單片機(jī)的10秒秒表的設(shè)計(jì)

1、目 錄前 言11 工程敘述12 系統(tǒng)設(shè)計(jì)22.1 設(shè)計(jì)概述與要求22.1.1 設(shè)計(jì)概述22.1.2 設(shè)計(jì)要求22.2 方案的選擇與論證22.2.1總體設(shè)計(jì)方案22.2.2 選擇與論證23 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)33.1 at89c51簡(jiǎn)介33.2時(shí)鐘電路53.3復(fù)位電路53.4顯示電路53.5引腳控制63.6硬件元件清單64 軟件設(shè)計(jì)與仿真74.1主程序設(shè)計(jì)74.2 仿真軟件簡(jiǎn)介84.3 軟件設(shè)計(jì)94.4 系統(tǒng)調(diào)試94.5 仿真結(jié)果9總結(jié)12參考文獻(xiàn)13附錄：程序清單13前 言當(dāng)今時(shí)代，是一個(gè)新技術(shù)層出不窮的時(shí)代。在電子領(lǐng)域，尤其是自動(dòng)化智能控制領(lǐng)域，傳統(tǒng)的分立元件或數(shù)字邏輯電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)正以前所未

2、見的速度被單片機(jī)智能控制系統(tǒng)所取代。單片機(jī)具有體積小、功能強(qiáng)、成本低、應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)，可以說，智能控制與自動(dòng)控制的核心就是單片機(jī)。單片機(jī)的出現(xiàn)是現(xiàn)代科技發(fā)展的一個(gè)重要的里程碑。由于單片機(jī)的集成度高、功能強(qiáng)，通用性好，特別是它具有體積下、重量輕、能耗低、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，使單片機(jī)迅速得到推廣應(yīng)用，目前已成為測(cè)量控制應(yīng)用系統(tǒng)中的優(yōu)選機(jī)種和新電子產(chǎn)品的關(guān)鍵部件。1 工程敘述鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能。諸如按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、秒表等。所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究電子秒表及擴(kuò)大其應(yīng)用，有非?，F(xiàn)實(shí)的意義。電子秒表是一種用數(shù)字電

3、路技術(shù)實(shí)現(xiàn)秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更更長(zhǎng)的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。 電子秒表從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時(shí)序電路。電子科技日新月異，人們對(duì)現(xiàn)代電子設(shè)備的智能化和微型化及其精度提出了更高的要求，而單片機(jī)因其具有穩(wěn)定可靠、 體積小、 價(jià)格低廉等特點(diǎn)，成為設(shè)計(jì)智能化儀器儀表的首選微控制器，因此本次我沒有選用傳統(tǒng)的專用的時(shí)鐘芯片，而是采用了at89c51芯片，此款單片機(jī)可以使用軟件對(duì)其進(jìn)行在線編程，其靈活性和可靠性都相對(duì)提高。通過此次課程設(shè)計(jì),增強(qiáng)了我們的動(dòng)手能力,把理論與實(shí)踐融合在一起。同時(shí)，也進(jìn)一步加深了對(duì)單片機(jī)

4、的硬件結(jié)構(gòu)的理解和鞏固，編程能力也得到了提高。在此將秒表制作過程中用到的知識(shí)進(jìn)行了一些總結(jié)，希望自己今后能注意。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)概述與要求2.1.1 設(shè)計(jì)概述本系統(tǒng)采用at89c51單片機(jī)為中心器件，利用其定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)和記數(shù)的原理，結(jié)合晶振電路、復(fù)位電路、顯示電路、以及一些按鍵電路等來設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)器。其中軟件系統(tǒng)采用匯編語言編寫程序，包括顯示程序、中斷、延時(shí)程序、按鍵程序。并在keil中調(diào)試運(yùn)行，硬件系統(tǒng)利用proteus強(qiáng)大的功能來實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)單切易于觀察，在仿真中就可以觀察到實(shí)際的工作狀態(tài)。2.1.2 設(shè)計(jì)要求1)利用單片機(jī)控制10秒秒表；2)利用按鍵開關(guān)按下，控制秒表的顯示。2.2

5、 方案的選擇與論證2.2.1總體設(shè)計(jì)方案方案1：在方案1中，我們所選用的是軟件定時(shí)，即用for循環(huán)來定時(shí)1秒進(jìn)行顯示的變化。方案2：在方案2中，采用的是硬件定時(shí)，即用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器t0。先將時(shí)鐘初始化，賦入初值50ms定時(shí)，循環(huán)20次來進(jìn)行1秒定時(shí)。2.2.2 選擇與論證方案比較：我們從兩方面進(jìn)行兩種方案的比較，第一，由于此次課程設(shè)計(jì)要求是秒表，則在定時(shí)時(shí)要求比較精確，所以采用硬件的定時(shí)器定時(shí)時(shí)比較準(zhǔn)確的。第二，由于秒表的定時(shí)程序是很小的，在利用軟件定時(shí)占用的cpu并不是很多，不能顯現(xiàn)出來，但真正大程序時(shí)會(huì)很占用資源的，所以在用定時(shí)中斷過程中是非常節(jié)省資源的。綜合上述兩種比較，我們選用了第

6、二種方案。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)由控制器模塊、復(fù)位模塊、led顯示模塊組成，系統(tǒng)硬件組成框圖如圖1所示。系統(tǒng)總體電路原理圖如圖1所示。圖1 系統(tǒng)電路原理圖3.1 at89c51簡(jiǎn)介與mcs-51 兼容 4k字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年全靜態(tài)工作：0hz-24mhz三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定1288位內(nèi)部ram32可編程i/o線兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路它的價(jià)格便宜，功能強(qiáng)大，能耗低。很大程度上減少總電路的復(fù)雜性，提高了所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其芯片引腳圖如圖2所示。 圖2 單片機(jī)at89c51引腳3.2

7、時(shí)鐘電路下圖3所示為時(shí)鐘電路原理圖，在at89c51芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳xtal1，輸出端為引腳xtal2。而在芯片內(nèi)部，xtal1和xtal2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。時(shí)鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過觸發(fā)器進(jìn)行二分頻之后，才成為單片機(jī)的時(shí)鐘脈沖信號(hào)。圖3 時(shí)鐘電路原理圖3.3復(fù)位電路就是在rst端（9腳）外接的一個(gè)電路，目的是當(dāng)單片機(jī)上電開始工作時(shí)，內(nèi)部電路從初始狀態(tài)開始工作，或者在工作中要想人為的讓單片機(jī)重新從初始狀態(tài)開始工作。在時(shí)鐘工作的情況下，只要at89c51的復(fù)位引腳高電平保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間，at89c51便能完成系

8、統(tǒng)重置的各項(xiàng)動(dòng)作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器之內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)，并且從地址0000h處開始讀入程序代碼而執(zhí)行程序。3.4顯示電路 圖4 數(shù)碼管顯示電路 圖4 數(shù)碼管顯示電路3.5引腳控制p0.0p0.7對(duì)應(yīng)兩個(gè)數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g和小數(shù)點(diǎn)位；p2.5控制數(shù)碼管個(gè)位的顯示，p2.6控制數(shù)碼管十位；p3.6、p3.7分別接按鍵。3.6硬件元件清單系統(tǒng)元器件清單見下表，系統(tǒng)元件清單器件數(shù)量器件數(shù)量at89c51單片機(jī)1電容（10uf）1按鍵開關(guān)1電容（22pf）2數(shù)碼管2電阻（10k）1排阻（4.7k）1晶振片1系統(tǒng)元件清單4 軟件設(shè)計(jì)與仿真4.1主程序設(shè)計(jì)主程序流程圖如下圖：4.2

9、仿真軟件簡(jiǎn)介proteus是英國(guó)labcenter公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)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(diǎn)是：（1）實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和spice電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、rs232動(dòng)態(tài)仿真、i2c調(diào)試器、spi調(diào)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、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。（2）支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有：arm7(lpc21xx)、 8051/52系列、avr系列、pic10/12/16/18系列、hc11系列以及

10、多種外圍芯片。（3）提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如keil c51 uvision2、mplab等軟件。（4）具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。總之，該軟件是一款集單片機(jī)和spice分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。proteus7.5是目前最好的模擬單片機(jī)外圍器件的工具，可以仿真51系列、avr、pic等常用的mcu及其外圍電路（如lcd、ram、rom、鍵盤、馬達(dá)、led、ad/da、部分spi器件、部分iic器件等）。軟件編譯采用k

11、eil c51軟件，keil c51是美國(guó)keil software公司出品的51系列兼容單片機(jī)c語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，c語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用c來開發(fā)，體會(huì)更加深刻。keil c51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到keil c51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢(shì)。4.3 軟件設(shè)計(jì)本程序主要是由主函數(shù)程序、按鍵控制程序、中斷程序組成。一般采用模塊化的程

12、序設(shè)計(jì)方法，它具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。把一個(gè)多功能的復(fù)雜的程序劃分為若干個(gè)簡(jiǎn)單的、功能單一的程序模塊。有利于程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試，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。 各程序模塊都要完成一個(gè)明確的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)某個(gè)具體的功能，如:延時(shí)、按鍵控制計(jì)數(shù)和顯示等。4.4 系統(tǒng)調(diào)試1）經(jīng)過對(duì)程序的軟件編譯后，用proteus仿真軟件進(jìn)行仿真按下“開始”按鈕之前，可以看到數(shù)碼管上數(shù)字子顯示為零。2）當(dāng)按下按鈕時(shí)秒表開始計(jì)時(shí)秒表開始計(jì)時(shí)，數(shù)碼管開始顯現(xiàn)數(shù)字。3）當(dāng)再次按下按鈕的時(shí)候，數(shù)碼管不再計(jì)時(shí)，數(shù)字也不再變化。4）當(dāng)數(shù)碼管示數(shù)為“99”時(shí)，自動(dòng)清“0”。 4.5 仿真結(jié)果 總結(jié)本次的課程設(shè)計(jì)，使關(guān)于

13、51系列單片機(jī)的，正是我們剛剛學(xué)到的51單片機(jī)，在平時(shí)課程的學(xué)習(xí)中，我們僅限于理論知識(shí)的講解，即使知識(shí)是很扎實(shí)的，實(shí)際應(yīng)用并不是這樣的。開始時(shí)我也覺得自己的理論知識(shí)已經(jīng)夠了，但當(dāng)我拿到課題時(shí)，在腦海里想的是非常好的，但真正編成和控制時(shí)，理論和實(shí)際結(jié)合不到一起，甚至于51芯片的使用我都感覺很迷茫，還是經(jīng)過搜集大量資料才將理論與實(shí)際結(jié)合到一起了。本次課程設(shè)計(jì)我主要負(fù)責(zé)編程，這次不僅鍛煉了我c語言的知識(shí)，更加我們正在學(xué)習(xí)的51的定時(shí)與中斷結(jié)合在一起，進(jìn)行了實(shí)際的操作，讓我的知識(shí)掌握得更加牢固。本次的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)之后，讓我對(duì)單片機(jī)定時(shí)賦初值有了更新的認(rèn)識(shí)，對(duì)程序的循環(huán)順序、結(jié)構(gòu)類型都有了非常深刻的認(rèn)識(shí)，對(duì)

14、真正硬件的連接也有了認(rèn)識(shí)，不再將自己的知識(shí)局限于自己狹隘的空間中。通過這次課程設(shè)計(jì)10秒秒表，使我又重新開始學(xué)習(xí)c語言，因?yàn)閏語言是大一學(xué)的，至從學(xué)完就再也沒用過，所以開始很陌生，我又找了有關(guān)資料來了解，才有了一點(diǎn)眉目。剛開始以為可以用匯編很容易就寫出來，因?yàn)槲覀冋趯W(xué)習(xí)匯編語言，以為學(xué)的很明白了，但是用匯編時(shí)才發(fā)現(xiàn)原來都不怎么熟練，編了一會(huì)程序發(fā)現(xiàn)只有一種感覺舉步維艱?。∵€是放棄匯編選擇c語言吧！對(duì)于單片機(jī)，我們課本學(xué)習(xí)的是80c51，但是這次做課程設(shè)計(jì)用的是89c51，這樣不僅使我們掌握了80c51，而且對(duì)89c51也有了一定的了解了，在課堂上學(xué)習(xí)的都理論的，跟實(shí)際永遠(yuǎn)有一定的差距，不實(shí)踐

15、就不會(huì)發(fā)現(xiàn)問題。通過這次課程設(shè)計(jì)使我把課堂上學(xué)習(xí)的東西都用到了實(shí)踐中，學(xué)習(xí)的時(shí)候不怎么理解，但是在實(shí)踐中應(yīng)用了以后就自然了解了。參考文獻(xiàn)1楊居義，馬寧，靳光明等.單片機(jī)原理與工程應(yīng)用.北京:清華大學(xué)出版社，2009 2江力.單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù).北京：清華大學(xué)出版社，20063劉守義.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù).西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002 4 周潤(rùn)景 基于proteus的avr單片機(jī)設(shè)計(jì)與仿真 北京航空航天大學(xué)出版社2007附錄：程序清單#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit k1=p37;uchar i

16、,second_counts,key_flag_idx;bit key_state;uchar dsy_code=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/延時(shí)void delayms(uint ms)uchar t;while(ms-) for(t=0;t120;t+);/處理按鍵事件void key_event_handle()if(key_state=0)key_flag_idx=(key_flag_idx+1)%3;switch(key_flag_idx)case 1:ea=1;et0=1;tr0=1;break;case 2:ea=0;et0=0;tr0=0;break;case 0:p0=0x3f;p2=0x3f;i=0;second_counts=0;/主程序void main()p0=0x3f; /顯示00p2=0x3f;i=0;second_counts=0; key_flag_idx=0; /按鍵次數(shù)（取值0，1，2，3）key_state=1; /按鍵狀態(tài)tmod=0x01;/定時(shí)器0方式1th0=(65536-50000)/256;/定時(shí)器0：15mstl0=(65536-50000)%256;while(1)if(key_state!=k1)delayms(10);key_state