單片機(jī)課程設(shè)計(jì)——電子秒表

1、安徽科技學(xué)院電氣與電子工程學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說明書題 目: 秒 表 姓名(學(xué)號(hào)) * * * * * * 專 業(yè): 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí): 133 指 導(dǎo) 教 師 ： * 2016 年 5 月 9 日目 錄摘要.1關(guān)鍵字.1第1章 硬件的選擇與設(shè)計(jì).1第2章 軟件設(shè)計(jì).9第3章 調(diào)試結(jié)果.19參考文獻(xiàn).20秒 表摘要：本次課程設(shè)計(jì)，我們組設(shè)計(jì)的是秒表。使用AT89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)2位的LED數(shù)碼顯示作為“秒表”：顯示時(shí)間為0099秒，每秒自動(dòng)加1，另設(shè)計(jì)一個(gè)“開始計(jì)時(shí)/時(shí)間鎖定”鍵和一個(gè)“復(fù)位”鍵。通過對(duì)鍵盤的掃描對(duì)時(shí)鐘的走時(shí)/停止進(jìn)行控制，項(xiàng)目采用定時(shí)器T0作為計(jì)

2、時(shí)器，每10ms發(fā)生一次中斷，每100次中斷加1s。在此期間，如“開始計(jì)時(shí)/時(shí)間鎖定”按鍵按下，程序方將TR0置為1，從而開啟中斷，秒表開始計(jì)時(shí)，再按一次“開始計(jì)時(shí)/時(shí)間鎖定”按鍵，則將TR0置0，秒表停止計(jì)時(shí)；如“復(fù)位”按鍵按下，程序?qū)R0置為0，同時(shí)將存儲(chǔ)時(shí)間的變量清零，從而中斷停止，并實(shí)現(xiàn)復(fù)位。我們?cè)O(shè)計(jì)的秒表完成了準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，和當(dāng)前時(shí)間的顯示。通過Keil uvison4進(jìn)行程序軟件的編譯，通過proteus進(jìn)行仿真，最后調(diào)試通過，完成此次課程設(shè)計(jì)。關(guān)鍵字：秒表 51單片機(jī) MAX7219 定時(shí) 第一章 硬件選擇與設(shè)計(jì)1、 芯片簡(jiǎn)介（1） 8051單片機(jī)MCS-51是指美國(guó)Inter公司

3、生產(chǎn)的一系列單片機(jī)的總稱。這一系列單片機(jī)包括8031、8051、8751、8032、8052、8752等。其中8051是最早、最典型的產(chǎn)品，該系列其他單片機(jī)都是以8051為核心發(fā)展起來的，都具有8051的基本結(jié)構(gòu)和軟件特征。8051單片機(jī)內(nèi)部包含了作為微型計(jì)算機(jī)所必需的基本功能部件，各部件相互獨(dú)立地集成在一塊芯片上，其基本功能特性如下:a、8位CPU；b、32條雙向可獨(dú)立尋址的I/O線；c、4KB程序存儲(chǔ)器（ROM），外部可擴(kuò)充至64KB；d、12KB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），外部可擴(kuò)充至64KB；e、兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；f、五個(gè)中斷源；g、全雙工的串行通信口；h、具有布爾運(yùn)算能力。其引腳排列

4、如圖： 管腳說明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址

5、接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1

6、”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：管腳P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7備選功能RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）/INT0（外部中斷0）/INT1（外部中斷1）T0（記時(shí)器0外部輸入）T1（記時(shí)器1外部輸入）/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)

7、訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將

8、內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。（2） MAX7219芯片MAX7219是7段共陰極LED顯示驅(qū)動(dòng)器，采用三線串行方式與8051通信。MAX7219片內(nèi)集成了BCD碼到B碼的譯碼器、多路復(fù)用掃描電路、LED字段和字位驅(qū)動(dòng)電路及RAM存儲(chǔ)器。MAX7219可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)7段共陰極LED顯示器，通過一個(gè)10K左右的外接電阻可以設(shè)置所有LED的段電流。MAX7219具有低電壓保持，只要外接電壓超過2V，便可以保

9、存數(shù)據(jù)。典型的DIP封裝的MAX7219如圖所示， 其各引腳的功能如下：a、 DID0DID7：8個(gè)字段驅(qū)動(dòng)引腳；b、 SEGA-G,dp:7段驅(qū)動(dòng)和小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)輸出；c、 SEG dp:小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)輸出；d、 CLK：時(shí)鐘輸入，最高時(shí)鐘頻率為10MHz;e、 DIN：串行數(shù)據(jù)輸入。在CLK時(shí)鐘的上升沿，串行數(shù)據(jù)被移入MAX7219內(nèi)部移位寄存器，移入時(shí)最高位在前；f、 DOUT：串行數(shù)據(jù)輸出。輸入到DIN的數(shù)據(jù)經(jīng)過16.5個(gè)時(shí)鐘周期后，在DOUT端有效。在CLK的下降沿?cái)?shù)據(jù)移出；g、 ISET：峰值段電流設(shè)置?？梢酝ㄟ^一個(gè)10K的上拉電阻來設(shè)置峰值段電流；h、 LOAD：加載輸入數(shù)據(jù)。LOAD信

10、號(hào)必須在第16個(gè)上升沿同時(shí)或之后，但在下一個(gè)時(shí)鐘上升沿之前變高，否則將會(huì)丟失數(shù)據(jù)；i、 V+：+5V外接電源；j、 GND：接地，兩個(gè)GND引腳必須接地。 2、 硬件電路設(shè)計(jì)（1） 硬件原理圖（2） 硬件電路設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)做為整個(gè)系統(tǒng)的控制部分，其包含了晶振電路、復(fù)位電路、電源等。外接晶振通過兩個(gè)30pF的電容接地，同時(shí)采用了手動(dòng)復(fù)位和上電復(fù)位兩種復(fù)位方式。該電路可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位和程序運(yùn)行的基本功能。 MAX7219驅(qū)動(dòng)電路MAX7219是七段共陰極LED顯示驅(qū)動(dòng)器，可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)七段共陰極LED顯示器，這里用其來驅(qū)動(dòng)2位的LED數(shù)碼管，通過一個(gè)10K左右的外接電阻可以設(shè)置所有的L

11、ED段電流。ADP分別驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的七段，DIG0、DIG1分別用來驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管的兩位，即個(gè)位和十位。 數(shù)碼管顯示兩位數(shù)碼管用來顯示099秒的數(shù)字。 獨(dú)立按鍵兩個(gè)獨(dú)立按鍵分別用來開始計(jì)時(shí)、時(shí)間鎖定和復(fù)位，實(shí)現(xiàn)秒表的計(jì)時(shí)。 （4） 總電路圖 見下頁(yè)第2章 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)包括MAX7219芯片的初始化、向MAX7219芯片寫指令函數(shù)、MAX7219驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示函數(shù)、定時(shí)器初始化、中斷等。一、MAX7219寄存器及軟件函數(shù)介紹（1） MAX7219相關(guān)寄存器及數(shù)據(jù)格式對(duì)于MAX7219芯片，串行數(shù)據(jù)以16位包的形式從DIN引腳串行輸入，在CLK的每一個(gè)上升沿一位一位地送入芯片內(nèi)部16位移位寄存

12、器，而不管LOAD引腳的狀態(tài)如何，LOAD引腳必須在第16個(gè)CLK上升沿出現(xiàn)的同時(shí)或之后，并在下一個(gè)CLK上升沿之前變?yōu)楦唠娖?，否則移入的數(shù)據(jù)將丟失。16位數(shù)據(jù)包的格式如下：D15D14D13D12D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0地址寄存器地址寄存器數(shù)據(jù)1、 MAX7219的內(nèi)部寄存器及其地址MAX7219芯片通過D11D8的4位地址位譯碼，可尋址內(nèi)部14個(gè)寄存器，分別是8個(gè)顯示位寄存器、5個(gè)控制寄存器和1個(gè)空操作寄存器。如表1所示：表1 MAX7219內(nèi)部寄存器及其地址寄存器地址D15D12D11D816進(jìn)制代碼空操作00000x0數(shù)碼管000010x1數(shù)碼管100100

13、x2數(shù)碼管200110x3數(shù)碼管301000x4數(shù)碼管401010x5數(shù)碼管501100x6數(shù)碼管601110x7數(shù)碼管710000x8譯碼方式寄存器10010x9顯示亮度寄存器10100xA掃描范圍寄存器10110xB停機(jī)寄存器11000xC顯示測(cè)試寄存器11110xF2、 五個(gè)控制寄存器（1） 譯碼方式寄存器MAX7219的譯碼方式寄存器中，每一位與一個(gè)數(shù)字位相對(duì)應(yīng)，如果對(duì)應(yīng)位為邏輯高電平，表示改位使用B碼譯碼，而邏輯低電平則表示改位不譯碼，如表2所示：表2 譯碼方式寄存器含義D7D016進(jìn)制代碼07不譯碼0000000000H0位譯成B碼，71位不譯碼0000000101H.03位使用B

14、譯碼，47位不譯碼000011110FH.07位使用B譯碼11111111FFH（2） 亮度寄存器MAX7219的亮度寄存器用于調(diào)節(jié)LED的顯示亮度。實(shí)際電路中，在ISET和電源正極之間連接外部電阻R來控制顯示亮度。R即可以是固定電阻，也可以是可變電阻，其最小值為9.25K。亮度寄存器中的數(shù)值表示了亮度的大小，共有16級(jí)亮度。如表3所示：表3 亮度寄存器亮度D7D016進(jìn)制代碼1/320H3/321H5/322H.29/32EH31/32FH（3） 掃描范圍寄存器MAX7219的掃描范圍寄存器用于設(shè)置需要顯示的數(shù)字位，其取值范圍為18。數(shù)據(jù)含義如表4所示：表4 掃描范圍寄存器顯示數(shù)字位D7D0

15、16進(jìn)制代碼第0位顯示0000H第01位顯示0011H第02位顯示0102H.第06位顯示1106H第07位顯示1117H（4） 停機(jī)寄存器MAX7219的停機(jī)寄存器用于停止LED顯示。當(dāng)MAX7219處于停機(jī)工作方式時(shí)，掃描振蕩器停止工作，LED所有的段都截止，此時(shí)LED不顯示任何時(shí)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)格式如表5：表5 停機(jī)寄存器工作方式D7D016進(jìn)制代碼停機(jī)工作00H正常工作11H（5） 顯示測(cè)試寄存器MAX7219的顯示測(cè)試寄存器用于測(cè)試LED的好壞。其有兩種工作方式，即正常工作和顯示測(cè)試。正常工作模式即一般的掃描顯示模式。數(shù)據(jù)格式含義如表6：表6 顯示測(cè)試寄存器工作方式D7D016進(jìn)制代碼正常

16、工作00H顯示測(cè)試11H3、 數(shù)字寄存器MAX7219的數(shù)字寄存器用于設(shè)置LED數(shù)碼管的顯示數(shù)字?？芍苯訉ぶ贰?shù)字寄存器受譯碼方式寄存器的控制，可以選擇B譯碼或不譯碼。如果不譯碼，則數(shù)字寄存器中數(shù)據(jù)的D0D6位分別對(duì)應(yīng)7段LED顯示器的AG段，D7位對(duì)應(yīng)LED的小數(shù)點(diǎn)DP。某數(shù)據(jù)為為1，則點(diǎn)亮與改位對(duì)應(yīng)的段，而如果數(shù)據(jù)為0，則改段熄滅。如果使用B碼譯碼，數(shù)字寄存器可將BCD碼譯成B碼（09、-、E、H、L、P），如表7所示：表7 數(shù)字07寄存器顯示字符寄存器數(shù)據(jù)點(diǎn)亮段D7D6 D3 D2 D1 D0DP A B C D E F G 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 01 0 0 0

17、1 0 1 1 0 0 0 02 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 13 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 4 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 15 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 16 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 17 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 08 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 19 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1_ 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1E 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1H 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1L 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0P 1 1 1

18、0 1 1 0 0 1 1 1 暗 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0其中，小數(shù)點(diǎn)位DP由D7控制，D7=0時(shí)，熄滅小數(shù)點(diǎn)，D7=1時(shí)，點(diǎn)亮小數(shù)點(diǎn)。本程序?qū)⑿?shù)點(diǎn)熄滅。（2） 向MAX7219芯片寫指令函數(shù)本程序中定義了向MAX7219芯片寫指令函數(shù)，在MAX7219芯片的初始化中要調(diào)用向MAX7219芯片寫指令函數(shù)，該函數(shù)有兩個(gè)形參add和dat，分別代表MAX7219芯片的寄存器地址和數(shù)據(jù)內(nèi)容，即16位數(shù)據(jù)包的高8位和低8位。在控制寄存器中add為控制寄存器的地址，dat為控制寄存器中的數(shù)據(jù)內(nèi)容；在數(shù)字寄存器中add對(duì)應(yīng)的實(shí)參是數(shù)組address,dat對(duì)應(yīng)的實(shí)參是數(shù)組dat，ad

19、dress分別取數(shù)字寄存器07的地址，dat分別取數(shù)字07的16進(jìn)制編碼。（3） MAX7219初始化函數(shù)MAX7219初始化函數(shù)主要是對(duì)5種控制寄存器的初始化，即設(shè)置5種控制寄存器的狀態(tài)及數(shù)據(jù)格式。這里設(shè)置譯碼方式寄存器為使用B碼譯碼方式，所以譯碼方式寄存器數(shù)據(jù)為0xff；顯示亮度為11/32，所以亮度顯示寄存器數(shù)據(jù)為0xf5；掃描范圍為第01位數(shù)字顯示，所以掃描范圍寄存器數(shù)據(jù)為0x01；設(shè)置MAX7219為正常工作方式，所以停機(jī)寄存器數(shù)據(jù)為0x01；設(shè)置MAX7219為正常工作而不是顯示測(cè)試工作方式，所以顯示測(cè)試寄存器數(shù)據(jù)為0x00。（四）MAX7219驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示函數(shù)該函數(shù)將計(jì)數(shù)值的十

20、位和各位分開分別送人MAX7219數(shù)字寄存器的第0位和第1位。（五）定時(shí)器及中斷初始化本實(shí)驗(yàn)軟使用的是定時(shí)器T0作計(jì)時(shí)器，每10ms發(fā)生一次中斷，每100次中斷為1s，定時(shí)器設(shè)置為工作方式1，中斷時(shí)間，其中，所以初值，裝入初值TH0=d8H,TL0=efH。2、 程序流程圖3、 程序#include#define uchar unsigned char#define DECODE 0x09 /譯碼方式寄存器地址#define INTENSITY 0x0a /亮度寄存器地址#define SCANLIMIT 0x0b /掃描范圍寄存器地址#define SHUTDOWN 0x0c /停機(jī)寄存器地

21、址#define DISPLAYTEST 0x0f /顯示測(cè)試寄存器地址void delay(uchar);/延時(shí)函數(shù)定義uchar count,keycount;uchar x;sbit DIN=P30; /MAX7219芯片接口定義sbit LOAD=P31;sbit CLK=P32;sbit key0=P10; /按鍵接口定義sbit key1=P11;/*MAX7219芯片讀寫地址、內(nèi)容*/uchar address=0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08;uchar dat=0x00,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09;void writemax7219(uchar add,uchar dat) /向MAX7219寫指令函數(shù) uchar ADS,i,j; LOAD=0; i=0; while(i16) if(i=1;j-) DIN=ADS&0x80; /取ADS的最高位送入DIN，其余位均為0 ADS=ADS1; /ADS左移1位，使ADS的次高位變?yōu)樽罡呶?CLK=1; /在每個(gè)CLK的上升沿，將這8位數(shù)據(jù)的最高位 /移入MAX7219的內(nèi)部寄存器中，移動(dòng)8