論文基于單片機(jī)的多功能秒表系統(tǒng)設(shè)計

1、目錄1 概述311單片機(jī)簡介312設(shè)計任務(wù)3 13設(shè)計要求32 系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計421、復(fù)位電路522、晶體振蕩電路623、鍵盤電路624、顯示電路73 軟件設(shè)計731、設(shè)計思想732、系統(tǒng)流程圖83.3源程序代碼及注解 104 proteus軟件仿真155 課程設(shè)計體會 166 參考文獻(xiàn) .17附錄1：源程清單18附錄2：系統(tǒng)原理圖241 概述11單片機(jī)簡介單片機(jī)是性能價格比高、體積小、對國民經(jīng)濟(jì)滲透力大、最有前途的微控制器。單片機(jī)自20世紀(jì)70年代初研制成功并發(fā)展至今，已進(jìn)入第四代。它主要是在一塊芯片上集成了cpu、存儲器以及輸入輸出電路，在工業(yè)過程中被廣泛應(yīng)用在控制電路中。從單片機(jī)

2、的系列來看，國內(nèi)外已超過50個系列、近500個品種，當(dāng)前正處于更新?lián)Q代、百花齊放的時期。新的系列和專用系列正在不斷涌現(xiàn)。按位數(shù)分類有4位、8位、16位以及32位單片機(jī)等，4位單片機(jī)由于價格低和出現(xiàn)的早得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在家電應(yīng)用領(lǐng)域中其還有很大的優(yōu)勢，為了抵御8位機(jī)的競爭，4位機(jī)在結(jié)構(gòu)和功能上都有很大的改進(jìn)。8位機(jī)的生產(chǎn)廠家以及品種都很多，在實(shí)際的生產(chǎn)中應(yīng)用也最為廣泛，其中intel公司的8051系列單片機(jī)在我國應(yīng)用最為廣泛，另外8位單片機(jī)也在其功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)上不斷的進(jìn)行改進(jìn)，目前功能是越來越強(qiáng)大。16位單片機(jī)在數(shù)據(jù)處理以及單片機(jī)的性能上有了很大的改進(jìn)。32位單片機(jī)是隨著高科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

3、而產(chǎn)生的。12設(shè)計任務(wù)：設(shè)計一個單片機(jī)控制的多功能秒表系統(tǒng)，利用單片機(jī)的定時器/計數(shù)器定時和記數(shù)的原理，結(jié)合顯示電路、用兩位共陰極led數(shù)碼管以及按鍵來設(shè)計0099秒計時器。將軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來，使得系統(tǒng)能夠正確地進(jìn)行加計時，同時數(shù)碼管能夠正確地顯示時間。13設(shè)計要求：1、能同時記錄四個相對獨(dú)立的時間并分別顯示 。 2、兩位led動態(tài)顯示，顯示時間為0099秒。 3、每秒自動加1。 4、一個開始按鍵、一個復(fù)位按鍵、一個暫停按鈕和一個計錄按鈕（附加功能）。 5、翻頁按鈕查看四個不同的計時值 。2 系統(tǒng)總體方案本設(shè)計的最主要的元器件就是mcs51單片機(jī)。mcs51單片機(jī)在一塊芯片上集成了cpu

4、，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)，簡稱單片機(jī)。mcs-51單片機(jī)是intel公司在1980年推出的高檔8位單片機(jī)。它的典型產(chǎn)品有：8051，8031，8751，80c51，80c31，87c51。at89c51（圖1）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)做數(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

5、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；2、做一般i/o口使用，其內(nèi)部有上拉電阻；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 外接晶振引腳vcc：電源+5v輸入vss：gnd接地。at89c51單片機(jī) p2口p1口鍵盤控 制電 路晶振電 路復(fù)位電 路兩位一體數(shù)碼管圖2：整體設(shè)計框圖21 復(fù)位電路：采用上電加按鈕復(fù)位。這個系統(tǒng)中的復(fù)位電路是采用

6、上電加按鈕來實(shí)現(xiàn)的。因為mcs-51單片機(jī)的復(fù)位是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的。mcs-51單片機(jī)工作之后，只要在他的rst引線上加載10ms以上的高點(diǎn)平，單片機(jī)就能有效地進(jìn)行復(fù)位。mcs-51單片機(jī)通常采用上電自動復(fù)位、按鍵復(fù)位、以及上電加按鍵復(fù)位等，我們采用的是上電加按鍵復(fù)位方式，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是上電后可以直接進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，當(dāng)程序出現(xiàn)錯誤時，可以隨時使電路復(fù)位。圖3：復(fù)位電路22晶體振蕩電路： 通過xtal1和xtal2外接晶體振蕩器構(gòu)成內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。mcs-51單片機(jī)內(nèi)部的振蕩電路是一個高增益反相放大器，引線 x

7、tal1和xtal2分別為 反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入和來自反向振蕩器的輸出，該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。圖4：晶振震蕩電路23鍵盤電路：用部分p1口做開始開關(guān)，p1.0停止，p1.1復(fù)位，p1.3暫停記錄，p1.4上翻，p1.5下翻，用外中斷int0開始，用軟件法消除抖動。圖5：鍵盤電路24顯示電路：采用led動態(tài)顯示，用p2口驅(qū)動顯示。 圖6：顯示電路3 軟件設(shè)計31 設(shè)計思想因為秒表設(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

8、適當(dāng)?shù)脑瓌t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。開始 初始化p1.0=0?

9、p1.1=0?p1.3=0?p1.4=0?p1.5=0?停止復(fù)位下翻上翻夠4個？p1.0=0?n暫停記錄nnnnnn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，、快加、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。3.2、程序流程圖：定時器流程圖壓棧保護(hù)賦定時初值到1秒？調(diào)用加1程序調(diào)用顯示程序中斷返回y加1子程序流程圖：（20h） a進(jìn)位清零做加法到100？（20h）清零個位十位分開返回y3.3程序代碼及注解（1）：主程序main: mov sp, #50h mov tmod, #11h mov th1,#0d8h ;定時10ms movt

10、l1, #0f0h mov th0,#0cfh ;定時25ms movtl0, #02ch mov 20h,#00h ;bin second mov 30h,#00h ; second mov31h, #00h mov40h, #40 mov 71h, #00h mov 72h, #00h mov 73h, #00h mov 74h, #00h mov r2, #04h mov r3, #04h mov r1, #71h setb ea setb ex1 clr et1 setb et0 clr pt0 clr pt1 setb px1 setb it1 movp2, #0ffh clrtr0

11、 clrtr1 clr 7fh判斷是否有鍵按下，并確定是哪一個鍵，轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的子程序的入口地址去執(zhí)行子程序。沒有鍵按下則一直等待，直到有鍵按下。ml1:acalldisp ;調(diào)用顯示程序p1.0鍵按下時，計數(shù)停止start: jb p1.0, loop1 acall delay10 ;延時jb p1.0, loop1 ;p1.0=1，跳轉(zhuǎn)到loop1執(zhí)行jnb p1.0, $ljmp stop ;p1.0=0，跳轉(zhuǎn)到停止子程序p1.1鍵按下時，數(shù)字清零復(fù)位loop1: jb p1.1, loop2 acall delay10 ;延時jb p1.1, loop2 ;p1.1=1，跳轉(zhuǎn)到loop2

12、執(zhí)行jnb p1.1, $ljmp reset ;p1.1=0，跳轉(zhuǎn)到復(fù)位子程序 p1.3鍵按下，暫停記錄loop2: jb p1.3,loop3 acall delay10 ；延時 jb p1.3, loop3 ;p1.3=1，跳轉(zhuǎn)到loop3執(zhí)行jnb p1.3, $ ljmp jilu ;p1.3=0，跳轉(zhuǎn)到暫停記錄子程序p1.4鍵按下時，執(zhí)行上翻功能loop3: jb p1.4,loop4 ;p1.4=0，shangfan acall delay10 ;延時 jb p1.4, loop4 ;p1.4=1，跳轉(zhuǎn)到loop4執(zhí)行 jnb p1.4, $ ljmp xiafan ;p1.4=

13、0，跳轉(zhuǎn)到上翻子程序p1.5 鍵按下時，執(zhí)行下翻功能loop4: jb p1.5,loop ;p1.5=0，xiafan acall delay10 ;延時 jb p1.5, loop ;p1.5=1，跳轉(zhuǎn)到loop執(zhí)行 jnb p1.5, $ ljmp shangfan ;p1.5=0，跳轉(zhuǎn)到下翻子程序loop: sjmp here（2）停止子程序軟件對定時器0和定時器1的控制位清零，使定時器停止工作stop: clr tr0 clr tr1 ; 關(guān)閉定時器0，1 acall disp sjmp here（3）復(fù)位子程序軟件對顯示的各內(nèi)存單元清零，并回到開始前的初始狀態(tài)，具體程序如下所示 ：

14、reset: clr tr0 clr tr1 ;關(guān)閉定時器0，1 mov 20h, #00h mov 30h, #00h mov 31h, #00h acall disp ;調(diào)用顯示子程序sjmp here（4）按鍵消抖程序delay10: mov r4,#14h 延時10ms再次判斷該位的狀態(tài)，若仍是0則說明該鍵被按下，彈起后去執(zhí)行該按鍵功能；若為1，則說明是抖動則繼續(xù)向下判斷。例如下面的程序中就調(diào)用了這個子程序。loop2: jb p1.3,loop3 ;p1.3=0時，暫停記錄 acall delay10 jb p1.3, loop3 jnb p1.3, $ ljmp jilu 4 is

15、is7professionl軟件仿真利用keilu vision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isis7professionl仿真，看程序是否能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)想的功能.仿真圖如下圖所示：圖7：系統(tǒng)仿真結(jié)果5 課程設(shè)計體會經(jīng)過一周的不懈努力，單片機(jī)的課程設(shè)計終于完成了。在這期間我們學(xué)會了很多，也學(xué)到了很多，同時，對單片機(jī)這門課程有了更深一步的理解和掌握。1、本次課程設(shè)計使我加深了對單片機(jī)課程的全面認(rèn)識，復(fù)習(xí)和掌握，對mc-51單片機(jī)有了更深入的了解，

16、對i/o口的使用，晶振電路的接法，以及復(fù)位電路等的掌握都有了很大程度的提高，這為以后的實(shí)踐打下了良好的基礎(chǔ)。2、掌握了定時器、外部中斷的設(shè)置和編程原理。3、通過此次課程設(shè)計能夠?qū)纹瑱C(jī)軟硬件結(jié)合起來，對程序進(jìn)行編輯，校驗。4、還要根據(jù)實(shí)驗的實(shí)際情況，添加些額外程序來使系統(tǒng)更加的穩(wěn)定，如開關(guān)的消震蕩（采用延遲）。5、程序要盡量做到由各個子程序組成，在有些程序后面最好加注釋，這樣在程序出錯的檢查過程中可以更容易查找的到，也更簡潔，更明白易懂。6、我在編程過程中還有好多不理解的地方，經(jīng)過同學(xué)的幫助終于完成了這次設(shè)計。在這個過程中體會到了合作的好處，更了解的互相幫助的重要性。由于編程能力的有限和所學(xué)知

17、識的局限性，在這個程序和設(shè)計系統(tǒng)中雖然實(shí)現(xiàn)了所有的基本要求和部分的高級要求，但是這其中還有許多不完善的地方，有時在上翻和下翻時會出現(xiàn)一些問題，這說明我在這方面還存在著很多不足，知識不夠完備和系統(tǒng)，在以后的學(xué)習(xí)中還有待提高。另外，在實(shí)踐中雖然焊接好了硬件電路，卻沒能實(shí)踐成功，希望老師能在以后的學(xué)習(xí)和生活中對我多加指導(dǎo)，促使我能取得更大的進(jìn)步。 6參考文獻(xiàn)【1】余發(fā)山編著單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003年【2】楊凌霄編著.微型計算機(jī)原理及應(yīng)用.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2004年【3】楊寧編著.單片機(jī)與控制技術(shù).北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2004年【4】王閃編著.at89

18、系列單片機(jī)原理與接口技術(shù).北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2004年附錄：程序清單： org0000h ljmp main org 0003h ljmp jilu org000bh ljmptime1 org 0013h ljmp zhongduan org001bh ljmptime10 org0100hmain: mov sp, #50h mov tmod, #11h mov th1,#0d8h ;定時10ms movtl1, #0f0h mov th0,#0cfh ;定時25ms movtl0, #02ch mov 20h,#00h ;bin second mov 30h,#00h ; s

19、econd mov31h, #00h mov40h, #40 mov 71h, #00h mov 72h, #00h mov 73h, #00h mov 74h, #00h mov r2, #04h mov r3, #04h mov r1, #71h setb ea setb ex1 clr et1 setb et0 clr pt0 clr pt1 setb px1 setb it1 movp2, #0ffh clrtr0 clrtr1 clr 7fhml1: acalldispstart: jb p1.0,loop1 ; p1.0=0，stop acall delay10 jb p1.0,

20、loop1 jnb p1.0, $ ljmp stoploop1: jb p1.1, loop2 ;p1.1=0時，復(fù)位 acall delay10 jb p1.1, loop2 jnb p1.1, $ ljmp resetloop2: jb p1.3,loop3 ;p1.3=0時，暫停記錄 acall delay10 jb p1.3, loop3 jnb p1.3, $ ljmp jiluloop3: jb p1.4,loop4 ;p1.4=0時，上翻 acall delay10 jb p1.4, loop4 jnb p1.4, $ ljmp xiafanloop4: jb p1.5,loo

21、p ;p1.5=0時，下翻 acall delay10 jb p1.5, loop jnb p1.5, $ ljmp shangfanloop: sjmp herestop: clr tr0 ;停止程序 clr tr1 acall disp sjmp herereset: clr tr0 ;復(fù)位程序 clr tr1 mov 20h, #00h mov 30h, #00h mov 31h, #00h acall disp sjmp herejilu : mov a,20h ;暫停記錄程序 mov r1, a inc r1 djnz r2, here mov r1, #71h sjmp stopx

22、iafan:mov a,r1 ;下翻程序 mov 20h, a mov b, #0ah div ab mov 31h, a mov 30h, b lcall disp inc r1 djnz r2, here mov r1, #74h sjmp stopshangfan:mov a,r1 ;上翻程序 mov 20h, a mov b, #0ah div ab mov 31h, a mov 30h, b lcall disp dec r1 djnz r3, here mov r1, #71h sjmp stophee: jnb tf1, hee clr tf1 acall jia1 acall disp jnb p1.0, stop sjmp heehere: ljmp ml1zhongduan:setb tr0 ;啟動定時器0 clr tr1 retitime1: push acc ;定時