數字式秒表單片機數字秒表課程設計

1、單片機技術課程設計說明書數字式秒表系、部：學生姓名：指導教師：職稱專 業(yè)：班 級：完成時間：本次課程設計的數字電子秒表系統(tǒng)采用at89s52單片機為中心器件，利用其定 時器/計數器定時和記數的原理，結合顯示電路、led數碼管以及外部中斷電路來設 計。將軟、硬件有機地結合起來，使得系統(tǒng)能夠實現(xiàn)led顯示，099.99秒，計時 精度為0. 01秒，能正確地進行計時。其中軟件系統(tǒng)采用匯編語言編寫程序，包括主 程序，顯示程序，中斷服務程序，延時程序，按鍵程序等，并在keil中調試運行， 硬件系統(tǒng)利用proteus來實現(xiàn)，簡單且易于觀察，在仿真中就可以觀察到實際的工 作狀態(tài)。關鍵詞:秒表；at89s52

2、；匯編語言1設計課題任務、功能要求說明及總體方案介紹11.1設計課題任務11.2功能要求說明11 3設計課題總體方案介紹及工作原理說明12硬件系統(tǒng)的設計32.1硬件系統(tǒng)各模塊功能簡要介紹32. 2電路原理圖、pcb圖、元器件布局圖52. 3 元器件清單53軟件系統(tǒng)的設計63.1使用單片機資源的情況63.2軟件系統(tǒng)各模塊功能簡要介紹63.3軟件系統(tǒng)程序流程框圖73.4軟件系統(tǒng)程序清單114設計結論、仿真結果、誤差分析、教學建議124. 1設計課題的設計結論及使用說明124.2設計課題的仿真結果124.3設計課題的誤差分析13結束語14參考文獻15致謝16p付錄17附錄a電路原理圖17附錄b秒表p

3、cb圖18附錄c數字秒表布局圖19附錄d元件清單20附錄e軟件系統(tǒng)程序清單211設計課題任務、功能要求說明及總體方案1.1設計課題任務由單片機接受控制鍵盤的控制遞增計時，數碼管顯示計時時間。顯示格式為xx （分）一xx （秒）一xx （毫秒），繪制硬件接線圖，并進行系統(tǒng)仿真和實物板子實現(xiàn)。 畫出程序流程圖并編寫程序實現(xiàn)系統(tǒng)功能。1.2功能要求說明用at89s52單片機作為主要控制芯片，以四位一體共陽極數碼顯示管通過三極 管驅動作為顯示部分，設計一個具有特定功能的數字式秒表。該數字式秒表上電或 按鍵復位后能自動顯示系統(tǒng)提示符“p”，進入準備工作狀態(tài)。該數字式秒表應具 有開始、暫停、連續(xù)、清零和停

4、止功能。1 3設計課題總體方案介紹及工作原理說明使用at89s52單片機作為核心控制部件，采用12m品體振蕩器及微小電容構成 振蕩電路；用兩個四位一體共陽極數碼顯示管作為顯示部分，構成數字式秒表的主 體結構，配合獨立式鍵盤和復位電路完成此秒表的復位、計時、連續(xù)、清零、停止 各項功能。對于時鐘，它有兩方面的意義：一是指為保障系統(tǒng)正常工作的基準振蕩定時信 號，主要由晶振和外圍電路組成，晶振頻率的大小決定了單片機系統(tǒng)工作的快慢； 二是指系統(tǒng)的標準定時時鐘，即定時時間，它通常有兩種實現(xiàn)方法：一是用軟件實 現(xiàn)，即用單片機內部的可編程定時/計數器來實現(xiàn)，但誤差很大，主要用在對時間精 度要求不高的場合；二是

5、用專門的時鐘芯片實現(xiàn)，在對時間精度要求很高的情況下, 通常采用這種方法。led數碼顯示器有兩種連接方法：共陽極接法，把發(fā)光二極管的陽極連在一起 構成公共陽極，使用時公共陽極接+5v,每個發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相 連。共陰極接法，把發(fā)光二極管的陰極連在一起構成公共陰極，使用時公共陰極接 地。每個發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。鍵盤部分方案：鍵盤控制采用獨立式按鍵，每個按鍵的一端均接地，另一端直 接和p1 口相連，在按鍵和p1 口之間通過10k電阻與+5v電源相連。鍵盤通過檢測輸 入線的電平狀態(tài)就可以很容易地判斷哪個鍵被按下了，這種方法操作速度高而且軟 件結構很簡單，比較適合按鍵較

6、少或者操作速度較高的場合，這種獨立式接口的應用很普遍。顯示部分方案：顯示部分采用動態(tài)顯示。數碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用 最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅動是將所有數碼管的8個顯示筆畫 "a, b, c, d, e, f, g, dp”的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極com增加位 選通控制電路，位選通由各自獨立的1/0線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數 碼管都接收到相同的字型碼，但究竟是那個數碼管會顯示出字形，取決于單片機對 位選通com端電路的控制，所有我們只要將需要顯示數碼管的選通控制打開，該位 就顯示岀字形，沒有選通的數碼管就不會亮。通過分的時輪流控制各個數碼管

7、的com 端，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅動。動態(tài)顯示是利用人眼視覺暫 留特性來實現(xiàn)顯示的。事實上，顯示器上任何時刻只有一個數碼管有顯示。由于各 數碼管輪流顯示的時間間隔短、節(jié)奏快，人的眼睛反應不過來，因此看到的是連續(xù) 顯示的現(xiàn)象。為防止閃爍延時的時間在1ms左右，不能太長，也不能太短。本設計 可采用p0 口直接驅動八段數碼管顯示。此方案成本低，而且單片機的1/0 口占用較 少，可以節(jié)約單片機接口資源，而且功耗更低。此電路采用單片機的p0 口作為數碼顯示管的段控，采用p2 口作為數碼管的位 控。8個獨立式鍵盤分別接在單片機的p1 口上，以及其他部分構成數字式秒表的硬 件電路。通過編

8、寫程序使用單片機的定時計數器，以及軟件延時，中斷資源來實現(xiàn)獨立式鍵盤數 碼 顯 示驅動電路at89s52秒計時和相關控制。此數字式秒表的硬件整體結構如圖1所示。圖1數字式秒表的硬件結構圖2硬件系統(tǒng)的設計2.1硬件系統(tǒng)各模塊功能簡要介紹2. 1. 1at89s52 簡介(1) 與mcs-51產品相兼容；(2) 具有8kb可改寫的flash內部程序存儲器，可擦寫1000次；(3) 256字節(jié)內部ram；(4) 32根可編程i/o ；(5) 3個16位定時器/計數器；(6) 8個中斷源；(7) 可編程中串行口；(8) 低功耗空閑掉電方式。它的價格便宜，功能強大，能耗低。很大程度上減少總電路的復雜性，

9、提高了所設 計系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其芯片引腳圖如圖2所示。u1xtal1poxvado po 1/ach p0 2/ad2xtal2p03/ad3p04/ad4p05/ad5p06/ao6rsypo7/ad7p2 3a8p2 va9p2 2/a10p23/a11alep24/a12eap25/a13 p26/a14 p2 7/a15p1m2p304dp1 1ft2exp3 iffxdpl 2p3 24htop13p3 3jnrtp14p34tt0p15p35/t1p16p17p3 7 忌58oc524 26一70二 0-1 9* 3 4 5 6 7圖2單片機at89s52引腳圖2. 1.2時鐘電路時

10、鐘電路用于產生單片機工作所需耍的時鐘信號，單片機本身就是一個復雜的同 步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應在唯一的時鐘信號控制下嚴格 地按時序進行工作。在at89s52芯片內部有一個高增益反相放大器，其輸入端為芯 片引腳atal1,輸出端為引腳xtal2,在芯片的外部通過這兩個引腳跨接品體振蕩器 和微調電容，形成反饋電路，就構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。此電路采用12mhz的 石英晶振。2. 1.3鍵盤電路此設計使用獨立式鍵盤接在單片機的p1 口上但通過軟件賦予其中五個按鍵功 能，其中s2是開始鍵，s3是暫停鍵，s4繼續(xù)計時鍵，s5是停止鍵，s6是清零鍵。 注意使用時只有在暫停狀態(tài)下才能

11、繼續(xù)計時，在停止時不能繼續(xù)計時。2. 1.4復位電路的選擇復位是單片機的初始化操作，其主要功能是把pc初始化為0000h,使單片機從 0000h單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的止常初始化之外，當由于程序運行出錯或 操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需耍按復位鍵以重新啟動。rst引腳是單片機復位信號的輸入端，復位信號是高電平有效，其有效時間應持 續(xù)24個振蕩周期（即2個機器周期）以上，使用頻率為12mhz的晶振，則復位信號 持續(xù)時間應超過2us才能完成復位操作。復位操作上有電自動復位和按鍵手動復位 兩種方式。上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的。按鍵電平復位 是通過使復位端

12、經電阻與vcc電源接通而實現(xiàn)的。在本設計中采用了按鍵電平復位 方式，其復位電路如圖2-4所示。2. 1.5驅動及顯示電路數碼管實際上是由二極管構成發(fā)光二極管正常工作時，其兩端正向壓降約為 1.6v,正向電流約為10ma,為了使數碼管達到一定的亮度而又不至于由于電流過大 而損壞，我們使用三極管s8550作為數碼管的驅動，同時在p0 口和p2 口上串上470 q的電阻。此處使用四位一體共陰極數碼管，由于驅動電路決定了此處共陰極數碼 管和共陽極數碼管均可采用而且均采用共陽極代碼來編寫顯示程序。2.1.6單片機下載口電路下載口主耍是一個十芯的底座，可以通過使用usb下載線對單片機進行程序下 載。2.2

13、硬件系統(tǒng)設計圖2. 2. 1電路圖原理此處電路原理圖以及pcb原理圖的繪制均使用protel99完成，protel99提供一 個集成的設計環(huán)境，包括原理圖設計和pcb布線工具。根據碩件接線要求設計繪制 電路原理圖及pcb。具體電路圖見附錄2. 2. 2 pcb 圖pcb圖設計時，首先耍使元器件盡量少，這樣既可以節(jié)約材料，又可以使布線 更加短，減少干擾，同時述應該注意盡量減少線路之間的寄生電容和電感，布線時 需要將線寬設置得比較寬這樣可以提高腐蝕電路板時的成功率，焊盤大小也要設置 的比較大，這樣在腐蝕環(huán)節(jié)和焊接環(huán)節(jié)比較容易成功。不易出現(xiàn)短線的現(xiàn)象和焊盤 剝離的現(xiàn)象。雙面布線時芯片和針腳多的元件需

14、將焊接點置于底層，這樣才能比較 方便焊接。電路板pcb圖見附錄。2. 2. 3元器件布局圖圖見附錄c2.3元器件清單圖見附錄d3軟件系統(tǒng)的設計3.1使用單片機資源情況本次電子鐘設計除了使用單片機工作所必須的碩件資源（如連接晶振的引腳 xtal1和xtal2,復位引腳reset）夕卜，對單片機的硬件資源述做了具體的安排。（1）p0 口: po. 0-p0. 7作為數碼管顯示器的段控。（2）p1 : p1.0-p1.3作為獨立式鍵盤的輸入端。（3）p2 : p2. 0-p2. 7分別控制數碼管led0-led7的位控碼驅動。（4）使用通用寄存器ro、r1來延時，r2-r7作為數據的保護和處理。（5

15、）p3.4作為開始和停止的分開運行的標志，p3.5作為暫停和繼續(xù)的分開運行標 志。3.2軟件系統(tǒng)各模塊功能簡要介紹顯p程序和鍵掃程序（主程序，顯示p,也判斷有無鍵按下，若有，則跳轉相應 標志地方執(zhí)行相應程序）數碼管顯示程序（顯示當前的各位的數據情況）數據處理程序（讓秒表的每個位隨時間變化并保存在寄存器里）ks （鍵掃描子程序）dl （毫秒延時子程序）tab （共陽數碼管字型代碼表）3.3軟件系統(tǒng)程序流程框圖3.3.1顯p程序和鍵掃流程框圖顯p程序和鍵掃流程框圖3.3.2數碼管顯示流程框圖'：開始使r2-r7六組數據處理置零分別打開p2上位控口，通過r2-r7給p0 口賦值使顯示管亮并調

16、用延時程序標號處跳回鍵掃 那里跳轉標號 處跳轉標號 處圖4數碼管顯示流程框圖3. 3. 3數據處理流程框圖3. 3. 4延時子流程框圖給r1賦值3. 3. 5有無閉合鍵子流程框圖x、（開始）取按鍵p1上的值給aa取反i讓a和ofh相與保留低字節(jié)圖7有無閉合鍵子流程框圖3. 4軟件系統(tǒng)程序清單按照流程圖應用軟件kcil匯編語言編程實現(xiàn)秒表功能。程序見附錄e4設計總結4.1設計結論及使用說明通過設計和調試，數字式秒表能順利完成各項功能。上電或復位后顯示 “p”提示符，此時按p1. 0對應的鍵s2便可開始計時。在計數狀態(tài)下，按下pl. 1 對應的鍵s3即可實現(xiàn)暫停，按下p1. 2鍵s4可繼續(xù)計時，在

17、計時狀態(tài)下按下p1. 3 對應的鍵s5實現(xiàn)計時停止，在停止狀態(tài)下按下p1. 4對應的鍵s6,可實現(xiàn)計數 清零。4.2程序仿真與結果我們在我們是在keil軟件里編寫程序并編譯通過才能被碩件電路所應用。keil 的功能比較強大，但他編譯過程中他只能檢查出所編寫的語法錯誤，所以我們一步一 步的去在硬件電路里仿真去達到我們所設計耍求的功能。經仿真修改和完善均已達 到設計耍求“p”顯示，電子鐘準備狀態(tài)與電子鐘自動運行狀態(tài)的仿真如下圖所示(1).“p”顯示如圖8所示。(2).數字式秒表準備狀態(tài)仿真的顯示如圖9所示。4.3誤差分析及解決方法經過下載到板子和仿真測試，發(fā)現(xiàn)數字式秒表計數一段時間和標準時間相比有

18、 誤差，所設計的數字式秒表比我們的標準時間要快或者慢，而且相比較的時間越長 他的時差越大。經過分其主耍原因與硬件和軟件都有關。軟件原因：延時程序只能起到一個大概的延時，具體也與所有執(zhí)行了的程序所 用時間也有關系，對于時間一長，誤差就能明顯。硬件原因：因為制板做的不能夠排除整體對計時有影響，所以仿真和板子計時 也有一些誤差。針對這樣的問題我們就能只能去減小誤差。軟件方面我們可以通過計算設計子 程序去減少響應的時差。硬件部分我們可以采用一些穩(wěn)定，精確度比較高的電子元 件去完善，但是在最后調試出的述是有誤差但我盡可能的減少差誤差。結束語本文利用at89s52單片機設計了具有計時開始、暫停及清零功能的

19、數字秒表，計 時最大值為59分59. 99秒，計時精度為0. 01秒。利用proteus和keil軟件進行了仿真, 達到了預期的效果。整體電路的計時精度高，電路結構簡單，抗干擾能力強，具 有廣泛的應用前景。上了一個學期單片機課后看了看這些課程設計題目，感覺壓力 比較大，畢竟自己述是初學者，對各方面都不是了解的很透徹，因為都看上去都比 較有難度，于是選定了一個覺得適合自己的課題，熟悉了單片機的內容后覺得述是 可以做的出來了，一開始不知道從哪里開始下手，于是問了一些人上網查了點資料, 有些是c編述有些是匯編，于是參考了一下，也和別人一起探討了一下，一開始在設 計中覺得難點在顯示和秒表的不斷加時的地

20、方，通過不斷翻閱書，于是編寫了一個 符合的程序，于是開始確定按鍵作用的編程，一開始想像別人一樣弄幾個按鍵多功 能，于是寫了一下但是述是程序有問題，最終述是弄了多個按鍵，經過一個整合于 是程序就弄好了，感覺在編程的過程中，書本的總體知識運用比較難，難在邏輯上 的緊密結合，雖然弄好了一個整體的程序也能執(zhí)行，但是覺得述是有些地方也可以 改進，條理述是得加強。參考文獻1 李廣第，朱月秀，冷祖祁單片機基礎m北京：北京航空航天大學出版社， 2007. 62 馬忠梅，籍順心，張凱，馬巖單片機的c語言應用程序設計（第四版）m. 北京：北京航空航天大學出版社，2007. 13 恰汗合孜爾c語言程序設計（第三版）

21、m北京：中國鐵道出版社，20104 謝自美電子線路設計實驗測試（第三版）m武漢：華中科技大學出版社， 2006經過為期幾個多月的課程設計，我們順利完成課程設計，感謝各位老師的指導 以及我們團隊的默契配合。本文是在指導老師凌云老師的悉心指導下完成的。從課 程設計的選題、具體設計到說明書的最后完稿所取得的每一點成績都傾注了老師的 心血。指導老師嚴謹治學的態(tài)度、淵博的學識、對事業(yè)執(zhí)著追求的精神以及對本人 在學習、生活等各方面無微不至的關懷和幫助，都將使我終生受益。值此說明書完 成z際，謹向指導老師致以最崇高的敬意和最衷心的感謝！也感謝寢室成員密切的 配合。感謝湖南工學院在實驗儀器及器材上，為我們提供

22、了最貼心的幫助，開放的實 驗室環(huán)境對我們順利完成課題有莫大的幫助。過程是艱辛的，成功是大家有目共睹 的。附錄附錄a電路原理圖n11姦一尸r*re 1匕二0.wltli b- 營 02tswuy2 二 cjv ：t p 左匕>11s附錄b :數字秒表電路的pcb圖 底層pcb頂層pcb附錄c:數字秒表的布局圖c0h9c0h9ooj6s?4kcm_05113q 亂161 二s2殲匚各z8d殳hz回q21$m-p812mhzsm-pb胃戸 ozzb vp_5657 ss saspb £h-db $u-ce su-£oh h h h附錄d：元器件清單元器件及材料名稱規(guī)格數目a

23、t89s52加底座40p1四位一體共陽數碼管40p2加底座晶振12mhz1發(fā)光二極管9單排插40腳1三極管90129蜂鳴器1小按鍵9下載口座子十芯1六腳按鍵開關1usb電源線加接口1屯阻2001電阻1k3電阻47024電解電容22uf1瓷片電容33pf2排阻10k2短路冒2杜邦線8p1pcb板子1附錄e:軟件系統(tǒng)程序清單led數碼管顯示器設定：p0. 7-p0. 0 段控線，接 led 的顯示段 dp, g, f, e, d, c, b, a；p2. 7-p2. 0 位控線，從左至右（led7, led6, led5, led4, led3, led2, led1, ledo）； 獨立式鍵盤設

24、定：8個按鍵s2至s9分別依次接在p1. 0至p1. 7 口線；子程序：ks （鍵掃描子程序）；dl （毫秒延時子程序）；p3. 4作為開啟和停止的標志位p3. 5作為暫停和繼續(xù)的標志位用到寄存第00組：ro、r1用于延時子程序，r2-r7用來保護和相應的處理數碼管顯 示的數據，相應的八個依次亮的顯示時間為毫秒記數的間隔。pl. 0對應的鍵s2的功能為啟動（標識符為p3. 4當它為0時啟動,為1時順序執(zhí)行）pl. 1對應的鍵s3的功能為暫停（標識符為p3. 5當它為0時暫停，為1時跳轉到相 應位置）p1. 2對應的鍵s4的功能為繼續(xù)（標識符為p3. 5當它為1時繼續(xù)，為0時順序執(zhí)行） p1.

25、3對應的鍵s5的功能為停止（標識符為p3. 4當它為1時停止，為0時跳轉到相 應位置）pl. 4對應的鍵s6的功能為清零loop:clrp2.0movp0,#0chlcallksjnzloop1sjmplooploopkjbp1.0,loop2clrp3.4sjmpkshiloop2:jbpl.l,loop3clrp3.5ljmpzz1loop3:jbpl.2,loop4setbp3.5ljmpzz1l00p4: jbpl.3,loop5setbp3.4ljmpzz1loop5:jbpl.4,loop6loop7:movp2,#00hmovpo,#0c0hlcallksjnzloop6sjmploop7loop6: ljmploop1kshi:movr2,#00hmovr3,#00hmovr4,#00hmovr5,#00hmovr6,#00hmovr7,#00hzz1:movp2,#0ffhclrp2.0mova,r2movdptr,#tabmovca,a+dptrmovp0,a