51单片机开发实例.doc

3 单片机开发工程案例分析与解析
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。
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MCS-51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100欧姆的电阻对7段数码管限流。
由于键盘数量不多,选择独立式按键与P1口连接作为四个按键输入。-,当有键按下时,-。电路原理图如图3-1所示。
图3-1 定时报警器电路原理图
(3)程序设计思路,单片机资源分配以及程序流程
①单片机资源分配
采用单片机的P3口作为按键的输入,-,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(t)、倒计时的初始值(init_val)t_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_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。
②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。
③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。