计时提醒器设计

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2024年6月19日发(作者：)

中北大学单片机课程设计说明书

1 设计任务与要求

设计一个计时提醒器，要求开机时，显示00,等待输入计时时间，由键盘输入计时分钟

数，按确认键后，计时提醒器开始工作，计时完成后，蜂鸣器发出嘀嘀的提示音。在计时过

程中如果按下键盘取消键则取消计时，系统回到开机时的状态

。

2 方案设计与论证

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益更新。现在，在许多领域中，定时器得到了广泛

的应用，比如在体育比赛中的计时器；安全措施中的定时报警器；游戏中的倒计

时；维持秩序的交通信号灯；红路灯，交通控制器，闹钟等等。可见倒计时器在

社会中的重要性。当然，设计倒计时器的方法很多，以下是两个设计方案。

方案一：基于AT89C51单片机的LCD液晶显示模块1602显示的倒计时器。

主要是以单片机来控制，用按键来设定倒计时初始时刻的值，LCD1602液晶作为

显示模块来显示剩余的时间。

方案二：基于AT89C51单片机的数码管显示模块显示的倒计时器。主要是以

单片机来控制，用按键来设定倒计时初始时刻的值，数码管作为显示模块来显示

剩余的时间。此电路对于倒计时器中的LED数码管示器来说，采用以软件为主的

接口方法，即不使用专门的硬件译码器，而采用软件程序进行译码。

方案比较：通过以上两个方案，我们发现，方案二总体比方案一好。首先方

案一虽然硬件电路简单，但造价较高，且在编写程序实现所要求的功能时较难，

而方案二所用的显示模块是比较熟悉的数码管，编写程序是相对容易，且电路造

价不高，因此，综合考虑之后决定采用方案二。

3 硬件单元电路设计与参数计算

LED数码管倒计时器以AT89C51单片机为核心，起着控制作用。系统包括九

位数码管显示电路，按键电路，复位电路，时钟电路以及蜂鸣器电路。倒计时的

总体框图如下图1所示：

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按键电路模块

复位电路

晶振电路模块

AT89C51

数码管显示

电路模块

报警电路模

块

图1 倒计时的总体框图

4 软件设计与流程图

本系统中，是利用软件和硬件相互结合，以实现电路功能。软件在系统中起

着举足轻重的作用，利用程序对硬件达到控制作用。因此下面说明软件的实现。

4.1 倒计时器主程序流程图

程序的的开始时初始化数码管的段选和位选，数码管不显示。程序中用到了

两个定时器，接下来先设定定时器0和定时器1的工作方式，并且给两个定时器

装初值，定时器0的定时时间是1ms，用作扫描数码管显示，定时器1的定时时

间是10ms,用作定时器时间的递减。然后给定时器设定初值，开启定时器0。最

后进入死循环函数，在循环函数中，对按键进行扫描，如果有键按下，执行按键

函数，并检查是否需要报警。如果没有按键按下，则直接检查是否需要报警。流

程图如下图7所示：

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开始

初始化P0口和P3

口，全置为高电平

设定倒计时的初值

设定定时器0,1工作

方式

开启定时器0

给定时器0，1设初

值

执行报警程序

有按键按

下？

否

是

执行按键功能函

数prockey();

执行报警程序

图7 倒计时器主程序流程图

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4.2 定时器0的中断程序流程图

定时器0的定时时间是1ms，用作扫描数码管显示，在定时器0开启时，定

时器0开始定时，此时主程序正常运行，当定时器0的定时时间到时，主程序不

在执行，开始进入中断程序，在中断程序中，对9位数码管进行动态扫描。中断

程序执行完后返回主程序。如图8所示。

执行主程序

执行一条指令

取下一条指令

定时器0有

中断请求？

否

是

保护现场和断点

定时器0中断服务程序

（完成数码管各位的扫描）

恢复现场

返回

图8定时器0的中断程序流程图

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4.3 定时器1的中断程序流程图

定时器1的定时时间是10ms，用作是倒计时时间以秒来自减，在定时器1

开启时，定时器1开始定时，此时主程序正常运行，当定时器0的定时时间到时，

主程序不在执行，开始进入中断程序，在中断程序中，设定倒计时的时间变化。

中断程序执行完后返回主程序。如图9所示。

执行主程序

执行一条指令

取下一条指令

定时器1有

中断请求？

否

是

保护现场和断点

定时器1中断服务程序

（完成时间以秒为最小单位递减）

恢复现场

返回

图9 定时器1的中断程序流程图

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5．总电路

5.1 倒计时器总原理图

倒计时原理图由一块AT89SC51单片机器控制作用，单片机的P1^0到P1^3

分别接的按键电路，即4个微动开关。P0口与显示电路的数码管的段选相连，

起到控制数码管的段选的的作用。P3口和P2^0口分别对应数码管的9个位选，

起到对9个数码管的扫描作用，其中的9个三极管起着开关作用，对应数码管的

选通。P2^1口接蜂鸣器报警电路。如图10所示。

图10 倒计时器总原理图

5.2 PCB制板图

本系统把总电路图分成两个模块来画PCB，一个是最小系统模块，另一

个是显示模块。

(1) 倒计时器最小系统模块，如下图11。

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图11 倒计时器最小系统模块

(2) 倒计时器显示模块，如下图12。

图12 倒计时器显示模块

5.3 整体电路仿真图以及仿真结果分析

系统仿真用的是Proteus软件，可通过仿真显示出所设计系统的功能，对于

程序的调试等有很大的帮助。

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系统仿真时首先在使用Keil C 译码器，把所写的程序进行编译，同时在仿

真器里设置生成HEX文件，编译无错误进行Proteus仿真。等所有的原件都连接

完成后可以把Keil C编译生成的无错误文件加载到AT89C51中，方法是，右键

点中器件然后再用左键点击，出来一个对话框在program file后选择要添加的

文件，文件要求必须是HEX文件。然后可以点击运行观察现象，看与自己设置的

是否符合，如果不相符再查找错误进行修改，一般的错误都是程序中的，所以要

认真的读取程序的每一个部分。系统的仿真图如下图13所示。

图13 倒计时器仿真图

启动Proteus软件的play按钮，出现如上图12所示，以上四个开关分别设

定倒计时的天，时，分，秒的值。并且设定天的按键还可以开启倒计时，设定秒

的按键也可以暂停倒计时。

当天，时，分，秒的值全为0时，发出报警声。从仿真图可知，本系统的程

序已达到要求。

在此电路系统的仿真中，应该注意的问题有数码管的Minimum Trigger Time

项设定的值要合适，此电路中设定为1us。还有就是在程序中数码管的扫描时间

要合适。以保证数码管显示稳定，不闪烁。

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5.4 软件调试

用到了Keil C软件，集成调试环境，集成了编辑器、译码器、调试器，支

持软件模拟，支持项目管理功能强大的观察窗口，支持所有的数据类型。树状结

构显示，一目了然，支持ASM（汇编）、C语言多模块源程序混合调试，在直接修

改、编译、调试源程序，错误指令定位。功能很强大，用于对程序的调试和编辑。

本系统的程序的编写就是在Keil C软件中完成的，在程序中用到了两个定时器，

为了使倒计时的时间准确，必须计算对定时器的初值，当程序完成之后，生成

HEX文件。再利用Proteus软件进行仿真。经过仿真，程序符合题目的要求。

5 性能测试与分析

按照设计程序的分析，LED数码管的动态扫描的频率是1000HZ，在实际使用

时完全没有闪烁。在程序中，定时器10ms中断一次，变量 sec100自增，中断

100次时，秒的显示自减，用定时器来定时，准确。电路中的四个按键可以分别

用来设定倒计时的天，时，分，秒。另外，设定天的按键还可以用来开启倒计时，

设定秒的按键还可以暂停倒计时。当数码管的显示全0时，蜂鸣器报警。系统由

5V电源来驱动，经过测是试与分析，此系统稳定可用。

6 汇编语言源程序

ORG 00H

JMP START

ORG 30H

START:MOV P2,#00H ；位选置低电平 显示00

MOV P3,#0FH ；键盘置P3.4低电平

MOV R4,#0 ；显示标志 显示00

MOV DPTR,#TABLE；

SETB P0.7

K: MOV R3,#00H ；按键按下或未弹起标志

JNB P3.0,W1 ；判断按键S1是否按下 按下转判断S1按键

是否弹起

JNB P3.1,W2 ；判断按键S2是否按下 按下转判断S2按键

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是否弹起

JNB P3.2,INT ；判断按键S3是否按下按下转倒计时设

置子程序

JMP DISP ；转显示和判断按键S4是否按下

W1: JB P3.0,IN1 ；判断按键S1是否弹起 弹起转加1子

程序设置

MOV R3,#1 ；设置按键S1未弹起标志

JMP DISP ；转显示和判断按键S4是否按下

W2: JB P3.1,IN0 ；判断按键S2是否弹起 弹起转减1子

程序设置

MOV R3,#2 ；设置按键S2未弹起标志

DISP: JNB P3.3,START ；判断按键S3是否按下 按下转复位

MOV A,R4 ；

MOV B,#10

DIV AB

MOV 21H,B

DISP1:SETB P2.1 ；显示十位

CLR P2.0

LCALL DEL ；调用显示和延时子程序

DISP2:MOV A,21H ；显示个位

SETB P2.0

CLR P2.1

LCALL DEL ；调用显示和延时子程序

CJNE R3,#4,K1 ；判断按键S3是否按下 否就转判断其他按键

按下情况

DJNZ R2,DISP ；倒计时显示 延

时:0.5msX2X200=200ms=0.2s

DJNZ R1,DISP ；倒计时显示 延

时:0.5msX2X5+200ms=205ms=0.205s

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AJMP INT ；转倒计时设置子程序

K1: INC R3 ；判断按键按下或未弹起标志加1

CJNE R3,#3,K2 ；判断S2是否按下 否就转判断其他按键

按下情况

AJMP W2 ；转继续转判断S2按键是否弹起

K2: CJNE R3,#2,K ；判断按键S1是否按下，否就转判断其他按键

按下情况

AJMP W1 ；转继续转判断S1按键是否弹起

IN1: CJNE R4,#99,ADD1 ；判断当前值是否为99 否就转加1

子程序

AJMP START ；复位

ADD1: INC R4 ；当前值加1(加1子程序)

AJMP K ;转继续判断是否有按键按下

INT: MOV R3，#4 ;设置倒计时标志（倒计时子程序设置）

MOV R2，#200 ;置显示中循环次数

MOV R1，#5 ;置显示外循环次数

INO: CJNE R4，#0，SUBB1 ;判断当前值是否为0，否就转减1子程序

CJNE R3，#4，SUBB0 ;当前值为0判断S3是否按下否S2按下转减1

AJMP START ;转复位

SUBB0：MOV R4，#100 ;100-1=99(0-1=99)

SUBB1：DJNZ R4，DISP ;转减1子程序

CJNE R3，#4，K ;判断S3是否按下 否就转继续判断是否有按键按下

CLR P0.7 ;蜂鸣

MOV P2,#00H ;位选置0 开

MOV P1，#3FH ;当前值显示00

MOV R3，#5 ;置蜂鸣延时次数标志

DELAY:MOV R7,250

DELA:MOV R6，#20

DEL:MOVC A,@A+DPTR

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MOV P1，A

MOV R5，#200

DJNZ R5，$ ;2机周*250*1us/机周=500us=0.5ms

CJNE R3,#5,EXIT ;判断是否是蜂鸣的延时 不是转中断返回

DJNZ R6，DEL ;0.5ms*10=5ms

DJNZ R7,DELA ;5ms*200=1s

AJMP START ;复位

EXIT: RET

TABLE:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H

DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH

END

7 结论与心得

在设计制作365天倒计时器的过程中，我深切体会到，实践是理论运用的最好检

验。本次设计是对我三年所学知识的一次综合性检测和考验，无论是动手能力还

是理论知识运用能力都得到了提高，同时加深了我对网络资源认识，大大提高了

查阅资料的能力和效率，使我有充足的时间投入到电路制作当中。本系统的制作

主要应用到了模拟电子技术、数字电子技术、单片机控制技术、电子工艺等多方

面的知识。在硬件调试过程中，我也学会不少的东西，掌握一些调试方法。在设

计仿真图和编些程序中，对Proteus和Keil等软件掌握的更加牢固，而且所设

计的基于单片机的365天倒计时器，精确度高，达到了应用要求。

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参考文献

[1] 余永权.AT89系列单片机应用技术.北京：北京航空航天大学出版社，2002

[2] 沈红卫.单片机应用系统设计实例与分析. 北京：北京航空航天大学出版社，

2003

[3] 吴金戎.8051单片机实践与应用.北京：清华大学出版社，2002

[4] 胡汉才.单片机原理及系统设计.北京：清华大学出版社，2002

[5] 何希才.新型集成电路应用实例[M].北京：电子工业出版社, 2002

[6] 马中梅.单片机的汇编语言程序设计.北京：北京航空航天大学出版社，2004

[7] 公茂法.单片机接口实例集.北京：西安电子科技大学出版社，2004

[8]51系列单片机设计实例：北京航空航天大学出版社，2003.3

[9]单片机应用技术 北京:中国电力出版社, 2003

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本文标签： 显示倒计时程序单片机数码管