在三种工作模式：初始值设置模式、倒计时模式、计时到 0 时的闪烁模式。 变量 state_val 为 0 时，处于倒计时模式。变量 state_val 为
10、 1 时，处于初始值设置模式。变量 state_val 为 2 时，处于闪烁模式。这些状态的切换取决于按下哪一个键以及是否计时到 0。状态 的切换图如图 3-2 图 3-2 状态的切换 单片机复位之后，默认处于倒计时模式，启动定时器，定时器每隔 250us 溢出一次，根据定时 器溢出次数来计时，到 1 秒时将时间的计数器减 1。当“设置键”按下时，变量 state_val 由 0 变 为 1，切换到设置模式。可以使用“递增键” “递减键”对计时初始值进行修改。按下“确认键”时， 回到计时模式开始以新的初始值进行倒计时。当倒计时到 0 时，变量 state_val 由 1 变为 2，处于 闪烁状
11、态，在这种状态下，根据按键的情况分别又切换到计时和设置状态。 程序流程 主程序首先需要初始化定时器的参数和一些变量，然后进入一个循环结构，在循环中始终只做 两件事，一是键盘的扫描，二是数码管的动态扫描。 在扫描键盘后，根据前一次按键的结果是否与本次键值相同。如果不同，表示有键按下或弹起， 同时用本次按键值更新上一次的按键值。这样设计旨在避免一个按键长时间按下时被重复判为有新 键按下，使得当前按下的键只有松开后，下一次按下时才算为一次新的按键。 根据按键的值分别改变变量（state_val）的值或者在设置状态时的倒计时初始值。完整的主 程序图如图 3-3 所示。 State_val=0 计数St
12、ate_val=1 设置State_val=2 闪烁按下 设置键按下 确认键按下 递增键按下 递减键倒计数减到0按下 确认键按下 设置键主程序 Mian()初始化变量 和定时器扫描按键Key_old=Key_new 保存键值Key_new=Key_oldN动态扫描Key_new=1？Key_new=2？Key_new=3？NN设置模式 关定时器 设置模式 初始值-1设置模式 初始值+1Key_new=4？计数模式 开定时器YYYYY图 3-3 主程序的流程图 在定时器的参数中，选择定时器 T1 的 8 位自动装载模式，每 250us 产生一次溢出中断，中断 服务程序如图 3-4 所示。 图 3
13、-4 中断服务程序流程图 定时器 中断T1溢出计数值 T1_cnt+1状态=闪烁？LED状态值 Shan_val=!shan_valT1_cnt3999) /如果计数3999, 计时 1s T1_cnt=0; if(cnt_val!=0) cnt_val-; else state_val=2; /定时计数到 0 时，切换状态 show_val=cnt_val; break; case 2: if(T1_cnt1999) /如果计数1999, 计时 0.5s T1_cnt=0; shan_val=!shan_val; /闪烁状态 break; /-主程序- main() init_val=59;
14、 /初始化各变量 cnt_val=init_val; show_val=cnt_val; state_val=0; key_val_old=255; T1_cnt=0; shan_val=0; /初始化 51 的寄存器 TMOD=0x20; /用 T1 计时 8 位自动装载定时模式 TH1=0x19; /250 微秒溢出一次; 250=(256-x)*12/11.0592 - x= 230.4 TL1=0x19; EA=1; /打开总中断允许 ET1=1; /开中断允许 TR1=1; /开定时器 T1 while(1) key_val_new=scan_key(); / 255 表示无键按下
15、if (key_val_new!=key_val_old) / 只有当前扫描的键值与上次扫描的不同，才判断是有键按下 key_val_old=key_val_new; switch (key_val_new) case 1: /设置键 state_val=1; /处于设置状态 TR1=1; /停止计时 show_val=init_val; /显示原来的倒计数初始值 break; case 2: if(state_val=1) /只有在设置状态，增 1 键才有用 if (init_val0) /更改原来的倒计数初始值 init_val-; else init_val=59; show_val=init_val;/显示更改后的倒计数初始值 break; case 3: if(state_val=1) /只有在设置状态，减 1 键才有用 if (init_val3999) /如果计数3999, 计时 1s T1_cnt=0; if (cnt_sn!=0) /南北方向计时 cnt_sn-; else state_val_sn+; if (state_val_sn2) state_val_sn=0; cnt_sn=init_snstate_val_sn; switch (state_val_sn
