用定時(shí)器計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的秒表

1、目錄摘要I1 Proteus簡(jiǎn)介12 主要相關(guān)硬件介紹22.1 AT89C52簡(jiǎn)介22.2 四位數(shù)碼管42.3 74LS139芯片介紹53 設(shè)計(jì)原理54 電路設(shè)計(jì)64.1 電路框圖設(shè)計(jì)64.2 電路模塊介紹74.2.1 控制電路74.2.2 譯碼電路74.2.3 數(shù)碼管顯示電路74.3 仿真電路圖85 設(shè)計(jì)代碼86 仿真圖127 仿真結(jié)果分析148 實(shí)物圖149 心得體會(huì)15參考文獻(xiàn)16摘要 現(xiàn)在單片機(jī)的運(yùn)用越來(lái)越寬泛，大到導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置、飛機(jī)上各種儀表的控制、計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸、工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，小到廣泛使用的各種智能IC卡、各種計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)器等等。本次課設(shè)我們要設(shè)計(jì)

2、一個(gè)能顯示計(jì)時(shí)狀態(tài)和結(jié)果的秒表，它是基于定時(shí)器/計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的秒表。本次設(shè)計(jì)的數(shù)字電子秒表系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)為中心器件，利用其定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)和記數(shù)的原理，結(jié)合顯示電路、LED數(shù)碼管以及外部中斷電路來(lái)設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)器。將軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，使得系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)四位LED顯示，顯示時(shí)間為099.99秒，計(jì)時(shí)精度為0.01秒，能正確地進(jìn)行計(jì)時(shí)，并顯示計(jì)時(shí)狀態(tài)和結(jié)果。其中軟件系統(tǒng)采用匯編或者C語(yǔ)言編寫(xiě)程序，包括顯示程序，定時(shí)中斷服務(wù)，外部中斷服務(wù)程序，延時(shí)程序等，并在keil中調(diào)試運(yùn)行，硬件系統(tǒng)利用PROTEUS強(qiáng)大的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)單切易于觀察，在仿真中就可以觀察到實(shí)際的工作狀態(tài)。關(guān)鍵詞

3、：秒表，AT89C51，proteus，C語(yǔ)言I1 Proteus簡(jiǎn)介Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。Proteu

4、s軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是：1原理布圖2PCB自動(dòng)或人工布線3SPICE電路仿真4互動(dòng)的電路仿真5仿真處理器及其外圍電路Proteus擁有豐富的資源，它體現(xiàn)在：1Proteus可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，有30多個(gè)元件庫(kù)。2Proteus可提供的仿真儀表資源 ：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器、信號(hào)發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表。理論上同一種儀器可以在一個(gè)電路中隨意的調(diào)用。3除了現(xiàn)實(shí)存在的儀器外，Proteus還提供了一個(gè)圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號(hào)，以圖形的方式實(shí)

5、時(shí)地顯示出來(lái)，其作用與示波器相似，但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀器對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。4Proteus可提供的調(diào)試手段 Proteus提供了比較豐富的測(cè)試信號(hào)用于電路的測(cè)試。這些測(cè)試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。 Proteus不僅可將許多單片機(jī)實(shí)例功能形象化，也可將許多單片機(jī)實(shí)例運(yùn)行過(guò)程形象化。前者可在相當(dāng)程度上得到實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)的效果，后者則是實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到的效果。 課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生走向就業(yè)的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。由于PROTEUS提供了實(shí)驗(yàn)室無(wú)法相比的大量的元器件庫(kù)，提供了修改電路設(shè)計(jì)的靈活性、提供了實(shí)驗(yàn)室在數(shù)量、

6、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐精神、創(chuàng)造精神的平臺(tái)隨著科技的發(fā)展，“計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)”已成為許多設(shè)計(jì)部門(mén)重要的前期設(shè)計(jì)手段。它具有設(shè)計(jì)靈活，結(jié)果、過(guò)程的統(tǒng)一的特點(diǎn)?？墒乖O(shè)計(jì)時(shí)間大為縮短、耗資大為減少，也可降低工程制造的風(fēng)險(xiǎn)。相信在單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用中PROTEUS也能茯得愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。2 主要相關(guān)硬件介紹2.1 AT89C52簡(jiǎn)介AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指

7、令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，AT89C52單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。AT89C52單片機(jī)參數(shù)如下：1、兼容MCS51指令系統(tǒng)2、8kB可反復(fù)擦寫(xiě)(大于1000次）Flash ROM；3、32個(gè)雙向I/O口；4、256x8bit內(nèi)部RAM；5、3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷；6、時(shí)鐘頻率0-24MHz；7、2個(gè)串行中斷，可編程UART串行通道；8、2個(gè)外部中斷源，共8個(gè)中斷源；9、2個(gè)讀寫(xiě)中斷口線，3級(jí)加密位；10、低功耗空閑和掉電模式，軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能；11、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等幾種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。AT89C52工

8、作原理與AT89C51單片機(jī)工作原理類似，AT89C52為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，其主要用于會(huì)聚調(diào)整時(shí)的功能控制。功能包括對(duì)會(huì)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，會(huì)聚調(diào)整控制，會(huì)聚測(cè)試圖控制，紅外遙控信號(hào)IR的接收解碼及與主板CPU通信等。主要管腳有：XTAL1（19 腳）和XTAL2（18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。VCC（40 腳）和VSS（20 腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負(fù)端。P0P3 為可編程

9、通用I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計(jì)中，P0 端口（3239 腳）被定義為N1 功能控制端口，分別與N1的相應(yīng)功能管腳相連接，13 腳定義為IR輸入端，10 腳和11腳定義為I2C總線控制端口，分別連接N1的SDAS（18腳）和SCLS（19腳）端口，12 腳、27 腳及28 腳定義為握手信號(hào)功能端口，連接主板CPU 的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測(cè)及會(huì)聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能，詳細(xì)端口分布見(jiàn)圖2-1圖2-1 AT89C52端口圖2.2 四位數(shù)碼管四位數(shù)碼管可以分為共陽(yáng)極與共陰極兩種，共陽(yáng)極就是把所有LED的陽(yáng)極連接到共同接點(diǎn)com，而每個(gè)LED的陰極分別為a、b、c、d、

10、e、f、g及dp（小數(shù)點(diǎn)）；共陰極則是把所有LED的陰極連接到共同接點(diǎn)com，而每個(gè)LED的陽(yáng)極分別為a、b、c、d、e、f、g及dp（小數(shù)點(diǎn)），如下圖2-2所示。通過(guò)控制各個(gè)LED的亮滅來(lái)顯示數(shù)字。圖2-2 四位數(shù)碼管2.3 74LS139芯片介紹74LS139 為兩個(gè)2線4 線譯碼器，共有 54/74S139和 54/74LS139 兩種線路結(jié)構(gòu)型式，當(dāng)選通端（G1）為低電平，可將地址端（A、B）的二進(jìn)制編碼在一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端以低電平譯出。 若將選通端（G1）作為數(shù)據(jù)輸入端時(shí)，139 還可作數(shù)據(jù)分配器。具體的端口圖見(jiàn)圖2-3.圖2-3 74LS139引腳圖3 設(shè)計(jì)原理利用AT89S52單片

11、機(jī)的定時(shí)器，使其能精確計(jì)時(shí)。利用中斷系統(tǒng)使其實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、暫停以及復(fù)位清零的功能，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(gè)按鈕分別實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)/暫停和復(fù)位功能。計(jì)時(shí)器采用T0中斷實(shí)現(xiàn)，定時(shí)溢出中斷周期為1ms，當(dāng)溢出中斷后向CPU發(fā)出溢出中斷請(qǐng)求，每發(fā)出10次中斷請(qǐng)求就對(duì)10ms位（即最后一位）加一，達(dá)到100次就對(duì)100ms位加一，以此類推，直到99.99s為止。再看按鍵的處理。兩個(gè)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(lái)每當(dāng)按鍵按下時(shí)便會(huì)觸發(fā)中斷，從而實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)/暫停和復(fù)位。開(kāi)始鍵和暫停鍵使用了外部中斷，所以需要連到單片機(jī)

12、的P3.2和P3.3引腳上，這兩個(gè)I/O口的第二功能是單片機(jī)的外部中斷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(dòng)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(gè)口，在通過(guò)一個(gè)24譯碼器實(shí)現(xiàn)位控制。4 電路設(shè)計(jì)4.1 電路框圖設(shè)計(jì)譯碼器四位數(shù)碼管控制電路AT89C51單片機(jī)圖4-1 電路設(shè)計(jì)框圖4.2 電路模塊介紹4.2.1 控制電路圖4-2控制模塊 本次課設(shè)設(shè)計(jì)了兩個(gè)按鈕，一個(gè)為開(kāi)始和暫時(shí)按鈕，另外一個(gè)為復(fù)位按鈕，當(dāng)按下按鈕時(shí)，會(huì)根據(jù)程序中的相應(yīng)中斷程序來(lái)實(shí)現(xiàn)相

13、關(guān)功能。4.2.2 譯碼電路圖4-3 2-4譯碼電路2-4譯碼電路通過(guò)74LS139芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)譯碼功能，其中A口接單片機(jī)P2.0口，B口接P2.1口，E口接地，Y0Y3口接數(shù)碼管的1234口，2-4譯碼電路實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)碼的位選功能。4.2.3 數(shù)碼管顯示電路圖4-4 數(shù)碼管顯示電路 本次顯示使用的數(shù)碼管為八段數(shù)碼管，共有8八二極管顯示單元，其中一個(gè)為小數(shù)點(diǎn)了，A、B、C、D、E、F、G、DP口接單片機(jī)上的P0.0P0.7口，來(lái)進(jìn)行段選，14口接上文的譯碼電路。完成對(duì)秒表記時(shí)的顯示。4.3 仿真電路圖圖4-2 仿真電路5 設(shè)計(jì)代碼#include<reg52.h>unsigned in

14、t data table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; /顯示碼值unsigned int i,j,k,l,count;char sw=0;void delay(unisigned int z) /延時(shí)程序unsigned int x,y;for(x=z;x!=0;x-)for(y=110;y!=0;y-);void main()TMOD=0x01; /設(shè)置定時(shí)器為模式1TH0=(65536-1000)/256; /給定時(shí)器賦定時(shí)初值TL0=(65536-1000)%256; EA=1; /開(kāi)中斷EX0=1;/打開(kāi)外部中斷

15、0中斷EX1=1;/打開(kāi)外部中斷1中斷ET0=1;/打開(kāi)T0中斷IT0=1; /設(shè)置外部中斷位脈沖邊沿觸發(fā)方式 IT1=1; /跳變沿觸發(fā)方式INT1上電平從從高到低的負(fù)跳變有效while(1) / 數(shù)碼顯示P2=0x03;P0=tablei;delay(1);P2=0x02;P0=tablej;delay(1);P2=0x01;P0=(tablek+0x80);delay(1);P2=0x00;P0=tablel;delay(1);void ex0() interrupt 0 /外部中斷0sw=!sw; /設(shè)置復(fù)位TR0=sw; void ex1() interrupt 2 /外部中斷0 l

16、=k=j=i=0; void timer0() interrupt 1 /定時(shí)器T0溢出中斷TH0=(65536-1000)/256; /重裝計(jì)數(shù)初值TL0=(65536-1000)%256;count+; /溢出中斷次數(shù)加一if(count=10)count=0;i+; /溢出10次，0.01s位加一if(i=10)i=0; /0.01s位到10了，清零，0.1s位加一j+;if(j=10)j=0; /0.1s位到10了，清零，1s位加一k+;if(k=10)k=0; /1s位到10了，清零，10s位加一l+;176 仿真圖圖6-1 開(kāi)始記時(shí)圖6-2 暫停記時(shí)圖6-3 復(fù)位7 仿真結(jié)果分析

17、通過(guò)以上的分析，我們可知所設(shè)計(jì)的秒表計(jì)時(shí)器，可實(shí)現(xiàn)記時(shí)功能，既可以進(jìn)行啟動(dòng)記時(shí)，也可以通過(guò)同一個(gè)按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)暫停，并能通過(guò)復(fù)位清零鍵來(lái)使秒表記時(shí)器復(fù)位，以實(shí)現(xiàn)重新記時(shí)，在記時(shí)到99秒時(shí)，秒表會(huì)自動(dòng)清零，需要重新按開(kāi)始鍵才可以。8 實(shí)物圖圖8-1 單片機(jī)實(shí)物圖9 心得體會(huì)本次課設(shè)要求我們定時(shí)器/計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的秒表，能顯示計(jì)時(shí)狀態(tài)和結(jié)果。要求進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)或仿真，并使用C語(yǔ)言進(jìn)行程序的開(kāi)發(fā)。能力拓展訓(xùn)練使得我們又一次熟悉了已學(xué)的C語(yǔ)言和先學(xué)的單片機(jī)的應(yīng)用。通過(guò)這次能力拓展使我們的動(dòng)手能得到了提升，而且學(xué)會(huì)了獨(dú)立完成一項(xiàng)任務(wù)。在做這次設(shè)計(jì)之前，通過(guò)查找相關(guān)資料，我已經(jīng)對(duì)本次課設(shè)有了一定的了解，在查

18、詢了大量資料和請(qǐng)教同學(xué)之后，我最終能成功的做出本次課設(shè)。但是在做課設(shè)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有很多知識(shí)點(diǎn)沒(méi)有掌握，基礎(chǔ)知識(shí)不可缺少，但是一些核心的高層次的知識(shí)點(diǎn)更是不可忽視。在完成課設(shè)的過(guò)程中沒(méi)少向同學(xué)請(qǐng)教，由此我意識(shí)到，任何時(shí)候任何事情，閉門(mén)造車是不可取的，要一直堅(jiān)持向周圍的師長(zhǎng)，同學(xué)求教，以取得新的思考途徑。通過(guò)這次強(qiáng)化訓(xùn)練基礎(chǔ)課程知識(shí)的了解。這次的能力拓展訓(xùn)練主要與C語(yǔ)言編程和單片機(jī)原理等方面的知識(shí)，充分鍛煉了我運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。通過(guò)查閱資料，溫習(xí)課本知識(shí)和學(xué)習(xí)筆記，我深刻領(lǐng)悟到各課程之間的聯(lián)系，并初步掌握了綜合運(yùn)用課本知識(shí)分析問(wèn)題的方法。本次簡(jiǎn)單秒表的設(shè)計(jì)采用單片機(jī)與微機(jī)原理編程的方法，實(shí)現(xiàn)