單片機(jī)課設(shè)電子秒表的設(shè)計與實現(xiàn)

1、xxxxxx大學(xué)課程設(shè)計報告課程設(shè)計名稱：單片機(jī)系統(tǒng)綜合課程設(shè)計課程設(shè)計題目：電子秒表的設(shè)計與實現(xiàn)（系）：業(yè): 級: 號: 名:指導(dǎo)教師: 完成日期:xxxxxx大學(xué)課程設(shè)計報告目錄1.第1章總體設(shè)計方案18191.11.21.31.4課程設(shè)計的內(nèi)容和要求 課程設(shè)計原理 課程設(shè)計思路 實驗環(huán)境1.1.22.第2章詳細(xì)設(shè)計方案3.2.1硬件電路設(shè)計2.2主程序設(shè)計2.3模塊設(shè)計2.3.1系統(tǒng)初始化子模塊2.3.2定時器0中斷處理子模塊2.3.3定時器1中斷處理子模塊2.3.4外中斷0處理子模塊.2.3.5數(shù)碼管顯示子模塊 3.4.4.45678第3章結(jié)果測試及分析103.1結(jié)果測試.3.2結(jié)果分

2、析.參考文獻(xiàn)錄A（源程序）10101213錄B（電路原理圖）錄C（器件清單）.xxxxxx大學(xué)課程設(shè)計報告第1章總體設(shè)計方案2第1章總體設(shè)計方案1.1課程設(shè)計的內(nèi)容和要求(1)課程設(shè)計內(nèi)容:利用南京偉福公司的LAB6000通用微控制器仿真實驗系統(tǒng)，設(shè)計一個帶時間 顯示的電子秒表，具體內(nèi)容如下： 電子秒表的初始狀態(tài)為零，分別顯示分、秒、毫秒; 設(shè)計一個按鈕，按第一次開始計時，按第二次計時暫停，顯示當(dāng)前記錄的 時間，按第三次計時停止，回到初始態(tài); 有時間顯示的功能，當(dāng)不用電子秒表的功能時，顯示當(dāng)前的時間，分別為 時分秒形式。(2)課程設(shè)計要求: 獨(dú)立完成課程設(shè)計任務(wù); 通過老師現(xiàn)場驗收; 交出完整

3、的課程設(shè)計報告。根據(jù)題目要求，要完成電子秒表和時間顯示的功能，在本次設(shè)計中主要使用 了 8051微控制器以及74LS138、74LS245和數(shù)碼管等部分來完成時鐘以及秒表的模擬。采用8051作為核心控制芯片，使用8051的兩個定時器TO和T1分別作為時 鐘和秒表的計時，設(shè)計一個按鍵，使用8051的外中斷0或者外中斷1來完成功能8051的選擇，在秒表和時鐘顯示兩個狀態(tài)之間進(jìn)行切換。在對外顯示上，使用 的l/O(P0和P2的低三位)作為輸出，通過 74LS138的位選功能和74LS245的數(shù)據(jù)緩沖功能在數(shù)碼管上顯示出當(dāng)前時間或者秒表計時。1.3 課程設(shè)計思路（1）提出方案首先，在硬件設(shè)計上，在80

4、51最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)下，其P0 口作為8段數(shù)碼管的段碼輸出，接74LS245（具有數(shù)據(jù)緩沖和過流保護(hù)的功能），74LS245的輸出端接 數(shù)碼管的各段；P2 口的低三位作為數(shù)碼管的位選通信號，接 74LS138（具有位選 功能）的輸入端，其輸出端接8段數(shù)碼管的位選通端；另外設(shè)計一個按鍵，作為8051外中斷的輸入信號，使用該鍵完成選擇秒表或者時鐘顯示以及開始、暫停、停止的功能，該按鍵接8051的外中斷輸入引腳（P3.2或者P3.3）。在程序設(shè)計上，首先設(shè)計三個中斷處理函數(shù)，其中定時器0和定時器1中斷作為秒表和當(dāng)前時鐘的計時，外中斷 0完成秒表和當(dāng)前時間的切換，同時在秒表功能中實現(xiàn)開始、暫停、退出的功

5、能；其次，需要完成一個數(shù)碼管顯示功能的函 數(shù)；最后是系統(tǒng)初始化函數(shù)和主函數(shù)，其中初始化函數(shù)用于設(shè)置與中斷相關(guān)的寄 存器以及兩個定時器的初始值，在主函數(shù)中調(diào)用各個子功能函數(shù)，或者等待中斷 的發(fā)生再轉(zhuǎn)去處理中斷。（2）方案論證在主程序中首先進(jìn)行初始化（定時器賦初值，開啟中斷等操作），之后在死循 環(huán)里通過判斷一個全局變量（標(biāo)志位 flag）的值（0或者非0）來選擇顯示秒表還是當(dāng)前時間，該全局變量初始化為 0,即系統(tǒng)啟動時顯示當(dāng)前時間（系統(tǒng)啟動時只啟動一個定時器），外中斷來以后，在中斷處理函數(shù)中改變它的值，通過switch語句來選擇對標(biāo)志flag的操作以及開啟或者關(guān)閉定時器，在主程序中根據(jù)該值來 完成

6、相應(yīng)的操作，實現(xiàn)其對應(yīng)的功能。PC機(jī)。1.4實驗環(huán)境硬件環(huán)境：偉福Lab2000P系列單片機(jī)仿真實驗系統(tǒng),軟件環(huán)境：WAVE6000編譯環(huán)境xxxxxx大學(xué)課程設(shè)計報告第2章詳細(xì)設(shè)計方案第2章詳細(xì)設(shè)計方案2.1硬件電路設(shè)計根據(jù)題目要求，硬件電路需要三個模塊：單片機(jī)最小系統(tǒng)、數(shù)碼管顯示電路 和外中斷輸入電路。首先搭建一個單片機(jī)最小系統(tǒng)，時鐘電路采用外部時鐘方式，在XTAL1和XTAL2兩個引腳之間接一個6MHz （之后使用定時器需要按照該頻率進(jìn)行計算） 的晶振，之后兩端并聯(lián)接兩個無極性電容再接地構(gòu)成時鐘電路，為單片機(jī)提供時 鐘控制信號；復(fù)位電路采用按鍵電平復(fù)位方式，詳細(xì)電路見附錄，使得按下復(fù)位鍵

7、以后，實現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位；串行口的兩個引腳RXD和TXD通過MAX232接DB9，實現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)的通信，完成程序的下載和調(diào)試功能；此外單片機(jī)的VCC和VSS引腳分別接5V電源和地，為單片機(jī)提供電源。之后在最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，P0 口的8個引腳分別接74LS245的輸入端,74LS245的輸出端接兩個4位一體的8段數(shù)碼管的段碼輸入引腳，P0 口輸出數(shù)碼 管的段碼；P2 口的低三位接74LS138的輸入端，74LS138的輸出端接兩個4位一 體的8段數(shù)碼管的位選通端，P2 口低三位輸出數(shù)碼管的位選通信號。該部分完成 數(shù)碼管顯示功能。最后在P3.2（ INT0）引腳上接一個按鍵，該按鍵另一端接地。實

8、現(xiàn)外中斷的輸入。具體實驗箱連線圖如下:8051KEY/LED_ CSCS0P3 2圖2.1實驗箱連線圖2.2主程序設(shè)計在主程序中首先調(diào)用初始化函數(shù)， 對8051進(jìn)行初始化，之后進(jìn)入死循環(huán)，在 死循環(huán)里通過判斷一個全局變量（標(biāo)志位 flag）的值（0或者非0）來決定在數(shù)碼管上顯示當(dāng)前時間或者顯示秒表時間，然后調(diào)用顯示子函數(shù)在數(shù)碼管上顯示出時 間。具體流程圖如下所示:開始V圖2.2主程序流程圖2.3模塊設(shè)計本設(shè)計中總共設(shè)計了 5個子模塊：系統(tǒng)初始化子函數(shù)（Init ）、外中斷0處理函數(shù)（Into）、定時器0中斷處理函數(shù)（Timer。）、定時器1中斷處理函數(shù)（Timerl）、 數(shù)碼管顯示子函數(shù)（Pr

9、int）。2.3.1系統(tǒng)初始化子模塊系統(tǒng)初始化子函數(shù)首先初始化兩個定時器的各個寄存器，本次設(shè)計中定時器0 作為秒表的計時，定時器1作為當(dāng)前時間的計時。兩個定時器都設(shè)置為方式 1（ 16位定時器），定時器模式，所以TMOD=0X11。系統(tǒng)選用晶振為6MHz，所以系統(tǒng)機(jī)器周期是2uS。定時器0作為秒表計時，需要計時時間為 1mS,通過計算，可以得出T0的初值TH0=0XFE,TL0=0X0C。同理計算T1的初值，考慮到16位定時器的最大定時時間不能達(dá)到1S，所以在此取個整數(shù)值，使其定時0.1S,在之后的中斷函數(shù)中循環(huán)10就可以實現(xiàn)1S，最終計算得T1的初值TH1=0X3C，TL1=0XB0。之后設(shè)

10、置與中斷相關(guān)的寄存器，分別開啟定時器0,定時器1，INT0的中（ET0=1,ET1=1,EX0=1 ），再開總中斷（EA=1），設(shè)置外中斷0的觸發(fā)方式為下降 沿觸發(fā)（IT0=1），設(shè)置中斷優(yōu)先級寄存器（IP=0X0B）。系統(tǒng)啟動以后默認(rèn)顯示當(dāng)前時間，秒表在使用時再開啟，所以在初始化函數(shù) 中最后開啟定時器1（ TR1=1）。具體流程圖如下所示:圖2.31 廠"結(jié)束系統(tǒng)初始化流程圖2.3.2定時器0中斷處理子模塊定時器0作為秒表的計時，當(dāng)定時器計數(shù)滿而產(chǎn)生溢出時就會觸置位其對應(yīng)的中斷標(biāo)志位（TF0）從而觸發(fā)中斷，之后轉(zhuǎn)入中斷處理函數(shù)，在定時器0中斷處理函數(shù)中首先重新給定時器賦初值 （TH

11、0=0XFE，TL0=0X0C ），同時毫秒（mSec）加1,之后判斷毫秒是否滿1000,如果滿1000,毫秒置0, 理通過判斷對秒（Sec0）和分（Min0）加1或者置0操作。同時秒（Sec0）加1,同這些完成以后就返回主函數(shù)。N圖2.4定時器0中斷流程圖具體流程圖如下:2.3.3定時器1中斷處理子模塊定時器1作為當(dāng)前時間的計時，當(dāng)其計數(shù)滿而溢出觸發(fā)中斷，進(jìn)入中斷處理函 數(shù),定時器1處理函數(shù)中首先給定時器1重新賦值（T1=0X3C0B），同時計數(shù)器count 加1,之后判斷計數(shù)器是否滿10 （即是否計時到1秒）,如果滿10, count置0,同時秒加1（Sec+）。同理通過判斷對分（Min

12、）和時（Hour）加1或者置0操作。這些完成以后就返回主函數(shù)。具體流程圖如下:N結(jié)束圖2.5定時器1中斷流程圖2.3.4外中斷0處理子模塊外中斷0作為秒表和當(dāng)前時間切換的處理，同時在秒表功能時，實現(xiàn)開始計時、暫停、退出的功能。當(dāng)外接按鍵按下時在INTO引腳產(chǎn)生一個負(fù)跳沿，從而觸 發(fā)外中斷，進(jìn)入中斷處理函數(shù)。在外中斷處理函數(shù)中首先判斷全局變量（標(biāo)志位 flag）的值，根據(jù)該值的不同進(jìn)行不同的處理。當(dāng) flag=0時，開始秒表功能，首先 各個值（毫秒、秒、分）全部初始化為 0,之后啟動定時器0 （秒表開始計時）， 最后標(biāo)志位加1 （flag+），使得返回主函數(shù)以后因為該標(biāo)志非 0,開始顯示秒表的時

13、間；當(dāng)flag=1時，秒表暫停，關(guān)閉定時器0，最后標(biāo)志位加1 （flag+），使得返 回主函數(shù)以后該標(biāo)志非0,并且定時器0已關(guān)閉，實現(xiàn)秒表暫停的功能，數(shù)碼管顯示秒表計時的時間；當(dāng) flag=2時，退出秒表，重新回到當(dāng)前時間，標(biāo)志位清0（flag=0），使得返回主函數(shù)以后因為該標(biāo)志非0,又回到顯示當(dāng)前時間。具體流程圖如下:f結(jié)束J圖2.5外中斷0流程圖235數(shù)碼管顯示子模塊數(shù)碼管作為對外顯示的部分。在該函數(shù)中，首先由調(diào)用它的程序傳遞兩個參 數(shù)（位碼和段碼），然后根據(jù)這兩個參數(shù)向P2 口送位選信號，選中將要顯示的那 個數(shù)碼管，之后向P0 口送段碼，因為本設(shè)計中只需要顯示數(shù)字，所以段碼就是09所對應(yīng)

14、的8段碼（定義為無符號字符型數(shù)組）。最后調(diào)用Delay函數(shù)，延時一 下就可以完成數(shù)碼管的顯示功能。具體流程圖如下:9T延時DelayO圖2.6數(shù)碼管顯示流程圖xxxxxx大學(xué)課程設(shè)計報告第3章結(jié)果測試及分析第3章結(jié)果測試及分析3.1結(jié)果測試首先測試數(shù)碼管顯示模塊，因為之后的調(diào)試都需要數(shù)碼管的顯示功能。測試 過程中首先進(jìn)行靜態(tài)顯示測試，根據(jù)實際的硬件電路分別向數(shù)碼管送位碼和段碼, 看顯示結(jié)果是否正確，然后加上延時函數(shù)，進(jìn)行動態(tài)顯示測試，使在視覺效果下 看到6個數(shù)碼管同時點亮，并且正確顯示需要顯示的數(shù)字，通過調(diào)整延時函數(shù)的 時間，消除閃爍。第二步測試當(dāng)前時間（定時器 T1），系統(tǒng)初始化時已經(jīng)啟動定

15、時器1和其對 應(yīng)的中斷，之后不再改變其狀態(tài)，因為要求在運(yùn)行過程中當(dāng)前時間不能停止。該部分主要測試定時器溢出后能否進(jìn)入中斷，并且在中斷函數(shù)中對T1進(jìn)行重新賦初值，和對變量（時Hour、分Min、秒Sec）的操作。第三步測試秒表計時（定時器 TO），該部分同時用到外中斷 O,因為需要用外中斷O來控制秒表的開始、暫停、退出，對應(yīng)于在外中斷O中啟動或者停止定時器TO。系統(tǒng)初始化時開啟外中斷0和定時器TO的中斷，但是不啟動TO。測試 在按下鍵以后，能否進(jìn)入外中斷，如果不能進(jìn)入，需要查看硬件電路是否正確。進(jìn)入外中斷以后啟動或者關(guān)閉定時器 TO，假如啟動定時器，之后在定時器溢出以后能否進(jìn)入TO中斷，同時完成

16、重新賦初值和對變量（毫秒msec、秒SecO分MinO）的操作。最后將各個模塊組織起來，總體測試，該部分主要測試在多個中斷都開啟的 情況下，能否進(jìn)入各自中斷，各中斷的處理是否相互影響，主要表現(xiàn)在當(dāng)前中斷 處理過程中又來其他中斷，此時因為處理不及時就會產(chǎn)生延時，定時就會比實際 變慢。這種情況一方面需要設(shè)置中斷優(yōu)先級，另一方面中斷處理函數(shù)應(yīng)盡量短， 指令少，可以減少時間誤差。3.2結(jié)果分析在數(shù)碼管的動態(tài)顯示過程中，如果延時太短就會產(chǎn)生閃爍，如果延時太長,各數(shù)碼管不能同時顯示，給人的視覺效果是各個數(shù)碼管交替顯示，最終延時函數(shù) 選取一個合適的時間間隔，使人看到的顯示效果恰到好處。其他各個模塊單獨(dú)測試都

17、能達(dá)到預(yù)期效果，在整體測試過程中，經(jīng)過中斷優(yōu) 先級的調(diào)整和對中斷處理函數(shù)的精簡減少了一定的時間誤差。系統(tǒng)初始化以后， 進(jìn)入當(dāng)前系統(tǒng)時間的顯示；如果有外中斷來，開始秒表的計時，啟動定時器 0, 數(shù)碼管切換到顯示秒表時間；之后再按鍵，關(guān)閉定時器 0，實現(xiàn)暫停，顯示定時時間；再按一次鍵，將標(biāo)志位清 0,退出秒表，返回顯示當(dāng)前系統(tǒng)時間。在秒表功能時，定時器1 （系統(tǒng)時間）正常工作，使得在秒表計時過程中，系統(tǒng)時間不 會受到影響。11xxxxxx大學(xué)課程設(shè)計報告附錄參考文獻(xiàn)123張毅剛、劉杰.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.2004高玉芹.單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51編程技術(shù)M.北京:機(jī)械工

18、業(yè)出版社.2011胡學(xué)海.單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計實例教程M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2011ET1=1;134謝維成、楊加國.單片機(jī)原理、接口及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計M.北京:電子工業(yè)出版社.2011侯繼紅.單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計與制作M.北京:電子工業(yè)出版社.20116咼鋒.7胡漢才.單片微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)M.北京:科學(xué)出版社.2007單片機(jī)原理及其接口技術(shù)M.北京:清華大學(xué)出版社.2004附 錄A（源程序）#in cludevreg51.h> #defi ne uchar un sig ned char #defi ne uint un sig ned int xdata un sig ned ch

19、ar OUTBIT _at_ 0X8002;xdata un sig ned char OUTSEG _at_ 0X8004;uchar tabseg戶0X3F,0X06,0X5B,0X4F,0X66,0X6D,0X7D,0X07,0X7F,0X6F;/定義段碼uchar tabbit=1,2,4,8,16,32;/ 選位uchar Hour=23,Mi n=59,Sec=45,Mi n0=0,Sec0=0,flag=0,j=0;ui nt mSec=0;/毫秒應(yīng)定義為無符號整型/*延時了函*void delay()uint k;for(k=0;k<125;k+);/*初始化子函數(shù) *v

20、oid System _ln it(void)TMOD=0X11;TH0=0XFE;/定時器0作為毫秒計時TL0=0X0C;TH1=0X3C;/定時器1作為秒計時TL1=0XB0;EA=1;/中斷控制寄存器IEET0=1;xxxxxx大學(xué)課程設(shè)計報告附錄EX0=1；IT0=1;/外中斷0設(shè)置為負(fù)跳變觸發(fā)IP=0X0B;TR1=1;/啟動定時器1/* 夕卜中 0 了函*void In t0(void) in terr upt 0 switch(flag) case 0:mSec=0;Sec0=0;Min 0=0;TR0=1;/啟動定時器0 flag+; /開始顯示定時時間 break;case

21、1:TR0=0; /停止定時器0 flag+;break;case 2:flag=0;/返回顯示當(dāng)前時間/*break;定時器 1 中斷服務(wù)子函數(shù) * void Timerl(void) in terru pt 3TH1=0X3C;TL1=0XB0;if(j=10) j=0；Sec+;if(Sec=60)Sec=0;Mi n+;if(Mi n=60)Mi n=0;Hour+;if(Hour=24)Hour=0;*定時器 0 中斷服務(wù)子函*void Timer0(void) in terru pt 1TH0=0XFE;TL0=0X0C;mSec+;if(mSec=1000)mSec=0;15xx

22、xxxx大學(xué)課程設(shè)計報告附錄SecO+； if(Sec0=60)SecO=O;Mi nO+;/* 碼管顯示子函*void Prin t(i nt a,i nt b)OUTBIT=tabbita;OUTSEG=tabsegb;delayO;/*主函* void main (void)System _ln it();while(1) if(!flag)Prin t(0,Sec%10);Prin t(1,Sec/10);Prin t(2,Mi n%10);Prin t(3,Mi n/10);Prin t(4,Hour%10);Prin t(5,Hour/10);elsePrin t(0,mSec%1

23、0);Prin t(1,mSec/10%10);Prin t(2,mSec/100);Prin t(3,Sec0%10);Prin t(4,Sec0/10);Prin t(5,Mi n0%10);17xxxxxx大學(xué)課程設(shè)計報告附錄20錄B（電路原理圖）収CCn119X2X1EA/VP8051)4?1URESETC130J丁 30p _ 30pF-r¥耳畀 一21K*81 2 3 4 5 6 rr4 VCCD7 D6D5D3D：D1D0wfRD19VCC20-,A4 SizCBLinGe.DdBty : ofDrWhNuiJul-2012VCCC1 +1uFC7psalE/PdxdP2-p2fP25P2.P2/P22»21320 POROPOJPOQOPO