基于51單片機的數(shù)字秒表畢業(yè)設(shè)計論文

1、（此文檔為word格式，下載后您可任意編輯修改?。┱陙黼S著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，單片機的應(yīng)用正在不斷走下面還深 入。本文簡單闡述了基于單片機的數(shù)字秒表的的設(shè)計。本設(shè)計的主要特點是計時精度達(dá)到0.01秒，是各種體育競賽的必要設(shè)備之一。本設(shè)計的數(shù)字秒表采用 AT89S52單片機為主要器件，利用其定時 器的原理，結(jié)合顯示電路、LED數(shù)碼管以及外部外部中斷電路來設(shè) 計計時器。將軟硬件結(jié)合起來，使得系統(tǒng)能實現(xiàn)099.99秒的計時，計時精度位0.01秒。硬件系統(tǒng)利用proteus仿真，在仿真中就能觀察 到系統(tǒng)的實際運行情況。關(guān)鍵字：單片機數(shù)字秒表仿真硬件設(shè)計1、1 總體方案的設(shè)計數(shù)字秒表具有顯示直觀、讀取

2、方便、精度高等優(yōu)點，在計時中 廣泛應(yīng)用。本設(shè)計中用單片機和數(shù)碼管組成數(shù)字秒表力求結(jié)構(gòu)簡單。設(shè)計中包括硬件電路的設(shè)計和系統(tǒng)程序的設(shè)計。硬件電路主要 有主控制器、控制按鈕與顯示電路組成。主控制器采用單片機 AT89S52,顯示電路采用四位共陰極數(shù)碼管顯示計時時間。本設(shè)計利用AT89S52單片機的定時器，使其能精確計時。利用 中斷系統(tǒng)使其實現(xiàn)啟動和暫停的功能，P0 口輸出段碼數(shù)據(jù)，P2.0P2.2 連上譯碼器作為位選，P3.2和P3.3接口的兩個按鈕分別實現(xiàn)啟動和 暫停功能。設(shè)計的基本要求是正確性。硬件電路按下圖進(jìn)行設(shè)計。計時器采用T0中斷實現(xiàn)，定時溢出中斷周期為1ms,當(dāng)溢出中 斷后向CPU發(fā)出溢

3、出中斷請求，每發(fā)出10次中斷請求就對10ms位 （即最后一位）加一，達(dá)到100次就對100ms位加一，以此類推， 直到99.99s為止。再看按鍵的處理。兩個按鍵采用中斷的方法，設(shè)置外部中斷0和 外部中斷1位脈沖邊沿觸發(fā)方式，這樣一來每當(dāng)按鍵按下時便會觸發(fā) 中斷，從而實現(xiàn)啟動和暫停。1.2單片機的選擇本設(shè)計在選取單片機時，充分借鑒了許多成型產(chǎn)品使用單片機的 經(jīng)驗。并根據(jù)自己的實際情況，選用了ATMEL公司的AT89S52。ATMEL公司的89系列單片機以其卓越的性能、完善的兼容性、 快捷便利的電擦寫操作、低廉的價格完全替代了 87C5162和875152, 低電壓、低功耗，有DIP、PLCC、Q

4、FP封裝，是目前性能最好、價 格最低、最受歡迎的單片機之一。AT89S52為40腳雙列直插封裝的8位通用微處理器，采用工業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)的C51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8XC52相同，其主要用于匯聚調(diào)整時的功能控制。功能包括對匯聚主IC內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功能部件的初始化，匯聚調(diào)整控制，匯 聚測試圖控制等。單片機外部結(jié)構(gòu)AT89S52單片機采用40腳的DIP封裝，如下所示。（1）主電源引腳Vss和Vcca、Vss接地b、Vcc正常操作時為+5V接地外接晶振引腳XTAL1和XTAL2a、XTAL1內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸出端， 是外接晶體的一個引 腳。當(dāng)采用外部振蕩時，此引腳

5、接地。b、XTAL2內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸出端， 是外接晶體的的另一 端。當(dāng)采用外部振蕩時，此引腳接外部振蕩源。（2）控制或與其他電源復(fù)用引腳a、 RSTVPD 當(dāng)振蕩器運行是，在此引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高 電平（由低到高跳變），將使單片機復(fù)位在Vcc掉電期間，此引腳可 接上備用電源，由VPD向內(nèi)部提供備用電源，以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)。b、 ALEPROG正常操作時為ALE功能（允許地址鎖存）提供把地址的低字節(jié)鎖存到外部存儲器，ALE引腳以不變的頻率（振蕩器頻率的16）周期性的發(fā)出正脈沖信號。因此，它可以用作對外 輸出的時鐘，或用于定時目的。c、 PSEN外部程序存儲器讀選通信號輸出端

6、，在從外部程序存儲 取指令（或數(shù)據(jù)）期間，PSEN在每個機器周期內(nèi)兩次有效。d、 EAVpp 內(nèi)部程序存儲器和外部程序存儲器選擇端。當(dāng) EAVpp 位高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器，當(dāng) EAVpp為低電平時，則訪問 外部程序存儲器。對于EPROM編程期間，此引腳上加21VEPROM 編程電源（Vpp ）。（3）輸入輸出引腳 P0.0P0.7, P1.0P1.7, P2.0P2.7, P3.0P3.7。a、P0 口（ P0.0P0.7）是一個8位漏極開路型雙向10 口，在訪問外 部存儲器時，它是分時傳送的低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)總線， P0 口能以吸 收電流的方式驅(qū)動八個LSTTL負(fù)載。b、 P1 口（

7、P1.0P1.7）是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位準(zhǔn)雙向IO 口。 能驅(qū)動四個LSTTL負(fù)載。c、P2 口（ P2.0P2.7）是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位準(zhǔn)雙向IO 口, 在訪問外部存儲器時，它輸出高8位地址。P2 口可以驅(qū)動四個LSTTL 負(fù)載。d、P3 口(P3.0P3.7)是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位準(zhǔn)雙向10 口。 能驅(qū)動四個LSTTL負(fù)載。1.3顯示電路的選擇與設(shè)計對于數(shù)字顯示電路，通常采用液晶顯示或數(shù)碼管顯示。 對于一般 的段式液晶屏，需要專門的驅(qū)動電路，而且液晶顯示作為一種被動顯 示，可視性差，不適合遠(yuǎn)距離觀看；對于具有驅(qū)動電路和單片機接口 的液晶顯示模塊，一般多采用并行接口

8、，對單片機的接口要求較高， 占用資源多；另外，AT89S52單片機本身沒有專門的液晶驅(qū)動接口。 而數(shù)碼管作為一種主動顯示器件，具有亮度高、響應(yīng)速度快、價格便 宜、易于購買等優(yōu)點，而且有遠(yuǎn)距離視覺效果，很適合夜間或者遠(yuǎn)距 離操作。因此在本設(shè)計中，我們采用 7段數(shù)碼管作為顯示介質(zhì)。數(shù)碼管顯示可以分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。由于本設(shè)計需要 采用四位數(shù)碼管顯示時間，如果靜態(tài)顯示則占用的口線多，硬件電路 復(fù)雜，所以采用動態(tài)顯示。動態(tài)顯示是一位一位地輪流點亮各位數(shù)碼管，這種逐位點亮顯示 器的方式稱為位掃描。通常各位數(shù)碼管的段選線相應(yīng)并聯(lián)在一起，由一個8位的I0 口控制；各位的公共陰極位選線由另外的I0 口

9、線控制。動態(tài)方式顯示時，各數(shù)碼管輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示必須采用 掃描方式，即在某一時刻只選通一位數(shù)碼管并送出相應(yīng)的段碼，在另一時刻選通另一數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼，依次規(guī)律循環(huán)，即可以 使各位數(shù)碼管顯示將要顯示的字符，雖然這些字符是在不同時刻分別顯示，但由于人眼存在視覺暫留效應(yīng)，只要每位顯示間隔足夠短就可 以給人同時顯示的感覺。1.4系統(tǒng)總體電路的設(shè)計系統(tǒng)總體電路如下圖所示AT89S52單片機為主電路的核心部分，各個電路均與單片機相 連，由單片機統(tǒng)籌協(xié)調(diào)各個電路的運行工作。開始鍵和暫停鍵使用了外部中斷，所以需要連到單片機的 P3.2 和P3.3引腳上，這兩個10 口的第二功能是單片機的外部中

10、斷 0端口 和外部中斷1端口。顯示電路由四位數(shù)碼管組成，采用動態(tài)顯示方式，因此有8位段 控制和4位位控制，8位段接控制接P0 口，P0.0P0.7分別控制數(shù)碼 管的a b c d e f g dp顯示，位控制接在 P2.0和P2.1兩個口，在通過 一個2 4譯碼器實現(xiàn)位控制。14191829303112345678U1*XTAL1XTAL2RSTPSENALEEAP1.0/T2P1.1/T2EXP1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7AT89S52PO.O/ADOP0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A

11、8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD393837363534333221222324252627281011121314151617RP1123456789U2:ARESPACK-8AY0BY1Y2EY3174LS139234567軟件設(shè)計2.1主程序設(shè)計本系統(tǒng)程序主要模塊由主程序、定時中斷服務(wù)程序、外部中斷0服務(wù)程序和外部中斷1服務(wù)程序組成。其中主程序是整個程序的主 體?？梢詫Ω鱾€中斷程序進(jìn)行調(diào)

12、用。協(xié)調(diào)各個子程序之間的關(guān)系。主程序主要是設(shè)置定時器大的工作模式，對定時器賦初值，開總 中斷、兩個外部中斷以及定時器溢出中斷。 并設(shè)置外部中斷為脈沖邊 沿觸發(fā)方式。2.2中斷程序設(shè)計本方案中用到了三個中斷：外部中斷0、外部中斷1和定時器T0 溢出中斷。CPU在響應(yīng)中斷時，先處理高級中斷，后處理低級中斷， 若有多個同級中斷時，貝S應(yīng)按自然優(yōu)先順序處理。例如當(dāng)CPU正在處理一個中斷申請時，又出現(xiàn)了另一個優(yōu)先級比它高的中斷請求， 這 時，CPU就暫停對當(dāng)前優(yōu)先級較低的中斷源的服務(wù)，轉(zhuǎn)去響應(yīng)優(yōu)先 級比它高的中斷請求，并為其服務(wù)。待服務(wù)結(jié)束，再繼續(xù)執(zhí)行原來較 低級的中斷服務(wù)程序。而當(dāng) CPU為級別高的中

13、斷服務(wù)程序服務(wù)時， 如果級別低的中斷發(fā)出中斷請求，此時 CPU是不會響應(yīng)的，所以為 了避免開始和暫停兩個按鍵中的一個出現(xiàn)沒有響應(yīng)的情況，在進(jìn)行編程是要注意中斷的使用，避免出現(xiàn)中斷的嵌套。合理分配中斷對本設(shè) 計是很重要的。(1) 外部中斷0服務(wù)程序外部中斷0服務(wù)程序結(jié)合外部P3.2鍵實現(xiàn)數(shù)字秒表的啟動功能。流 程如下圖所示。(2) 外部中斷1服務(wù)程序外部中斷1服務(wù)程序結(jié)合外部P3.3鍵實現(xiàn)數(shù)字秒表的停止功能。 流程圖如下所示。(3) 定時器T0中斷服務(wù)程序當(dāng)TO 處后，向CPU發(fā)出中斷請求信號CPU跳轉(zhuǎn)到定時中斷程設(shè)置定時器為模式1給定時器賦定時初值開中斷設(shè)置外部中斷位脈沖邊沿觸發(fā)方式數(shù)碼顯示外

14、部中斷0開定時器，開始計數(shù)序執(zhí)行，具體流程如下2.3程序清單#i ncludereg52.()TMOD=0x01;TH0=()256;TL0=()%256;EA=1;EX0=1;EX仁 1;ET0=1;IT0=1;IT 仁1 ；while(1)P2=0x03;PO=tablei; delay(1);P2=0x02;P0=tablej; delay(1);P2=0x01;P0=(tablek+0x80); delay(1);P2=0x00;P0=tablel; delay(1);void ex0() in terrupt 0TR0=1;外部中斷0停止計數(shù)定時器T0溢出中斷重裝計數(shù)初值溢出中斷次數(shù)

15、加一溢出10次，0.01s位加一0.01s位到10 了，清零，0.1s位加一0.1s位到10 了，清零，1s位加一1s位到10 了，清零，10s位加一void ex1() in terrupt 2TR0=0;void timer0() in terrupt 1TH0=()256;TL0=()%256;coun t+;if(cou nt=1O)coun t=0;i+;if(i=10)i=0;j+；if(j=10)j=0;k+;if(k=1O) k=0;l+;二系統(tǒng)調(diào)試Proteus ISIS是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件，它可以仿真、分析各種模擬器件和集成電路。該軟件的

16、主要特 點為：實現(xiàn)了單片機仿真和 SPICE電路仿真相結(jié)合的功能，支持目 前主流單片機系統(tǒng)的仿真，提供了軟件調(diào)試的功能，具有強大的原理 圖繪制功能?？傊?，該軟件是一款集單片機和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大。在電子領(lǐng)域中起到了很大的作用，它的出 現(xiàn)仿真不需要先焊接電路板，可以先仿真調(diào)試通過之后再焊接電路， 節(jié)省了不少在硬件調(diào)試上花費的時間。打開已經(jīng)畫好的Proteus DSN文件，雙擊圖中的AT89S52芯片, 就彈出一個窗口，在program file項中通過路徑選擇在keil中生成 hex文件，雙擊選中后確定，這樣仿真圖中的AT89S52芯片就已經(jīng)讀 取了本設(shè)計中的hex文件

17、。然后進(jìn)行仿真，仿真圖如下所示。系統(tǒng)運行時的情況：19U11918RP11.XTAL1P0.0/AD0XTAL2P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3RSTP0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11ALEP2.4/A12EAP2.5/A13P1.0/T2P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP1.1/T2EXP3.1/TXDP1.2P3.2/INT0P1.3P3.3/INT1P1.4P3.4/T0P1.5P3.5/T1P1.6P3.6/WRP1.7P3.7/RD18989S5229 .301

18、匸.39U2:A10 f F-14-4RespAck-8U129 30 I3_XTAL1XTAL2RSTALEEAP0.O/ADOP0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15EABY0Y1Y2Y3P1.0/T2P1.1/T2EXP1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RDAT89S52U2:AY0Y1Y2Y374LS139.13RESPAC