用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計

1、單片機課程設(shè)計說明書用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計專業(yè)電氣工程及其自動化學(xué)生姓名劉寧班級B電氣081學(xué) 號 0810601114指導(dǎo)教師張?zhí)m紅完成日期2011年6月26日目錄1、概述32、課題方案設(shè)計32.1系統(tǒng)總體設(shè)計要求32.2系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)論證43、系統(tǒng)硬件設(shè)計53.1總體設(shè)計53.2單片機運行的最小系統(tǒng).5.3.2.1 52 單片機最小系統(tǒng)電路介紹 53.2.2 單片機的振蕩電路與復(fù)位電路 83.3 數(shù)碼管介紹 93.4 驅(qū)動電路 1.04 、軟硬件聯(lián)調(diào)及調(diào)試結(jié)果 1.14.1 軟硬件調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決措施 1.1.4.2 實物圖 1.24.3 調(diào)試結(jié)果 1.45 、結(jié)束語 1.4參考

2、文獻 1.5附錄 1.5附錄 1 ：基于單片機的秒表設(shè)計原理圖 1.5.附錄2 :基于單片機的秒表設(shè)計 PCB圖16附錄 3： PROTEUS 仿真圖 1.7附錄4 :基于單片機的秒表設(shè)計 C語言程序清單 18附錄 5:基于單片機的秒表設(shè)計元器件目錄表 2.0.1、概述21 世紀是一個電子技術(shù)和電子元件有更大發(fā)展的世紀?；仡櫚倌陙黼娮蛹夹g(shù)和 電子工業(yè)發(fā)展的成就， 舉世矚目。 作為一個電氣專業(yè)的大學(xué)生， 我們不但要有扎實的 基礎(chǔ)知識、課本知識， 還應(yīng)該有較強的動手能力。 現(xiàn)實也要求我們既精通電子技術(shù)理 論，更要掌握電子電路設(shè)計、 實驗研究和調(diào)試技術(shù)。 課程設(shè)計就是一個理論聯(lián)系實際 的機會。本次設(shè)

3、計主要完成具備基本功能的電子秒表的理論設(shè)計， 電子秒表是重要的記時 工具，廣泛運用于各行各業(yè)中。 作為一種測量工具， 電子秒表相對其它一般的記時工 具具有便捷、準確、可比性高等優(yōu)點，不僅可以提高精確度，而且可以大大減輕操作 人員的負擔(dān)，降低錯誤率。在設(shè)計中應(yīng)用到數(shù)碼管，數(shù)碼管主要用于樓體墻面，廣告招牌、高檔的 DISCO 、 酒吧、夜總會、會所的門頭廣告牌等。特別適合應(yīng)用于廣告牌背景、立交橋、河、湖 護欄、建筑物輪廓等大型動感光帶之中，可產(chǎn)生彩虹般絢麗的效果。 用護欄管裝飾 建筑物的輪廓， 可以起到突出美彩亮化建筑物的效果。 事實證明， 它已經(jīng)成為照明產(chǎn) 品中的一只奇葩，綻放在動感都市。2、課

4、題方案設(shè)計2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計要求用 AT89C52 設(shè)計一個 2 位 LED 數(shù)碼顯示 “秒表”，顯示時間為 0059 秒，每秒 自動加一。另設(shè)計一個“開始”按鍵和一個“復(fù)位”按鍵，一個“暫?！卑存I。接上 電源后從 00 開始計時，至 59 后再回到 00 ，繼續(xù)循環(huán)。2.2 系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)論證1. 單片機模塊選擇 方案一：選用飛思卡爾單片機，飛思卡爾單片機功能強大，但是價格相對要 高，而且對此不熟悉。方案二：采用 STC89 系列單片機，其架構(gòu)簡單，相對熟悉，價格便宜，對 設(shè)計功能已經(jīng)足夠。焊接也是比較容易。因此，選擇方案二。2. 電源模塊選擇 方案一：采用交流 220V/50HZ 電源轉(zhuǎn)換

5、為直流 5V 電源作為電源模塊。該 方案實施簡單，電路搭建方便，可作為單片機開發(fā)常備電源使用。方案二：采用干電池串并聯(lián)到 5V 作為電源模塊。該方案實施簡單，無需搭 建電路，但相對方案不夠穩(wěn)定，電池消耗快，帶負載后電壓降過高，可能無法使系統(tǒng) 穩(wěn)定持續(xù)運行。方案三：采用 USB 接口電源，該方案簡單方便，可以直接和電腦的 USB 接 口相連。電腦的 USB 接口屬于接口電源，要并聯(lián)耦合電容進行緩沖。因此，選擇的是方案三。3. 顯示模塊選擇： 方案一：采用 8 段 LED 數(shù)碼管作為顯示模塊核心。 方案二：采用 LCD 液晶顯示器作為顯示模塊核心。 LED 數(shù)碼管節(jié)能環(huán)保，顯示直觀。因此選擇方案一

6、。4. 驅(qū)動模塊選擇： 方案一：用與非門邏輯電路作為驅(qū)動電路主要元件。 方案二：用 PNP 型三極管作為驅(qū)動電路主要元件。 與非門邏輯電路相對來說較為復(fù)雜， PNP 三極管只有三個端口且價格也很便宜，因此 選擇方案二。3 、系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 總體設(shè)計利用單片機定時器 / 計數(shù)器中斷設(shè)計秒表， 從而實現(xiàn)秒的計時。 用兩個數(shù)碼管來顯 示秒表數(shù)據(jù)。增加一個清零按鈕，計時結(jié)束后可以清零。通過采用 proteus 仿真軟 件來模擬實現(xiàn)。模擬利用 AT89C52 單片機、 LED 數(shù)碼管以及控件來控制秒表的計數(shù) 以及計數(shù)的開啟 / 暫停/ 繼續(xù)與復(fù)位。兩位數(shù)碼管用來顯示數(shù)據(jù)， 一位數(shù)碼管顯示個位 19

7、，滿十進一后顯示十位的數(shù)碼管的數(shù)字加一，并且個位顯示清零重新從零計數(shù)。 計秒數(shù)碼管采用兩位的數(shù)碼管，當計數(shù)超過范圍是所有數(shù)碼管全部清零重新計數(shù)。 、軟硬件設(shè)計是設(shè)計中不可缺少的，為了滿足功能和指標的要求，資源分配如下：晶振采用 11.0592MZ 的外部晶振頻率內(nèi)存分配：P0 口與數(shù)碼管個位和十位數(shù)據(jù)輸入端相連，控制其段選信號，輸出 19 不 同字型。P3 口的 P3.1 、P3.2 分別與秒表個位和十位數(shù)碼管位選連接，控制秒表的計 數(shù)以及計數(shù)的開啟 /暫停/ 繼續(xù)與復(fù)位清零。本設(shè)計包含有單片機最小系統(tǒng)模塊、復(fù)位模塊、放大器模塊、 LED 數(shù)碼管顯示模 塊。其中最小系統(tǒng)模塊由 STC89C52

8、 、電阻、電容和晶振電路等主要硬件組成。 復(fù)位模塊由二極管、電阻和復(fù)位開關(guān)組成。放大器模塊由 PNP 三極管、電阻組成。LED 數(shù)碼管顯示模塊由兩位八段數(shù)碼管組成。3.2 單片機運行的最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)模塊由 STC89C52 、電阻、電容和晶振電路等主要硬件組成。3.2.1 52 單片機最小系統(tǒng)電路介紹1. 52 單片機最小系統(tǒng)復(fù)位電路的極性電容 C1 的大小直接影響單片機的復(fù)位時間，一般采用1030uF , 52單片機最小系統(tǒng)容值越大需要的復(fù)位時間越短。2. 52單片機最小系統(tǒng)晶振 Y1也可以采用11.0592MHz，在正常工作的情況下可 以采用更高頻率的晶振，52單片機最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻

9、率直接影響單片機的處理 速度，頻率越大處理速度越快。3. 52單片機最小系統(tǒng)起振電容 C2、C3 一般采用1533pF，并且電容離晶振越近 越好，晶振離單片機越近越好4. P0 口為開漏輸出，作為輸出口時需加上拉電阻，阻值一般為10k。設(shè)置為定時器模式時，加1計數(shù)器是對內(nèi)部機器周期計數(shù)（1個機器周期等于12個 振蕩周期，即計數(shù)頻率為晶振頻率的 1/12 ）。計數(shù)值N乘以機器周期Tcy就是定時 時間t。設(shè)置為計數(shù)器模式時，外部事件計數(shù)脈沖由T0或T1引腳輸入到計數(shù)器。在每個機器周期的S5P2期間采樣T0、T1引腳電平。當某周期采樣到一高電平輸入，而下一 周期又采樣到一低電平時，則計數(shù)器加1，更新

10、的計數(shù)值在下一個機器周期的S3P1期間裝入計數(shù)器。由于檢測一個從 1到0的下降沿需要2個機器周期，因此要求被 采樣的電平至少要維持一個機器周期。當晶振頻率為12MHz時，最高計數(shù)頻率不超過1/2MHz，即計數(shù)脈沖的周期要大于 2 ms。標識符號地址寄存器名稱P3 0B0H I/O 口 3 寄存器PCON 87H電源控制及波特率選擇寄存器SCON 98H 串行口控制寄存器SBUF 99H串行數(shù)據(jù)緩沖寄存器TCON 88H定時控制寄存器TMOD 89H 定時器方式選擇寄存器TL0 8AH定時器0低8位TH0 8CH定時器0高8位TL1 8BH定時器1低8位TH1 8DH定時器1高8位2XTAL1P

11、0.D/AD0P0.WAD1PO 2/AD2PO.3/AD3PO 4/AtXPO 5/AD5P0 6/AD6RSTP0.7ZAD7P2.0/A&P2 1/A9P2 2/A10PSENP2 3XA11ALEP2 4/A12EAP2 5/A13P26XA14P2 7XM5列.0P3.Q/FXDPl P1P3t/TXDPl 2P3 2/lHTOPl 3P3 3/1MT1PI 4P1 .5P3.4ff0P3 5/T1P3 6jWRPl JOP1JP3 7«DIS圖3-189c52系列單片機管腳圖29313933 -22-23242610 11 12.89C52管腳說明:VCC :供電

12、電壓。GND :接地。P0 口： P0 口為一個8位漏級開路雙向I/O 口，每腳可吸收8TTL門電流。當 P1 口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器， 它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向I/O 口，P1 口緩沖器能 接收輸出4TTL門電流。P1 口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口 被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH編程和 校驗時，P1 口作為第八

13、位地址接收。P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸 出4個TTL門電流，當P2 口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸 入。并因此作為輸入時，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉 的緣故。P2 口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地 址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在FLASH編 程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3 口： P3 口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O 口

14、，可接收輸出4個TTL門電流。當P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入， 由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3 口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳備選功能P3.0 RXD （串行輸入口）P3.1 TXD （串行輸出口）P3.2 /INTO （外部中斷0）P3.3 /INT1 （外部中斷1）P3.4 TO （記時器0外部輸入）P3.5 T1 （記時器1外部輸入）P3.6 /WR （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：

15、復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時 間。PSEN :外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器 周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。XTAL1 :反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2 :來自反向振蕩器的輸出。3.2.2單片機的振蕩電路與復(fù)位電路1. 振蕩電路采用內(nèi)部時鐘方式時，如圖所示。片內(nèi)的高增益反相放大器通過XTAL1、XTAL2外接作為反饋元件的片外晶體振蕩器（呈感性）與電容組成的并聯(lián)諧振回路圖3-2振蕩電路構(gòu)成一個自激振蕩器，向內(nèi)部時鐘電路提供振 蕩時鐘。振蕩器的頻

16、率主要取決于晶體的振蕩 頻率，一般晶體可在1.212MHz之間任選， 電容C1、C2可在530pF之間選擇，電容的 大小對振蕩頻率有微小的影響，可起頻率微調(diào) 作用。本電路選用的是內(nèi)部振蕩器方式，。選用 內(nèi)部振蕩器比選用外部時鐘電路簡單并且易于 實現(xiàn)。最重要的是此電路易于調(diào)試，而且精度高2. 復(fù)位電路復(fù)位電路可分為上電復(fù)位和外部復(fù)位兩種方式。通過某種方式，使單片機內(nèi)各寄存器的值變?yōu)槌跏紶顟B(tài)的操作稱為復(fù)位。MCS52單片機在時鐘電路工作以后，在 RST/VPD端持續(xù)給出2個機器周期的高電平 就可以完成復(fù)位操作（一般復(fù)位正脈沖寬度大于 10ms ）。復(fù)位分為上電復(fù)位和外部 復(fù)位兩種方式。VccRST

17、ApdRVss單片機RL f單片機f-RST/VpclRVssVcc圖3-3 復(fù)位電路（a）上電復(fù)位電路（b）上電/外部復(fù)位電路上電復(fù)位是在單片機接通電源時，對單片機的復(fù)位。上電復(fù)位電路如圖（a）所示。在上電瞬間RST/VPD端與VCC電位相同，隨著電容上電壓的逐漸上升，RST/VPD 端電位逐漸下降。上電復(fù)位所需的最短時間是振蕩器振蕩建立時間加2個機器周期。復(fù)位電路的阻容參數(shù)通常由實驗調(diào)整。圖（a）參考電路中，電路參數(shù)C取22uF，R 取1Kq，可在RST/VPD端提供足夠的高電平脈沖，使單片機能夠可靠地上電自動復(fù) 位。圖（b）為既可進行上電自動復(fù)位，也可外部手動復(fù)位的電路示意圖，R1可取2

18、00q左右。當需要外部復(fù)位時，按下復(fù)位按鈕即可達到復(fù)位目的。本文采用的是上電/外部復(fù)位電路，如圖（b）所示。上電/外部復(fù)位電路比上電 復(fù)位電路在應(yīng)用上更加直觀、方便、易于實現(xiàn)及切換。振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。3.3數(shù)碼管介紹30?87 6nfGND atafbegcVdGND cDPIiL2345LED圖3-4七段數(shù)碼管引腳圖數(shù)碼管按段

19、數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一 個發(fā)光二極管單元(多一個小數(shù)點顯示)數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"按能顯示多少個“ 8 ”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是 指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)

20、將公共極COM接到地線GND上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮。當某一字段的陽極為低電平時， 相應(yīng)字段就不亮。3.4驅(qū)動電路本設(shè)計中采用兩個PNP三極管對電流進行放大，進而來驅(qū)動兩位八段數(shù)碼管AT89C52P2.7P2.8+5V圖3-5驅(qū)動電路4、軟硬件聯(lián)調(diào)及調(diào)試結(jié)果4.1軟硬件調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決措施1、在一開始時，只是搞好了最小系統(tǒng)，可出現(xiàn)了有點時候連接到電腦上指示燈 亮，有的時候不亮，第一反應(yīng)就是哪里虛焊了，于是就一點一點對比，一點一點找， 可檢查了好多遍都沒檢查出虛焊。 去請教會的同學(xué)，說可能是電容有問題，建議更換 一下電容，于是就去找了一個同樣的電容換上， 再

21、次連接電腦，試了好多次果真是電 容的問題。2、設(shè)計焊接好之后就去調(diào)試，卻發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管顯示的太暗了，在黑暗的時候還可以勉強看清，可到了有光亮的地方就分辨不清了，而這些是在仿真圖上體現(xiàn)不出來的。 上網(wǎng)查了一下，最終總結(jié)出是驅(qū)動電流太小了，要加一個放大電路?？蓞⒖紩系姆?大電路大多是非門控制，可元器件都是在網(wǎng)上買好了，而且時間也不允許，怎么辦呢？ 和同學(xué)想了想，突然想起以前學(xué)習(xí)模擬電子時學(xué)習(xí)過的PNP三極管也是具有放大電流的作用，而且我們領(lǐng)的元器件里有三極管， 有些同學(xué)用不到三極管，可以借過來用 一下，于是就設(shè)計了一個放大電路重新焊接， 再次連接下載運行時就可以很清楚的看 清顯示的結(jié)果。3、在運行時

22、發(fā)現(xiàn)我的秒表走的有點慢，五秒過去了只顯示到四，那就是程序的 問題了，再反過來檢查程序，再經(jīng)過一番計算，修改了一些延時參數(shù)，最終可以準確 的以秒運行。4.2 實物圖J: J» “* z *當川-fc'jr/w1* E I Av-PFJJf斫詁, w ,i V &£<"詡紂 s4tfM G"- *44«>*4 *電«|24"*4 *JI 童i><b44 *!>丄Jt4 4J41l 伸dd.lla* 二；2x4 IKn-H 1# 5:亠 se h Hf*. egf: ¥* “

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26、t;#>制 4 出>5、結(jié)束語課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識，發(fā)現(xiàn)，提出，分析和解決實際問題，鍛 煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程.隨著科學(xué)技術(shù) 發(fā)展的日新日異，單片機已經(jīng)成為當今計算機應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域，在生活中可以說得是無處不在。因此作為二十一世紀的大學(xué)生來說掌握單片機的開發(fā)技術(shù)是十分 重要的?；仡櫰鸫舜螁纹瑱C課程設(shè)計，我仍感慨頗多，的確，從理論到實踐，可以說是苦 多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識， 而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與 實際相結(jié)合是很重要的，只有理

27、論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐 相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能 力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一 次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處， 對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻， 掌握得不夠牢固，比如說不懂一些元器件的使 用方法，對單片機C語言掌握得不好通過這次課程設(shè)計后，一定把以前所學(xué)過的 知識重新溫故。這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多編程和硬件設(shè)計問題， 最后 在張?zhí)m紅老師的辛勤指導(dǎo)下，終于迎刃而解。同時，在張青青、葉相如那里我學(xué)得到 很多實用

28、的知識，在次我表示感謝！同時，對給過我?guī)椭乃型瑢W(xué)和各位指導(dǎo)老師 再次表示忠心的感謝！參考文獻1 穆蘭，單片微型計算機原理與接口技術(shù)M.北京機械工業(yè)出版社2 張毅剛，等.MSC-51單片機應(yīng)用設(shè)計M.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社3 蔣智勇，等.單片微型計算機原理與應(yīng)用M.沈陽遼寧科技出版社4 何利民.單片機應(yīng)用文集（1）M.北京航空航天大學(xué)出版社 徐惠民、安德寧.單片微型計算機原理接口與應(yīng)用北京郵電大學(xué)出版社6向繼文，廖立新.基于AT89S51的電子鐘系統(tǒng)設(shè)計J.電子工業(yè)出版附錄附錄1:基于單片機的秒表設(shè)計原理圖1.j,¥4rEM 覺心 肚口Rj.Oj FO+.O 祠.口EPJia ju血

29、起£；：4JU：KJAJj戔nunR7A1<r)1H?ilF：mT itT fr4毋戰(zhàn)e：'5t應(yīng)fiiK* 1WT：y i'i'TT?i5P/tT4附錄2:基于單片機的秒表設(shè)計PCB圖MCO% - h-u h-UH©ai:- -*.n-3< * 卜Is*.匸 hhuhl m 91-FIM!. 上WT H-rfs-H* w* £ .-5-n* 20附錄 4：基于單片機的秒表設(shè)計 C 語言程序清單#include<reg51.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit kaishi=P1A0;sbit zantin g=P1Al；sbit dp=P0A0;sbit w1=P2A6；sbit w2=P2A7；codeuchar temp1,temp2,temp3,aa,miaoshi,miaoge,fenshi,fenge,sh