單片機(jī)秒表課程設(shè)計(jì)

1、單片機(jī)課程設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 學(xué) 號(hào) 目 錄前 言11 課程設(shè)計(jì)的目的及要求21.1 課程設(shè)計(jì)的目的21.2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)21.3 課程設(shè)計(jì)的要求22 設(shè)計(jì)的方案及論證22.1 方案設(shè)計(jì)22.2 方案選擇32.3 方案確定43 硬件電路設(shè)計(jì)54 軟件設(shè)計(jì)54.1 主要模塊流程圖64.2 程序的主要模塊65 電路仿真76 電路的焊接與調(diào)試86.1 電路的焊接86.2 電路的調(diào)試97 總結(jié)11參考文獻(xiàn)12附錄1：總體電路原理圖13附錄2：元器件清單14附錄3：編碼程序15 前 言近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷的走向深入，同時(shí)帶動(dòng)著傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月異更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制

2、的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來(lái)使用，僅單片機(jī)方面的知識(shí)是不夠的，還要根據(jù)具體的硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體的應(yīng)用對(duì)象的軟件結(jié)合，加以完善。人們?cè)谌粘Ｉ钪?，有很多時(shí)候要精確地計(jì)算時(shí)間，但往往因?yàn)槿藶橐蛩卦斐扇藗儾辉敢饪吹降恼`差。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)。計(jì)時(shí)精度達(dá)到0.01s，P1口P2口接數(shù)碼管顯示功能，P3.4、P3.5、P3.6、P3.7分別接四個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)，分別實(shí)現(xiàn)開(kāi)始、暫停、清零、保存、讀取的功能。顯示電路由兩個(gè)四位共陰極數(shù)碼管組成。電子秒表精確度的提高，使它的運(yùn)用越來(lái)越廣泛，它解決了傳統(tǒng)的由于計(jì)時(shí)精度不夠造成的誤差和

3、不公平性是各種體育競(jìng)賽的必備設(shè)備之一。1 課程設(shè)計(jì)的目的及要求1.1 課程設(shè)計(jì)的目的(1) 掌握51單片機(jī)的基本使用方法和相關(guān)電子器件的應(yīng)用。(2) 掌握鍵盤的使用，靈活運(yùn)用中斷。 (3) 掌握Proteus的仿真與調(diào)試。(4) 秒表具有啟動(dòng)/停止、保存、讀取、復(fù)位功能。(5) 單片機(jī)為控制核心，實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)、電路的設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)，并在PROTEUS電子設(shè)計(jì)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)仿真。1.2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)本設(shè)計(jì)是基于AT89C51數(shù)碼管顯示的電子秒表，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，使其計(jì)時(shí)精度達(dá)到0.01s，P1口P2口接數(shù)碼管顯示功能，P3.4、P3.5、P3.6、P3.7分

4、別接四個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)，分別實(shí)現(xiàn)開(kāi)始、暫停、清零、保存、讀取的功能。1.3 課程設(shè)計(jì)的要求(1) 設(shè)計(jì)基于單片機(jī)AT89C51數(shù)碼管顯示的電子秒表。(2) 通過(guò)按鍵控制開(kāi)始、清零、暫停和停止能夠準(zhǔn)確計(jì)時(shí)并顯示。(3) 開(kāi)始顯示00-00-00。 (4) 最大計(jì)時(shí)59-59-99，最大精確到0.01秒。2 設(shè)計(jì)的方案及論證2.1 方案設(shè)計(jì)(1) 在性價(jià)比滿足應(yīng)用系統(tǒng)要求的基礎(chǔ)上，選擇更可靠、更熟悉的單片機(jī)，縮短研制周期。(2) 盡可能選擇較成熟的典型應(yīng)用電路，以提高系統(tǒng)的可靠性。(3) 單片機(jī)內(nèi)部的資源與外部擴(kuò)展資源應(yīng)在滿足應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上留有余地，為進(jìn)一步升級(jí)和擴(kuò)展其功能提供方便。(4) 應(yīng)

5、充分結(jié)合軟件方案統(tǒng)籌考慮硬件結(jié)構(gòu)，通常硬件功能較完善，其相應(yīng)的軟件就簡(jiǎn)單，但硬件成本較高；而硬件功能略低，其相應(yīng)的軟件就復(fù)雜。實(shí)際中應(yīng)盡量以軟件替代硬件來(lái)降低成本。2.2 方案選擇在方案選取的時(shí)候有兩個(gè)方案可以選：方案一如圖2-1所示，能夠最大顯示99秒，精確度為1秒，具有開(kāi)始/暫停,復(fù)位功能。圖2-1 方案一原理圖方案二如圖2-2所示，能夠最大顯示59-59-99，精確度為0.01秒。具有開(kāi)始/暫停、復(fù)位、保存、讀取功能。圖2-2 方案二原理圖2.3 方案確定總體設(shè)計(jì)案如圖2-3所示:時(shí)鐘電路復(fù)位電路電源電路LED顯示按鍵電路單片機(jī)AT89C51LED顯示圖2-3 方案總體設(shè)計(jì)我們選用較熟悉

6、的具有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的AT89C51單片機(jī)作為主控電路。選用時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和AT89C51單片機(jī)組成最小控制系統(tǒng)，再通過(guò)按鍵電路控制顯示電路來(lái)組成的硬件電路。通過(guò)分析與比對(duì)，我們選用方案二，它能夠精確0.01秒，并且能夠顯示時(shí)間更長(zhǎng)，具有開(kāi)始/暫停，復(fù)位，保存，讀取功能。3 硬件電路設(shè)計(jì)本次課程設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的秒表設(shè)計(jì)，其中硬件電路采用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；時(shí)鐘電路及復(fù)位電路組成的最小控制系統(tǒng)，復(fù)位電路采用上電復(fù)位；顯示模塊是采用兩個(gè)共陽(yáng)極數(shù)碼管；按鍵電路包含四個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)及74ls08與門芯片，四個(gè)開(kāi)關(guān)分別具有開(kāi)始/暫停，復(fù)位清零，保存數(shù)據(jù)，讀取數(shù)據(jù)的功能

7、，與門芯片與四個(gè)開(kāi)關(guān)相與，然后接入外部中斷接口。 與門芯片真值表如圖3-1所示:A B 輸 出0 0 00 1 01 0 01 1 1圖3-1 74ls08真值表4 軟件設(shè)計(jì)4.1 主要模塊流程圖主程序流程圖如圖4-1所示:開(kāi) 始保存系統(tǒng)初始化啟動(dòng)并開(kāi)始計(jì)時(shí)顯示秒表停止讀取停止暫停或復(fù)位否是圖4-1 主程序流程圖4.2 程序的主要模塊本程序主要分為四部分：主程序模塊、顯示模塊、按鍵中斷模塊、定時(shí)模塊。(1) 主程序分析：主程序負(fù)責(zé)整個(gè)程序的調(diào)用和轉(zhuǎn)跳，實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)與暫停、復(fù)位、保存、讀取之間的切換。程序開(kāi)始時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)初始化，之后顯示“00-00-00”，接著等待“啟動(dòng)”按鍵觸發(fā)。(2) 顯示模塊分

8、析：顯示模塊負(fù)責(zé)把分、秒、毫秒通過(guò)8位數(shù)碼管顯示出來(lái)，中間通過(guò)“-”隔開(kāi)。首先根據(jù)定時(shí)器用來(lái)保存分、秒、毫秒的寄存器的值，判斷得知每個(gè)數(shù)字的段碼，把分的高位送到數(shù)碼管的第一位，再把分的低位送到數(shù)碼管的第二位，接著把“-”的段碼送到數(shù)碼管的第三位，同樣的方法把秒和微秒送到數(shù)碼管，然后循環(huán)掃描每一位把時(shí)間顯示出來(lái)。(3) 按鍵中斷服務(wù)程序分析：產(chǎn)生外部中斷時(shí)，進(jìn)行按鍵判斷，程序采用3次條件轉(zhuǎn)跳進(jìn)行按鍵判斷，每個(gè)按鍵都標(biāo)志相應(yīng)的值：“啟動(dòng)/停止”時(shí)把定時(shí)器開(kāi)放或與停止，“復(fù)位”時(shí)，把用來(lái)保存時(shí)間的寄存器清0，“保存”時(shí)，把用來(lái)保存時(shí)間的寄存器的值保存到連續(xù)的單元中，“讀取”時(shí)把保存時(shí)間的單元依次讀取

9、出來(lái)放回到用來(lái)保存時(shí)間的寄存器里。(4) 定時(shí)程序分析：當(dāng)按了“啟動(dòng)”鍵時(shí)，開(kāi)放定時(shí)，以10MS作為一個(gè)計(jì)時(shí)單位，每計(jì)100個(gè)10毫秒（即1秒），就進(jìn)一位，用（INC R6）實(shí)現(xiàn)，R6加了60次之后，R7就加1，表示“分”加1。5 電路仿真本次課程設(shè)計(jì)仿真所用到的軟件有keil編譯軟件和proteus仿真軟件，先把寫好的程序用keil軟件編譯生成hex文件，在proteus仿真軟件中查找元器件，連接電路圖，再把hex文件加載到仿真軟件的單片機(jī)中，最后進(jìn)行仿真測(cè)試。仿真圖如圖5-1所示:圖5-1 電路仿真圖6 電路的焊接與調(diào)試6.1 電路的焊接(1) 使用電烙鐵時(shí)，首先檢查焊頭，焊頭若出現(xiàn)黑色的

10、氧化物就先磨掉。上錫的具體方法是：插上電源插頭，將電烙鐵燒熱，剛剛?cè)刍稿a時(shí)，涂上助焊劑，再用焊錫均勻地涂在烙鐵頭上，是烙鐵頭均勻地涂上一層錫。(2) 焊接時(shí)將引腳對(duì)應(yīng)好焊接電路板的焊接位置上，接著先將焊絲接觸然后電烙鐵從下至上的較快速的上錫。焊接出來(lái)的焊點(diǎn)應(yīng)該飽滿，略有尖頭。(3) 導(dǎo)線焊接：導(dǎo)線焊接前要出去末端絕緣層。導(dǎo)線焊接，搪錫是關(guān)鍵步驟，尤其多股導(dǎo)線。(4)焊接時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，否則容易燙壞元件，必要時(shí)可用鑷子夾住管腳幫忙散熱 (5) 焊點(diǎn)應(yīng)呈正弦波峰形狀，表面應(yīng)光亮圓滑，無(wú)焊刺，錫量適中。焊接完成后，再對(duì)照電路圖檢查一遍接線有無(wú)錯(cuò)誤，若有及時(shí)更正，沒(méi)有的話就可加電壓測(cè)試了。加上電壓后，

11、若正常工作且符合設(shè)計(jì)要求和目的，則電路設(shè)計(jì)成功，否則繼續(xù)調(diào)試找出問(wèn)題所在，修正錯(cuò)誤直至達(dá)到正常工作且符合設(shè)計(jì)要求和目的。6.2 電路的調(diào)試硬件調(diào)試一般分為四步驟：第一個(gè)是目測(cè)法。只要是檢查一些很明顯的錯(cuò)誤，如電解電容的電極是否連錯(cuò)、焊點(diǎn)否光亮飽滿無(wú)虛焊，用萬(wàn)用板連的線是否連好了、焊盤有否脫落。對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中所用的器件與設(shè)備，要仔細(xì)核對(duì)型號(hào)，檢查它們對(duì)外連線（包括集成芯片引腳）是否完整無(wú)損。通過(guò)目測(cè)查出一些明顯的器件、設(shè)備故障并及時(shí)排除。第二個(gè)是萬(wàn)用表測(cè)試。先用萬(wàn)用表復(fù)核目測(cè)中認(rèn)為可疑的連接或接點(diǎn)，檢查它們的通斷狀態(tài)是否與設(shè)計(jì)規(guī)定相符。再檢查各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象，如有再仔細(xì)查出

12、并排除。第三個(gè)是上電檢查。首先檢查所有插座或器件的電源端是否有符合要求的電壓，接地端電壓是否接近于零，接固定電平的引腳端是否電平正確。在對(duì)各芯片、器件加電過(guò)程中，是否出現(xiàn)打火、過(guò)熱、變色、冒煙、異味的現(xiàn)象。如出現(xiàn)這些現(xiàn)象，應(yīng)立即斷電，仔細(xì)檢查電源加載的情況、各個(gè)芯片是否插反等，找出產(chǎn)生異常的原因并加以解決；并且用萬(wàn)用表測(cè)各芯片的引腳電平是否合理。第四個(gè)是復(fù)位檢查。在上電檢查后，按一下復(fù)位按鈕，看實(shí)驗(yàn)板上的LED燈是否閃爍。如果不閃爍，那么說(shuō)明復(fù)位有問(wèn)題。就要仔細(xì)檢查復(fù)位的電容是否接錯(cuò)了電極，線是否連錯(cuò)。剛開(kāi)始時(shí)，我就把復(fù)位按鍵給接錯(cuò)了，把它和開(kāi)始、停止鍵同時(shí)接地了，應(yīng)該是并聯(lián)電容接的。實(shí)物圖如

13、圖6-1所示:圖6-1 實(shí)物圖7 總結(jié)經(jīng)過(guò)一個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)，讓我更加鞏固了有關(guān)于單片機(jī)電路設(shè)計(jì)上的一些知識(shí)，運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)制作了一個(gè)基于AT89C51單片機(jī)的電子秒表設(shè)計(jì)。學(xué)會(huì)如何的去思考電路的制作，確定方案是這次課程設(shè)計(jì)的首要任務(wù)，確定了方案后，我們才知道如何的去實(shí)現(xiàn)它的功能，查找關(guān)于這方面的資料，然后動(dòng)手去分析和制作電路。通過(guò)本次電子秒表的設(shè)計(jì)，讓我對(duì)單片機(jī)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用有了更深刻的理解和體會(huì)，這次課程設(shè)計(jì)，不僅提高了動(dòng)手能力，對(duì)設(shè)計(jì)的整個(gè)流程有了一定的了解，更了解到了單片機(jī)知識(shí)應(yīng)用的廣泛性和前景。設(shè)計(jì)的成功，極大地提高了自信心，促進(jìn)了對(duì)單片機(jī)的學(xué)習(xí)興趣，明白了理論聯(lián)系實(shí)際的重要性。此次

14、設(shè)計(jì)清楚了一項(xiàng)設(shè)計(jì)的整體流程：明確設(shè)計(jì)要求、功能及功能模塊的設(shè)計(jì)，查閱相關(guān)資料并確定元器件，電路連接、調(diào)試、調(diào)整改進(jìn)與檢查，電路成型，總結(jié)；設(shè)計(jì)電路時(shí)，和搭檔上網(wǎng)查閱了很多資料，這培養(yǎng)了搜索的能力，開(kāi)拓了視野。調(diào)試過(guò)程中掌握了一些電路調(diào)試的方法和規(guī)律，同時(shí)也掌握了如何來(lái)檢查和排除實(shí)驗(yàn)中的所遇到的一些常見(jiàn)故障，明白了動(dòng)手的重要性，懂得了實(shí)踐出真知的道理。電路的連接和調(diào)試極大地提高了動(dòng)手實(shí)踐能力，這也是目前較為缺乏的。作為工科的學(xué)生，就應(yīng)該具備這樣的動(dòng)手能力。最后，設(shè)計(jì)報(bào)告的制作還培養(yǎng)了整理知識(shí)的能力。總之，這次設(shè)計(jì)，認(rèn)識(shí)到了知識(shí)的局限性，培養(yǎng)了動(dòng)手能力，懂得了團(tuán)隊(duì)合作精神，對(duì)今后的學(xué)習(xí)起到了極大

15、的促進(jìn)作用。參考文獻(xiàn)1 艾運(yùn)階.單片機(jī)項(xiàng)目教程北京：北京理工大學(xué)出版社,20112 李泉溪.單片機(jī)原理與實(shí)例仿真北京：北京航空航天大學(xué)出版社,20093 江世明.基于Protues的單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)北京：電子工業(yè)出版社,20094 李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)（第3版）北京：北京航空航天大學(xué)出版社,20065 孫育才.MCS-51 系列單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用廣東：東南大學(xué)出版社,2009附錄1：總體電路原理圖附錄2：元器件清單序號(hào)名稱型號(hào)規(guī)格數(shù)量1單片機(jī)STC89C5212數(shù)碼管F5461BH23電容22pF24極性電容10uF15電阻10K16晶振12MHZ17與門芯片74ls0819按鍵開(kāi)關(guān)

16、414導(dǎo)線若干附錄3：編碼程序ORG 0000H LJMP MAINORG 0003HLJMP INTORG 000BHLJMP TIMEORG 0100HMAIN:MOV TMOD,#01HMOV TH0,#0D8HMOV TL0,#0F0HSETB EASETB ET0SETB IT0SETB EX0MOV R0,#50HCLR TR0LP:LCALL DISPLAYLJMP LPDISPLAY:MOV A,R7MOV B,#10DIV ABLCALL NUMMOV P1,R4MOV P2,#01HLCALL DELAYMOV A,BLCALL NUMMOV P2,#00HMOV P1,R

17、4MOV P2,#02HLCALL DELAYMOV P2,#00HMOV P1,#0BFHMOV P2,#04HLCALL DELAYMOV A,R6MOV B,#10DIV ABLCALL NUMMOV P2,#00HMOV P1,R4MOV P2,#08HLCALL DELAYMOV A,BLCALL NUMMOV P2,#00HMOV P1,R4MOV P2,#10HLCALL DELAYMOV P2,#00HMOV P1,#0BFHMOV P2,#20HLCALL DELAYMOV A,R5MOV B,#10DIV ABLCALL NUMMOV P2,#00HMOV P1,R4MOV

18、 P2,#40HLCALL DELAYMOV A,BLCALL NUMMOV P2,#00HMOV P1,R4MOV P2,#80HLCALL DELAYMOV P2,#00HRETNUM:CJNE A,#0,IF1MOV R4,#0C0HRETIF1:CJNE A,#1,IF2MOV R4,#0F9HRETIF2:CJNE A,#2,IF3MOV R4,#0A4HRETIF3:CJNE A,#3,IF4MOV R4,#0B0HRETIF4:CJNE A,#4,IF5MOV R4,#99HRETIF5:CJNE A,#5,IF6MOV R4,#92HRETIF6:CJNE A,#6,IF7MOV R4,#82HRETIF7:CJNE A,#7,IF8MOV R4,#0F8HRETIF8:CJNE A,#8,IF9MOV R4,#80HRETIF9:MOV R4,#90HRETTIME:MOV TH0,#0D8HMOV TL0,#0F0HIN