基于89C51單片機(jī)的秒表課程設(shè)計(jì)

1、摘要隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的運(yùn)用也越來越廣泛，人對它的認(rèn)識也逐步加深。秒表計(jì)時(shí)器秒表計(jì)時(shí)器常常用于體育競賽及各種其他要求有較精確時(shí)間的各領(lǐng)域中。其中啟/停開關(guān)的使用方法與傳統(tǒng)的機(jī)械計(jì)時(shí)器相同，即按一下啟/停開關(guān)，啟動(dòng)計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，再按一下啟/停開關(guān)計(jì)時(shí)終止。而復(fù)位開關(guān)可以在任何情況下使用，即使在計(jì)時(shí)過程中，只要按一下復(fù)位開關(guān)，計(jì)時(shí)應(yīng)立即終止，并對計(jì)時(shí)器清零。本設(shè)計(jì)就是利用所學(xué)到的電子元器件將脈沖源用數(shù)碼管顯示出來，以制承諾簡易的秒表。以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)一個(gè)秒表，具有計(jì)時(shí)功能，按鍵有啟動(dòng)計(jì)時(shí)、數(shù)據(jù)清零、停止、時(shí)間顯示。采用3個(gè)led數(shù)碼管顯示時(shí)間，計(jì)時(shí)范圍設(shè)置為099.9秒，

2、即精確到0.1秒，用按鍵控制秒表的“開始”、“暫停”、“復(fù)位”，按“開始”按鍵，開始計(jì)時(shí)；按“暫?！卑存I，系統(tǒng)暫停計(jì)時(shí)；再按“開始”鍵，系統(tǒng)繼續(xù)計(jì)時(shí)；數(shù)碼管顯示當(dāng)前計(jì)時(shí)值；按“復(fù)位”按鍵，系統(tǒng)清零。目 錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)3二、設(shè)計(jì)題目3三、功能分析3四、總體設(shè)計(jì)34.1硬件設(shè)計(jì)44.1.189c51單片機(jī)44.1.2晶體振蕩電路54.1.3復(fù)位電路64.1.4按鍵電路74.1.5顯示電路94.2引腳控制10五、電路原理圖10六、程序流程圖及程序設(shè)計(jì)116.1程序流程圖116.2程序設(shè)計(jì)12七、程序仿真23八、心得體會24九、致謝25十、參考文獻(xiàn)26一、設(shè)計(jì)任務(wù)以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)一個(gè)秒表，具有計(jì)時(shí)

3、功能，按鍵有啟動(dòng)計(jì)時(shí)、數(shù)據(jù)清零、停止、時(shí)間顯示。二、設(shè)計(jì)題目秒表的設(shè)計(jì)三、功能分析采用3個(gè)led數(shù)碼管顯示時(shí)間，計(jì)時(shí)范圍設(shè)置為099.9秒，即精確到0.1秒，用按鍵控制秒表的“開始”、“暫停”、“復(fù)位”，按“開始”按鍵，開始計(jì)時(shí)；按“暫?！卑存I，系統(tǒng)暫停計(jì)時(shí)；再按“開始”鍵，系統(tǒng)繼續(xù)計(jì)時(shí)；數(shù)碼管顯示當(dāng)前計(jì)時(shí)值；按“復(fù)位”按鍵，系統(tǒng)清零。四、總體設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)利用單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)和計(jì)數(shù)的原理，通過采用proteus仿真軟件來模擬實(shí)現(xiàn)。模擬at89c51單片機(jī)、led數(shù)碼管以及控件來控制秒表的計(jì)數(shù)以及計(jì)時(shí)的開啟、暫停、繼續(xù)、與復(fù)位。其中有三個(gè)數(shù)碼管來顯示數(shù)據(jù)，兩個(gè)數(shù)碼管顯示秒（兩位），另一個(gè)

4、數(shù)碼管顯示十分之一秒，十分之一秒的數(shù)碼管計(jì)數(shù)從09，滿十進(jìn)一后顯示秒得數(shù)碼管的個(gè)位加一，并且十分之一秒顯示清零重新從零計(jì)數(shù)。同理當(dāng)個(gè)位滿十進(jìn)一后個(gè)位也清零重新計(jì)數(shù) ，當(dāng)計(jì)時(shí)超過范圍（即超過99.9秒）后，所有數(shù)碼管全部清零從新計(jì)數(shù)4.1硬件設(shè)計(jì) 4.1.189c51單片機(jī)mcs-51系列單片機(jī)是8位單片機(jī)產(chǎn)品，89c51是其中的典型代表，基本模塊包括以下幾個(gè)部分：（1） cpu：89c51的cpu是8位的，另外89c51內(nèi)部有1個(gè)位處理器（2） r0m:4kb的片內(nèi)程序存儲器，存放開發(fā)調(diào)試完成的應(yīng)用程序（3） ram:256b的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器，容量小，但作用大（4） i/o口：p0-p3，共4

5、個(gè)口32條雙向且可位尋址的i/o口線（5） 中斷系統(tǒng)：共5個(gè)中斷源，3個(gè)內(nèi)部中斷，2個(gè)外部中斷（6） 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：2個(gè)16位的可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（7） 通用串行口：全雙工通用異步接收器/發(fā)送器（8） 振蕩器：89c51的外接晶振與內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器為cpu提供時(shí)鐘信號（9） 總線控制：89c51對外提供若干控制總線，便于系統(tǒng)擴(kuò)展 89c51單片機(jī)引腳如下圖: 4.1.2晶體振蕩電路89c51單片機(jī)內(nèi)部的振蕩電路是一個(gè)高增益反相放大器，引線xtal1和xtal2分別為反相振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入和來自反相振蕩器的輸出，該反相放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。這里選用51單片機(jī)12mh

6、z的內(nèi)部振蕩方式，電路如下：c2、c3起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用。晶振電路4.1.3復(fù)位電路采用上電復(fù)位，上電后，由于電容充電，使rst持續(xù)一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位操作。這不僅能使單片機(jī)復(fù)位，還能是單片機(jī)的外圍設(shè)備同時(shí)復(fù)位，當(dāng)程序出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，可以隨時(shí)使電路復(fù)位。電路圖如下： 復(fù)位電路4.1.4按鍵電路當(dāng)按鍵被按下時(shí)，相應(yīng)的引腳被拉低，經(jīng)掃描后，獲得鍵值，并執(zhí)行鍵功能程序，因此按下不同的按鍵，將執(zhí)行不同的功能程序。電路圖如下：按鍵電路4.1.5顯示電路采用個(gè)led數(shù)碼管，led是七段顯示器，內(nèi)部有7個(gè)條形發(fā)光二極管和1個(gè)小圓點(diǎn)發(fā)光二極管，根據(jù)各管的亮暗組成字符。在用數(shù)碼管顯示時(shí)，有

7、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種選擇，這里采用led動(dòng)態(tài)顯示，用p0、p1、 p2口驅(qū)動(dòng)顯示，由于p0口沒有上拉電阻，因此p0口需要外接上拉電阻才能輸出高電平，這里使用8個(gè)4.7k的電阻作為上拉電阻。電路圖如下：顯示電路4.2引腳控制p0.0p0.7、 p2.0p2.7、 p1.0p1.7對應(yīng)三個(gè)數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g段和小數(shù)點(diǎn)位；p0控制數(shù)碼管十位的顯示，p2控制數(shù)碼管個(gè)位的現(xiàn)實(shí)，p1控制小數(shù)點(diǎn)后一問的顯示，p3.2、p3.3、p3.4分別接。五、電路原理圖用proteus軟件畫出主電路圖如下：六、程序流程圖及程序設(shè)計(jì)6.1程序流程圖6.2程序設(shè)計(jì)程序的各個(gè)組成模塊及工作流程描述：(1)秒表的初始

8、化根據(jù)程序流程圖，先進(jìn)行秒表的初始化，即：將i/o口p3全寫一，為秒表的控制輸入做好準(zhǔn)備；將數(shù)碼管全部置零，使其處于秒表計(jì)時(shí)的初始狀態(tài)；將工作寄存器r0r2以及30h初始化，留待后面的計(jì)時(shí)程序備用；將定時(shí)器0置于工作方式1，并為其裝入計(jì)時(shí)預(yù)置數(shù)d8fe（因?yàn)槌绦蜻\(yùn)行過程中占用的時(shí)間會導(dǎo)致一定誤差，此為經(jīng)實(shí)物測試之后的修正值），即將定時(shí)器定為每10ms溢出；開總中斷允許和定時(shí)器0中斷允許。初始化完成后，即進(jìn)入之后的按鍵掃描程序。(2)按鍵檢測程序輪流檢測開始計(jì)時(shí)（p3.2）、暫停計(jì)時(shí)（p3.3）、秒表清零(p3.4)三個(gè)按鍵。若發(fā)現(xiàn)有一個(gè)按鍵出現(xiàn)低電平（可能被按下），則延時(shí)10ms（調(diào)用延時(shí)子程

9、序delay），延時(shí)完成后，若發(fā)現(xiàn)低電平消失，則說明該按鍵實(shí)際上未被按下，此時(shí)轉(zhuǎn)回按鍵檢測處繼續(xù)檢測；若發(fā)現(xiàn)仍然是低電平，則說明此鍵確實(shí)被按下了，此時(shí)就跳轉(zhuǎn)至相應(yīng)的程序標(biāo)號處，執(zhí)行相應(yīng)的功能。(3)開始計(jì)時(shí)若確認(rèn)“開始計(jì)時(shí)”鍵被按下，則跳轉(zhuǎn)至程序標(biāo)號“run”處，將定時(shí)器0計(jì)時(shí)允許控制位tr0置位，則定時(shí)器開始運(yùn)行。此動(dòng)作完成后，返回按鍵檢測程序，等待操作者的下一次指令。(4)計(jì)時(shí)程序定時(shí)器0計(jì)時(shí)至10ms，溢出，引發(fā)中斷，程序跳轉(zhuǎn)至定時(shí)器0中斷服務(wù)程序入口000bh處執(zhí)行。程序跳轉(zhuǎn)至中斷服務(wù)程序time0。由于秒表的最小計(jì)時(shí)單位是0.1s，即100ms，因此需加入軟件計(jì)時(shí)，使定時(shí)器0溢出10

10、次之后才改變數(shù)碼管的顯示狀態(tài)。因此每來一次中斷就將30h中的數(shù)加1，若30h中的數(shù)沒有到10，則給定時(shí)器0重新裝入預(yù)置數(shù)，之后中斷返回并繼續(xù)等待中斷；到10了，才進(jìn)入顯示程序，改變數(shù)碼管的顯示狀態(tài)，執(zhí)行完畢之后中斷返回并繼續(xù)等待中斷。(5)顯示程序?qū)?shù)碼管的段選碼放在數(shù)表tab中。每次100ms計(jì)時(shí)完成后，將r0中的值（初值為0）送入a，然后自加1。.若r0中的值沒到10，則使用累加器a查表，并將查得的數(shù)碼管段選碼送入毫秒位數(shù)碼管。之后將30h中的數(shù)置零，中斷返回。若發(fā)現(xiàn)r0中的數(shù)到10了，則將r0置零，并轉(zhuǎn)入秒位進(jìn)位子程序second，向秒位進(jìn)位，之后，繼續(xù)照常向毫秒位送數(shù)。在秒位進(jìn)位子程序

11、second中，由于要用到累加器a，因此先將其推入堆棧保護(hù)。將r1中的值（初值為10）送入a，然后自加1。.若r1中的值沒到20，則使用累加器a查表，并將查得的數(shù)碼管段選碼送入秒位數(shù)碼管。若發(fā)現(xiàn)r1中的數(shù)到20了，則將r1重置為10，并轉(zhuǎn)入十秒位進(jìn)位子程序second1，向十秒位進(jìn)位，之后，繼續(xù)照常向秒位送數(shù)。完成后，彈出acc和psw，子程序返回。十秒位進(jìn)位子程序與秒位進(jìn)位子程序相似，只是沒有向下一位進(jìn)位的功能。(6)暫停計(jì)時(shí)若確認(rèn)“暫停計(jì)時(shí)”鍵被按下，則跳轉(zhuǎn)至程序標(biāo)號“pause”處，將定時(shí)器0計(jì)時(shí)允許控制位tr0置零，則定時(shí)器暫停運(yùn)行。此動(dòng)作完成后，返回按鍵檢測程序，等待操作者的下一次指

12、令。(7)秒表清零若確認(rèn)“秒表清零”鍵被按下，則跳轉(zhuǎn)至程序標(biāo)號“stop”處，將tr0置零，關(guān)閉定時(shí)器0運(yùn)行。并且將數(shù)碼管、工作寄存器、定時(shí)器0預(yù)置數(shù)全部重置，使其處于秒表計(jì)時(shí)的初始狀態(tài)。此動(dòng)作完成后，返回按鍵檢測程序，等待操作者的下一次指令。(8)延時(shí)程序用于按鍵延時(shí)防抖，延時(shí)10ms。程序清單如下：org 0000h ;程序開始ajmp start ;跳轉(zhuǎn)到主程序start org 000bh ;定時(shí)器0中斷的地址入口ajmp time0 ;定時(shí)器0溢出，跳轉(zhuǎn)到中斷程序time0start: ;主程序mov p3,#0ffh ;輸入端口p3全寫1mov p0,#3fh ;mov p1,#3

13、fh ;mov p2,#0bfh ;數(shù)碼管初始化mov 30h,#00h ;mov r0,#00h ;mov r1,#0ah ;mov r2,#00h ;工作寄存器初始化mov tmod,#01h ;定時(shí)器0工作于方式1mov th0,#0d8h ;mov tl0,#0feh ;定時(shí)器0預(yù)置數(shù)(d8feh=55550d)setb ea ;開總中斷允許setb et0 ;開定時(shí)器0中斷允許read: ;讀鍵程序l1:jb p3.2,l2 ;lcall delay ;按鍵延時(shí)防抖jb p3.2,l1 ;ajmp run ;確認(rèn)計(jì)時(shí)鍵被按下，開始/繼續(xù)計(jì)時(shí)l2:jb p3.3,l3 ;lcall d

14、elay ;按鍵延時(shí)防抖jb p3.3,l2 ;ajmp pause ;確認(rèn)暫停鍵被按下，暫停計(jì)時(shí)l3:jb p3.4,l1 ;lcall delay ;按鍵延時(shí)防抖jb p3.4,l3 ;ajmp stop ;確認(rèn)清零鍵被按下，秒表重置run: ;計(jì)時(shí)鍵按下，跳轉(zhuǎn)至此setb tr0 ;定時(shí)器0開始/繼續(xù)運(yùn)行ajmp read ;pause: ;暫停鍵按下，跳轉(zhuǎn)至此clr tr0 ;ajmp read ; time0: ;定時(shí)器0溢出，中斷，跳轉(zhuǎn)至此inc 30h ;mov a,30h ;cjne a,#0ah,time1 ;30h單元中的值到10了嗎？(計(jì)時(shí)到10毫秒了嗎，也就是說，該向毫

15、秒位送數(shù)了嗎？)mov dptr,#tab ;30h中的值到10了，順序執(zhí)行mov a,r0 ;inc r0 ;cjne r0,#0ah,get ;r0中的值到10了嗎？(該向秒位進(jìn)位了嗎？)mov r0,#00h ;lcall second ;到了，r0清零，調(diào)用進(jìn)位子程序second，向秒位進(jìn)位get: ;沒到，跳過進(jìn)位子程序movc a,a+dptr ;mov p1,a ;查表并向數(shù)碼管毫秒位送數(shù)mov 30h,#00h ;重置30h單元time1: ;mov th0,#0d8h ;mov tl0,#0feh ;給定時(shí)器0重新預(yù)置數(shù)reti ;中斷返回second: ;秒位進(jìn)位子程序pu

16、sh acc ;push psw ;將acc和psw推入堆棧保護(hù)mov a,r1 ;inc r1 ;cjne r1,#14h,get1 ;r1中的值到20了嗎，也就是說，該向十秒位進(jìn)位了嗎？mov r1,#0ah ;lcall second1 ;到了。r1重置，調(diào)用進(jìn)位子程序second1，向十秒位進(jìn)位get1: ;沒到，跳過進(jìn)位子程序movc a,a+dptr ;mov p2,a ;查表并向數(shù)碼管秒位送數(shù)pop psw ;pop acc ;psw,acc出棧ret ;子程序返回second1: ;十秒位進(jìn)位子程序push acc ;push psw ;將acc和psw推入堆棧保護(hù)mov a,

17、r2 ;inc r2 ;cjne r2,#0ah,get2 ;r2中的值到10了嗎，也就是說，該將此位歸零了嗎？mov r2,#00h ;到了，r2清零get2: ;沒到，跳過清零程序movc a,a+dptr ;mov p0,a ;查表并向數(shù)碼管十秒位送數(shù)pop psw ;pop acc ;psw，acc出棧ret ;子程序返回stop: ;清零鍵按下，跳轉(zhuǎn)至此mov p3,#0ffh ;mov p0,#3fh ;mov p1,#3fh ;mov p2,#0bfh ;數(shù)碼管清零mov 30h,#00h ;mov r0,#00h ;mov r1,#0ah ;mov r2,#00h ;工作寄存器

18、初始化clr tr0 ;計(jì)時(shí)器0停止計(jì)時(shí)mov th0,#0d8h ;mov tl0,#0feh ;定時(shí)器0預(yù)置數(shù)ajmp read ;delay: ;延時(shí)10ms子程序mov r3,#50d ;d1:mov r4,#100d ;d2:djnz r4,d2 ;djnz r3,d1 ;ret ;子程序返回tab: db 06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,3fh,86h,0dbh,0cfh,0e6h,0edh,0fdh,87h,0ffh,0efh,0bfh ;數(shù)碼管段選碼數(shù)表end ;程序結(jié)束七、程序仿真 將以上程序清單導(dǎo)入先前做好的proteus仿真電路，匯

19、編之后，按鍵開始進(jìn)行仿真。 仿真結(jié)果如下：仿真結(jié)果描述：按“開始”鍵，秒表開始計(jì)時(shí)；按“暫?！辨I，秒表暫停計(jì)時(shí)；再按“開始”鍵，秒表繼續(xù)計(jì)時(shí)；按“清零”鍵，秒表清零。八、心得體會雖然秒表是一個(gè)非常簡單的功能，但要在單片機(jī)中使用匯編語言來實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，仍然花了我不少心思。首先是計(jì)時(shí)的問題，由于單片機(jī)計(jì)時(shí)器最大只能計(jì)時(shí)65.5ms，因此要實(shí)現(xiàn)毫秒位的變化，我采用了軟件計(jì)時(shí)的方法，單片機(jī)只需計(jì)時(shí)10ms，然后用軟件重復(fù)10次，即可達(dá)到計(jì)時(shí)100ms的目的。顯示方面，為了使編程簡單，我使用了靜態(tài)顯示。不過這使得占用i/o口線過多，而且連線復(fù)雜繁瑣，為實(shí)物的制作帶來了不便。在以后的學(xué)習(xí)和應(yīng)用中我會努力加

20、深動(dòng)態(tài)掃描顯示的理解，爭取熟練運(yùn)用。根據(jù)書本知識，我們一開始只給p0口加上了上拉電阻，但是實(shí)物做成后我們發(fā)現(xiàn)p1和p2口得輸出顯示非常暗，初步確定是驅(qū)動(dòng)能力不足的問題后，我們給二者也加上了上拉電阻，結(jié)果使得顯示正常了。由此我們了解到，實(shí)踐才是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，有時(shí)候書本上的知識需要經(jīng)過實(shí)踐的改進(jìn)，才能運(yùn)用到實(shí)際中。此次課程設(shè)計(jì)鞏固了我的基礎(chǔ)知識，提高了我的應(yīng)用水平，鍛煉了我的動(dòng)手能力，使我受益匪淺。然而，在吸取經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，我也吃了不少教訓(xùn)。在編程、仿真、焊接方面都走了不少彎路。但是，學(xué)則要有所收獲，經(jīng)過此次的鍛煉，我在很多方面都已經(jīng)有所提高，知識也掌握得更加扎實(shí)了。在今后的學(xué)習(xí)和實(shí)踐中，我將繼續(xù)努力鉆研，提高自己，爭取在學(xué)術(shù)和記憶上獲得更大的進(jìn)步。九、致謝本設(shè)計(jì)是在李芳老師的悉心指導(dǎo)下完成的，李老師淵博的知識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，一絲不茍的工作作風(fēng)，平易近人的性格都是我學(xué)習(xí)的楷模。在論文的研究及整理期間，李老師給了我很大的支持和鼓勵(lì)，才使得論文得以順利的完成，在此謹(jǐn)向?qū)煴硎局倚牡母兄x和崇高的敬意。 同時(shí)還要感謝同學(xué)們，他們也給了我很大的支持和幫助。十、參考文獻(xiàn)1)微控制器與接口技術(shù).虞滄.電子工業(yè)出版社.2012