單片機(jī)秒表系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、單片機(jī)課程設(shè)計(jì)姓名 :仇成功學(xué)號(hào) :201311041063學(xué)院 :理學(xué)院班級(jí) :電子信息科學(xué)與技術(shù) - 2目錄1引言 31.1單片機(jī)的發(fā)展概況 31.2數(shù)字秒表的描述與分析 41.2 . 1問(wèn)題描述 41.2 . 2設(shè)計(jì)要求 42設(shè)計(jì)目的及要求 52.1設(shè)計(jì)目的 52.2設(shè)計(jì)要求 63系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 63.1數(shù)字秒表電路原理 63.2數(shù)字秒表電路設(shè)計(jì) 94軟件設(shè)計(jì) 104.1編程環(huán)境的介紹 104.2設(shè)計(jì)思想 104.3主程序設(shè)計(jì) 104.4外部中斷程序設(shè)計(jì) 114.5定時(shí)中斷程序設(shè)計(jì) 124.6實(shí)驗(yàn)程序 135仿真結(jié)果 17總結(jié) 20附錄1 2121引言1.1單片機(jī)的發(fā)展概況單片機(jī)以其高

2、可靠性、高性價(jià)比、低電壓、低功耗等一系列優(yōu)點(diǎn)，近幾年得到迅猛 發(fā)展和大范圍推廣，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、智能化儀器儀表，及通 訊設(shè)備、日常消費(fèi)類產(chǎn)品、玩具等。并且已經(jīng)深入到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)以及人民生活 的各層次中，如車間流水線控制、自動(dòng)化系統(tǒng)等、 智能型家用電器(冰箱、空調(diào)、彩電) 等。管腳圖如圖1所示。PDIP2P1BO 匚140 VCCP1.1 匚239 PO.OfADQP1.2C33B P0.1 (ADIP1.3 匚437 F0.2 (AD2)P1.4L；5361 PO.a (AD3)(MOSh P1.5 匚635 P0.4 lAD斗，(Miso) pi.eC734 P0

3、,5(AD5)(SGKf 尸 1.TC&33JF0,6 (AD&)RWT匚932JP0.7(AD7)-RXD) P3.0C1031EAVPP(TXD) P衣 1 r11加 ALE/PROGiINT-j. P3.2 匚1229 PSENiiNTT.Rr<?r132& P2.7(A15)(TO) P3.4 匚27JF2.6iA14(T1JP3.5C152S P2.5(A13)(WFI) P3.6 匚1625陀 4 (A12)(RD)P3,7E1724P23 |A111XTA-L2 匚1S23二 PB2 (A 10)XTAL1 匚19223PZ1 (A9)GND匚202

4、1 P20 (A8)圖1 89C52單片機(jī)引腳圖(1) 電源地組 Vcc和Vss； VC(40)腳接+5V電壓；VSS-(20)腳接地(2) 時(shí)鐘電路組XTAL1和XTAL2(3) 控制信號(hào)組 RST/ALE/PSEN口 EA I/O 端口 P0, P1, P2 和 P3近來(lái)，單片機(jī)的發(fā)展尤為迅猛，并且趨于高智能化、存儲(chǔ)器大量化、更多的外圍電 路內(nèi)裝化以及工藝上的多元化等方向，廣泛應(yīng)用于單機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域、多機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域、自動(dòng) 控制領(lǐng)域和智能化控制領(lǐng)域等。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)通常分為三個(gè)層次，即單片機(jī)、單片機(jī)系統(tǒng)和單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)通常指應(yīng)用系統(tǒng)主處理機(jī)，即所選擇的單片機(jī)器 件等。單片機(jī)系統(tǒng)指按照

5、單片機(jī)的技術(shù)要求和嵌入對(duì)象的資源要求而構(gòu)成的基本系統(tǒng)。時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和擴(kuò)展存儲(chǔ)器等與單片機(jī)共同構(gòu)成了單片機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng) 指能滿足嵌入對(duì)象要求的全部電路系統(tǒng)。 在單片機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加上面向?qū)ο蟮慕涌陔?路，如前向通道、后向通道、人機(jī)交互通道（鍵盤(pán)、顯示器、打印機(jī)等）和串行通信口（RS232） 以及應(yīng)用程序等。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)層次關(guān)系如圖2所示。1.2數(shù)字秒表的描述與分析1.2 . 1問(wèn)題描述設(shè)計(jì)一個(gè)秒表，第一次按鍵，開(kāi)始計(jì)數(shù)，數(shù)碼管顯示從00.00每10毫秒自動(dòng)加1 ；第兩二次按鍵，系統(tǒng)暫停計(jì)數(shù)，數(shù)碼管顯示當(dāng)前的計(jì)數(shù)；第三次按鍵系統(tǒng)清零，數(shù)碼管顯示00.00。1.2 . 2設(shè)計(jì)要求1.

6、 使用四位數(shù)碼管顯示，顯示時(shí)間 00.0099.99秒；2. 正常計(jì)數(shù)時(shí)，每10毫秒自動(dòng)加1;3. 一個(gè)按鍵（包括開(kāi)始、暫停、清零），一個(gè)復(fù)位按鍵;4實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)、復(fù)位、清零功能；5單片機(jī)通電后，首先初始化。第一次按鍵用來(lái)控制秒表工作的開(kāi)始；第二次按 鍵用來(lái)暫停程序的運(yùn)行；第三次按鍵用來(lái)進(jìn)行顯示器清零；復(fù)位鍵是用來(lái)對(duì)程序復(fù)位用 的，當(dāng)程序出現(xiàn)死循環(huán)或想從 00.00 開(kāi)始重新計(jì)時(shí)，按下復(fù)位鍵可返回程序開(kāi)始，重新 執(zhí)行。2 設(shè)計(jì)目的及要求2.1 設(shè)計(jì)目的1建立數(shù)字電子電路系統(tǒng)的基本概念；2通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)加深對(duì)單片機(jī)課程的全面認(rèn)識(shí)復(fù)習(xí)和掌握，對(duì)單片機(jī)課程的應(yīng)用進(jìn)一步的了解。3掌握定時(shí)器、外部中斷的設(shè)

7、置和編程原理。 4通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)能夠?qū)纹瑱C(jī)軟硬件結(jié)合起來(lái)，對(duì)程序進(jìn)行編輯，校驗(yàn)。2.2 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電子秒表， 該秒表具有顯示功能和清零、 開(kāi)始計(jì)時(shí)、 停止計(jì)時(shí)等功能。 設(shè)計(jì)的要求如下：1. 以 10毫秒為最小單位進(jìn)行顯示；2. 秒表可顯示00.0099.99秒的量程；3. 該秒表具有清零、開(kāi)始計(jì)時(shí)、停止計(jì)時(shí)功能；3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1 數(shù)字秒表電路原理數(shù)字電子秒表具有顯示直觀、讀取方便、精度高等優(yōu)點(diǎn)，在計(jì)時(shí)中廣泛使用。本設(shè) 計(jì)用單片機(jī)組成數(shù)字電子秒表，力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高為目標(biāo)。設(shè)計(jì)中包括硬件電路的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)。其硬件電路主要有主控制器，計(jì)時(shí)與顯示電路和回零、啟動(dòng)等。

8、主控制器采用單片機(jī)89C52,顯示電路采用四位共陽(yáng)極LED 數(shù)碼管顯示計(jì)時(shí)時(shí)間。由于本實(shí)驗(yàn)有四位數(shù)碼管，如果采用靜態(tài)顯示要占用全部的 I/O 端口，所以本次試驗(yàn)采用靜態(tài)顯示，共使用 12 個(gè)引腳，即簡(jiǎn)化了電路又節(jié)省了原料。本設(shè)計(jì)利用89C52單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)和記數(shù)的原理，使其能精確計(jì)時(shí)。利用中斷系統(tǒng)使其能實(shí)現(xiàn)開(kāi)始和復(fù)位的功能。P2 口輸出段碼數(shù)據(jù)，74HC573用作驅(qū)動(dòng)輸出， P1.0 口接一個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)，分別實(shí)現(xiàn)開(kāi)始、暫停、清零功能。電路原理圖設(shè)計(jì)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。 秒表原理圖如圖 3 所示。31Tl-申門(mén)；U n1OI

9、>Brrirj & cz o crccr cy 3 "“5：川河p曜y刃f叩仁J ociQCitjrinuicqopgBnf 1r=ijr 4r -1r 4* ir -Ir1 -tr -Ir |14HlOl> (!(!(dl口11 c； nr i uiI* Jill l» "I ft M «» Mi«l葉M ri Nr m-0:i:p| 單i hi Fg M| K!LL耳IX <1叮崔 * mlll黒 二 宀匸也 I 憶I-! 宀E口 眉於1.;總|'|彳 詁圖3秒表原理圖3.2數(shù)字秒表電路設(shè)計(jì)Rrr

10、M.1W X砸 申.MKIi W uU'MH- PV白|*陶1 常加旳理嗔 Fj*卿r：?L*ifit .UAll-4JE=3 円.的j 空W閉1+H.TM4F1噸嗣jPl IUH7EP5&k舊衛(wèi)ri i<5P .,«imTP1 M：ECF = iW眄 +< E«iF1.5<EC.rM5C>磚/IFP l iWECTO Pl 楓 EzMLlPJ MCi P3 7/TI44址姥盡左rT-*L圖4秒表設(shè)計(jì)圖4 軟件設(shè)計(jì)4.1 編程環(huán)境的介紹KeilSoftware 公司推出的uVision3是一款可用于多種8051MC啲集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(ID

11、E)，該IDE同時(shí)也是PK51及其它開(kāi)發(fā)套件的一個(gè)重要組件。除增加了源代碼、功能 導(dǎo)航器、模板編輯以及改進(jìn)的搜索功能外， uVision3 還提供了一個(gè)配置向?qū)Чδ埽?加速 了啟動(dòng)代碼和配置文件的生成。此外其內(nèi)置的仿真器可模擬目標(biāo)MCU包括指令集、片上外圍設(shè)備及外部信號(hào)等。uVision3提供邏輯分析器，可監(jiān)控基于MCUI/O引腳和外設(shè) 狀態(tài)變化下的程序變量。uVision3 提供對(duì)多種最新的 8051 類微處理器的支持，包括 AnalogDevices 的ADuC83和 ADuC84x 以及 Infineon 的 XC866等4.2 設(shè)計(jì)思想本設(shè)計(jì)采用了 C語(yǔ)言編寫(xiě)，由于C語(yǔ)言編程靈活，可移

12、植性強(qiáng)。在一定程度上簡(jiǎn)化 了編程過(guò)程。模塊化結(jié)構(gòu)程序的設(shè)計(jì)，可以使系統(tǒng)軟件便于調(diào)試與優(yōu)化，也使其他人更 好地理解和閱讀系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)。4.3 主程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)程序主要模塊由主程序、定時(shí)中斷服務(wù)程序、外部中斷 0 服務(wù)程序組成。其 中主程序是整個(gè)程序的主體。可以對(duì)各個(gè)中斷程序進(jìn)行調(diào)用。協(xié)調(diào)各個(gè)子程序之間的聯(lián) 系。系統(tǒng)(上電)復(fù)位后，進(jìn)入主程序，主程序流程圖如圖 5所示。當(dāng)外部中斷有請(qǐng)求 則去執(zhí)行外部中斷服務(wù)程序。并在執(zhí)行完后返回主程序。開(kāi)始F始始程序初始化Temp=0圖5主程序流程圖4.4外部中斷程序設(shè)計(jì)中斷的概念：CPU在處理某一事件A時(shí)，發(fā)生了另一事件B請(qǐng)求CPUS速去處理（中斷發(fā)生）；CP

13、U 暫時(shí)中斷當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)去處理事件B （中斷響應(yīng)和中斷服務(wù)）；待CPU將事件B處理完 畢后，再回到原來(lái)事件A被中斷的地方繼續(xù)處理事件 A（中斷返回），這一過(guò)程稱為中斷。圖6中斷程序子流程圖4.5定時(shí)中斷程序設(shè)計(jì)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)：定時(shí)/計(jì)數(shù)器的實(shí)質(zhì)是加1計(jì)數(shù)器（16位），由高8位和低8位兩個(gè)寄存器組成。TMOD 是定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式寄存器，確定工作方式和功能；TCO是控制寄存器，控制TO、 T1的啟動(dòng)和停止及設(shè)置溢出標(biāo)志。定時(shí)/計(jì)數(shù)器的原理加1計(jì)數(shù)器輸入的計(jì)數(shù)脈沖有兩個(gè)來(lái)源，一個(gè)是由系統(tǒng)的時(shí)鐘振蕩器輸出脈沖經(jīng) 12 分頻后送來(lái)；一個(gè)是TO或T1引腳輸入的外部脈沖源。每來(lái)一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)器加

14、1,當(dāng)加 到計(jì)數(shù)器為全1時(shí)，再輸入一個(gè)脈沖就使計(jì)數(shù)器回零，且計(jì)數(shù)器的溢出使 TCON中 TFO或TF1置1,向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求（定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷允許時(shí)）。如果定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作于 定時(shí)模式，則表示定時(shí)時(shí)間已到；如果工作于計(jì)數(shù)模式，則表示計(jì)數(shù)值已滿?？梢?jiàn)，由溢出時(shí)計(jì)數(shù)器的值減去計(jì)數(shù)初值才是加1計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。圖7定時(shí)器T0子程序流程圖4.6實(shí)驗(yàn)程序4.61主函數(shù)設(shè)計(jì)void mai n()/初始化子程序in it();while(1)if(k=O)ini t();wela=1;/初始化子程序初始設(shè)置顯示00.00 P2=0XFF; wela=0;P0=0xc0;if(k=1) if(temp=9

15、999)temp=0; qian=temp/1000; bai=temp%1000/100; shi=temp%1000%100/10; ge=temp%10;display(qian,bai,shi,ge);Elseqian=temp/1000;bai=temp%1000/100; shi=temp%1000%100/10; ge=temp%10;display(qian,bai,shi,ge);if(k=3)k=0;/第二次按鍵開(kāi)始計(jì)數(shù)/當(dāng)計(jì)數(shù)超過(guò) 99.99 秒時(shí)清零/計(jì)算數(shù)碼管第一位/計(jì)算數(shù)碼管第二位/計(jì)算數(shù)碼管第三位/計(jì)算數(shù)碼管第四位/顯示時(shí)間/第二次按鍵時(shí)停止/第三次按鍵時(shí)清零4.

16、62 中斷子程序設(shè)計(jì)void time0() interrupt 0/中斷子程序k+;4.61 延時(shí)子函數(shù)設(shè)計(jì)4.61 顯示子程序設(shè)計(jì)void display(uint qian,uint bai,uint shi,uint ge) / 顯示子函數(shù)wela=1;/ 顯示數(shù)碼管第一位P2=0x01;wela=0;P0=tableqian;delay(1);wela=1;/顯示數(shù)碼管第二位P2=0x02;wela=0;P0=table1bai;delay(1);wela=1;/顯示數(shù)碼管第三位P2=0x04;wela=0;P0=tableshi;delay(1);wela=1;P2=0x08;we

17、la=0;P0=tablege;delay(1);4.61 初始化子程序設(shè)計(jì)void init()wela=0;temp=0;TMOD=0x01;TH0=0xc8;TL0=0xf0;EA=1;ET0=1;TR0=1;EX0=1;IT0=1;/顯示數(shù)碼管第四位/初始化子程序/設(shè)置定時(shí)器 0 為工作方式 1/開(kāi)總中斷/開(kāi)定時(shí)器 0 中斷/啟動(dòng)定時(shí)器 05仿真結(jié)果仿真環(huán)境Proteus是英國(guó)Labcenter公司開(kāi)發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn) 是：實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路

18、仿真、數(shù)字電路仿真、 單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、 RS232動(dòng)態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵 盤(pán)和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有：ARM7(LPC21xx、8051/52系列、AVR系列、PIC10/12/16/18系列、HC11系列以及多種外圍芯片。提供 軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀 察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能； 同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil C51 uVision2 、

19、MPLA等軟件。具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。總之，該軟件是一款集單片機(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。本實(shí)驗(yàn)采用protues7.4版本。運(yùn)行開(kāi)始前，數(shù)碼顯示管顯示為 00.00。M7*Usi<r*umen?1> vra&pp "JTBpiM晶3P1i«E2WGDM 欽 EOHK： P1 TWE+TOOZ-HI1口L-IKFtRAS.M:-:QP2L3TAE0000rzarxapa7i'A<Fizh'R-r PinTJi F-LZiTT*Srt'Mills按下開(kāi)關(guān)，秒表程序運(yùn)行，數(shù)碼管開(kāi)始跑動(dòng)。rlKTAL1再

20、次按下開(kāi)關(guān)，秒表程序運(yùn)行停止,1SgKI更si J K B c c G c L;k'胡.Liil4出".'Hid'R J 阻吹 Pf *-Aii：PJ 4>Ati 眄判由 ?i 4.ikr M r-*MF： I-：-： 匹 ?sPIEF55rnFP ： "flE:r數(shù)碼管顯示時(shí)間不變。n心nxoPETiz*rFfEFI 4E R財(cái)1 IF?feJiP2,3i阿斗 Pt fi ftL"5iP»7ipi阿Fi喬®PtJjr M idzMr- a ： iin ipl CtnMlEOK 1科出Altm6injjL±

21、;11pp弭 R： I.1 理jJ 甩jJ Z 削W rc Q PC iJ1第三次按鍵，數(shù)碼管清零。P王佃F3創(chuàng)PFZJACpzrxt 歸m皿lt簪 rnjiTX miP3*.rc B1«T1口E嚴(yán)礙呼圖10仿真圖EEMU 忙 E 逼Fr?0000FTE護(hù)總結(jié)通過(guò)本次設(shè)計(jì)，復(fù)習(xí)鞏固我們以前所學(xué)習(xí)的單片機(jī)原理及應(yīng)用等課程知識(shí)，加深對(duì) 各門(mén)課程及相互關(guān)系的理解，使理論知識(shí)系統(tǒng)化、實(shí)用化，系統(tǒng)地掌握微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的 一般設(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)較強(qiáng)的編程能力、開(kāi)發(fā)能力。同時(shí)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我也發(fā)現(xiàn)了 本系統(tǒng)的許多不足和可以改進(jìn)的地方。 本設(shè)計(jì)的數(shù)字電子秒表缺少對(duì)多次計(jì)時(shí)時(shí)間進(jìn)行 記錄的功能。應(yīng)給在單

22、片機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)區(qū)多設(shè)置一些存儲(chǔ)空間， 用來(lái)存儲(chǔ)多次計(jì)時(shí)時(shí)間。 并在程序中編入對(duì)多次計(jì)時(shí)時(shí)間的調(diào)用顯示。雖然存在不足，但本設(shè)計(jì)的數(shù)字電子秒表 仍具有它的實(shí)用性。本設(shè)計(jì)的數(shù)字電子秒表是由89C52單片機(jī)、共陽(yáng)數(shù)碼顯示管、控制按鍵等器件構(gòu)成 的，設(shè)有四位計(jì)時(shí)顯示， 復(fù)位按鍵以及一個(gè)開(kāi)始、 暫停、清零按鈕。計(jì)時(shí)精度能到達(dá) 10ms， 設(shè)計(jì)精簡(jiǎn)，使用簡(jiǎn)單易懂。系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，線路簡(jiǎn)單、功能先進(jìn)，性能穩(wěn)定， 程序精簡(jiǎn)。 并給出了詳細(xì)的電路設(shè)計(jì)方法。在此，感謝老師對(duì)我們的精心指導(dǎo)，耐心講解，才能夠 使我們較成功地完成這次課程設(shè)計(jì)。附錄 1程序代碼 #include<reg52.h> #define

23、 uint unsigned int #define uchar unsigned char uint temp,bai,shi,ge,qian;sbit wela=P1A0;static uint k=0; uchar code table= 0xc0,0xf9,0xa4,0xb0, 0x99,0x92,0x82,0xf8, 0x80,0x90;uchar code table1= 0x40,0x79,0x24,0x30, 0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10;/定義驅(qū)動(dòng)控制端口/聲明全局變量 /數(shù)碼管顯示 0 到 9/第二位數(shù)碼管顯示（包含小數(shù)/點(diǎn)）void disp

24、lay(uint qian,uint bai,uint shi,uint ge); / 聲明顯示函數(shù)void delay(uint z);void init();void main()/聲明延時(shí)函數(shù)init();while(1)if(k=0)/初始化子程序 init();wela=1;/初始化子程序/初始設(shè)置顯示 00.00P2=0XFF; wela=0;P0=0xc0;if(k=1) if(temp=9999)temp=0; qian=temp/1000; bai=temp%1000/100; shi=temp%1000%100/10; ge=temp%10;display(qian,bai,shi,ge);Elseqian=te