秒表設(shè)計說明書講解

1、暨燧工等院課程設(shè)計說明書用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計專業(yè) 新能源科學(xué)與工程學(xué)生姓名董愛林班級能源132學(xué)號1310604204指導(dǎo)教師張?zhí)m紅完成日期2015年12月18日鹽城工學(xué)院課程設(shè)計說明書(2015)用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計摘要：對采用LED數(shù)碼管顯示的秒表進(jìn)行了設(shè)計。所設(shè)計的秒表，可通過兩位 數(shù)碼管顯示00-59。每秒自動加一。在對系統(tǒng)功能分析的基礎(chǔ)上，采用AT89C52單片機。相對而言比較簡單，貼近 書本，比較熟悉。對所要實現(xiàn)的功能也能很好地滿足，焊接也比較簡單。設(shè)計主要 采用硬件和軟件兩部分。硬件包含數(shù)碼管按鈕模塊、單片機控制模塊、數(shù)碼管顯示 模塊、驅(qū)動電流放大模塊。按鈕模塊采

2、用獨立式按鍵，控制模塊選用AT89c52單片 機，顯示模塊采用兩位數(shù)碼管，放大模塊選用NPN三極管。軟件采用模塊化的程序, 分為主程序和定時器計時服務(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)試成功樣機實物，完成 了畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書的要求。關(guān)鍵詞：單片機；數(shù)碼管；秒表鹽城工學(xué)院課程設(shè)計說明書（2015）A stopwatch design with LED digital tube displayAbstract： For the LED digital tube display of a stop

3、watch is used fbi design. The stopwatch, designed by hvo digital tube display 00 59. Automatically add a per second.On the basis of the analysis of system function, using the AT89C52 single chip microcomputer Relatively simple, close to the book, familiar with. To in order to realize the fiuiction a

4、lso can well satisfy, weldmg is more smiple. The design mainly adopts two parts of hardware and software. Hardware consists of digital tube button module, single-clup microcomputef control module, digital tube display module, the drive cunent amplifier module. Button module USES the independent type

5、 key, choose AT89C52 single clup miciocomputer control module, using two digital tube display module, amplifier module selects the NPN tiansistor. Software adopts the modular program, main piogiam and timer tuning service subroutine.On the peifbiated plate made of LED digital tube display a stopwatc

6、h, use piotus completed system simulation, the hardware and the software pail, has earned on the debugging, the software and liaidwaie alignment, the final debugging success physical prototype, completed the graduation design specification requirements.Key Words： Single clup miciocomputei; Digital t

7、ube; A stopwatch.用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計目 錄1 .概 述11.1 課題研究背景與意義11.2 課題設(shè)計內(nèi)容12 .系統(tǒng)設(shè)計12.1 設(shè)計方案論證12.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計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62.3.1 主程序模塊62.3.2 定時器中斷程序63 .系統(tǒng)調(diào)試83.1 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實物調(diào)試9323實驗結(jié)果94 .結(jié)束語11附錄1：用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計原理圖圖紙15附錄2：用LED數(shù)碼管顯示的秒

8、表設(shè)計的元器件目錄表16附錄3：用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計程序清單17鹽城工學(xué)院課程設(shè)計說明書(2015)用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計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)在各個領(lǐng)域的運用也越來越廣泛。特別是進(jìn)入 21世紀(jì)，由于信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，秒表的用途也越來越廣泛。作為一個重要的計 時工具，秒表在電器制造、電力、工業(yè)自動化控制、國防、實驗室及科研單位都有 廣泛運用。正是由于它的便捷、準(zhǔn)確、可比性高等優(yōu)點，大大減輕了操作人員的負(fù) 擔(dān)，降低了錯誤率。近年來，計算機技術(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

9、語言的設(shè)計電路方法悄然興起。 這是電子設(shè)計自動化領(lǐng)域的一次重大邁進(jìn)。單片機就是以可編程邏輯器件為設(shè)計載 體，以硬件描述語言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達(dá)方法。通過有關(guān)的開發(fā)軟件，自動 完成用軟件方式設(shè)計。在設(shè)計中還運用到數(shù)碼管，數(shù)碼管通常是由多個發(fā)光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，這些特定的段就會亮，顯示出特 定信息。因而，在樓體墻面、廣告招牌、夜總會、會所的門頭廣告牌中運用到數(shù)碼 管可產(chǎn)生彩虹般絢麗的效果。本次設(shè)計主要完成具備基本功能的電子秒表的理論設(shè)計。1.2 課題設(shè)計內(nèi)容本課題內(nèi)容是設(shè)計并制作一個LED數(shù)碼管顯示的秒表，運用“開始”、“暫?！?、 “復(fù)位”按鈕實

10、現(xiàn)秒表的00-59的計時。設(shè)計LED數(shù)碼管顯示的秒表的硬件電路與軟件控制程序，對硬件電路與軟件程 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)試成功的實物。2 .系統(tǒng)設(shè)計2.1 設(shè)計方案論證根據(jù)設(shè)計內(nèi)容，提出采用單片機芯片為主控電路的設(shè)計方案。由于單片機體積小，重量輕，控制功能強，便于模塊化，價格便宜，為學(xué)習(xí)、 應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。并且在運行中單片機的可靠性較高，出錯幾率很小， 保證系統(tǒng)運行的安全性。同時，單片機的使用領(lǐng)域已經(jīng)十分廣泛，也為以后的產(chǎn)品 的升級換代提供了便利。方案設(shè)計框圖如圖2-1所示。圖2-1 LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計LED數(shù)碼管顯示的秒表

11、設(shè)計系統(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。圖2-2 LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計電路原理圖2.2.1 主控模塊主控模塊原理圖如圖2-3所示。主控制器采用STC89c52。STC89C52是一種帶38K字節(jié)閃爍可編程可榛除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS 8位的以80C51為 內(nèi)核的單片機。圖2-3主控模塊原理圖主控模塊里面，除單片機外，還包括時鐘電路和復(fù)位電路兩部分。A.時鐘電路STC89C52內(nèi)部有一個用于構(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。時鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式

12、產(chǎn) 生。內(nèi)部方式的時鐘電路如圖2-4(a)所示，在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時元 件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。定時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, 電容值的大小可對頻率起微調(diào)的作用。外部方式的時鐘電路如圖2-4 (b)所示，XTAL2接地，XTAL1接外部振蕩器。 對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12MHz的 方波信號。7V(a)內(nèi)部方式時鐘電路(b)外部方式時鐘電路圖2-4時鐘電路B.復(fù)位電路RST引腳是復(fù)位信號的輸入端。復(fù)位信號是高電平有效，其有效時間應(yīng)持續(xù)24

13、個振蕩周期(即二個機器周期)以上。若使用頗率為6MHz的晶振，則復(fù)位信號持續(xù) 時間應(yīng)超過4US才能完成復(fù)位操作。產(chǎn)生復(fù)位信號的電路邏輯如圖2-5所示。整個復(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(RST)送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個機器 周期的S5P2時刻對施密特觸發(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。2-5復(fù):位信號的電路邏輯圖復(fù)位操作有上電自動復(fù)位相按鍵手動復(fù)位兩種方式。上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的。這樣，只要電源Vcc 的上升時間不超過1ms,就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復(fù)位 初始化。按鍵手動復(fù)位有電平方

14、式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電平復(fù)位是通過使復(fù)位 端經(jīng)電阻與Vcc電源接通而實現(xiàn)的；而按鍵脈沖復(fù)位則是利用RC微分電路產(chǎn)生的 正脈沖來實現(xiàn)的。2.2.2 秒表按鈕模塊按鈕用按鍵模塊來模擬，按鍵用獨立式按鍵表示，電路如圖2-6所示。在沒有按鍵按下時，P1 口輸入的是高電平。當(dāng)有鍵按下時，相應(yīng)的端口引腳輸 入低電平。2.2.3 LED數(shù)碼管顯示模塊鹽城工學(xué)院課程設(shè)計說明忸2015)A.電路連接顯示模塊采用兩位共陽極的數(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)計中運用的是3261BS兩位共陽極數(shù)碼管，其引腳圖如圖2-8所示。E圖2-8 3261BS數(shù)碼管外部引

15、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 發(fā)光二極管單元,即一個小數(shù)點。數(shù)碼管的8個顯示比劃“a,b,c,d,e,£g,dp” ； 按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等數(shù)碼管。本設(shè)計中發(fā)光二極管單元的連接方式為共陽極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有 發(fā)光二極管的陽極接在一起形成公共陽極（COM）的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時 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，相應(yīng)字段就 點亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。2.2.4 放大模塊本次設(shè)計采用兩個NPN三極管對驅(qū)動電流進(jìn)行放大，進(jìn)而來驅(qū)動兩位共陽極數(shù) 碼管。電路

16、連接圖如圖2-9所示。圖2-9驅(qū)動電流放大模塊23軟件設(shè)計用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計程序清單如附錄3所示，程序分主程序和定時器 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，同時進(jìn)行相應(yīng)的功能鍵判斷，從而實現(xiàn)特殊功能。主程 序的流程圖2-10所不。2.3.2 定時器中斷程序定時器中斷程序的相應(yīng)流程圖如2-11所示。在定時器中斷程序中在定時器重置初始值以后，時間50ms次數(shù)加一，最后中斷返 回。9C開始圖2-10用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計主程序流程圖圖2-11定時器中斷程序3 .系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)前述第2大節(jié)

17、中硬件和軟件設(shè)計，制作了 LED數(shù)碼管顯示的秒表系統(tǒng)樣 機實物。對樣機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)檢查根據(jù)硬件電路圖核對了元器件的型號、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，用萬用表一一測試。3.1.2 通電檢查先調(diào)試電源部分，整個電路只需要十5V的電壓，用USB線從電腦USB 口取電。再用示波器檢測單片機的復(fù)位和晶振電路是否有復(fù)位信號和振蕩信號。3.2 軟件調(diào)試及軟硬件聯(lián)調(diào)對軟件先用仿真器進(jìn)行了調(diào)試。用仿真器運行正常后，再用燒寫器將程序燒到 STC89c52單片機中，進(jìn)行了脫機調(diào)試

18、。3.2.1 仿真調(diào)試A. pioteus仿真電路用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計pioteus仿真電路如圖3-1所示。圖3-1用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計proteus仿真電路B.仿真結(jié)果用pioteus軟件對用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計進(jìn)行了仿真，按Start鍵時秒表計鹽城工學(xué)院課程設(shè)計說明書（2015）時開始，按下Stop時的仿真結(jié)果如圖3-2所示，說明此LED數(shù)碼管秒表可以模仿真實 的秒表計時器。PO>XADO P0.1IAD1 P02iAI« PO.liADG P04iAD< PO.54AD6 P0AD6 P071AD7PZQAB P21.SX9P22IA10 P2

19、.WU1 P24IA12 P2,54A13 P2RAU P2.7A15P30RXD P3 1OXDP32Mi paaimP34TD P3.54T1P3 6你 P3.7 描圖3-2按下Stop按鍵時的仿真結(jié)果3.2.2 實物調(diào)試用Pioteus仿真成功后，制作了用LED數(shù)碼管顯示的秒表多孔板實物，將附錄 3的程序燒寫到STC89c52中去，燒寫過程中，發(fā)現(xiàn)并不能上電成功，但是最小系 統(tǒng)的燈亮著，由此可得出并不是電路硬件的問題。因而我專注于對電路軟件的研究, 經(jīng)過一番自己的摸索以及周圍同學(xué)的幫助，發(fā)現(xiàn)是燒寫程序版本過低的問題，更新 了版本后，發(fā)現(xiàn)一切正常。秒表可以正常計時，亮度也很好，至此電路板調(diào)

20、試工作 完成。多孔板調(diào)試成功后，設(shè)計制作了用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板實物。323實驗結(jié)果制作了用LED數(shù)碼管顯示的秒表多孔板實物，通電后按下“開始”、“暫停”、 “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。11鹽城工學(xué)院課程設(shè)計說明1” 2015)If oooo。八 c OOOOOO OOOOOO-OOOOOOOOOO OOOOOO OCOOOOO JOOOOOOO OOOOOO圖3-3多孔板實驗結(jié)果4 .結(jié)束語本次設(shè)計的是用LED數(shù)碼管顯示的秒表，分別進(jìn)行了硬件電路設(shè)計、PCB設(shè)計、 多孔板與PCB板實物調(diào)試。正因為科

21、學(xué)技術(shù)的日新月異，單片機在21世紀(jì)獲得蓬勃發(fā)展，單片機可以集成 越來越多等資源，內(nèi)部存儲越來越豐富，用戶不需要擴充資源就可以完成項目開發(fā)。 因而，單片機已經(jīng)成為21世紀(jì)計算機中空前活躍的領(lǐng)域，在生活中無處不在，是 人們生活中不可或缺的一部分。因而，作為當(dāng)代大學(xué)生，掌握單片機的開發(fā)與運用 是必不可少的。這次我設(shè)計的LED數(shù)碼管顯示的秒表，可以說是很簡單的一種。但是這次設(shè)計, 從理論到實踐，有苦也有甜，當(dāng)電路不成功時自己內(nèi)心的焦躁無人可說，可經(jīng)過自 己的探索，最終看見秒表順利計時后，內(nèi)心的喜悅又是巨大的。參考文獻(xiàn)1張?zhí)m紅單片機原理及應(yīng)用M北京：機械工業(yè)出版社，2012.72郭天祥新概念51單片機C

22、語言教程一入門、提高、開發(fā)拓展全攻略M北京：電子工 業(yè)出版社，20103彭偉 單片機C語言程序設(shè)計實訓(xùn)100例一基于8051+Proteus仿真M北京：電子工業(yè)出 版社，2010.64張大明單片機控制實訓(xùn)指導(dǎo)及綜合應(yīng)用實例M.北京：清華大學(xué)出版社，20045張齊朱寧西.單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)一基于C51的Pioteus仿真M.北京：化學(xué)工業(yè) 出版社，20046沈光斌劉冬，姚志成.單片機系統(tǒng)實用抗干擾設(shè)計.M.北京：人民郵電出版社，20047馮育長.單片機系統(tǒng)設(shè)計與實例分析.M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，20078晁陽單片機MCS-51原理及應(yīng)用開發(fā)教程M.北京：清華大學(xué)出版社，2009致

23、謝經(jīng)過兩個星期的課程設(shè)計，我學(xué)到了很多知識。明白了理論與實際相結(jié)合是很 重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把理論與實際結(jié)合起來，從實踐中得出 結(jié)論，才能真正學(xué)到知識，真正為社會服務(wù)，提高自己的實際動手能力和實際思考 能力。畢竟這是自己第一次做的設(shè)計，許多知識還掌握的不夠，在設(shè)計中可謂是困 難重重，但正因為有困難，有問題，自己才有了學(xué)習(xí)的機會，自己才能夠得到真正 的提高。能夠順利完成課程設(shè)計任務(wù)，離不開老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助，在此特別感謝 張?zhí)m紅老師的悉心指導(dǎo)，感謝陳鶴鳴同學(xué)和莊永棟同學(xué)的幫助！附錄附錄1：用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計原理圖圖紙附錄2：用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計的的元器件目

24、錄表附錄3：用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計的的程序清單附錄1：用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計原理圖圖紙nr» vM0 汩舉 函麓X37嵐能0851402219照 仁為8aH 隼黑 /2011. 64- jgn:附錄2：用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計的元器件目錄表序號型號（名稱）數(shù)量作用1AT89C521單片機2電阻1K 一個、330 一個電路電阻3100歐姆排阻1上拉電阻4兩位共陽數(shù)碼管1顯示時間5按鈕3復(fù)位按鈕等622pF究片電容2晶振電路用710|.iF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)計程序清單#include<reg5 l.li>#include<reg5 l.li>#defiiie uchar unsigned char#defiiie uuit unsigned mtsbit START=PU0; /開始sbit STOP=P1A1; 停止sbit RESET=PU2; 復(fù)位sbit dp=P0A7;sbit wl=P2A6;sbit w2=P2A7;uchai aa,temp,STOPFLAG;STARTFLAG;miaoshi,miaog