基于5單片機的數(shù)字秒表課程設計畢業(yè)設計論文

1、單片機課程設計報告基于51單片機的數(shù)字秒表設計專業(yè)：通信工程學號：11100640225姓名：羅宏 時間:2014-6-26目錄一、 課程名稱1二、 設計目的和意義1三、 任務要求1四、 任務分析、設計方案1五、 具體實現(xiàn)過程9六、 仿真、實驗驗證過程及實現(xiàn)結(jié)果、現(xiàn)象12七、 結(jié)論14八、 總結(jié)與體會14一、 課題名稱基于51單片的數(shù)字秒表設計二、 目的和意義1、通過本次課程設計可以靈活運用單片機的基礎知識，依據(jù)課程設計內(nèi)容，能夠完成從硬件電路圖設計，到電路搭建焊接，再到軟件編程及系統(tǒng)調(diào)試實現(xiàn)系統(tǒng)功能，完成課程設計，加深對單片機基礎知識的理解，并靈活運用，將各門知識綜合應用。 2、本

2、次課程設計還可以通過上網(wǎng)查詢器件資料，培養(yǎng)對新知識新技術的獨立的學習能力和應用能力。3、在這次課程設計中，我們運用到了很多一切所學的知識和一些很有用的軟件和工具，如keil4編程軟件、Proteus仿真軟件、Visio軟件、等。4、通過獨立完成一個小的數(shù)字秒表系統(tǒng)設計，從硬件設計到軟件設計，增強分析問題、解決問題的能力，為日后的畢業(yè)設計及科研工作奠定良好的基礎。5、掌握51單片機軟件編程知識、實現(xiàn)功能、設計方法，及KEIL軟件使用方法； 6、應用所學模擬電子線路的知識，掌握電路的設計與應用；7、熟悉PROTEUS的設計與仿真；8、STCISP的使用方法；9、掌握焊接電子元器件的方法以及查閱元件

3、功能與參數(shù)的方法、步驟。三、 設計目標或任務要求1 、設計目標以單片機為核心，設計數(shù)字秒表。通過硬件電路設計，軟件設計，電路搭建，作品調(diào)試。最后完成本次課程設計。2 、設計要求1、計時范圍：059分59.59秒，整數(shù)四位數(shù)和小數(shù)兩位數(shù)顯示；2、計時精度10毫秒；3、復位按鈕，計時器清零，并做好下次及時準備；4、可以對三個對象（A、B）計時，具有啟/?？刂?；5、設開始、停止A、停止B、顯示A、顯示B、復位按鈕。 四、 任務分析、設計方案1、 任務分析數(shù)字電子秒表具有顯示直觀、讀取方便、精度高等優(yōu)點，在計時中廣泛使用。本設計用單片機組成數(shù)字電子秒表，力求結(jié)構簡單、精度高為目標。設計中包括硬件電路的

4、設計和系統(tǒng)程序的設計。其硬件電路主要有主控制器，計時與顯示電路和回零、啟動和停表電路等。主控制器采用單片機89C52顯示電路采用共陽極LED數(shù)碼管顯示計時時間。本設計利用89C52單片機的定時器/計數(shù)器定時和記數(shù)的原理，使其能精確計時。利用中斷系統(tǒng)使其能實現(xiàn)開始暫停的功能。P0口輸出段碼數(shù)據(jù)，P2.0-P2.4口作列掃描輸出，P1.1、P3.2、P3.3、P2.5口接四個按鈕開關，分別實現(xiàn)開始、暫停、清零和查看上次計時時間功能。電路原理圖設計最基本的要求是正確性，其次是布局合理，最后在正確性和布局合理的前提下力求美觀。硬件電路圖按照圖1.1進行設計。圖1.1 數(shù)字秒表硬件電路基本原理圖計時采用

5、定時器T0中斷完成，定時溢出中斷周期為1ms，當一處中斷后向CPU發(fā)出溢出中斷請求，每發(fā)出一次中斷請求就對毫秒計數(shù)單元進行加一，達到10次就對十毫秒位進行加一，依次類推，直到99.99秒重新復位。 再看按鍵的處理。這四個鍵可以采用中斷的方法，也可以采用掃描的方法來識別。復位鍵和查看主要功能在于數(shù)值復位和查詢上次計時時間，對于時間的要求不是很嚴格。而開始和停止鍵則是用于對時間的鎖定，需要比較準確的控制。因此可以對復位和查看按鍵采取掃描的方式。而對開始和停止鍵采用外部中斷的方式。設計中包括硬件電路的設計和系統(tǒng)程序的設計。其硬件電路主要有主控制器，顯示電路和回零、啟動、查看、計次電路等。主控制器采用

6、單片機89C52，顯示電路采用共陽極LED數(shù)碼管顯示計時時間，四個按鍵均采用觸點式按鍵。2、單片機的選擇本課題在選取單片機時，充分借鑒了許多成形產(chǎn)品使用單片機的經(jīng)驗，并根據(jù)自己的實際情況，選擇了stc公司的89C52。89C52單片機采用40引腳的雙列直插封裝方式。圖1.2為引腳排列圖， 40條引腳說明如下：主電源引腳Vss和Vcc Vss接地 Vcc正常操作時為+5伏電源外接晶振引腳XTAL1和XTAL2 XTAL1內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入端，是外接晶體的一個引腳。當采用外部振蕩器時，此引腳接地。 XTAL2內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸出端。是外接晶體的另一端。當采用外部振蕩器時，此引腳接

7、外部振蕩源。圖1.2 8051單片機引腳圖控制或與其它電源復用引腳RST/VPD，ALE/，和/Vpp輸入/輸出引腳P0.0 - P0.7，P1.0 - P1.7，P2.0 - P2.7，P3.0 - P3.7。 P0口（P0.0 - P0.7）是一個8位漏極開路型雙向I/O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負載。 P1口（P1.0 - P1.7）是一個帶有內(nèi)部提升電阻的8位準雙向I/O口。能驅(qū)動(吸收或輸出電流)四個LSTTL負載。 P2口（P2.0 - P2.7）是一個帶有內(nèi)部提升電阻的8位準雙向I/O口，在訪問外部存儲器

8、時，它輸出高8位地址。P2口可以驅(qū)動(吸收或輸出電流)四個LSTTL負載。 P3口（P3.0 - P3.7）是一個帶有內(nèi)部提升電阻的8位準雙向I/O口。能驅(qū)動(吸收或輸出電流)四個LSTTL負載。（1） 運算器運算器的功能是進行算術運算和邏輯運算?？梢詫Π胱止?jié)（4位）、單字節(jié)等數(shù)據(jù)進行操作。（2） 程序計數(shù)器PC程序計數(shù)器PC用來存放即將要執(zhí)行的指令地址，共16位，可對64K程序存儲器直接尋址。執(zhí)行指令時，PC內(nèi)容的低8位經(jīng)P0口輸出，高8位經(jīng)P2口輸出。（3） 令寄存器指令寄存器中存放指令代碼。CPU執(zhí)行指令時，由程序存儲器中讀取的指令代碼送入指令寄存器，經(jīng)譯碼后由定時與控制電路發(fā)出相應的控

9、制信號，完成指令功能。3、 顯示電路的選擇與設計對于數(shù)字顯示電路，通常采用液晶顯示或數(shù)碼管顯示。本設計的顯示電路采用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。由于本設計需要采用五位數(shù)碼管顯示時間，如果靜態(tài)顯示則占用的口線多，硬件電路復雜。所以采用動態(tài)顯示。圖1.3 顯示電路基本原理圖動態(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)碼管的段選線相應并聯(lián)在一起，由一個8位的I/O口控制；各位的公共陰極位選線由另外的I/O口線控制。動態(tài)方式顯示時，各數(shù)碼管分時輪流選通，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

10、應的段碼，在另一時刻選通另一位數(shù)碼管，并送出相應的段碼，依此規(guī)律循環(huán)，即可使各位數(shù)碼管顯示將要顯示的字符，雖然這些字符是在不同的時刻分別顯示，但由于人眼存在視覺暫留效應，只要每位顯示間隔足夠短就可以給人同時顯示的感覺。數(shù)碼顯示管分為共陽數(shù)碼管和共陰數(shù)碼管兩種共陽極數(shù)碼管的8個發(fā)光二極管的陽極（二極管正端）連接在一起，如圖1.4（b），通常，公共陽極接高電平（一般接電源），其它管腳接段驅(qū)動電路輸出端。當某段驅(qū)動電路的輸出端為低電平時，則該端所連接的字段導通并點亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時，要求段驅(qū)動電路能吸收額定的段導通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導通電流來確定相應的

11、限流電阻。圖1.4 （a）數(shù)碼管引腳圖 （b）共陽極內(nèi)部結(jié)構圖 （c）共陰極內(nèi)部結(jié)構圖最大 4 、按鍵電路的選擇與設計本設計中有四個按鍵，分別實現(xiàn)開始、暫停、復位和計次功能。這四個鍵可以采用中斷的方法，也可以采用查詢的方法來識別。對于復位鍵和查看鍵，主要功能在于數(shù)值復位和對上次計時時間的查看，對于時間的要求不是很嚴格，而開始和暫停鍵主要用于時間的鎖定，需要比較準確的控制。因此可以考慮，對復位鍵和查看鍵采用查詢的方式，而對于開始和暫停鍵采用外部中斷。四個按鍵均采用低電平有效，具體電路連接圖如圖1.5所示。5、 時鐘電路的選擇與設計單片機的時鐘信號用來提供單片機內(nèi)各種微操作的時間基準，8051片內(nèi)

12、設有一個由反向放大器所構成的振蕩電路，XTAL1和 XTAL2分別為振蕩電路的輸入和輸出端，8051單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式與外部振蕩方式。外部方式的時鐘很少用，若要用時，只要將XTAL1接地，XTAL2接外部振蕩器就行。對外部振蕩信號無特殊要求，只要保證脈沖寬度，一般采用頻率低于11.05926MHz的方波信號。圖中，電容器C1 、C2起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，電容值一般為533pF。但在時鐘電路的實際應用中一定要注意正確選擇其大小，并保證電路的對稱性，盡可能匹配，選用正牌的瓷片或云母電容，如果可能的話，溫度系數(shù)盡可能低。本設計中采用大小為30pF

13、的電容和11.05926MHz的晶振。圖1.6 內(nèi)部振蕩電路6、 復位電路的選擇與設計當8051單片機的復位引腳RST（全稱RESET）出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平時，單片機就完成了復位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)，而無法執(zhí)行程序。因此要求單片機復位后能脫離復位狀態(tài)。而本系統(tǒng)選用的是11.05926MHz的晶振，因此一個機器周期為1.09s，那么復位脈沖寬度最小應為2.18s。在實際應用系統(tǒng)中，考慮到電源的穩(wěn)定時間，參數(shù)漂移，晶振穩(wěn)定時間以及復位的可靠性等因素，必須有足夠的余量。根據(jù)應用的要求，復位操作通常有兩種基本形式：上電復位、手動復位。圖1.10 單片機復位電路

14、7、 系統(tǒng)總電路的設計系統(tǒng)總電路由以上設計的顯示電路，時鐘電路，按鍵電路和復位電路組成，只要將單片機與以上各部分電路合理的連接就組成了系統(tǒng)總電路。系統(tǒng)總電路圖附錄B所示。8051單片機為主電路的核心部分，各個電路均和單片機相連接，由單片機統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)各個電路的運行工作。8051單片機提供了XTAL1和XTAL2兩個專用引腳接晶振電路，因此只要將晶振電路接到兩個專用引腳即可為單片機提供時鐘脈沖，但在焊接晶振電路時要盡量使晶振電路靠近單片機，這樣可以為單片機提供穩(wěn)定的始終脈沖。 復位電路同晶振電路，單片機設有一個專用的硬件復位接口，并設置為高電平有效。按鍵電路與單片機的端口連接可以由用戶自己設定，本

15、設計中軟件復位鍵和查看鍵分別接單片機的P1.1和P2.5，均設為低電平有效。而另外的開始鍵和暫停鍵兩鍵使用了外部中斷，所以需要連接到單片機的特殊接口P3.3和P3.2，這兩個I/O口的第二功能分別為單片機的外部中斷1端口和外部中斷0端口。同樣設置為位低電平有效。顯示電路由五位數(shù)碼管組成，采用動態(tài)顯示方式，因此有8位段控制端和5位位控制端，八位段控制接P0口，P0.0P0.7分別控制數(shù)碼顯示管的a、b、c、d、e、f、g、dp顯示，8051的P0口沒有集成上拉電阻，高電平的驅(qū)動能力很弱，所以需要接上拉電阻來提高P0的高電平驅(qū)動能力。五位位控制則由低位到高位分別接到P2.0P2.4口，NPN三極管

16、9013做為位控制端的開關，當P2.0P2.4端口任意一個端口為高電平時，與其相對應的三極管就導通，對應的數(shù)碼管導通顯示。通過以上設計已經(jīng)將各部分電路與單片機有機的結(jié)合到一起，硬件部分的設計以大功告成，剩下的部分就是對單片機的編程，使單片機按程序運行，實現(xiàn)數(shù)字電子秒表的全部功能。五、 具體實現(xiàn)過程1、對數(shù)字秒表設計進行分析，敲定幾組方案；2、在PROTUES軟件中，畫電路圖，進行仿真、調(diào)試；3、對自己想要實現(xiàn)的秒表現(xiàn)象進行編程，運用KEIL軟件；并于Proteus聯(lián)調(diào)。4、調(diào)試過程中要不斷改進自己的方案；6、測試各個所需元件，STC89C52RC，數(shù)碼管。7、將方案敲定之后，對LED數(shù)字秒表進

17、行焊接其中最主要的是對最小系統(tǒng)的焊接時非常關鍵的，在進行焊接數(shù)碼管時，很關鍵。8、將最小系統(tǒng)焊接好以后要用數(shù)字萬用表進行測試，首先要測試有沒有短接、斷接的地方，再將焊好的板子放在電源上進行加電，看電路板子是否正常工作。9、將最小系統(tǒng)板子與數(shù)碼管板子連在一個，通過USB口與電腦相連，打開串口助手，將KEIL軟件中的程序下載到單片機中，進行驗證。10、具體程序/* 文 件 名 : 秒表.c * 描 述 : 基于51單片機的數(shù)碼管數(shù)字秒表；帶有指示燈，蜂鳴器，按鍵（啟動、清零、計次）* 創(chuàng) 建 人 : 羅宏 * 單 位 : 佳木斯大學 信息電子技術學院 電子協(xié)會 * 日 期 : 2014.6.26*

18、 開 發(fā) 環(huán) 境: Keil 4* 郵 箱 : 744544126* 晶 振 ：11.05926MHZ* 版 本 號 : */#include<reg52.h>#define uint unsigned int /宏定義無符號整型#define uchar unsigned char /宏定義無符號字符型#define DUAN (P0) /宏定義數(shù)碼管段代碼#define WEI (P2) /宏定義數(shù)碼管位代碼sbit keystart_stop =P32;/定義啟動/停止按鍵sbit keyrest =P33;/定義復位/清零按鍵sbit keyrecord=P34;/定義計數(shù)

19、/存儲按鍵sbit keydispaly = P35;/定義計數(shù)/顯示按鍵sbit beep =P36;/定義蜂鳴器sbit led =P37;/定義uchar x,msec5,msec10,second,minute;/時間變量uchar msec,sec,min;/顯示變量uchar code table1 = 0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90; /共陽數(shù)碼管數(shù)組不帶點顯示uchar code table2 = 0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x58,0x00,0x10; /共陽數(shù)碼管

20、帶點顯示/*函數(shù)名稱: 延時函數(shù) delay功 能: 延時指定毫秒?yún)?數(shù): uchar x返 回 值: 無*/void delay(uchar x) uint b,c; for(b = x;b>0;b-) for(c = 110;c>0;c-);/*函數(shù)名稱: 定時器初始化函數(shù)time_init(void)功 能: 定時器初始化參 數(shù): 無返 回 值: 無*/void time_init(void)msec5=0;TMOD = 0x01;TH0 = (65536-9174)/256; TL0 = (65536-9174)%256;ET0 = 1;TR0 = 1;EA = 1; /*

21、函數(shù)名稱: 顯示函數(shù)display（）功 能: 數(shù)碼管顯示參 數(shù): uchar msec,uchar sec,uchar min返 回 值: 無*/void display(uchar msec,uchar sec,uchar min)DUAN = table1(msec%10)%10;/ 0.01秒 5.64%10=64%10=0.04WEI = 0x01;delay(2);WEI = 0x00; DUAN = table1(msec/10)%10;/ 0.1秒 5.64/10=56%10=0.6WEI = 0x02;delay(2);WEI = 0x00;DUAN = table2(sec

22、%10); / 1秒 564%10=6WEI = 0x04;delay(2);WEI = 0x00;DUAN = table1(sec/10); / 10秒 564/10=56%10=6WEI = 0x08;delay(2);WEI = 0x00;DUAN = table1(min%10); / 1分 564/10=56%10=6WEI = 0x10;delay(2);WEI = 0x00;DUAN = table1(min/10); / 10分 564/10=56%10=6WEI = 0x20;delay(2);WEI = 0x00; /*函數(shù)名稱: 蜂鳴器函數(shù)功 能: 蜂鳴器發(fā)聲參 數(shù):

23、無返 回 值: 無*/void beep_led() beep = 0; delay(600); beep = 1; delay(600); led = 0; delay(600); led = 1;/*函數(shù)名稱: 按鍵函數(shù) 功 能: 調(diào)試按鍵的函數(shù)參 數(shù): 無返 回 值: 無*/void keys() if(keystart_stop=0) delay(5); if(keystart_stop=0) TR0 = TR0;beep_led(); while(!keystart_stop); if(keyrest=0) delay(5); if(keyrest=0) TR0 = 0; msec5

24、=0; msec10=0, second=0; minute=0; beep_led(); while(!keyrest); /*函數(shù)名稱: 主函數(shù) 功 能: 參 數(shù): 無返 回 值:*/void main() uchar jishu=0; uchar flag=0; uchar msec1=0,sec1=0,min1=0; uchar msec2=0,sec2=0,min2=0; time_init(); while(1) keys(); / 鍵盤的掃描函數(shù)一定要放在while循環(huán)里邊 msec=msec10; sec=second; min=minute; if(flag=1) displ

25、ay(msec1,sec1,min1); else if(flag=0) display(msec,sec,min); else display(msec2,sec2,min2); if(keyrecord=0) delay(5);if(keyrecord=0) beep_led();jishu+;if(jishu>2)jishu=0;else if(jishu=1) msec1=msec10; sec1=second; min1=minute; else if(jishu=2)msec2=msec10; sec2=second; min2=minute; while(!keyrecor

26、d); if(keydispaly=0)delay(5);if(keydispaly=0)beep_led();flag+;if(flag>2)flag=0;while(!keydispaly);/*函數(shù)名稱: 中斷函數(shù) 功 能: 參 數(shù): 無返 回 值:*/void timer0 () interrupt 1 TH0 = (65536-9174)/256; TL0 = (65536-9174)%256; msec10+; /msec10加一次等于 10ms if(msec10=100) /j=100 為1s msec10 = 0; second+; if(second=60) / second=60 為1minut