用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計(jì)專 業(yè)新能源科學(xué)與工程學(xué)生姓名班 級(jí)學(xué) 號(hào)指導(dǎo)教師完成日期用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計(jì)摘 要：對(duì)采用LED數(shù)碼管顯示的秒表進(jìn)行了設(shè)計(jì)。所設(shè)計(jì)的秒表，可通過(guò)兩位 數(shù)碼管顯示00-59o每秒自動(dòng)加一。在對(duì)系統(tǒng)功能分析的基礎(chǔ)上，采用AT89C52單片機(jī)。相對(duì)而言比較簡(jiǎn)單，貼近 書本，比較熟悉。對(duì)所要實(shí)現(xiàn)的功能也能很好地滿足，焊接也比較簡(jiǎn)單。設(shè)計(jì)主要 采用硬件和軟件兩部分。硬件包含數(shù)碼管按鈕模塊、單片機(jī)控制模塊、數(shù)碼管顯示 模塊、驅(qū)動(dòng)電流放大模塊。按鈕模塊采用獨(dú)立式按鍵，控制模塊選用AT89C52單片 機(jī)，顯示模塊釆用兩位數(shù)碼管，放大模塊選用三極管。軟件釆用模

2、塊化的程丿了；, 分為主程序和定時(shí)器計(jì)時(shí)服務(wù)子程序。在多孔板上制作了 LED數(shù)碼管顯示的秒表，使用protus完成了系統(tǒng)仿真，對(duì)硬 件和軟件部分分別進(jìn)行了調(diào)試，進(jìn)行了軟硬件聯(lián)調(diào)，最后調(diào)試成功樣機(jī)實(shí)物，完成 了畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；數(shù)碼管；秒表A stopwatch design with LED digital tube displayAbstract： For the LED digital tube display of a stopwatch is used for design The stopwatch, designed by two digital tube di

3、splay 00 59. Automatically add a per second.On the basis of the analysis of system function, using the AT89C52 single chip niicrocomputer. Relatively simple, close to the book, familiar with. To in order to realize the function also can well satisfy, welding is more simple. The design mainly adopts

4、two parts of hardware and software Hardware consists of digital tube button module, single-chip microcomputer control module, digital tube display module, the drive current amplifier module. Button module USES the independent type key, choose AT89C52 single chip microcomputer control module, using t

5、wo digital tube display module, amplifier module selects the NPN transistor. Software adopts the modular program, main program and timer timing service subroutineOn the perforated plate made of LED digital tube display a stopwatch, use protus completed system simulation, the hardware and the softwar

6、e part, has carried on the debugging, the software and hardware alignment, the final debugging success physical prototype, completed the graduation design specification requirements.Key Words： Single chip microcomputer; Digital tube; A stopwatch.目 錄1. 概 述11課題研究背景與意義11.2課題設(shè)計(jì)內(nèi)容12. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)12設(shè)計(jì)方案論證12.2系統(tǒng)硬件

7、設(shè)計(jì)22.2.1主控模塊22.2.2秒表按鈕模塊42.23 LED數(shù)碼管顯示模塊52.2.4放大模塊6231主程序模塊62.3.2定時(shí)器中斷程序63. 系統(tǒng)調(diào)試83硬件調(diào)試83.1.1靜態(tài)檢查83.1.2通電檢查83.2軟件調(diào)試及軟硬件聯(lián)調(diào)8321仿真調(diào)試83.2.2實(shí)物調(diào)試93.2.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果94. 結(jié)束語(yǔ)11附錄1：用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計(jì)原理圖圖紙15附錄2：用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計(jì)的元器件目錄表16附錄3：用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計(jì)程序清單17用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計(jì)1.概 述1.1課題研究背景與意義隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的運(yùn)用也越來(lái)越廣泛。特別是進(jìn)入 2

8、1世紀(jì)，由于信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，秒表的用途也越來(lái)越廣泛。作為一個(gè)重要的計(jì) 時(shí)工具，秒表在電器制造、電力、工業(yè)自動(dòng)化控制、國(guó)防、實(shí)驗(yàn)室及科研單位都有 廣泛運(yùn)用。正是由于它的便捷、準(zhǔn)確、可比性高等優(yōu)點(diǎn)，大大減輕了操作人員的負(fù) 擔(dān)，降低了錯(cuò)誤率。近年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)高速發(fā)展，傳統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)方法已大大 落后于當(dāng)今技術(shù)的發(fā)展。一種嶄新的、采用硬件描述語(yǔ)言的設(shè)計(jì)電路方法悄然興起。 這是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化領(lǐng)域的一次重大邁進(jìn)。單片機(jī)就是以可編程邏輯器件為設(shè)訃載 體，以硬件描述語(yǔ)言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達(dá)方法。通過(guò)有關(guān)的開(kāi)發(fā)軟件，自動(dòng) 完成用軟件方式設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中還運(yùn)用到數(shù)碼管，數(shù)碼管通常是山多個(gè)發(fā)光

9、二極管封裝在一起組成 “8”字型器件，數(shù)碼管的段加上特定的電壓后，這些特定的段就會(huì)亮，顯示出特 定信息。因而，在樓體墻面、廣告招牌、夜總會(huì)、會(huì)所的門頭廣告牌中運(yùn)用到數(shù)碼 管可產(chǎn)生彩虹般絢麗的效果。本次設(shè)計(jì)主要完成具備基本功能的電子秒表的理論設(shè)計(jì)。1.2課題設(shè)計(jì)內(nèi)容本課題內(nèi)容是設(shè)計(jì)并制作一個(gè)LED數(shù)碼管顯示的秒表，運(yùn)用“開(kāi)始”、“暫?！?、 “復(fù)位”按鈕實(shí)現(xiàn)秒表的00-59的計(jì)時(shí)。設(shè)計(jì)LED數(shù)碼管顯示的秒表的碩件電路與軟件控制程序，對(duì)硬件電路與軟件程 序分別進(jìn)行調(diào)試，并進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)，要求獲得調(diào)試成功的實(shí)物。2 .系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)方案論證根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容，提出采用單片機(jī)芯片為主控電路的設(shè)計(jì)方案。由于

10、單片機(jī)體積小，重量輕，控制功能強(qiáng)，便于模塊化，價(jià)格便宜，為學(xué)習(xí)、 應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。并且在運(yùn)行中單片機(jī)的可靠性較高，出錯(cuò)兒率很小， 保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。同時(shí)，單片機(jī)的使用領(lǐng)域已經(jīng)十分廣泛，也為以后的產(chǎn)品 的升級(jí)換代提供了便利。方案設(shè)計(jì)框圖如圖2-1所示。圖2-1 LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)訃系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計(jì)系統(tǒng)的電路原理圖如2-2所示。系統(tǒng)由主控模塊、 秒表按鈕模塊.LED數(shù)碼管顯示模塊、放大模塊四部分組成。2.2.1主控模塊主控模塊原理圖如圖2-3所示。主控制器釆用STC89C52o STC89C52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低

11、電壓，高性能CMOS 8位的以80C51為內(nèi)核的單片機(jī)。圖2-3主控模塊原理圖主控模塊里面，除單片機(jī)外，還包括時(shí)鐘電路和復(fù)位電路兩部分。A.時(shí)鐘電路STC89C52內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和 XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。時(shí)鐘可以山內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn) 生。內(nèi)部方式的時(shí)鐘電路如圖2-4(a)所示，在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時(shí)元 件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。定時(shí)元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧 振回路。晶體振蕩頻率可以在1.212MHz之間選擇，電容值在530pF之間選擇, 電容值的大小可對(duì)頻率起微調(diào)的作用。外部方式的時(shí)鐘電路如

12、圖2-4 (b)所示，XTAL2接地，XTAL1接外部振蕩器。 對(duì)外部振蕩信號(hào)無(wú)特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12MHz的 方波信號(hào)。占外rXTAL11CTAL25V(a)內(nèi)部方式時(shí)鐘電路(b)外部方式時(shí)鐘電路圖24時(shí)鐘電路B.復(fù)位電路RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。復(fù)位信號(hào)是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24 個(gè)振蕩周期(即二個(gè)機(jī)器周期)以上。若使用頗率為6MHz的晶振，則復(fù)位信號(hào)持續(xù) 時(shí)間應(yīng)超過(guò)4us才能完成復(fù)位操作。產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)的電路邏輯如圖2-5所示。整個(gè)復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。 外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)(RST)送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個(gè)機(jī)器 周期的S5

13、P2時(shí)刻對(duì)施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需 要的信號(hào)。VSS 2-5復(fù)位信號(hào)的電路邏輯圖復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位相按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這樣，只要電源Vcc 的上升時(shí)間不超過(guò)1ms,就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復(fù)位 初始化。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電平復(fù)位是通過(guò)使復(fù)位 端經(jīng)電阻與Vcc電源接通而實(shí)現(xiàn)的；而按鍵脈沖復(fù)位則是利用RC微分電路產(chǎn)生的 正脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)的。2.2.2秒表按鈕模塊按鈕用按鍵模塊來(lái)模擬，按鍵用獨(dú)立式按鍵表示，電路如圖2-6所示。在沒(méi)有按鍵按下時(shí)，P1 口輸入的是高電平

14、。當(dāng)有鍵按下時(shí)，相應(yīng)的端口引腳輸 入低電平。2.2.3 LED數(shù)碼管顯示模塊A電路連接顯示模塊釆用兩位共陽(yáng)極的數(shù)碼管，電路連接圖如圖2-7所示。圖2-7 LED數(shù)碼管顯示模塊B數(shù)碼管介紹本設(shè)計(jì)中運(yùn)用的是3261BS兩位共陽(yáng)極數(shù)碼管，其引腳圖如圖2-8所示。10 B C E D圖2-8 3261BS數(shù)碼管外部引腳數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè) 發(fā)光二極管單元，即一個(gè)小數(shù)點(diǎn)。數(shù)碼管的8個(gè)顯示比劃“d,b,c,d,e,f,g,dp” ； 按能顯示多少個(gè)“8”可分為1位、2位、4位等數(shù)碼管。本設(shè)計(jì)中發(fā)光二極管單元的連接方式為共陽(yáng)極數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有 發(fā)光

15、二極管的陽(yáng)極接在一起形成公共陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí) 應(yīng)將公共極COM接到+5V,當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就 點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。2.2.4放大模塊本次設(shè)計(jì)采用兩個(gè)NPN三極管對(duì)驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)行放大，進(jìn)而來(lái)驅(qū)動(dòng)兩位共陽(yáng)極數(shù) 碼管。電路連接圖如圖2-9所示。圖2-9驅(qū)動(dòng)電流放大模塊2.3軟件設(shè)計(jì)用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計(jì)程序清單如附錄3所示，程序分主程序和定時(shí)器 中斷程序兩大部分。2.3.1主程序模塊系統(tǒng)主程序主要用于變量及其他部件的初始化，如定時(shí)器TO的初始化，以便能 夠準(zhǔn)確的進(jìn)行相應(yīng)的操作，同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的功能鍵判斷，從而實(shí)現(xiàn)

16、特殊功能。主程 序的流程圖2-10所示。2.3.2定時(shí)器中斷程序定時(shí)器中斷程序的相應(yīng)流程圖如2-11所示。在定時(shí)器中斷程序中在定時(shí)器重置初始值以后，時(shí)間50ms次數(shù)加一，最后中斷返 回。圖210用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計(jì)主程序流程圖圖211左時(shí)器中斷程序3.系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)前述第2大節(jié)中硬件和軟件設(shè)計(jì)，制作了 LED數(shù)碼管顯示的秒表系統(tǒng)樣 機(jī)實(shí)物。對(duì)樣機(jī)的硬件和軟件分別進(jìn)行了調(diào)試，最后進(jìn)行了軟件、硬件聯(lián)調(diào)。3.1硬件調(diào)試3.1.1靜態(tài)檢査根據(jù)硬件電路圖核對(duì)了元器件的型號(hào)、極性，安裝是否正確，檢查硬件電路連 線是否與電路原理圖一致，檢查電路元器件是否都已經(jīng)連接好，用萬(wàn)用表一一測(cè)試。3丄2通電檢査先

17、調(diào)試電源部分，整個(gè)電路只需要+5V的電壓，用USB線從電腦USB 口取電。 再用示波器檢測(cè)單片機(jī)的復(fù)位和晶振電路是否有復(fù)位信號(hào)和振蕩信號(hào)。3.2軟件調(diào)試及軟硬件聯(lián)調(diào)對(duì)軟件先用仿真器進(jìn)行了調(diào)試。用仿真器運(yùn)行正常后，再用燒寫器將程序燒到 STC89C52單片機(jī)中，進(jìn)行了脫機(jī)調(diào)試。3.2.1仿真調(diào)試A. protcus仿真電路用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計(jì)proteus仿真電路如圖3-1所示。C1匕CT圖3-1用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計(jì)proteus仿頁(yè)電路B.仿真結(jié)果用proteus軟件對(duì)用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計(jì)進(jìn)行了仿真，按Start鍵時(shí)秒表計(jì)時(shí)開(kāi)始，按下Stop時(shí)的仿真結(jié)果如圖3-2所示，

18、說(shuō)明此LED數(shù)碼管秒表可以模仿真實(shí) 的秒表計(jì)時(shí)器。GSCOEFG OP 18飛心1po.amio P3.:ADlPP3ACG PDA心 PD.SAD& P酸趙 PD.?2TP2.Q*B W.tA? P22A1D P23A11 P24A1Z P25A13 P2SA14 P22加P3.ARXD P3.I.W P32WTO P33WTTP34TO P35i7l P3&WR P37FD2圖3-2按下Stop按鍵時(shí)的仿真結(jié)果3.2.2實(shí)物調(diào)試用Proteus仿真成功后，制作了用LED數(shù)碼管顯示的秒表多孔板實(shí)物，將附錄 3的程序燒寫到STC89C52中去，燒寫過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)并不能上電成功，但是最小系 統(tǒng)的燈

19、亮著，山此可得出并不是電路硬件的問(wèn)題。因而我專注于對(duì)電路軟件的研究, 經(jīng)過(guò)一番自己的摸索以及周圉同學(xué)的幫助，發(fā)現(xiàn)是燒寫程序版本過(guò)低的問(wèn)題，更新 了版本后，發(fā)現(xiàn)一切正常。秒表可以正常計(jì)時(shí)，亮度也很好，至此電路板調(diào)試工作 完成。多孔板調(diào)試成功后，設(shè)計(jì)制作了用LED數(shù)碼管顯示的秒表PCB板，并進(jìn)行了 焊接與調(diào)試，成功調(diào)試出PCB板實(shí)物。3.2.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果制作了用LED數(shù)碼管顯示的秒表多孔板實(shí)物，通電后按下“開(kāi)始”、“暫?！?、 “復(fù)位”，秒表可以正常工作。圖3-3是按下按Stop鍵以后的顯示結(jié)果。_ooootT4omr fF on1$b54T、p(r鹽城工學(xué)院:業(yè)電花工程及 其自動(dòng)化班級(jí)B 電7 PI

20、4PiSPiftriTvr附錄2：用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計(jì)的元器件目錄表序號(hào)型號(hào)（名稱）數(shù)量作用1AT89C521單片機(jī)2電阻1K 一個(gè)、330 個(gè)電路電阻3100歐姆排阻1上拉電阻4兩位共陽(yáng)數(shù)碼管1顯示時(shí)間5按鈕3復(fù)位按鈕等622pF瓷片電容2晶振電路用710pF電解電容1上電復(fù)位812MHz1晶振9三極管1放大電路附錄3：用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計(jì)程序清單#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit START=P1AO; 開(kāi)始sbit STOP=P1A1; 停止sbit RESET二PM2;復(fù)位sbit dp=P0A7;sbit wl=P2A6;sbit w2=P2A7;uchar aa,temp5STOPFLAGSTARTFLAG,miaoshi,miaoge;uchar code table= 0xc0,0xf9Qxa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf&0x80,0x90);共陽(yáng) 極數(shù)碼表void display(uchar temp);void delay(uint z);