課程設(shè)計 數(shù)字秒表

1、計算機控制技術(shù)綜合應(yīng)用設(shè)計題目 數(shù)字秒表 二級學(xué)院 電子信息與自動化學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 110070403 學(xué)生姓名 學(xué)號 學(xué)生姓名 學(xué)號 學(xué)生姓名 學(xué)號 指導(dǎo)教師 時間： 2013年12月16日 考核項目平時成績20分設(shè)計50分答辯30分得分總分考核等級教師簽名 摘要 隨著電子科技的飛速發(fā)展，單片機在日常生活中應(yīng)用的越來越廣泛。本文以STC89C52單片機為核心器件，利用了單片機定時器具有精確定時的特點，制作了一個簡易的數(shù)字秒表，可計時范圍為0至59分59秒990毫秒，計時精度達到了0.01秒。該秒表的功能包括起停、復(fù)位、切換顯示界面以及記錄時間。在秒表的顯示上，使用了

2、LCD1602液晶顯示屏，這樣使結(jié)果更加清楚直觀。而當前時間與所記錄時間則是分開在兩個不同的界面上，利用按鍵來選擇察看某一個界面，操作方便而且結(jié)果精確。關(guān)鍵字： 單片機 秒表 LCD1602液晶顯示目錄一 問題重述.11.1 設(shè)計要求.11.2 拓展要求.1二 設(shè)計方案與論證.12.1 方案比較.12.2 方案論證.12.3 方案選擇.12.4 總方案設(shè)計框圖.2三 單元模塊設(shè)計.23.1 按鍵控制電路.23.2 單片機最小系統(tǒng)電路.33.3 LCD1602顯示電路.43.4 總電路仿真圖.5四 軟件模塊設(shè)計流程圖.64.1 主循環(huán)函數(shù)的流程圖.64.2 定時器0的中斷服務(wù)子程序.74.3 定

3、時器1的中斷服務(wù)子程序.84.4 兩個顯示函數(shù)的子程序.94.5 外部中斷0和外部中斷1的中斷服務(wù)子程序.9五 軟件系統(tǒng)測試.105.1 系統(tǒng)仿真效果圖.10六 實物圖及測試分析.10 6.1 實物效果圖.106.2 測試結(jié)果及誤差分析.11七 設(shè)計總結(jié).12八 參考文獻.12九 附錄.139.1 元件清單.139.2 源程序代碼.131、問題重述1.1 設(shè)計要求：制作簡易秒表，最小顯示位10ms，計時范圍059分59秒990毫秒一鍵控制三種工作狀態(tài)：清零、計時、停止系統(tǒng)工作符合一般秒表要求1.2 拓展要求：可記錄多個成績秒表精度0.1s2、設(shè)計方案與論證在MCU的選擇上直接選取物美價廉的ST

4、C89C52型號的單片機，雖然它是一款較低級的單片機，但是用于制作秒表來說已經(jīng)足夠了。在這里主要討論顯示電路的選擇2.1 方案比較：方案一：選用七段數(shù)碼管做顯示設(shè)備方案二：選用LCD1602液晶顯示屏做顯示設(shè)備2.2 方案論證：方案一：七段數(shù)碼管操作方便，并且顯示效果良好價格也低廉。但是在界面切換到記錄數(shù)據(jù)的時候并不是十分直觀，在與單片機相接的時候還要在加驅(qū)動，加大了工作量，并且數(shù)碼管的耗能較大。方案二：LCD1602液晶顯示屏顯示清晰，切換顯示界面也很直觀，可直接與單片機相連，方便快捷且耗能較少。但是價格較高，操作起來較復(fù)雜。2.3方案選擇：綜合各個方面，選擇LCD1602作為顯示設(shè)備。2.

5、4 總方案設(shè)計框圖：按鍵控制電路單片機最小系統(tǒng)電路LCD1602顯示電路圖1 總方案設(shè)計圖3、單元模塊設(shè)計3.1 按鍵控制電路 圖2 按鍵控制電路圖放置四個按鍵開關(guān)，分別接在單片機的P3.1P3.4上，另一端接地。如圖2所示，單片機檢測這幾個引腳的高低電平狀態(tài)即可知道是否按下了開關(guān)。而這四個開關(guān)分別控制記錄、起停、復(fù)位以及界面切換的功能，通過單片機對四個按鍵狀態(tài)檢測的反饋來分別實現(xiàn)這四個功能。3.2 單片機最小系統(tǒng)電路圖3 單片機最小系統(tǒng)圖單片機的最小系統(tǒng)（如圖3）就是單片機能夠正常工作所必須具備的部分。包括三個部分，分別是復(fù)位電路、晶振電路和電源電路。 復(fù)位電路在單片機系統(tǒng)中，復(fù)位電路是非常

6、關(guān)鍵的，當程序跑飛（運行不正常）或死機（停止運行）時，就需要進行復(fù)位。MCS-5l 系列單片機的復(fù)位引腳RST（ 第9 管腳） 出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平時，單片機就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST 持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電自動復(fù)位和開關(guān)復(fù)位。而在本文中采用的為上電復(fù)位，即每次上電的瞬間給單片機復(fù)位。 晶振電路XTAL1（19 腳）：芯片內(nèi)部振蕩電路輸入端；XTAL2（18 腳）：芯片內(nèi)部振蕩電路輸出端；XTAL1 和XTAL2 是獨立的輸入和輸出反相放大器，它們可以被配置為使用石英晶振的片內(nèi)振蕩器，或者是器件直接由外部時鐘驅(qū)動。本文中采用的是內(nèi)時鐘模

7、式，即采用利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在XTAL1、XTAL2 的引腳上外接定時元件（一個石英晶體和兩個電容），內(nèi)部振蕩器便能產(chǎn)生自激振蕩。以此來提供給單片機工作信號脈沖。 電源電路：電源電路即為單片機提供電源的電路，20腳接地，40教接電源，一般選擇5V。51 單片機的EA/VPP（31 腳） 是內(nèi)部和外部程序存儲器的選擇管腳。當EA 保持高電平時，單片機訪問內(nèi)部程序存儲器；當EA 保持低電平時，則不管是否有內(nèi)部程序存儲器，只訪問外部存儲器。對于現(xiàn)今的絕大部分單片機來說，其內(nèi)部的程序存儲器（一般為flash）容量都很大，因此基本上不需要外接程序存儲器，而是直接使用內(nèi)部的存儲器。 3.2.4 P0

8、口外接上拉電阻：51 單片機的P0 端口為開漏輸出，內(nèi)部無上拉電阻，為了能使P0 口在輸出時能驅(qū)動NMOS 電路和避免輸入時讀取數(shù)據(jù)出錯，需外接上拉電阻。一般選擇4.7K10K的上拉電阻即可。本文中選取的是4.7K的上拉電阻。3.3 LCD1602顯示電路 圖4 LCD1602液晶顯示屏接線圖1602液晶也叫1602字符型液晶（如圖4），它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊,顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。如圖4所示，1腳為電源地；2腳為5V電源正極；3腳為調(diào)節(jié)背光引腳，此處接10K滑動變阻器來調(diào)節(jié)背光，以便能夠能清楚的看到液晶

9、屏所顯示的字符；第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。本文中接在單片機的P1.0端口上；第5腳：RW為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。本文中接在單片機的P1.1端口上；第6腳：E端為使能端,高電平時讀取信息，負跳變時執(zhí)行指令。本文中接在單片機的P1.5端口上；第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。本文中接在單片機的P0端口上；3.4 總電路仿真圖圖5 總電路圖4、軟件模塊設(shè)計4.1 主循環(huán)函數(shù)的流程圖如下：開始初始化定時器、外部中斷及液晶產(chǎn)生T0中斷進入T0的中斷子程序進入外部中斷INT0的中斷子程序進入外部中斷INT1的中斷子程序進

10、入T1的中斷子程序產(chǎn)生T1中斷產(chǎn)生INT0中斷產(chǎn)生INT1中斷NYNYNYNY 圖6 主循環(huán)流程圖4.2 定時器0的中斷服務(wù)子程序T0中斷入口TR0=1返回重新給定時器賦初值msec=msec+1msec=100sec=sec+1；msec=0sec=60min=min+1；sec=0min=60min=0 NYY NYNY NY圖7 圖7 定時中斷0的中斷子程序流程圖4.3 定時器1的中斷服務(wù)子程序T1中斷入口重新給定時器賦初值KEY1=0記錄下當前的時間值KEY4=0flag=flagflag=0調(diào)用顯示1調(diào)用顯示2返回 NY NYNY圖8定時中斷1的中斷子程序流程圖4.4 兩個顯示函數(shù)的

11、子程序顯示程序1入口顯示秒表以及記錄數(shù)據(jù)的個數(shù)返回顯示程序2入口顯示已經(jīng)記錄下的數(shù)據(jù)返回圖10 顯示函數(shù)2的流程圖圖9 顯示函數(shù)1的流程圖4.5 外部中斷0和外部中斷1的中斷服務(wù)子程序外部中斷1的中斷入口返回KEY3=0清除所有當前數(shù)據(jù)，并把定時器重新賦初值外部中斷0的中斷入口TR0=TR0返回KEY2=0 NNY Y圖11 外部中斷0的中斷子程序流程圖 圖12 外部中斷0的中斷子程序流程圖5、軟件系統(tǒng)測試：5.1 仿真效果圖 圖13 未計數(shù)時界面1顯示圖 圖14未計數(shù)時界面2顯示圖圖13為未開始計時時顯示界面一的顯示值。圖14為未開始計時時顯示界面二的顯示值。 圖15 計數(shù)時界面1顯示圖 圖

12、16 計數(shù)時界面2顯示圖圖15為開始計時并已記錄了兩次時的顯示界面一的顯示值 。圖16為開始計時并已記錄了兩次時的顯示界面二的顯示值 。6、 實物圖及測試分析6.1 實物效果圖圖17未計數(shù)時界面1顯示圖圖17表示為開始計時時，界面一的顯示如圖所示，顯示值全部為0。 圖18計數(shù)時界面1顯示圖圖18表示開始計時，并且已經(jīng)完成兩次記錄時界面一的顯示值，如圖所示，RECORD等于2，表示已經(jīng)完成了兩次記錄。 圖19 計數(shù)時界面2顯示圖圖19表示界面二的顯示值，即顯示已經(jīng)記錄下的兩個數(shù)據(jù)，如圖所示第一行為第一個數(shù)據(jù)，第二行為第二個數(shù)據(jù)。6.2 測試結(jié)果及誤差分析 測試結(jié)果 表1 測試記錄表測試值3.42

13、s7.80s15.88s24.51s54.64s117.73s實際值3.43s7.82s15.90s24.53s54.68s117.79s誤差0.01s0.02s0.02s0.02s0.04s0.06s 誤差分析雖然是利用單片機的定時器做了精確定時，但是其實單片機每次進出中斷都是有一定的時間損耗的，因此事實上并不是百分之百精確，還是會產(chǎn)生一定的誤差。如果通過多次測試，然后對定時器的初值做一個修正，這樣會再次提高精確度，但是并不存在絕對的精確，只能將誤差減小。如果要求更精確的秒表，那么就不是簡單的單片機定時器就可以解決的，需要采用更精準的時鐘及高速芯片來完成精度要求了。七、設(shè)計總結(jié)在緊張的兩個星

14、期中，我們實驗小組終于排除了困難，完成了秒表系統(tǒng)的設(shè)計與制作。在實驗中，我們用上了平時上課老師教給我們的知識，讓我們的設(shè)計有了更多的思路，讓我們學(xué)到了很多書本上沒有的知識，同時也讓我們學(xué)習了許多課外的知識，不僅檢驗了我所學(xué)習的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計過程中，與同學(xué)分工設(shè)計，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習，相互監(jiān)督。學(xué)會了合作，學(xué)會了運籌帷幄，學(xué)會了寬容，學(xué)會了理解，也學(xué)會了做人與處世。在發(fā)現(xiàn)問題和解決問題后，最終我們的設(shè)計還是成功了。 本次課程設(shè)計主要從硬件和軟件兩個方面結(jié)合說明設(shè)計的總體思路和實現(xiàn)過程,預(yù)期的設(shè)計目的是：能夠?qū)崿F(xiàn)計

15、時的基本功能，正常顯示計時。在設(shè)計過程中，曾經(jīng)遇到很多的障礙，設(shè)計圖經(jīng)過許多次的修改最后才定下來，但在調(diào)試的過程中又出現(xiàn)了問題需要修改原理圖；在編程那里花費的時間是最多的，編程的過程是要考慮到程序的可行性和是否與硬件兼容。而能否接好線是本試驗的一大難題！在設(shè)計中有好多問題都是因為理論知識不扎實，在有些管腳的置零置一上，概念的模糊，還有就是對單片機的指令不夠熟悉。通過此次課程設(shè)計我們有了更深的認識,只有在設(shè)計制作的過程中不斷的學(xué)習才能有更新的進步。不論在什么地方、什么崗位我門都要不斷學(xué)習，學(xué)以致用。才能把我們的工作做的更好。八、參考文獻1 劉樂善.微型計算機接口技術(shù)及應(yīng)用M.北京：北京

16、航空航天大學(xué)出版社，20012 王東峰 ，單片機C語言應(yīng)用100例，北京，電子工業(yè)出版社，20093 禹言春 ，單片機的多機通信，安徽，安徽農(nóng)學(xué)通報,2007 4 陳海宴 ，51單片機原理及應(yīng)用，北京，北京航空航天大學(xué)出版社，20105 李平 ，單片機入門與開發(fā)北京，機械工業(yè)出版社，2008九、附錄9.1 元件清單原理圖型號個數(shù)數(shù)值單片機AT89C511-晶振CRYSTAL112MHZ液晶顯示LCD:LM016C1-電阻RES110K電容CAP320p；10u排阻RESPACK-8110K滑動變阻器RV1

17、110K按鍵BUTTON4-9.2 源程序代碼#include<reg51.h> /包含51頭文件#include<intrins.h>/包含空操作頭文件/*兩個宏定義類型，方便操作*/typedef unsigned char uint8;/宏定義typedef unsigned int uint16;#define count0 10000 /設(shè)置定時器0定時時間為10ms#define TH_0 (65536-count0)/256 /給定時器賦初值#define TL_0 (65536-count0)%256#define count1 15000 /設(shè)置定時器

18、1定時時間為15ms#define TH_1 (65536-count1)/256 /給定時器賦初值#define TL_1 (65536-count1)%256/*單片機位定義*/sbit RS=P10; /LCD1602寄存器選擇sbit RW=P11; /LCD1602讀寫選擇位sbit EN=P15; /LCD1602使能信號位sbit Busy=P07; /忙碌標志位，將BF位定義為P0.7sbit KEY1=P31; /定義按鍵1為P31口 用于記錄當下的時間sbit KEY2=P32;/定義按鍵2為P32口 用于控制秒表的開始與暫停sbit KEY3=P33; /定義按鍵3為P3

19、3口 用于清零所有記錄及當前計時sbit KEY4=P34; /定義按鍵4為P34口 用于切換當前計時與記錄計時的界面/*設(shè)置一些全局變量*/uint8 num=0,sec=0,min=0,rec=0,flag=0; /num表示以10ms單位計時 sec表示秒 /min表示分鐘 rec表示記錄的次數(shù) flag作為切換顯示的標志位uint8 code dis2="0123456789" /定義記錄顯示數(shù)組uint8 code dis1="0123456789" /定義秒表的顯示數(shù)組uint8 num12=0,0; /定義記錄數(shù)據(jù)的數(shù)組，用以保存記錄的數(shù)據(jù)

20、uint8 sec12=0,0; / 此處只設(shè)置記錄兩次uint8 min12=0,0; uint8 KEY1Status = 0;/定義KEY1的狀態(tài)位uint8 KEY4Status = 0;/定義KEY4的狀態(tài)位void Delay(uint8 n) /短延時 初始化LCD1602所用 uint8 a,b,c; for(c=n;c>0;c-) for(b=142;b>0;b-) for(a=2;a>0;a-);void Busy_Test() /忙檢驗 P0 = 0xff;doRS = 0;RW = 1;EN = 0;EN = 1;while(Busy=1);EN =

21、0;/*函數(shù)功能：將模式設(shè)置指令或顯示地址寫入液晶模塊入口參數(shù)：dictate*/void Write_Cmd (uint8 Dictate) Busy_Test(); /如果忙就等待 EN = 0; P0 = Dictate; RS = 0; /RS和R/W同時為低電平時，可以寫入指令 RW = 0; _nop_(); _nop_(); /空操作兩個機器周期，給硬件反應(yīng)時間 /將數(shù)據(jù)送入P0口，即寫入指令或地址 _nop_(); _nop_();_nop_();_nop_(); /空操作四個機器周期，給硬件反應(yīng)時間 EN = 1; /E置高電平 _nop_(); _nop_(); _nop_

22、(); _nop_(); /空操作四個機器周期，給硬件反應(yīng)時間 EN = 0; /當E由高電平跳變成低電平時，液晶模塊開始執(zhí)行命令 /*函數(shù)功能：將數(shù)據(jù)(字符的標準ASCII碼)寫入液晶模塊入口參數(shù)：x(為字符常量)*/ void Write_Data(uint8 x) Busy_Test(); EN = 0; P0 = x; RS = 1; /RS為高電平，RW為低電平時，可以寫入數(shù)據(jù) RW = 0; /E置低電平(寫指令時，E為高脈沖， / 就是讓E從0到1發(fā)生正跳變，所以應(yīng)先置"0" /將數(shù)據(jù)送入P0口，即將數(shù)據(jù)寫入液晶模塊 _nop_();_nop_();_nop_

23、();_nop_();/空操作四個機器周期，給硬件反應(yīng)時間 EN = 1; /E置高電平 _nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /空操作四個機器周期，給硬件反應(yīng)時間 EN = 0; /當E由高電平跳變成低電平時，液晶模塊開始執(zhí)行命令 /*函數(shù)功能：指定字符顯示的實際地址入口參數(shù)：x*/ void Write_Addr(uint8 x) Write_Cmd(x|0x80); /顯示位置的確定方法規(guī)定為"80H+地址碼x" /*函數(shù)功能：對LCD的顯示模式進行初始化設(shè)置*/void Init_LCD1602() Delay(10); /延時15ms，

24、首次寫指令時應(yīng)給LCD一段較長的反應(yīng)時間 Write_Cmd(0x38); /顯示模式設(shè)置：16×2顯示，5×7點陣，8位數(shù)據(jù)接口Delay(2); /延時5msWrite_Cmd(0x0c); /顯示模式設(shè)置：顯示開，有光標，光標閃爍Delay(2);Write_Cmd(0x06); /顯示模式設(shè)置：光標右移，字符不移Delay(2);Write_Cmd(0x01); /清屏幕指令，將以前的顯示內(nèi)容清除Delay(2);/*LCD頁面一的顯示函數(shù) 主要顯示秒表及是否記錄到數(shù)據(jù)*/void Display1()/顯示函數(shù)1 顯示秒表以及記錄情況uint8 i,j,k,m,n

25、,o,p,q;i=num/10;j=num%10;k=sec/10;m=sec%10;n=min/10;o=min%10;Write_Addr(0x00); /設(shè)置從第一行的第一格開始顯示W(wǎng)rite_Data('T'); /寫入字母T Write_Data('I');Write_Data('M');Write_Data('E');Write_Data(':'); Write_Data(dis1n); /寫入min的最高位Write_Data(dis1o); Write_Data(':');Write

26、_Data(dis1k);Write_Data(dis1m); Write_Data('.');Write_Data(dis1i);Write_Data(dis1j); Write_Data(dis10); p=rec/10;q=rec%10; Write_Addr(0x40); /設(shè)置從第二行的第一格開始顯示W(wǎng)rite_Data('R'); Write_Data('E');Write_Data('C');Write_Data('O');Write_Data('R');Write_Data('

27、;D');Write_Data(':'); Write_Data(dis1p);Write_Data(dis1q); /*LCD頁面二的顯示函數(shù)主要顯示已經(jīng)記錄的兩個數(shù)據(jù)*/void Display2()/顯示函數(shù)2 顯示記錄Write_Addr(0x00); /設(shè)置從第一行的第一格開始顯示記錄的第一個數(shù)據(jù)Write_Data('R'); /寫入字母T Write_Data('E');Write_Data(':');Write_Data('1');Write_Data(','); Write

28、_Data(dis1min10/10); /寫入min的最高位Write_Data(dis1min10%10); Write_Data(':');Write_Data(dis1sec10/10);Write_Data(dis1sec10%10); Write_Data('.');Write_Data(dis1num10/10);Write_Data(dis1num10%10); Write_Data(dis10); Write_Addr(0x43); /設(shè)置從第二行的第三格開始顯示已經(jīng)記錄的第二個數(shù)據(jù)Write_Data('2');Write_D

29、ata(','); Write_Data(dis1min11/10); /寫入min的最高位Write_Data(dis1min11%10); Write_Data(':');Write_Data(dis1sec11/10);Write_Data(dis1sec11%10); Write_Data('.');Write_Data(dis1num11/10);Write_Data(dis1num11%10); Write_Data(dis10); void Init_Timer0()/定時器0初始化TH0=TH_0; /設(shè)置定時器初值TL0=TL_

30、0;EA=1;/打開總終端允許位ET0=1; /打開定時器0的中斷允許位TR0=0; /選擇關(guān)閉定時器0TMOD|=0x01; /設(shè)置工作方式1void Init_Timer1()/定時器1初始化TH1=TH_1; /設(shè)置定時器初值TL1=TL_1;EA=1;/打開總終端允許位ET1=1; /打開定時器1的中斷允許位TR1=1; /選擇打開定時器1TMOD|=0x10; /設(shè)置工作方式1void Init_Int0_1() /外部中斷0和1的初始化EX0=1; /打開外部中斷的允許位EX1=1;IT0=0; /設(shè)置外部中斷的觸發(fā)方式為低電平觸發(fā)IT1=0;void xiaodou() /用于按

31、鍵消抖的短延時函數(shù),大概8msuint8 i,j;for(i=0;i<8;i+)for(j=0;j<110;j+);main() /主函數(shù)Init_LCD1602();/初始化LCD1602Init_Timer0();/初始化定時器0Init_Timer1();/初始化定時器1Init_Int0_1();/初始化外部中斷0和1while(1); /主循環(huán)void Timer0() interrupt 1 /定時器0中斷函數(shù) 用于精確定時TH0=TH_0; /進入中斷則重新給定時器賦初值TL0=TL_0;num=num+1; /num自加1，進入一次表示10msif(num=100)/如果自加100次，則表示1s sec=sec+1;/因此表示秒的變量加1num=0;/并且把num清0 if(sec=60)/如果自加60s，則表示1分鐘min=min+1;/因此表示分鐘的變量加1sec=0;/清零秒變