基于單片機的秒表設計

1、題目:基于單片機的秒表設計姓 名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導老師： 所在學院： 年 月 日摘要本設計是一個利用單片機控制的多功能秒表系統(tǒng),它是基于51系列的單片機進行的系統(tǒng)設計。它采用AT89C51單片機為中心器件，利用其定時器/計數(shù)器定時和記數(shù)的原理，結合顯示電路、電源電路、LED數(shù)碼管以及鍵盤電路來設計計時器。將軟、硬件有機地結合起來，使得系統(tǒng)能夠實現(xiàn)四位LED顯示，最大顯示時間為9分59.9秒，每毫秒自動加1，一個開始暫停按鍵、一個復位按鍵。其突出的優(yōu)點:體積小、場外作業(yè)、功耗最低、宜用電池作為電源、硬件結構緊湊、簡單和軟件設計靈活.當今時代，是一個新技術層出不窮的時代。在電子領域，尤

2、其是自動化智能控制領域，傳統(tǒng)的分立元件或數(shù)字邏輯電路構成的控制系統(tǒng)正以前所未見的速度被單片機智能控制系統(tǒng)所取代。單片機具有體積小、功能強、成本低、應用面廣等優(yōu)點，可以說，智能控制與自動控制的核心就是單片機。單片機的出現(xiàn)是現(xiàn)代科技發(fā)展的一個重要的里程碑。由于單片機的集成度高、功能強，通用性好，特別是它具有體積下、重量輕、能耗低、價格便宜等優(yōu)點，使單片機迅速得到推廣應用，目前已成為測量控制應用系統(tǒng)中的優(yōu)選機種和新電子產(chǎn)品的關鍵部件。目錄1 概述4 1.1設計任務41.2設計要求42 系統(tǒng)總體方案及硬件設計5 2.1系統(tǒng)總體方案5 2.2硬件電路設計63 軟件設計10 3.1軟件設計概述10 3.2

3、程序流程圖10 3.3子程序模塊設計124 Proteus軟件真13 4.1軟件功能簡介13 4.2 Proteus運行流程145課程設計會16參考文獻16附1：源程序代碼17附2：系統(tǒng)原理圖20 1 概述1.1 設計任務設計一個單片機控制的秒表系統(tǒng)。利用單片機的定時器/計數(shù)器定時和記數(shù)的原理，結合顯示電路、LED數(shù)碼管以及按鍵來設計計時器。將軟、硬件有機地結合起來，使得系統(tǒng)能夠正確地進行計時，數(shù)碼管能夠正確地顯示時間。1.2設計要求1）利用單片機內部定時器設計一個秒表，顯示最大值為9分59.9秒。2）使用4位七段顯示器來顯示現(xiàn)在的時間。顯示格式為“分、秒、毫秒”。3）要求能實現(xiàn)秒表的啟動、停

4、止和復位。2 系統(tǒng)總體方案及硬件設計2.1系統(tǒng)總體方案本系統(tǒng)采用AT89C51單片機為中心器件，利用其定時器/計數(shù)器定時和記數(shù)的原理，結合硬件電路如電源電路，晶振電路，復位電路，顯示電路，以及一些按鍵電路等來設計計時器，將軟、硬件有機地結合起來。其中軟件系統(tǒng)采用匯編語言編寫程序，包括顯示程序，計數(shù)程序，中斷，硬件系統(tǒng)利用PROTEUS強大的功能來實現(xiàn)，簡單切易于觀察，在仿真中就可以觀察到實際的工作狀態(tài)。外圍電路顯示電路單片機電源電路鍵盤電路系統(tǒng)電路原理圖2.2硬件電路設計本系統(tǒng)中，硬件電路主要有電源電路，晶振電路，復位電路，顯示電路，以及一些按鍵電路等，電路圖如下（1）單片機簡介本系統(tǒng)設計采用

5、AT89C51單片機。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容（由于在微機原理中學過C-51的具體知識，這里不再詳細說明）。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，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，任何電路都離不開電源部分，由于三端集成穩(wěn)壓器件所組成的穩(wěn)壓電源線路簡單，性能穩(wěn)定，工作可靠，調整方便，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+

6、5V穩(wěn)壓電壓。（3）晶體振蕩電路MCS-51單片機內部的振蕩電路是一個高增益反相放大器，引線 XTAL1和XTAL2分別為反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入和來自反向振蕩器的輸出，該反向放大器可以配置為片內振蕩器。這里，我們選用51單片機12MHZ的內部振蕩方式，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，接線時要使晶體振蕩器X1盡可能接近單片機。（4）復位電路采用上電+按鍵復位電路，上電后，由于電容充電，使RST持續(xù)一段高電平時間。當單片機已在運行之中時，按下復位鍵也能使用使RST持續(xù)一段時間的高電平，從而實現(xiàn)上電加開關復位的

7、操作。這不僅能使單片機復位，而且還能使單片機的外圍芯片也同時復位。當程序出現(xiàn)錯誤時，可以隨時使電路復位。（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4個共陽極LED顯示，LED是七段式顯示器，內部有7個條形發(fā)光二極管和1個小圓點發(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，我們有靜態(tài)和動態(tài)兩種選擇，靜態(tài)顯示程序簡單，顯示穩(wěn)定，但是占用端口比較多；動態(tài)顯示所使用的端口比較少，可以節(jié)省單片機的I/O口。在設計中，我們采用LED動態(tài)顯示，用P0口驅動顯示。由于P0口的輸出級是開漏電路，用它驅動時需要外接上拉電阻才能輸出高電平。電路圖

8、如下所示：（6）鍵盤電路在按鍵電路中，我們可以在I/O口上直接接按鍵，或者通過I/O口設計一個鍵盤，然后通過鍵盤掃描程序判斷是否有鍵按下等。鍵盤掃描電路節(jié)省I/O口，但編程有些復雜，在這里，由于我們所用的按鍵較少，且系統(tǒng)是一個小系統(tǒng)，有足夠的I/O口可以使用，為了使程序簡化，我們采用按鍵電路，用部分P1口做開關，P1.0啟動，P1.1清零，電路圖如下所示3 軟件設計3.1軟件設計概述在軟件設計中，一般采用模塊化的程序設計方法，它具有明顯的優(yōu)點。把一個多功能的復雜的程序劃分為若干個簡單的、功能單一的程序模塊，有利于程序的設計和調試，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，使程序的結構

9、層次一目了然。應用系統(tǒng)的程序由包含多個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明確的任務，實現(xiàn)某個具體的功能，如：加計數(shù)、暫停、清零，顯示等，在具體需要時調用相應的模塊即可。功能描述：用4位LED數(shù)碼顯示"秒表"，顯示時間為009分59.9秒,每秒自動加1；一個"開始"鍵,一個"復位"鍵,一個"清零"鍵。 3.2程序流程圖開始系統(tǒng)初始化數(shù)碼管顯示按鍵判斷定時啟動位取反按鍵2關閉定時器時間清零按鍵1NYYN定時中斷開始T0初始化程序處理（分、秒、毫秒自動增加）退出中斷3.3子程序模塊設計增加按鍵控制功能。

10、1、啟動/停止2、清零ML1:LCALLDISPKEY: JNB P1.0, CONTROL; JNB P1.1, CLEAR LJMP ML1CONTROL: LCALL DELAY JB P1.0, ML1LOOP1: LCALL DISP JNB P1.0,LOOP1 CPL TR0 LJMP ML1CLEAR: LCALL DELAY LCALL DISP JB P1.1, ML1 CLR TR0 MOV 20H,#0 MOV 21H,#0 MOV 22H,#0 MOV 31H,#00H ; BCD m_SECOND MOV 32H,#00H ; BCD SECOND MOV 33H,

11、#00H MOV 34H,#00H ; BCD MINUTE JNB p1.1,CLEAR LJMP ML14 Proteus軟件仿真 4.1軟件功能簡介Proteus ISIS是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行于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。該軟件的特點是：（1）全部滿足我們提出的單片機軟件仿真系統(tǒng)的標準，并在同類產(chǎn)品中具有明顯的優(yōu)勢。（2）具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2 C調試器、SPI調試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯

12、分析儀、信號發(fā)生器等。（3）目前支持的單片機類型有：ARM7系列、68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。（4）支持大量的存儲器和外圍芯片?？傊?，該軟件是一款集單片機和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大 ，可仿真ARM、51、AVR、PIC。Proteus啟動畫面：4.2 Proteus運行流程Proteus ISIS的工作界面是一種標準的Windows界面，如圖所示。包括：標題欄、主菜單、標準工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對象選擇按鈕、預覽對象方位控制按鈕、仿真進程控制按鈕、預覽窗口、對象選擇

13、器窗口、圖形編輯窗口。運行Proteus程序后，進入軟件的主界面。通過左側工具欄中的P(從庫中選擇元件命令)命令，在Pick Devices 左側窗口中選擇所需元件的關鍵字，然后放置元件并調整方向和位置以及參數(shù)設置，最后進行連線。運行圖如下：初始狀態(tài)中間狀態(tài)最終狀態(tài)5課程設計體會課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程.隨著科學技術發(fā)展的日新日異，單片機已經(jīng)成為當今計算機應用中空前活躍的領域，在生活中可以說得是無處不在。因此作為二十一世紀的大學來說掌握單片機的開發(fā)技術是十分重要的?；仡櫰鸫舜螁纹瑱C課程設

14、計，仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實踐，在接近四星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設計使我們懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說不懂一些元器

15、件的使用方法，對單片機匯編語言掌握得不好通過這次課程設計之后，一定把以前所學過的知識重新溫故。在做課程設計的日子里得到了老師的悉心指導和同學的幫助，在此向他們致以誠摯的謝意。感謝提供相關技術幫助的老師和同學，你們的支持和鼓勵使我們對這次的設計完成有了信心和動力，在此深表謝意。參考文獻1 余發(fā)山主編.單片機原理及應用技術.徐州：中國礦業(yè)大學出版社.2003.76-94，152-1572 楊凌霄編著.微型計算機原理及應用.徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2004.36-52附1 源程序代碼ORG0000HLJMP MAIN ORG 000BH LJMPTIME ORG 0100HMAIN: MOV SP

16、,#50H MOV TCON,#01H ;定義中斷方式 MOV 20H,#00H ;BIN m_SECOND MOV 21H,#00H ;BIN SECOND MOV 22H,#00H ;BIN MINUTE MOV 31H,#00H ; BCD m_SECOND MOV 32H,#00H ;BCD SECOND MOV 33H,#00H ; MOV 34H,#00H ;BCD MINUTEMOV TMOD, #01H ;16位計數(shù)器 MOVTH0, #0D8H ;10ms MOVTL0, #0F0H MOVIE, #10000010BML1: LCALL DISP LJMP ML1TIME:

17、 MOVTH0,#0D8H MOVTL0,#0F0H MOVA,20HINC A CLR C CJNE A,#99,GO1 ;轉換BCD MOV20H,#0 MOV 31H,#0 MOVA,21H INC A MOVA,21HINCACJNEA, #3CH, GO2 MOV 21H, #0H MOV 32H, #0 MOV 33H, #0MOVA, 22HINC ACJNEA, #0AH, GO3MOV 22H, #00H MOV 34H, #0 AJMPRET0 ;退出中斷GO1:MOV20H, A MOV B,#0AH DIV AB MOV 31H,A ；僅顯示毫秒的百位AJMPRET0GO2:MOV21H, A MOV B, #0AH DIV AB MOV 33H, A MOV 32H, BAJMPRET0GO3:MOV 22H, A MOV B, #0AH DIV AB MOV 34H, B ；僅顯示分的個位 AJMPRET0RET0: POP PSW POP ACC RETIDISP: MOVR0, #31H MOVR3, #0FEH MOVA, R3PLAY: MOV P2, A MOV