機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)論文27551

1、畢業(yè)設(shè)計說明書畢業(yè)設(shè)計說明書 課題名稱: 單片機(jī)秒表 專 業(yè) 機(jī)電一體化 摘要摘要 數(shù)字電子秒表具有顯示直觀、讀取方便、精度高的優(yōu)點(diǎn)，在計時中廣 泛使用。本設(shè)計用單片機(jī)組成數(shù)字電子秒表，力求結(jié)構(gòu)簡單、精度高為目 標(biāo)。設(shè)計中包括硬件電路的設(shè)計和系統(tǒng)程序的設(shè)計。其硬件電路主要有主 控制器，計時與顯示電路和啟動和停表電路等。主控制器采用單片機(jī) at89c51。顯示電路采用共陰極 led 數(shù)碼管顯示計時時間。文中設(shè)計了一種 以單片機(jī)為控制核心的數(shù)字秒表。該數(shù)字秒表采用匯編語言開發(fā)，通過數(shù) 碼管顯示計時結(jié)果 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：at89c51 單片機(jī)；數(shù)字秒表；led 數(shù)碼管顯示 目目 錄錄 引 言.4 一

2、概述.5 1.1.設(shè)計意義.5 1.2.設(shè)計內(nèi)容.5 二 硬件簡介與電路設(shè)計.6 2.1.單片機(jī) at89c51 介紹.6 2.2.復(fù)位和按鍵電路設(shè)計.6 2.3.顯示電路的選擇與設(shè)計.7 2.4.晶振電路與電源電路的設(shè)計.8 2.5.總電路圖.9 三 軟件程序設(shè)計.10 3.1.程序設(shè)計思想.10 3.2.程序設(shè)計.10 3.3.源程序.10 四 軟件仿真.13 五 總結(jié)與展望.15 致謝.16 參考文獻(xiàn).17 引引 言言 單片微型計算機(jī)簡稱單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器，常用英文字母的 縮寫 mcu 表示單片機(jī)，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有 cpu 的專用處理器發(fā)展而來。

3、最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和 cpu 集 成在一個芯片中，使計算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格 的控制設(shè)備當(dāng)中。intel 的 z80 是最早按照這種思想設(shè)計出的處理器，從此以 后，單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。早期的單片機(jī)都是 8 位或 4 位的。 其中最成功的是 intel 的 8031，因?yàn)楹唵慰煽慷阅懿诲e獲得了很大的好評。 此后在 8031 上發(fā)展出了 mcs51 系列單片機(jī)系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直 到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了 16 位單片機(jī)， 但因?yàn)樾詢r比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90 年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大

4、發(fā) 展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大提高。隨著 intel i960 系列特別是后來的 arm 系列 的廣泛應(yīng)用，32 位單片機(jī)迅速取代 16 位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市 場。而傳統(tǒng)的 8 位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起 80 年代提高 了數(shù)百倍。目前，高端的 32 位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過 300mhz，性能直追 90 年代 中期的專用處理器。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開發(fā)和使用，大 量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上電腦 和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的 windows 和 linux 操作 系統(tǒng)。單片機(jī)比專用處理器更適合應(yīng)

5、用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng) 用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計算機(jī)。現(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每 件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計算器、家用電器、電 子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有 1-2 部單片機(jī)。而個人電腦中 也會有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。汽車上一般配備 40 多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè) 控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機(jī)在同時工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過 pc 機(jī)和其他計算的總和，甚至比人類的數(shù)量還要多。 本次畢業(yè)設(shè)計以單片機(jī)為核心，設(shè)計簡單的電子秒表系統(tǒng)，使得系統(tǒng)能夠 正確地運(yùn)行，并且可以用數(shù)碼管顯示，在現(xiàn)實(shí)生活中應(yīng)用廣泛，具有現(xiàn)實(shí)意義。 一、一、概論

6、概論 1.1、設(shè)計意義 1.使學(xué)生掌握匯編語言程序設(shè)計的基本方法和技巧，能夠運(yùn)用匯編語 言編寫應(yīng)用程序。提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力以及實(shí)際動手能力。 2.使學(xué)生基本掌握匯編語言程序設(shè)計的基本理論、方法和技巧、正確 的使用結(jié)構(gòu)化、模塊程序設(shè)計技術(shù)。培養(yǎng)學(xué)生良好的程序設(shè)計風(fēng)格。 3.通過單片機(jī)的定時器、計數(shù)器定時的計數(shù)原理，設(shè)計簡單的計時器 系統(tǒng)，擁有正確的計時、轉(zhuǎn)換、復(fù)位功能，并同時可以用數(shù)碼管顯示，在 現(xiàn)實(shí)生活中廣泛應(yīng)用，具有現(xiàn)實(shí)意義。 1.2、設(shè)計內(nèi)容 用單片機(jī)設(shè)計一臺秒表，要求 3 位 led 數(shù)碼顯示“秒表” ，顯示時間為 0099 秒，每秒自動加 1，另設(shè)計一個“開始”按鍵，和一

7、個“復(fù)位”按 鍵，一個轉(zhuǎn)換鍵，可以將所計時間顯示數(shù)字轉(zhuǎn)換成分鐘顯示和秒顯示，用 3 位 led 表示。功能可進(jìn)行創(chuàng)新和改進(jìn)。 xtal2 18 xtal1 19 ale 30 ea 31 psen 29 rst 9 p0.0/ad0 39 p0.1/ad1 38 p0.2/ad2 37 p0.3/ad3 36 p0.4/ad4 35 p0.5/ad5 34 p0.6/ad6 33 p0.7/ad7 32 p1.0 1 p1.1 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 p3.0/rxd 10 p3.1/txd 11 p3.2/int0 12 p3.

8、3/int1 13 p3.4/t0 14 p3.7/rd 17 p3.6/wr 16 p3.5/t1 15 p2.7/a15 28 p2.0/a8 21 p2.1/a9 22 p2.2/a10 23 p2.3/a11 24 p2.4/a12 25 p2.5/a13 26 p2.6/a14 27 u1 at89c51 2 2、硬件簡介與電路設(shè)計硬件簡介與電路設(shè)計 2.1 單片機(jī) at89c51 介紹 本設(shè)計的最主要的元器件就是 at89c51 單片機(jī)。at89c51 單片機(jī)在一塊芯 片上集成了 cpu，存儲器 ram，rom 以及輸入與輸出接口電路，這種芯片習(xí)慣上 被稱為單片微型計算機(jī)。 at8

9、9c51 單片機(jī)由 cpu，振蕩器與時序 電路， 4 個 8 位的 i/o 端口 （p0，p1，p2，p3） ，串行口等組成。 p0 口有三個功能： 1、外部擴(kuò)展存儲器時，當(dāng)作數(shù)據(jù)總線 （如圖中的 d0d7 為數(shù)據(jù)總線接口） 。 2、外部擴(kuò)展存儲器時，當(dāng)作地址總線 （如圖中的 a0a7 為地址總線接口） 。 3、不擴(kuò)展時，可做一般的 i/o 使用， 但內(nèi)部無上拉電阻，作為輸入或輸出時應(yīng) 在外部接上拉電阻。 p1 口只做 i/o 口使用：其內(nèi)部有上拉 電阻。 p2 口有兩個功能： 1、擴(kuò)展外部存儲器時，當(dāng)作地址總線使用； 圖 2-1：單片機(jī) 89c51 2、做一般 i/o 口使用，其內(nèi)部有上拉電

10、阻； p3 口有兩個功能： 除了作為 i/o 使用外（其內(nèi)部有上拉電阻） ，還有一些特殊功能，由寄存器 來設(shè)置。 ale：地址鎖存控制信號 psen：外部程序存儲器讀選通信號 ea/vpp：訪問和序存儲器控制信號 rst：復(fù)位信號 xtal1 和 xtal2 vcc：供電電壓 gnd：接地 2.2 復(fù)位和按鍵電路設(shè)計 本方案采用 at89c51 單片機(jī)為中心器件，利用其定時器、計數(shù)器定時 和計數(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，以及一些按鍵電路來設(shè)計計時器，將軟件、硬件結(jié)合起來。設(shè)計中包 括硬件電路的設(shè)計和系統(tǒng)程序的設(shè)計。其硬件電路主控制采用單片機(jī) at89c51

11、，顯示電路采用二位共陽極 led 數(shù)碼管顯示計時時間。利用中斷系 統(tǒng)使其能實(shí)現(xiàn)開始/暫停、復(fù)位和分/秒顯示轉(zhuǎn)換的功能。 初始狀態(tài)下計時器顯示 00，當(dāng)按下開始/暫停鍵時，外部中斷 int0 向 cpu 發(fā)出中斷請求，cpu 轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部中斷 0 服務(wù)程序，即開啟定時器 t0.計時采用定時器 t0 中斷完成，定時溢出中斷周期為 1s，當(dāng)一處中斷后 向 cpu 發(fā)出溢出中斷請求，每發(fā)出一次中斷請求就對計數(shù)器單元加一，達(dá) 到 1 次就對秒位進(jìn)行加一，依次類推，直到 99 秒重新復(fù)位。在計時過程中， 只要按下繼續(xù)/復(fù)位、分/秒顯示轉(zhuǎn)換。利用這四個鍵來實(shí)現(xiàn)秒表暫停鍵， 外部中斷 tnt1 向 cpu 發(fā)

12、出中斷請求，cpu 轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部中斷 1 服務(wù)程序， 即關(guān)閉定時器 t0，調(diào)用顯示程序，實(shí)現(xiàn)暫停功能，同時將此次計時時間存 入中間緩沖區(qū)。再次按下繼續(xù)/暫停鍵，定時器 t0 再次開啟，調(diào)用中間緩 存區(qū)的數(shù)據(jù)，秒表繼續(xù)加一。當(dāng)秒表計時超過 99 時，則程序跳轉(zhuǎn)從 0 開始。 在秒表暫停時，按下復(fù)位開關(guān)，中間緩存區(qū)的數(shù)據(jù)清零，程序回到開始。 而在秒表暫停時，按下分、秒顯示轉(zhuǎn)換開關(guān)，則將中間緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 換為以分秒顯示的狀態(tài)送入顯示區(qū)。根據(jù)要求秒表設(shè)計主要實(shí)現(xiàn)的功能是 計時和顯示。因此設(shè)置了四個按鍵和二位數(shù)碼管顯示時間，四個按鍵分別 是開始、繼續(xù)/暫停、的全部功能，而二位數(shù)碼管則能顯示最多 99

13、 秒的計 時。 圖 2-2：按鍵電路 2.3 顯示電路的選擇與設(shè)計 對于數(shù)字顯示電路，通常采用液晶顯示或數(shù)碼管顯示。一般的段式液 晶屏，需要專門的驅(qū)動電路，而且液晶顯示作為一種被動顯示，可視性差， 不適合遠(yuǎn)距離觀看：對于具有驅(qū)動電路和單片機(jī)接口的液晶顯示模塊，一 般多采用并行接口，對單片機(jī)的接口要求較高，占用資源多：另外， at89c51 單片機(jī)本身無專門的液晶驅(qū)動接口。而數(shù)碼管作為一種主動顯示器 件，具有亮度高、響應(yīng)速度快、防潮防濕性能好、溫度特性極性、價格便 宜、易于購買等優(yōu)點(diǎn)，而且有遠(yuǎn)距離視覺效果，很適合夜間或是遠(yuǎn)距離操 作。因此，本設(shè)計的顯示電路采用 8 段數(shù)碼管作為顯示介質(zhì)。 圖 2

14、-3：顯示電路 2.4 晶振電路和電源電路的設(shè)計 系統(tǒng)總電路除以上的顯示電路，按鍵電路和復(fù)位電路組成外，其次還剩 晶振電路和電源電路。再將單片機(jī)與以上各部分電路合理的連接就組成了系 統(tǒng)總電路。at89c51 單片機(jī)為主電路的核心部分，各個電路均為和單片機(jī)相 連接，由單片機(jī)統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)各個電路的運(yùn)行工作。 at89c51 單片機(jī)提供了 xtal1 和 xtal2 兩個專用引腳接晶振電路，因此 只要將晶振電路接到兩個專用引腳即可為單片機(jī)提供時鐘脈沖，但在焊接晶 振電路時要盡量使晶振電路靠近單片機(jī)，這樣可以為單片機(jī)提供穩(wěn)定的時鐘 脈沖。 圖 2-4 震蕩電路 3.5 總電路圖 圖 2-5：總電路圖 三

15、、軟件程序設(shè)計三、軟件程序設(shè)計 3.1 程序設(shè)計思想 本設(shè)計采用了匯編語言編寫，匯編語言由于采用了助記符號來編寫程 序，比用機(jī)器語言的二進(jìn)制代碼編程要方便些，在一定程度上簡化了編程 過程。匯編語言的特點(diǎn)是用符號代替了機(jī)器指令代碼，而且助記符與指令 代碼一一對應(yīng)，基本保留了機(jī)器語言的靈活性。使用匯編語言能面向機(jī)器 并較好發(fā)揮機(jī)器的特性，得到質(zhì)量較高的程序。 在程序設(shè)計過程中，為了有效的完成任務(wù)，把所有完成的任務(wù)精心的 分割成若干個相互獨(dú)立但相互有仍可有聯(lián)系的任務(wù)模塊，這些任務(wù)模塊使 得任務(wù)變得相對單純，對外的數(shù)據(jù)交換相對簡單，容易編寫，容易檢測， 容易閱讀和維護(hù)。這種程序設(shè)計思想稱為模塊化程序設(shè)

16、計思想。模塊化結(jié) 構(gòu)程序的設(shè)計，可以使系統(tǒng)軟件便于調(diào)試與優(yōu)化，也使其他人更好的理解 和閱讀系統(tǒng)的程序設(shè)計。程序的主要模塊有：主程序、顯示程序、定時溢 出中斷服務(wù)程序、外部中斷服務(wù)程序。 3.2 程序設(shè)計 因?yàn)槊氡碓O(shè)計相對較為簡單，因此在軟件設(shè)計中我們一般采用模塊化程序 設(shè)計的方法。模塊是一個具有獨(dú)立功能的程序，可以單獨(dú)設(shè)計、調(diào)試與管理， 模塊可分為功能模塊和控制模塊兩類。我們通過模塊化程序設(shè)計可按適當(dāng)?shù)脑?則把一個情況復(fù)雜、規(guī)模較大的程序系統(tǒng)劃分為一個個較小的、功能相關(guān)而又 相對獨(dú)立的模塊。每個小的模塊完成一個確定的功能，在這些小的模塊之間建 立必要的聯(lián)系，互相協(xié)作完成整個程序要完成的功能。它

17、具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，把 一個多功能的復(fù)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(shè)計和調(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。 其中的模塊即為子程序，子程序是功能獨(dú)立的程序段。子程序的基本思想 是編寫一次，可以重復(fù)使用。子程序的形式可以是一個程序文件，也可以是一 個過程或函數(shù)。子程序總被其他程序調(diào)用而不單獨(dú)執(zhí)行，這與主程序相對。 這個主程序也是由多個子程序模塊組成，各程序模塊都要完成一個明確的 任務(wù)，實(shí)現(xiàn)某個具體的功能，復(fù)位，計數(shù)和顯示等，在具體需要時調(diào)用相應(yīng)的 模塊即可。 3.3 源程序 org 0000h ljmp main o

18、rg 0030h main:mov ie,#82h mov tmod,#01h setb tr0 mov r0,#00h mov r1,#00h mov r2,#00h mov r3,#00h mov dptr,#tab lp:mov th0,#0d8h mov tl0,#0f0h mov a,r0 movc a,a+dptr mov p2,#01h mov p0,a ll:jbc tf0,dp sjmp ll dp:mov p1,#0feh jb p1.3,lk inc r2 cjne r2,#10,lk mov r2,#00h inc r0 cjne r0,#10,lk mov r0,#0

19、0h inc r1 cjne r1,#6,sa mov r3,#01h sa:cjne r1,#10,lk ljmp main lk:mov p1,#0feh jnb p1.4,main mov th0,#0d8h mov tl0,#0f0h mov p1,#0feh mov a,r1 jb p1.5,az cjne r3,#01h,az mov r5,#6 subb a,r5 az:movc a,a+dptr mov p2,#02h mov p0,a lr:jbc tf0,lq sjmp lr lq:mov th0,#0d8h mov tl0,#0f0h mov p2,#04h mov p0

20、,#0bfh kl:jbc tf0,hd sjmp kl hd:mov th0,#0d8h mov tl0,#0f0h mov p1,#0feh jb p1.5,sd mov a,r3 ajmp qw sd:mov a,r4 qw:movc a,a+dptr mov p2,#08h mov p0,a hk:jbc tf0,lp sjmp hk tab:db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h db 92h,82h,0f8h,80h,90h end 四四 軟件仿真軟件仿真 利用 keil 軟件對源程序進(jìn)行編譯，編譯成功后，把編譯結(jié)果保存。然后根 據(jù)我們的軟件在 proteus 中設(shè)計

21、出相應(yīng)的硬件電路，并將該電路保存到與 wave 程序相同的文件夾中，最后將程序裝載到單片機(jī)中，通過 isis7proteus 仿真， 看程序是否能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)想的功能。 仿真圖如下所示： 五五 總結(jié)與展望總結(jié)與展望 本篇論文是利用單片機(jī)和接口外圍電路組成的電子秒表電路。 整個電路由 硬件電路和軟件程序兩部分組成。硬件電路使用原件少，電路結(jié)構(gòu)簡單，功能 強(qiáng)；軟件程序設(shè)計結(jié)構(gòu)合理，思路清晰，利用詢問程序?qū)Ω鞣N事件進(jìn)行處理， 提高微處理器的工作效率。 硬件電路由單片機(jī) at89c51、3 位 led 數(shù)碼管顯示電路、按鍵電路等構(gòu)成。 系統(tǒng)總電路由以上設(shè)計的顯示電路，時鐘電路，按鍵電路和復(fù)位電路組成，只 要將單片機(jī)與以上各部分電路合理的連接就組成了系統(tǒng)總電路。at89c51 單片 機(jī)為主電路的核心部分，各個電路均和單片機(jī)相連接，由單片機(jī)統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)各 個電路的運(yùn)行工作。 通過以上設(shè)計已