河南理工大學(xué)單片機(jī)控制的多功能秒表系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、摘要本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)控制的多功能秒表系統(tǒng)。近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷的走向深入，同時(shí)帶動(dòng)著傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月異更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來(lái)使用，僅單片機(jī)方面的知識(shí)是不夠的，還要根據(jù)具體的硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體的應(yīng)用對(duì)象的軟件結(jié)合，加以完善。秒表的出現(xiàn)，解決了傳統(tǒng)的由于人為因素造成的誤差和不公平性。本設(shè)計(jì)的多功能秒表系統(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、電源電路、LED數(shù)碼管以及鍵盤(pán)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)兩位LED顯示，顯示時(shí)間為0

2、099秒，每秒自動(dòng)加1，能正確地進(jìn)行加、減（倒）計(jì)時(shí)，快加，快減，可以同時(shí)記錄4個(gè)相對(duì)獨(dú)立的時(shí)間，通過(guò)上翻下翻來(lái)查看這4個(gè)不同的計(jì)時(shí)值，可謂功能強(qiáng)大。其中軟件系統(tǒng)采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)程序，包括顯示程序，加減計(jì)數(shù)程序，快加快減程序，中斷，延時(shí)程序，按鍵消抖程序等，并在WAVE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)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī)，多功能秒表，設(shè)計(jì)目錄1 概述31.1設(shè)計(jì)任務(wù)31.2設(shè)計(jì)要求32 系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計(jì)42.1系統(tǒng)總體方案42.2硬件電路設(shè)計(jì)43 軟件設(shè)計(jì)84.1軟件設(shè)計(jì)概述84.2程序流程圖84.3子程序模塊設(shè)計(jì)1

3、14 Proteus軟件仿真144.1功能簡(jiǎn)介144.2 WAVE編譯144.3 PROTEUS仿真145課程設(shè)計(jì)體會(huì)16參考文獻(xiàn)16附1.源程序代碼17附2.程序原理圖231 概述1.1設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)控制的秒表系統(tǒng)。利用單片機(jī)的定時(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)碼管以及按鍵來(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)能夠正確地進(jìn)行加、減（倒）計(jì)時(shí)，數(shù)碼管能夠正確地顯示時(shí)間。1.2設(shè)計(jì)要求1.能同時(shí)記錄四個(gè)相對(duì)獨(dú)立的時(shí)間并分別顯示。 2.兩位LED顯示，顯示時(shí)間為0099秒。3.每秒自動(dòng)加1。 4.一個(gè)開(kāi)始按鍵、一個(gè)復(fù)位按鍵、一個(gè)暫停按鈕和一個(gè)快加按鈕（每10m

4、s快速加一）。 5.用上翻頁(yè)按鈕查看四個(gè)不同的計(jì)時(shí)值。6.添加下翻頁(yè)按鈕，并實(shí)現(xiàn)快減功能。 2 系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)總體方案本系統(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)合硬件電路如電源電路，晶振電路，復(fù)位電路，顯示電路，以及一些按鍵電路等來(lái)設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)器，將軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。其中軟件系統(tǒng)采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)程序，包括顯示程序，加減計(jì)數(shù)程序，快加快減程序，中斷，延時(shí)程序，按鍵消抖程序等，并在WAVE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)。 單片機(jī) 外圍 電路 電源 電路 顯示電路

5、鍵盤(pán)電路 圖1 系統(tǒng)電路原理2.2硬件電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中，硬件電路主要有電源電路，晶振電路，復(fù)位電路，顯示電路，以及一些按鍵電路等（1）單片機(jī)簡(jiǎn)介本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容（由于在微機(jī)原理中學(xué)過(guò)C-51的具體知識(shí)，這里不再詳細(xì)說(shuō)明）。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效的微控制器。（2）電源電路電源電路是系統(tǒng)最基本的部分，任何電路都離不開(kāi)電源部分

6、，由于三端集成穩(wěn)壓器件所組成的穩(wěn)壓電源線路簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，工作可靠，調(diào)整方便，已逐漸取代分立元件，在生產(chǎn)中被廣泛采用，由于是小系統(tǒng)，我們采用7809電源提供+5V穩(wěn)壓電壓。（3）晶體振蕩電路MCS-51單片機(jī)內(nèi)部的振蕩電路是一個(gè)高增益反相放大器，引線 XTAL1和XTAL2分別為反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入和來(lái)自反向振蕩器的輸出，該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。這里，我們選用51單片機(jī)12MHZ的內(nèi)部振蕩方式，電路如下：電容器C1，C2起穩(wěn)定振蕩頻率，快速起振的作用，C1和C2可在20-100PF之間取,這里取30P，接線時(shí)要使晶體振蕩器X1盡可能接近單片機(jī)。 圖2 晶體振蕩

7、電路（4）復(fù)位電路采用上電+按鍵復(fù)位電路，上電后，由于電容充電，使RST持續(xù)一段高電平時(shí)間。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行之中時(shí)，按下復(fù)位鍵也能使用使RST持續(xù)一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電加開(kāi)關(guān)復(fù)位的操作。這不僅能使單片機(jī)復(fù)位，而且還能使單片機(jī)的外圍芯片也同時(shí)復(fù)位。當(dāng)程序出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，可以隨時(shí)使電路復(fù)位。電路圖如下： 圖3 復(fù)位電路（5）顯示電路顯示電路既可以選用液晶顯示器，也可以選用數(shù)碼管顯示。我們采用的是數(shù)碼管顯示電路。用2個(gè)共陽(yáng)極LED顯示，LED是七段式顯示器，內(nèi)部有7個(gè)條形發(fā)光二極管和1個(gè)小圓點(diǎn)發(fā)光二極管組成，根據(jù)各管的亮暗組合成字符。在用數(shù)碼管顯示時(shí)，我們有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種選擇，靜態(tài)顯示程序簡(jiǎn)單，

8、顯示穩(wěn)定，但是占用端口比較多；動(dòng)態(tài)顯示所使用的端口比較少，可以節(jié)省單片機(jī)的I/O口。在設(shè)計(jì)中，我們采用LED動(dòng)態(tài)顯示，用P0口驅(qū)動(dòng)顯示。由于P0口的輸出級(jí)是開(kāi)漏電路，用它驅(qū)動(dòng)時(shí)需要外接上拉電阻才能輸出高電平。電路圖如下所示：圖4 顯示電路（6）鍵盤(pán)電路在按鍵電路中，我們可以在I/O口上直接接按鍵，或者通過(guò)I/O口設(shè)計(jì)一個(gè)鍵盤(pán)，然后通過(guò)鍵盤(pán)掃描程序判斷是否有鍵按下等。鍵盤(pán)掃描電路節(jié)省I/O口，但編程有些復(fù)雜，在這里，由于我們所用的按鍵較少，且系統(tǒng)是一個(gè)小系統(tǒng)，有足夠的I/O口可以使用，為了使程序簡(jiǎn)化，我們采用按鍵電路，用部分P1口做開(kāi)關(guān)，P1.0停止，P1.1快減，P1.2快加，P1.3暫停記錄

9、，P1.4下翻，P1.5上翻，用外中斷INT0開(kāi)始，另外用軟件法消除抖動(dòng)。電路圖如下所示：圖5 鍵盤(pán)電路3 軟件設(shè)計(jì)4.1軟件設(shè)計(jì)概述在軟件設(shè)計(jì)中，一般采用模塊化的程序設(shè)計(jì)方法，它具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。把一個(gè)多功能的復(fù)雜的程序劃分為若干個(gè)簡(jiǎn)單的、功能單一的程序模塊，有利于程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試，有利于程序的優(yōu)化和分工，提高了程序的閱讀性和可靠性，使程序的結(jié)構(gòu)層次一目了然。應(yīng)用系統(tǒng)的程序由包含多個(gè)模塊的主程序和各種子程序組成。各程序模塊都要完成一個(gè)明確的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)某個(gè)具體的功能，如：加計(jì)數(shù)、減計(jì)數(shù)、延時(shí)、快加、快減，計(jì)數(shù)和顯示等，在具體需要時(shí)調(diào)用相應(yīng)的模塊即可。功能描述：用2位LED數(shù)碼顯示"秒表

10、"，顯示時(shí)間為0099秒,每秒自動(dòng)加1；一個(gè)"開(kāi)始"鍵,一個(gè)"復(fù)位"鍵,一個(gè)"暫停"鍵，一個(gè)“快減”鍵，一個(gè)“快加”鍵；一個(gè)“記錄”鍵，可同時(shí)記錄四個(gè)相對(duì)獨(dú)立的時(shí)間；一個(gè)“上翻”鍵，一個(gè)“下翻”鍵，查看四個(gè)不同的計(jì)時(shí)值。4.2程序流程圖（1）主程序：這里采用分支結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)按鍵的掃描，判斷要實(shí)現(xiàn)什么功能。如下所示： 開(kāi)始 初始化P1.0=0?P1.1=0?P1.2=0?P1.3=0?P1.4=0?P1.5=0?停止快減快加下翻上翻夠4個(gè)？P1.0=0?N暫停記錄NNNNNNP1.0=0?NN（2）加1程序（20H） A進(jìn)位清

11、零做加法到100？（20H）清零個(gè)位十位分開(kāi)返回Y （3）定時(shí)器1程序用定時(shí)器0實(shí)現(xiàn)定時(shí)1秒，定時(shí)器1實(shí)現(xiàn)定時(shí)10毫秒，定時(shí)初值都是0D8F0H，這里只寫(xiě)定時(shí)1秒的流程圖，如下所示：壓棧保護(hù)賦定時(shí)初值到1秒？調(diào)用加1程序調(diào)用顯示程序中斷返回Y4.3子程序模塊設(shè)計(jì)（1）停止子程序按鍵后，使秒表停止，即關(guān)閉定時(shí)器0，1，程序如下：STOP: CLR TR0 CLR TR1；關(guān)閉定時(shí)器0，1 ACALL DISP；顯示（2）暫停記錄子程序 按鍵結(jié)束后，將此時(shí)顯示內(nèi)存中的數(shù)送寄存器中保存，并通過(guò)條件轉(zhuǎn)移指令判斷是否存夠4個(gè)數(shù)，若存夠則停止，否則繼續(xù)。JILU : MOV A,20H MOV R1, A

12、 INC R1 DJNZ 50H, HERE；是否夠四個(gè)數(shù)？ MOV R1, #71H MOV 50H, #04H MOV 51H, #04H SJMP STOP；夠4個(gè)數(shù)停止（3）加1子程序此程序只為簡(jiǎn)單的加1，并判斷是否到100？到則從0開(kāi)始，否則繼續(xù)，另外將顯示內(nèi)存中的數(shù)個(gè)位十位分開(kāi)，以便于動(dòng)態(tài)顯示。JIA1: MOVA,20H ;CLR CINC ACJNE A, #100, GO1；是否加到100？MOV 20H, #00H RETGO1: MOV 20H, A；將個(gè)位十位分開(kāi)顯示 MOV B, #0AH DIV AB MOV 31H, A MOV 30H, B RET（4）顯示子程

13、序，采用動(dòng)態(tài)顯示DISP: MOVR0,#30H MOVR3, #0FEH MOVA, R3PLAY: MOV P2, A MOV A,R0 MOV DPTR, #DSEG1 MOVC A,A+DPTR MOV P0, A LCALL DL1 MOV P2, #0FFH MOV A, R3 RL A JNB ACC.2, LD1 INC R0 MOV R3, A LJMP PLAYLD1: RETDL1: MOVR7, #05HDL: MOVR6, #0FFHDL6: DJNZR6, $ DJNZR7, DL RET（5）延時(shí)子程序例如延時(shí)10ms程序：DELAY10:MOV R4,#14H

14、DL00: MOV R5, #0FFHDL11: DJNZ R5, DL11 DJNZ R4, DL00 RET（6）按鍵消抖程序延時(shí)10ms再次判斷該位的狀態(tài)，若仍是0則說(shuō)明該鍵被按下，彈起后去執(zhí)行該按鍵功能；若為1，則說(shuō)明是抖動(dòng)則繼續(xù)向下判斷。L1: JB P1.1,L2 ; P1.1=0，快減 ACALL DELAY10 JB P1.1, L2 JNB P1.1, $ LJMP KJIAN（5）中斷服務(wù)程序 用外部中斷1實(shí)現(xiàn)開(kāi)始，定時(shí)器0定時(shí)1S，定時(shí)器1定時(shí)10ms 。4 Proteus軟件仿真4.1功能簡(jiǎn)介功能描述如下：連通電源后，按開(kāi)始鍵，秒表正常運(yùn)行；按暫停記錄鍵，記錄4個(gè)數(shù)，上

15、翻下翻鍵可以查看記錄的4個(gè)數(shù)；停止鍵可使暫停；快加快減鍵可以實(shí)現(xiàn)快加快減功能，至停止鍵被按下；復(fù)位鍵可使系統(tǒng)復(fù)位。4.2 WAVE編譯將所編寫(xiě)的匯編語(yǔ)言程序另存為 秒表.ASM 文件，并在WAVE中運(yùn)行，顯示結(jié)果如下： 圖6 運(yùn)行結(jié)果4.3 PROTEUS仿真用PROTEUS將編譯生成的 秒表.HEX 文件下到單片機(jī)中，點(diǎn)擊運(yùn)行按相應(yīng)的操作鍵即可看到下圖的效果： 圖7 部分仿真結(jié)果A圖7 部分仿真結(jié)果B5課程設(shè)計(jì)體會(huì)經(jīng)過(guò)一個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)，過(guò)程曲折可謂一語(yǔ)難盡。在此期間我也失落過(guò)，也曾一度熱情高漲。從開(kāi)始時(shí)激情高漲到最后汗水背后的復(fù)雜心情，點(diǎn)點(diǎn)滴滴無(wú)不令我回味無(wú)長(zhǎng)。在老師的指導(dǎo)下，我順利完成了

16、課程設(shè)計(jì)。心得體會(huì)如下：1、將學(xué)習(xí)的理論知識(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)融會(huì)貫通，讓我對(duì)它的理解更加深刻。對(duì)程序的編譯過(guò)程了解透徹。2、本次課程設(shè)計(jì)以自己設(shè)計(jì)為主，因此培養(yǎng)了學(xué)習(xí)的積極性，讓我能夠獨(dú)立去分析問(wèn)題、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，更增強(qiáng)我與老師同學(xué)交流溝通和合作完成任務(wù)的能力。3、由于這次課程設(shè)計(jì)不僅設(shè)計(jì)編程方面的知識(shí)，還涉及了其它學(xué)科的知識(shí)，例如PROTEUS和WAVE等的基本知識(shí)。程序是用匯編語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)的，這次課程設(shè)計(jì)讓我在編程能力方面得到了提高。4、由于水平有限，實(shí)驗(yàn)程序運(yùn)行有一定的限制，望見(jiàn)諒?？傊ㄟ^(guò)這次課程設(shè)計(jì)，不僅加深了我對(duì)單片機(jī)理論方面的理解，將理論更好的運(yùn)用的實(shí)踐方面，而且鍛煉了我們各方面的

17、能力，培養(yǎng)了堅(jiān)強(qiáng)的毅力和做事的耐心和細(xì)心，認(rèn)識(shí)合作的重要性，雖然程序可能有一定的浪費(fèi)資源，且較羅嗦，但這需要在實(shí)踐中慢慢提高，還希望老師能夠多多指導(dǎo)，促進(jìn)我不斷的進(jìn)步。參考文獻(xiàn)1 余發(fā)山主編.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù).徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社.20032 楊凌霄編著.微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，20043 李群芳主編.單片機(jī)原理、接口及應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，2005附1.源程序代碼ORG0000HLJMP MAINORG000BHLJMPTIME1ORG 0013HLJMP ZHDUANORG001BHLJMPTIME10ORG0100HMAIN: MOV SP, #50

18、H MOV TMOD, #11H MOVTH1,#0D8H ;定時(shí)10msMOVTL1, #0F0H MOVTH0,#0D8H ;定時(shí)10msMOVTL0, #0F0HMOV20H, #00H ; BIN SECOND MOV30H, #00H ; SECOND MOV31H, #00HMOV40H, #100 MOV 71H,#00H ;記錄暫存區(qū) MOV 72H, #00H MOV 73H, #00H MOV 74H, #00H MOV 50H, #04H MOV 51H, #04H MOV R1, #71H SETB EA SETB EX1 SETB ET1 SETB ET0 CLR P

19、T0 CLR PT1 SETB PX1 SETB IT1 MOVP0, #0FFH CLRTR0 CLRTR1 CLR 7FHML1:ACALLDISPSTART: JB P1.0,L1 ; P1.0=0，停止 ACALL DELAY10 JB P1.0, L1 JNB P1.0, $ LJMP STOPL1: JB P1.1,L2 ; P1.1=0，快減 ACALL DELAY10 JB P1.1, L2 JNB P1.1, $ LJMP KJIANL2: JB P1.2,L3 ; P1.2=0，快加 ACALL DELAY10 JB P1.2, L3 JNB P1.2, $ LJMP KJ

20、IAL3: JB P1.3,L4 ; P1.3=0，暫停記錄 ACALL DELAY10 JB P1.3, L4 JNB P1.3, $ LJMP JILUL4: JB P1.4,L5 ; P1.4=0，下翻 ACALL DELAY10 JB P1.4, L5 JNB P1.4, $ LJMP XFANL5: JB P1.5,L ; P1.5=0，上翻 ACALL DELAY10 JB P1.5, L JNB P1.5, $ LJMP SHFANL: SJMP HERESTOP: CLR TR0 ;停止程序 CLR TR1 ACALL DISP SJMP HEREJILU : MOV A,20

21、H ;暫停記錄程序 MOV R1, A INC R1 DJNZ 50H, HERE MOV R1, #71H MOV 50H, #04H MOV 51H, #04H SJMP STOPXFAN: MOV A,R1 ;下翻程序 MOV 20H, A MOV B, #0AH DIV AB MOV 31H, A MOV 30H, B LCALL DISP INC R1 DJNZ 50H, HERE MOV R1, #71H MOV 50H, #04H SJMP HERESHFAN: MOV A,R1 ;下翻程序 MOV 20H, A MOV B, #0AH DIV AB MOV 31H, A MOV

22、 30H, B LCALL DISP DEC R1 DJNZ 50H, HERE MOV R1, #74H MOV 50H, #04H SJMP HEREKJIAN: SETB TR1 ;快減程序 CLR TR0 HEE1: JNB TF1, HEE1 CLR TF1 ACALL JIAN1 ACALL DISP JNB P1.0, STOP SJMP HEE1KJIA: SETB TR1 ;快加程序 CLR TR0HEE: JNB TF1, HEE CLR TF1 ACALL JIA1 ACALL DISP JNB P1.0, STOP SJMP HEEHERE: LJMP ML1ZHDUAN: SETB TR0 ;啟動(dòng)定時(shí)器0 CLR TR1 RETITIME1:PUSH ACC ;定時(shí)1秒 PUSH PSW MOVTH0, #0D8H MOVTL0, #0F0H DJNZ40H, RET0 LCALL JIA1 LCALL DISPMOV40H, #100RET0: POP PSW POP