計(jì)時(shí)秒表課程設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)秒表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 系 別： 機(jī)電學(xué)院 專 業(yè)： 電氣控制及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 設(shè)計(jì)題目： 計(jì)時(shí)秒表系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 起訖日期： 12月24日1月4日 設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 學(xué)校 指導(dǎo)教師： 劉世林 目 錄一 、設(shè)計(jì)目的及要求p31.本次課程設(shè)計(jì)目的 2.本課程設(shè)計(jì)課題任務(wù)的內(nèi)容和要求3.對(duì)本課程設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求4.主要參考文獻(xiàn)二、單片機(jī)的發(fā)展概況p4三、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)p61、計(jì)時(shí)秒表電路設(shè)計(jì)2、整體設(shè)計(jì)框圖1）振蕩電路2）復(fù)位電路3）顯示電路4）按鍵電路四、程序設(shè)計(jì)說(shuō)明p13五、程序流程圖p14六、程序清單p15七、仿真結(jié)果p18八、收獲與致謝p19一 、設(shè)計(jì)目的及要求1.本次課程設(shè)計(jì)

2、目的：通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，讓學(xué)生掌握所學(xué)的微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)與調(diào)試、重要可編程芯片的工作過(guò)程，加深對(duì)微型計(jì)算機(jī)工作原理的理解，并學(xué)會(huì)將所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際中，達(dá)到在應(yīng)用中掌握知識(shí)的目的。2.本課程設(shè)計(jì)課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、設(shè)計(jì)要求等）：本題要求以8086/單片機(jī)為CPU,設(shè)計(jì)制作一個(gè)計(jì)時(shí)用秒表。1、 可以實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)秒表的功能，包括開(kāi)始計(jì)時(shí)、停止、清零等。2、 能對(duì)計(jì)時(shí)時(shí)間進(jìn)行數(shù)碼顯示。3、 設(shè)計(jì)控制器的硬件，并編寫相應(yīng)的軟件。3.對(duì)本課程設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求（包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)（論文）、圖紙、實(shí)物樣品等）：1、 搭建微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件，編寫相應(yīng)的

3、軟件程序，并進(jìn)行綜合調(diào)試，完成滿足設(shè)計(jì)要求的小型微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)；2、 提供設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份，應(yīng)包括封面、設(shè)計(jì)課題、目的與要求、方案論證、設(shè)計(jì)過(guò)程說(shuō)明等；3、 附設(shè)計(jì)原理圖一張（最好使用Protel作圖）；4.主要參考文獻(xiàn)： 1 戴梅萼，史嘉權(quán)，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用。北京：清華大學(xué)出版社，2003 年 2 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理及應(yīng)用（第四版），周明德，清華大學(xué)出版社，2002年 3 80x86微型計(jì)算機(jī)組成、原理及接口，顧濱，機(jī)械工業(yè)出版社，2001年4 16/32位微機(jī)原理、匯編語(yǔ)言及接口技術(shù)（第2版），錢小捷，機(jī)械工業(yè)出版社，2005年5 微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用（第三版），鄭學(xué)堅(jiān)，清華大學(xué) 2001

4、年 二、單片機(jī)的發(fā)展概況單片機(jī)以其高可靠性、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AT89C51單片機(jī)引腳圖(1) 電源地組Vcc和Vss；VCC(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和EA(4) I/O端口P0, P1, P2和P3近來(lái)，單片機(jī)的發(fā)展尤

5、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蟮慕涌陔娐罚缜跋蛲ǖ?、后向通道、人機(jī)交互通道(鍵盤、顯示器、打印機(jī)等)和串行通信口(RS232)以

6、及應(yīng)用程序等。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)層次關(guān)系如圖1.2所示。單片機(jī)向后通道單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)向前通道人機(jī)交互通道應(yīng)用程序串行通信口單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)三個(gè)層次的關(guān)系三、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)1、計(jì)時(shí)秒表電路設(shè)計(jì)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。主控制器采用單片機(jī)AT89C51，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)采用動(dòng)態(tài)顯示，共使用

7、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AT89C51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)，74LS245用作驅(qū)動(dòng)，P3口接三個(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。2、整體設(shè)計(jì)框圖本硬件設(shè)計(jì)總共包括五部分電路：顯示電路、振蕩電路、復(fù)位電路、電源電路、按鍵電路?？傮w設(shè)計(jì)框圖如圖所示。AT89C51單片機(jī)振蕩電路復(fù)位電路電源電路電源電路顯示電路按鍵電路1）振蕩電路本模塊用了一個(gè)12MHZ的晶振外加兩個(gè)33pf的電容，電

8、路圖用如圖所示2）復(fù)位電路復(fù)位電路圖如圖所示，其中C1是兩個(gè)為10微法的電解電容，R1是阻值為10K的電阻。3）顯示電路LED數(shù)碼管的外形結(jié)構(gòu)如圖外部有12個(gè)引腳，其中4個(gè)引腳為公共端也稱位選端，其余8個(gè)引腳稱為段選端，當(dāng)要使某一位數(shù)碼管顯示某一數(shù)字(0-9中的一個(gè))必須在這個(gè)數(shù)碼管的段選端加上與數(shù)字顯示數(shù)字對(duì)應(yīng)的8位段選碼(也稱字形碼)，在位選端加上高電平即可。LED有共陰極和共陽(yáng)極兩種。如圖所示。共陰極共陽(yáng)極LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)原理圖二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地，而共陽(yáng)極則將發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接在一起，接入+5V的電壓。一位顯示器由8個(gè)發(fā)光二極管組成，其中7個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成字型“

9、8”的各個(gè)筆劃（段）ag，另一個(gè)小數(shù)點(diǎn)為dp發(fā)光二極管。當(dāng)在某段發(fā)光二極管施加一定的正向電壓時(shí)，該段筆劃即亮；不加電壓則暗。為了保護(hù)各段LED不被損壞，需外加限流電阻。圖3.6 LED數(shù)碼管引腳圖使用LED顯示器時(shí)，要注意區(qū)分這兩種不同的接法。為了顯示數(shù)字或字符，必須對(duì)數(shù)字或字符進(jìn)行編碼。七段數(shù)碼管加上一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，共計(jì)8段。因此為L(zhǎng)ED顯示器提供的編碼正好是一個(gè)字節(jié)。 LED字形顯示代碼表字型共陽(yáng)極段共陰極段字型共陽(yáng)極段共陰極段0C0H3FH990H6FH1F9H06HA88H77H2A4H5BHB83H7CH3B0H4FHCC6H39H499H66HDA1H5EH592H6DHE86H79H

10、682H7DHF84H71H7F8H07H空白FFH00H880H7FHP8CH73H本設(shè)計(jì)的顯示電路采用動(dòng)態(tài)顯示。動(dòng)態(tài)顯示，是指無(wú)論任何時(shí)刻只有一個(gè)LED數(shù)碼管處于顯示狀態(tài)。即單片機(jī)通過(guò)“掃描”方式控制各個(gè)數(shù)碼管輪流顯示。若要各個(gè)數(shù)碼管能同時(shí)顯示出與本位相應(yīng)的顯示字符，就必須采用動(dòng)態(tài)的“掃描顯示方式”。即在某一時(shí)刻，只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其它各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)，段碼線上輸出相應(yīng)位要有顯示的字符的段碼，這樣，在同一時(shí)刻，4位數(shù)碼管中只有被選通的那一位顯示出字符。如此循環(huán)下去就可以顯示出要顯示的字符。雖然這些字符是不同時(shí)刻顯示的，但由于LED數(shù)碼管的余輝和人眼的“視覺(jué)暫留

11、”作用，只要每位顯示間隔足夠短，則可以造成“多位同時(shí)亮的假象”，達(dá)到同時(shí)顯示的效果。動(dòng)態(tài)顯示的優(yōu)點(diǎn)是硬件電路簡(jiǎn)單，顯示器越多，優(yōu)勢(shì)越明顯。本次設(shè)計(jì)的顯示電路有二部分組成：驅(qū)動(dòng)電路、LED數(shù)碼管顯示電路。其中驅(qū)動(dòng)電路用的是芯片74LS245，74LS245是我們常用的芯片，用來(lái)驅(qū)動(dòng)LED或者其他的設(shè)備，它是8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)。74LS245還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。當(dāng)AT89C51單片機(jī)的P0口總線負(fù)載達(dá)到或超過(guò)P0最大負(fù)載能力時(shí)，必須接入74LS245等總線驅(qū)動(dòng)器。 當(dāng)片選端/CE低電平有效時(shí)，DIR=“0”，信號(hào)由 B 向 A 傳輸；（接收） D

12、IR=“1”，信號(hào)由 A 向 B 傳輸；（發(fā)送）當(dāng)CE為高電平時(shí)，A、B均為高阻態(tài)。由于P2口始終輸出地址的高8位，接口時(shí)74LS245的三態(tài)控制端1G和2G接地，P2口與驅(qū)動(dòng)器輸入線對(duì)應(yīng)相連。P0口與74LS245輸入端相連,E端接地，保證數(shù)據(jù)線暢通。8051的/RD和/PSEN相與后接DIR，使得RD且PSEN有效時(shí)，74LS245輸入（P0.1D1），其它時(shí)間處于輸出（P0.1D1）。(1).P0口：P0.0-P0.7作為數(shù)碼管顯示器的段控。(2).P2口：P2.0-P2.3分別控制數(shù)碼管LED0-LED7的位控碼驅(qū)動(dòng)。(3).定時(shí)/計(jì)數(shù)器：使用定時(shí)器1工作模式1實(shí)現(xiàn)數(shù)字式計(jì)數(shù)器的運(yùn)行。

13、(4).專用寄存器：定時(shí)器控制寄存器TCON，通過(guò)設(shè)置該寄存器TR0位的狀態(tài)來(lái)控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器1的啟動(dòng)/停止；中斷允許寄存器IE，通過(guò)設(shè)置該寄存器EA/ET0位的狀態(tài)來(lái)設(shè)置定時(shí)/計(jì)數(shù)器1中斷允許/禁止；定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作方式寄存器TMOD，設(shè)置定時(shí)/計(jì)數(shù)器1的工作方式。4）按鍵電路設(shè)計(jì)中有三個(gè)按鍵，分別本實(shí)現(xiàn)開(kāi)始、暫停、和清零功能。這三個(gè)鍵可以采用中斷或是查詢的方法來(lái)識(shí)別。對(duì)于開(kāi)始鍵，主要功能在于開(kāi)始計(jì)時(shí)和實(shí)時(shí)顯示所經(jīng)歷的時(shí)間，而暫停鍵主要用于停止計(jì)時(shí)并顯示從開(kāi)始到當(dāng)前時(shí)刻的時(shí)間，對(duì)清零鍵采用查詢的方式，而對(duì)于開(kāi)始和暫停鍵采用外部中斷。按鍵電路中由于采用了外部中斷，所以需要用到P3口的第二功能。

14、本實(shí)驗(yàn)開(kāi)關(guān)START和PAUSE按下時(shí)觸發(fā)兩個(gè)對(duì)應(yīng)的中斷，所以兩個(gè)按鍵接到外部中斷0和外部中斷1管腳上。按鍵電路秒表原理圖如下圖所示。四、程序設(shè)計(jì)說(shuō)明當(dāng)打開(kāi)電源后，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，程序開(kāi)始運(yùn)行，給p0口送入0C0H,同時(shí)給p2送入高電平選中四位數(shù)碼管，數(shù)碼管將顯示數(shù)字“0”，在程序開(kāi)頭初始化各個(gè)數(shù)據(jù)，緩存區(qū)71H,72H,73H，74H清零,等待中斷來(lái)臨。開(kāi)中斷及開(kāi)T1計(jì)數(shù)器,當(dāng)按下開(kāi)始鍵時(shí)，電子秒表開(kāi)始計(jì)時(shí)，由于采用方式1，定時(shí)時(shí)間選50ms，經(jīng)過(guò)兩次中斷后，100ms位加1，這時(shí)字位碼選中最低位，同時(shí)查表字形碼顯示，當(dāng)100ms位記滿10次后，字位碼向前移動(dòng)一位，同時(shí)秒位加1，這時(shí)字形碼的最

15、高位取反，查表顯示數(shù)字及小數(shù)點(diǎn)，當(dāng)記滿10此后，字位碼向前移動(dòng)一位，十秒位加1，查表顯示當(dāng)前數(shù)字，當(dāng)記滿10次后，清零，重新開(kāi)始計(jì)時(shí)，依次循環(huán)，當(dāng)按下暫停鍵時(shí)，暫停計(jì)時(shí)。在動(dòng)態(tài)顯示程序運(yùn)行前，首先判斷清零按鍵有沒(méi)有按下，即P3.4是否為高電平，若為0，則繼續(xù)運(yùn)行下去，若為1，則跳出程序，返回到待機(jī)狀態(tài)。五、程序流程圖中斷服務(wù)程序流程圖主程序流程圖開(kāi)始初始化進(jìn)入待機(jī)畫面中斷來(lái)臨？調(diào)用動(dòng)態(tài)顯示子程序是否清零鍵跳出賦計(jì)數(shù)初值入口到1秒？（73H）=（73H）+1（73）=10？（73H）=0（72H）=（72H）+1（72）=10？（72H）=0（71H）=（71H）+1（71H）=10？（71H）

16、=0返回（74H）=0是是是是否否否否六、程序清單ORG 0000HAJMPMAINORG0003HLJMPSTARTORG0013HLJMPPAUSEORG001BHLJMPZHONGDUAN;初始化程序MAIN: MOVTMOD,#10HMOVTH1,#3CHMOVTL1,#0B0HSETBEX0SETB EX1SETBET1SETBIT0SETBIT1SETB EASETB PT1SETBPX1MOVR4,#2;待機(jī)畫面程序LOOP: MOVP0,#0C0HMOV71H,#00HMOV72H,#00HMOV73H,#00HMOV 74H,#00HMOV R1,#0FHMOVA,R1MOV

17、P2,AMOVA,R0MOVDPTR,#TABSJMP LOOP;開(kāi)始計(jì)時(shí)子程序START: SETBTR1ACALLDISPRETI;暫停計(jì)時(shí)子程序PAUSE: CPLTR1RETI;LED動(dòng)態(tài)顯示子程序DISP: JNB P3.4,EXITMOV R0,#71HMOV R1,#01HDISP1: MOVA,R1MOVP2,AMOVA,R0MOVDPTR,#TABMOVCA,A+DPTRJNBP2.2,DOTCPLACC.7DOT: MOVP0,AACALLDELAYINC R0MOVA,R1RLAMOV R1,AJBACC.5,DISPAJMPDISP1TAB: DB0C0H,0F9H,0

18、A4H,0B0H,99HDB92H,82H,0F8H,80H,90HDELAY: MOVR7,#02HDELAY1: MOVR6,#0FFHDELAY2: DJNZR6,DELAY2DJNZR7,DELAY1EXIT: RET;定時(shí)器中斷服務(wù)程序ZHONGDUAN: DJNZ R4,NEXTINC74HMOVR3,74HCJNER3,#10,NEXT1MOV74H,#00HMOVR3,#00HINC73HMOVR6,73HCJNER6,#10,NEXT1MOV 73H,#00HMOV R6,#00HINC 72HMOV R5,72HCJNER5,#10,NEXT1MOV 72H,#00HMOV R5,#00HINC 71HMOV