單片機課程設(shè)計基于89c51的LED數(shù)字秒表設(shè)計

1、單片機系統(tǒng)課程設(shè)計成績評定表設(shè)計課題：基于89c51的led數(shù)字秒表設(shè)計學院名稱： 電氣工程學院 專業(yè)班級：學生姓名：學號：指導教師：設(shè)計地點 ：設(shè)計時間 ：指導教師意見：成績: 簽名： 年 月 日單片機系統(tǒng)技術(shù)課程設(shè)計 課程設(shè)計名稱：基于89c51的led數(shù)字秒表設(shè)計專業(yè)班級：學生姓名：學號：指導教師：課程設(shè)計地點：課程設(shè)計時間： 單片機系統(tǒng) 課程設(shè)計任務(wù)書學生姓名專業(yè)班級學號題目課題性質(zhì)工程設(shè)計課題來源自擬指導教師主要內(nèi)容（參數(shù)）利用89c51設(shè)計一個數(shù)字秒表，使其實現(xiàn)以下功能：1具有計時功能；2可通過按鍵設(shè)置，啟動計時；3. 可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)清零設(shè)置；4設(shè)置按鍵能夠停止計時；5能夠?qū)崿F(xiàn)時間顯

2、示。任務(wù)要求（進度）第1-2天：熟悉課程設(shè)計任務(wù)及要求，查閱技術(shù)資料，確定設(shè)計方案。第3-4天：按照確定的方案設(shè)計單元電路。要求畫出單元電路圖，元件及元件參數(shù)選擇要有依據(jù)，各單元電路的設(shè)計要有詳細論述。第5-6天：軟件設(shè)計，編寫程序。第7-8天：實驗室調(diào)試。第9-10天：撰寫課程設(shè)計報告。要求內(nèi)容完整、圖表清晰、文理流暢、格式規(guī)范、方案合理、設(shè)計正確，篇幅合理。主要參考資料1 張迎新單片微型計算機原理、應(yīng)用及接口技術(shù)（第2版）m北京：國防工業(yè)出版社，20042偉福lab6000系列單片機仿真實驗系統(tǒng)使用說明書3 閻石數(shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）北京：高等教育出版社，20064 黃艷玲，計算機接口

3、技術(shù)試驗指導書，重慶大學出版社。審查意見系（教研室）主任簽字： 年月日目 錄1引言31.1研究背景31.2設(shè)計思想及基本功能42總體方案設(shè)計42.1方案選取42.2系統(tǒng)框圖52.3總體方案設(shè)計53硬件電路設(shè)計53.1 89c51單片機的引腳及模塊說明53.2晶體振蕩電路63.3復位電路73.4按鍵電路73.5顯示電路83.6引腳控制說明83.7繪制電路原理圖94系統(tǒng)軟件設(shè)計94.1程序流程圖94.2秒表的初始化104.3按鍵掃描檢測程序114.4開始計時114.5計時程序114.6顯示程序114.7暫停計時114.8秒表清零124.9延時程序125總結(jié)14參考文獻14附錄一系統(tǒng)總原理圖15附錄

4、二主程序151引言1.1研究背景自20世紀末期以來，電子技術(shù)的發(fā)展日新月異。電子技術(shù)在各個領(lǐng)域的運用也越來越廣泛，從而有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展以及社會信息化程度的提高。其中，秒表計時器是工業(yè)自動化控制、國防、實驗室及科研單位理想的計時儀器，它廣泛應(yīng)用于各種繼電器、電磁開關(guān)，控制器、延時器、定時器等的時間測試。在各種現(xiàn)代體育競技比賽中，秒表成為必不可少的工具之一。而隨著運動員的水平的不斷提高，他們之間的差距也在不斷縮小。因此，在某些運動中對時間精度的要求就會越來越高，也就需要高精度的秒表來記錄成績，從而保障比賽的公平性。在歷史上，鐘表大致有三個演變階段。首先是大時鐘演變到小時鐘、其次小時鐘過

5、渡到袋表、再之袋表發(fā)展到腕表。再這三個階段，每一次的改變都是和當時的技術(shù)水平和創(chuàng)造發(fā)明水平是息息相關(guān)的。本文則主要闡述了基于單片機89c51的led數(shù)字秒表設(shè)計。使其能夠利用定時器定時原理、各種電路來實現(xiàn)計時功能，按鍵有啟動計時、數(shù)據(jù)清零、停止、時間顯示的功能。1.2設(shè)計思想及基本功能本實驗利用單片機的定時器/計數(shù)器定時和計數(shù)的原理，通過采用proteus仿真軟件來模擬實現(xiàn)。模擬at89c51單片機、led數(shù)碼管以及控件來控制秒表的計數(shù)以及計時的開啟、暫停、繼續(xù)、與復位。其中有三個數(shù)碼管來顯示數(shù)據(jù)，兩個數(shù)碼管顯示秒（兩位），另一個數(shù)碼管顯示十分之一秒，十分之一秒的數(shù)碼管計數(shù)從09，滿十進一后顯

6、示秒得數(shù)碼管的個位加一，并且十分之一秒顯示清零重新從零計數(shù)。同理當個位滿十進一后個位也清零重新計數(shù)，當計時超過范圍（即超過99.9秒）后，所有數(shù)碼管則會全部清零重新計數(shù)。采用按鍵控制秒表的“開始”、“暫?！?、“復位”鍵，按下“開始”按鍵，則開始計時；按下“暫?！卑存I，則暫停計時；再次按下“開始”鍵，則繼續(xù)計時；數(shù)碼管顯示當前計時值；按下“復位”鍵，則系統(tǒng)清零。2總體方案設(shè)計2.1方案選取在這次課程設(shè)計中，主程序主要是通過at89c51和74ls373鎖存器來控制的，從而為所用的中斷程序的地址以及一些必要的標志提供賦值。其中在數(shù)字秒表的設(shè)計中運用了2個中斷號和2個中斷程序。at89c51的to端

7、口在工作方式1下由下降沿觸發(fā)，然后產(chǎn)生方波脈沖，從而作為at89c51的中斷信號。復位電路2.2系統(tǒng)框圖at89c51晶體振蕩電路顯示電路按鍵控制電路圖2-22.3總體方案設(shè)計這次實驗所選用的實驗器材主要包括開關(guān)計時以及顯示，其中開關(guān)計時是與中斷t0相連的，用定時器t0用來計時，同時它也是中斷t0的申請中斷信號，就是設(shè)計要求中來負責秒表的計時；而開關(guān)顯示是與at89c51上的p2.6口相連，即設(shè)計記下時間，當記錄完成后，按下顯示按鈕，就會從最后一個人的順序倒起來顯示他們工作所用的時間（注意：先來后顯示）。本次設(shè)計的核心思想是：在運行中斷程序的時候，首先判斷中斷信號，然后再根據(jù)中斷信號來產(chǎn)生脈沖

8、來確定是否執(zhí)行中斷服務(wù)程序，待中斷結(jié)束后返回原程序，繼續(xù)執(zhí)行原程序。3硬件電路設(shè)計3.1 89c51單片機的引腳及模塊說明89c51作為89系列單片機中的典型代表，其基本模塊主要是由cpu、rom、ram、i/o口、中斷系統(tǒng)、定時/計數(shù)器、串行口、振蕩器、總線控制等幾個部分組成。1cpu：89c51是8位cpu，而且89c51內(nèi)部還包含有1個位處理器2r0m:包含4kb的片內(nèi)程序存儲器，用于存放開發(fā)以及調(diào)試完成的程序3ram:256b的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器，雖然容量小，但作用很大。4i/o口：即p0-p3口，共4個口包含32條雙向且可位尋址的i/o口線。5中斷系統(tǒng)：總共有5個中斷源，其中3個內(nèi)部中斷

9、和2個外部中斷。6定時/計數(shù)器：即2個16位的可編程定時/計數(shù)器。7串行口：全雙工通用異步接收器/發(fā)送器8振蕩器：由外接晶振以及內(nèi)部時鐘振蕩器來為cpu提供時鐘信號。9總線控制：對外提供若干條控制總線，以便于系統(tǒng)擴展。另附上引腳圖：如圖2圖3-13.2晶體振蕩電路89c51單片機內(nèi)部的振蕩電路是一個增益反相放大器，其中引線xyal1和xtal2分別為反相放大器的輸入和內(nèi)部時鐘電路輸入和來自反相放大器的輸出，該反相放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。然而單片機內(nèi)部雖然有震蕩電路，但要形成時鐘，外部還需要附加電路。其中石晶振蕩以及陶瓷振蕩均可采用，有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時

10、鐘信號的脈寬沒有任何要求，但是必須要保證脈沖的高低電平要求的寬度。本次選用的是89c51單片機12mhz的內(nèi)部振蕩方式，電路圖如下圖3所示。其中c1、c2主要起穩(wěn)定振蕩頻率以及快速起振的作用。圖3-23.3復位電路單片機系統(tǒng)主要采用上電自動復位和手動按鍵復位兩種方式實現(xiàn)系統(tǒng)的復位操作。其中上電復位要求接通電源后，能夠自動實現(xiàn)復位操作。手動復位則要求在接通電源后，如果在單片機運行期間發(fā)生死機，可以用按鈕開關(guān)操作使單片機復位。本次設(shè)計采用上電復位，再使單片機復位時還能使單片機的外設(shè)同時復位，而且當程序出現(xiàn)錯誤時，可以隨時使電路復位。電路圖如下圖4所示：圖3-33.4按鍵電路當按下按鍵后，對應(yīng)的引腳

11、就會被拉低，再經(jīng)過掃描后，則會獲得鍵值，然后執(zhí)行鍵功能程序。當按下不同的按鍵時，單片機就會執(zhí)行不同的功能程序。電路圖如下圖5所示：圖3-43.5顯示電路本次設(shè)計采用3個led數(shù)碼管。一位顯示器由8個發(fā)光二極管組成，其中7個發(fā)光二極管構(gòu)成字型“8”的各個筆劃（段）ag，另一個為小數(shù)點發(fā)光二極管。當在某段發(fā)光二極管施加一定的正向電壓時，該段筆劃即亮；不加電壓則暗。在用數(shù)碼管顯示時，有靜態(tài)和動態(tài)兩種選擇，這次設(shè)計采用了led動態(tài)顯示，并用p0、p1、 p2口驅(qū)動顯示。為了保護各段led不被損壞，還需外加限流電阻。但由于p0口沒有上拉電阻，因此在p0口還需要外接上拉電阻才能輸出高電平，這里我們會使用8

12、個4.7k的電阻作為上拉電阻。電路圖如下圖6所示：圖3-53.6引腳控制說明p0口：p0.07、p1口：p1.07、p2口 p2.07對應(yīng)三個數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g段和小數(shù)點位；p0用來控制數(shù)碼管十位的顯示，p2用來控制數(shù)碼管個位的顯示，p1則控制小數(shù)點后一位的顯示，p3.2、p3.3、p3.4分別接按鍵用來實現(xiàn)控制。3.7繪制電路原理圖利用proteus軟件畫出主電路圖如下圖7：圖3-74系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1程序流程圖本次系統(tǒng)的軟件部分主要包括：主函數(shù)、初始化函數(shù)、顯示函數(shù)、定時器0中斷服務(wù)函數(shù)、外部中斷0中斷服務(wù)函數(shù)、拆數(shù)函數(shù)等。工作流程包括：秒表的初始化、按鍵檢測程序、開始計時

13、、計時程序、顯示程序、暫停計時、秒表清零、延時程序等8個部分。系統(tǒng)程序流程圖如下圖8所示：圖4-14.2秒表的初始化首先根據(jù)程序流程圖進行秒表的初始化。第一步：將i/o口p3全寫一，為秒表的控制輸入做好準備；第二步：將數(shù)碼管全部置零，使它處于秒表計時的初始狀態(tài)；第三步：將工作寄存器r0至r2以及30h初始化，留待后面的計時程序備用；第四步：將定時器0置于工作方式1，并為其裝入計時預置數(shù)d8fe（因為程序運行過程中占用的時間會導致一定誤差，此為經(jīng)實物測試之后的修正值），即將定時器定為每10ms溢出；第五步：開總中斷允許和定時器0中斷允許。等初始化完成后，就開始進入之后的按鍵掃描程序。4.3按鍵掃

14、描檢測程序輪流檢測開始計時（p3.2）、暫停計時（p3.3）、秒表清零(p3.4)三個按鍵。若發(fā)現(xiàn)有一個按鍵出現(xiàn)低電平（可能被按下），則延時10ms（調(diào)用延時子程序delay），延時完成后，若發(fā)現(xiàn)低電平消失，則說明該按鍵實際上未被按下，此時轉(zhuǎn)回按鍵檢測處繼續(xù)檢測；若發(fā)現(xiàn)仍然是低電平，則說明此鍵確實被按下了，此時就跳轉(zhuǎn)至相應(yīng)的程序標號處，執(zhí)行相應(yīng)的功能。4.4開始計時若確認“開始計時”鍵被按下，則跳轉(zhuǎn)至程序標號“run”處，將定時器0計時允許控制位tr0置位，則定時器開始運行。此動作完成后，返回按鍵檢測程序，等待操作者的下一次指令。4.5計時程序定時器0計時至10ms，溢出，引發(fā)中斷，程序跳轉(zhuǎn)至

15、定時器0中斷服務(wù)程序入口000bh處執(zhí)行。程序跳轉(zhuǎn)至中斷服務(wù)程序time0。由于秒表的最小計時單位是0.1s，即100ms，因此需加入軟件計時，使定時器0溢出10次之后才改變數(shù)碼管的顯示狀態(tài)。因此每來一次中斷就將30h中的數(shù)加1，若30h中的數(shù)沒有到10，則給定時器0重新裝入預置數(shù)，之后中斷返回并繼續(xù)等待中斷；到10了，才進入顯示程序，改變數(shù)碼管的顯示狀態(tài)，執(zhí)行完畢之后中斷返回并繼續(xù)等待中斷。4.6顯示程序?qū)?shù)碼管的段選碼放在數(shù)表tab中。每次100ms計時完成后，將r0中的值（初值為0）送入a，然后自加1。.若r0中的值沒到10，則使用累加器a查表，并將查得的數(shù)碼管段選碼送入毫秒位數(shù)碼管。之

16、后將30h中的數(shù)置零，中斷返回。若發(fā)現(xiàn)r0中的數(shù)到10了，則將r0置零，并轉(zhuǎn)入秒位進位子程序second，向秒位進位，之后，繼續(xù)照常向毫秒位送數(shù)。在秒位進位子程序second中，由于要用到累加器a，因此先將其推入堆棧保護。將r1中的值（初值為10）送入a，然后自加1。.若r1中的值沒到20，則使用累加器a查表，并將查得的數(shù)碼管段選碼送入秒位數(shù)碼管。若發(fā)現(xiàn)r1中的數(shù)到20了，則將r1重置為10，并轉(zhuǎn)入十秒位進位子程序second1，向十秒位進位，之后，繼續(xù)照常向秒位送數(shù)。完成后，彈出acc和psw，子程序返回。十秒位進位子程序與秒位進位子程序相似，只是沒有向下一位進位的功能。4.7暫停計時若確認

17、“暫停計時”鍵被按下，則跳轉(zhuǎn)至程序標號“pause”處，將定時器0計時允許控制位tr0置零，則定時器暫停運行。此動作完成后，返回按鍵檢測程序，等待操作者的下一次指令。4.8秒表清零若確認“秒表清零”鍵被按下，則跳轉(zhuǎn)至程序標號“stop”處，將tr0置零，關(guān)閉定時器0運行。并且將數(shù)碼管、工作寄存器、定時器0預置數(shù)全部重置，使其處于秒表計時的初始狀態(tài)。此動作完成后，返回按鍵檢測程序，等待操作者的下一次指令。4.9延時程序主要用于按鍵延時防抖，并延時10ms。經(jīng)仿真調(diào)試后，程序正常運行，截圖如下圖9：圖4-95總結(jié)通過這次的課程設(shè)計,使我加深了對89c51 的功能以及它們的工作方式的了解，對電腦有了

18、個更新的認識，對中斷的工作方式，電腦芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)有了較清楚的認識。這次課程設(shè)計是基于芯片上的編程，由于對相應(yīng)芯片的各個端口的功能不熟悉，一開始并不知從何著手，但隨著對各個芯片端口的逐步了解，后面程序的編寫也變得容易多了。這次設(shè)計總的感想是：由于是基于芯片上編程，所以編寫程序之前必須對各個芯片有所了解，如芯片的各個端口的功能等。然后選擇要實現(xiàn)此程序功能的芯片以及怎樣接線，調(diào)試程序、修改錯誤之處。根據(jù)書本知識，我們一開始只給p0口加上了上拉電阻，但是實物做成后我們發(fā)現(xiàn)p1和p2口得輸出顯示非常暗，初步確定是驅(qū)動能力不足的問題后，我們給二者也加上了上拉電阻，結(jié)果使得顯示正常了。由此我們了解到，實踐

19、才是檢驗真理的唯一標準，有時候書本上的知識需要經(jīng)過實踐的改進，才能運用到實際中。此次課程設(shè)計鞏固了我的基礎(chǔ)知識，提高了我的應(yīng)用水平，鍛煉了我的動手能力，使我受益匪淺。然而，在吸取經(jīng)驗的同時，我也吃了不少教訓。在編程、仿真方面都走了不少彎路。但是，學則要有所收獲，經(jīng)過此次的鍛煉，我在很多方面都已經(jīng)有所提高，知識也掌握得更加扎實了。在今后的學習和實踐中，我將繼續(xù)努力鉆研，提高自己，爭取在學術(shù)和記憶上獲得更大的進步。參考文獻1 楊家成單片機原理與應(yīng)用及c51程序設(shè)計北京：清華大學出版社，20072 夏路易 石宗義protel 99se電路原理圖與電路板設(shè)計教程北京：北京希望電子出版社，20043 朱

20、玉璽計算機控制技術(shù)北京：電子工業(yè)出版社，20104 鄧興成單片機原理與實踐指導北京：機械工業(yè)出版社，20105 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京:高等教育出版社,2009.附錄一 系統(tǒng)總原理圖附錄二 主程序org 0000h ;程序開始ajmp start ;跳轉(zhuǎn)至主程序start org 000bh ;定時器0中斷的地址入口ajmp time0 ;定時器0溢出，跳轉(zhuǎn)到中斷程序time0start: ;主程序mov p3,#0ffh ;輸入端口p3全部寫為1mov p0,#3fh ;mov p1,#3fh ;mov p2,#0bfh ;將數(shù)碼管初始化mov 30h,#00h ;mov r0,#00

21、h ;mov r1,#0ah ;mov r2,#00h ;將工作寄存器初始化mov tmod,#01h ;使定時器0工作于方式1mov th0,#0d8h ;mov tl0,#0feh ;給定時器0預置數(shù)(d8feh=55550d)setb ea ;總中斷允許setb et0 ;定時器0中斷允許read: ;讀鍵程序l1:jb p3.2,l2 ;lcall delay ;按鍵延時防抖jb p3.2,l1 ;ajmp run ;確認計時鍵被按下，開始或繼續(xù)計時l2:jb p3.3,l3 ;lcall delay ;按鍵延時防抖jb p3.3,l2 ;ajmp pause ;確認暫停鍵被按下，暫停

22、計時l3:jb p3.4,l1 ;lcall delay ;按鍵延時防抖jb p3.4,l3 ;ajmp stop ;確認清零鍵被按下，秒表重置run: ;計時鍵按下，跳轉(zhuǎn)至此setb tr0 ;定時器0開始或繼續(xù)運行ajmp read ;pause: ;暫停鍵按下，跳轉(zhuǎn)至此clr tr0 ;ajmp read ; time0: ;定時器0溢出，中斷，跳轉(zhuǎn)至此inc 30h ;mov a,30h ;cjne a,#0ah,time1 ;30h單元中的值是否到10mov dptr,#tab ;若30h中的值到10了，順序執(zhí)行mov a,r0 ;inc r0 ;cjne r0,#0ah,get ;

23、r0中的值是否到10mov r0,#00h ;lcall second ;若已到10，則r0清零，并調(diào)用進位子程序second，向秒位進位get: ;若沒到，則跳過進位子程序movc a,a+dptr ;mov p1,a ;查表并向數(shù)碼管毫秒位送數(shù)mov 30h,#00h ;重置30h單元time1: ;mov th0,#0d8h ;mov tl0,#0feh ;給定時器0重新預置數(shù)reti ;中斷返回second: ;秒位進位子程序push acc ;push psw ;將acc和psw推入堆棧保護mov a,r1 ;inc r1 ;cjne r1,#14h,get1 ;r1中的值是否到20mov