51單片機(jī)c語言的秒表設(shè)計(jì)

1、 學(xué)號：1108421065課程設(shè)計(jì)報告 基于AT89C51單片機(jī)的秒表設(shè)計(jì) 院 系 電子信息工程學(xué)院 專 業(yè) 電子信息工程 班 級 1 姓 名 張遠(yuǎn)遠(yuǎn) 摘 要 本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)一個單片機(jī)控制的多功能秒表系統(tǒng)。 近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時帶動著傳統(tǒng)控制檢測日新月異的更新。在實(shí)時檢測和自動控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個核心部件來使用，僅單片機(jī)方面的知識是不夠的，還要根據(jù)具體的硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體的應(yīng)用對象的軟件結(jié)合，加以完善。秒表的出現(xiàn)，解決了傳統(tǒng)的由于人為因素造成的誤差和不公平性。 本設(shè)計(jì)的秒表系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)為中心器件，利用其定時器

2、/計(jì)數(shù)器定時和記數(shù)的原理，結(jié)合顯示電路、電源電路、LED數(shù)碼管以及按鍵電路來設(shè)計(jì)計(jì)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)行計(jì)數(shù)，并且結(jié)合相應(yīng)的顯示驅(qū)動程序，使數(shù)碼管能夠正確地顯示時間，暫停和中斷。可謂功能強(qiáng)大。其中軟件系統(tǒng)采用c語言編寫程序，包括顯示程序，計(jì)數(shù)程序，中斷，延時程序，按鍵消抖程序等，硬件系統(tǒng)利用PROTEUS強(qiáng)大的功能來實(shí)現(xiàn)，簡單且易于觀察，在仿真中就可以觀察到實(shí)際的工作狀態(tài)。 關(guān)鍵字：單片機(jī) 秒表 目 錄摘 要I目 錄II引 言III1.課程設(shè)計(jì)目的12.課程設(shè)計(jì)題目描述和要求13.課程設(shè)計(jì)報告內(nèi)容13.1設(shè)計(jì)思路（方案）13.2系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計(jì)（方案論證、

3、設(shè)計(jì)、調(diào)試）13.2.1系統(tǒng)總體方案13.2.2硬件電路設(shè)計(jì)2 3.3 軟件設(shè)計(jì)53.3.1軟件設(shè)計(jì)概述53.3.2程序流程圖53.3.3子程序模塊設(shè)計(jì)64.Protues軟件仿真75.秒表c語言程序86.焊接實(shí)物圖107.總結(jié)（設(shè)計(jì)后的體會和建議）108.參考文獻(xiàn)：11 引 言 中國使用單片機(jī)的歷史只有短短的30年，在初始的短短五年時間里發(fā)展極為迅速?？v觀我們現(xiàn)在生活的各個領(lǐng)域，從導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，到飛機(jī)上各種儀表的控制，從計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，到工業(yè)自動化過程的實(shí)時控制和數(shù)據(jù) 處理，以及我們生活中廣泛使用的各種智能IC卡、電子寵物等，這些都離不開單片機(jī)。以前沒有單片機(jī)時，這些東西也能做

4、，但是只能使用復(fù)雜的模擬電路，然而這樣做出來的產(chǎn)品不僅體積大，而且成本高，并且由于長期使用，元器件不斷老化，控制的精度自然也會達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。在單片機(jī)產(chǎn)生后，我們就將控制這些東西變?yōu)橹悄芑?，我們只需要在單片機(jī)外圍接一點(diǎn)簡單的接口電路，核心部分只是由人為的寫入程序來完成。這樣產(chǎn)品的體積變小了，成本也降低了，長期使用也不會擔(dān)心精度達(dá)不到了。所以，它的魔力不僅是在現(xiàn)在，在將來將會有更多的人來接受它、使用它。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國的單片機(jī)年容量已達(dá)3億片，且每年以大約20%的速度增長，但相對于世界市場我國的占有率還不到1%。特別是沿海地區(qū)的玩具廠等生產(chǎn)產(chǎn)品多數(shù)用到單片機(jī)，并不斷地輻射向內(nèi)地。 所以，學(xué)習(xí)單片機(jī)在我

5、國是有著廣闊前景的。 1.課程設(shè)計(jì)目的1) 掌握LED數(shù)碼管原理及使用方法。2) 掌握定時器、外部中斷的設(shè)置和編程原理。3) 通過此次課程設(shè)計(jì)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(yàn)。4) 該實(shí)驗(yàn)通過單片機(jī)的定時器/計(jì)數(shù)器定時和計(jì)數(shù)原理，設(shè)計(jì)簡單的計(jì)時器系統(tǒng)，擁有正確的計(jì)時、暫停、清零、復(fù)位功能，并同時可以用數(shù)碼管顯示。2.課程設(shè)計(jì)題目描述和要求 題目描述：基于單片機(jī)的秒表設(shè)計(jì)。要求：開始時，顯示“00”，第一次按下按鈕后開始從0-99s計(jì)時，顯示精度為1s；對用有4個功能按鍵第1個按鍵開始按鈕，第2個按鍵停止按鈕，第3個按鍵及時歸零按鈕，第4個按鈕復(fù)位按鈕。3.課程設(shè)計(jì)報告內(nèi)容了解A

6、T89C51芯片的的工作原理和工作方式 ，使用該芯片對LED數(shù)碼管 進(jìn)行顯示控制，實(shí)現(xiàn)用單片機(jī)的端口控制數(shù)碼管，顯示秒，并能用按鈕實(shí)現(xiàn)秒表起動、停止、清零功能，精確到1秒。要求選用定時器的工作方式，畫出使用單片機(jī)控制LED數(shù)碼管顯示的電路圖，并在實(shí)驗(yàn)箱實(shí)現(xiàn)其硬件電路，并編程完成軟件部分，最后調(diào)試秒表起動、停止、清零功能。3.1設(shè)計(jì)思路（方案）該實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行計(jì)時并在數(shù)碼管上顯示時間,用AT89C51單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，按設(shè)計(jì)要求本實(shí)驗(yàn)要采用四個按鍵，其中復(fù)位按鍵在電路中，不需要再用程序控制，在用protues仿真時用不到，其他三個按鍵可以用I/O端口來控制，寫上其對應(yīng)的程序，延時一秒鐘可以用中斷來控制

7、，計(jì)算好中斷次數(shù).寫程序時要加上防止按鍵抖動程序，選擇好數(shù)碼管的顯示方式，分為靜態(tài)和動態(tài)，想減少I/O口的使用就用動態(tài)，想編程簡單就是用靜態(tài)，3.2系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計(jì)（方案論證、設(shè)計(jì)、調(diào)試）3.2.1系統(tǒng)總體方案本系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)為中心器件，利用其定時器/計(jì)數(shù)器定時計(jì)數(shù)的原理，結(jié)合硬件電路如電源電路，晶振電路，復(fù)位電路和顯示電路，以及一些按鍵電路等來設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器，將軟硬件有機(jī)結(jié)合起來，其中軟件系統(tǒng)采用匯編語言編寫程序，包括顯示程序，計(jì)數(shù)程序，中斷，硬件系統(tǒng)利用Protues強(qiáng)大的功能來實(shí)現(xiàn)，簡單易于觀察，在仿真中就可以觀察到實(shí)際的工作狀態(tài)。單片機(jī)顯示電路外圍電路按鍵電路電源電路（

8、1）單片機(jī)的選擇 AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片

9、機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 主要特性：與MCS-51 兼容；4K字節(jié)可編程FLASH存儲器；壽命：1000寫/擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保留時間：10年；全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz；三級程序存儲器鎖定；128×8位內(nèi)部RAM；32可編程I/O線；兩個16位定時器/計(jì)數(shù)器；5個中斷源；可編程串行通道；低功耗的閑置和掉電模式；片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 （2） 管腳說明 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(dāng)P0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)/地址的低八位。在FIASH編程時，P0

10、 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時，P0輸出原碼，此時P0外部必須接上拉電阻。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(yàn)時，P1口作為低八位地址接收。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(dāng)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。 P3口：P3口管腳是8

11、個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)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。3.2.2硬件電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中，硬件電路主要有電源電路，晶振電路，復(fù)位電路，顯示電路以及一些按鍵電路，電路原理圖如下： 圖3-1 電路原理圖1）晶振電路這里，我們選用51單片機(jī)12MHZ的內(nèi)部振蕩方式，電路如下：電容器C1、C2起穩(wěn)定振蕩頻率，快速起振的作用，C1和C2可以在20-100PF之間取值，這里取20PF，接線時要使晶體振蕩器X1盡可能接近單片機(jī)。 圖3-2 晶振電路 2）復(fù)位電路 復(fù)位是單

12、片機(jī)的初始化操作，其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序，除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯或者操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵以重新啟動。單片機(jī)復(fù)位電路原理是在單片機(jī)的復(fù)位引腳RST上外接電阻和電容，實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。當(dāng)復(fù)位電平持續(xù)兩個機(jī)器周期以上時復(fù)位有效。復(fù)位電平的持續(xù)時間必須大于單片機(jī)的兩個機(jī)器周期。具體數(shù)值可以由RC電路計(jì)算出時間常數(shù)。若使用頻率為6MHz的晶振，則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)超過4us才能完成復(fù)位操作。復(fù)位操作有上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種方式。上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。按鍵電平復(fù)

13、位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與Vcc電源接通而實(shí)現(xiàn)的。在本設(shè)計(jì)中采用了按鍵電平復(fù)位方式，其復(fù)位電路如下圖所示： 圖3-3 復(fù)位電路2）按鍵部分電路接線在按鍵電路中，我們可以在I/O口上直接按鍵，或者通過I/O口設(shè)計(jì)一個鍵盤，然后通過鍵盤掃描程序判斷是否有按鍵按下等。此系統(tǒng)是一個小系統(tǒng)，有足夠的I/O口可以使用，為了使程序簡化，我們采用按鍵電路，用部分P1口做開關(guān)，P1.0清零，P1.1暫停，P1.2開始，復(fù)位開關(guān)在復(fù)位電路中。圖中復(fù)位按鍵現(xiàn)在不起作用，由于仿真環(huán)境比較理想，在實(shí)際焊好的實(shí)物中，可以起作用！也可用軟件復(fù)位，在下面的子程序設(shè)計(jì)模塊中有詳細(xì)介紹。 圖3-4 按鍵電路 3）顯示電路電路顯示電

14、路我們采用的是數(shù)碼管顯示電路,在用數(shù)碼管顯示時，我們有靜態(tài)和動態(tài)兩種選擇，靜態(tài)顯示程序簡單，亮度較高，但是占用端口比較多，顯示位較少的情況下，一般采用靜態(tài)顯示方式；動態(tài)顯示程序相對復(fù)雜，但所使用的端口比較少，可以節(jié)省單片機(jī)的I/O口。單耗費(fèi)單片機(jī)的時間。 在設(shè)計(jì)中，我們采用LED靜態(tài)顯示，用P0和P3口驅(qū)動顯示。由于P0口的輸出極是開漏電路，用它驅(qū)動時需要外接上拉電阻才能輸出高電平，同時在焊接電路時要加限流電阻。3.3 軟件設(shè)計(jì)3.3.1軟件設(shè)計(jì)概述 在軟件設(shè)計(jì)中，一般采用模塊化的程序設(shè)計(jì)方法，它具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，把一個多功能的復(fù)雜的程序劃分成多個簡單的、單一的程序模塊，有利于程序的測試和調(diào)試，

15、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)一目了然，為了提高程序的嚴(yán)謹(jǐn)性，我們在寫程序時，要以不同的思路去思考，盡量寫出質(zhì)量高的程序.3.3.2程序流程圖 1開始顯示單元清零T0設(shè)為16位計(jì)時器模式允許T0中斷調(diào)用顯示子程序按鍵按下?進(jìn)入功能程序NY）系統(tǒng)主程序流程圖 開始 顯示單元清零 T0設(shè)為16位計(jì)時器模式允許T0中斷 調(diào)用顯示子程序 按鍵按下? 進(jìn)入功能程序NY2）定時器中斷T0流程圖 T0中斷保護(hù)現(xiàn)場 秒表 加1s處理 恢復(fù),中斷返回3.3.3子程序模塊設(shè)計(jì)1)、顯示精度為1秒程序 本設(shè)計(jì)采用定時器/計(jì)數(shù)器T0的方式一，為16位位定時器/計(jì)數(shù)器，系統(tǒng)時鐘頻率采用

16、12MHZ，采用T0中斷方式1：16位定時器/計(jì)數(shù)器，TMOD=0X01，計(jì)算初值： 機(jī)器周期=1us=1×10-6設(shè)需要裝入T0的初始值為X，則有（216-X）×10-6=5×10-3； X=15536； TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256;由此公可知每次中斷時間是50ms，則只需要中斷20次， if(+countor=20) countor=0; ViewData0=Tabseconed/10; ViewData1=Tabseconed%10; +seconed;2)、消除按鍵抖動程序 keynum=P1;

17、 if(keynum!=0xff) delay(10); temp=P1; if(keynum=temp)3)、軟件復(fù)位程序 軟件復(fù)位不能清除中斷標(biāo)志位,實(shí)際效果與清零效果一樣，軟件復(fù)位后， 直接從程序開始運(yùn)行，如果在軟件復(fù)位 程序前加上關(guān)閉中斷，就與硬件復(fù)位 效果一樣了，還有軟件復(fù)位內(nèi)存中的臨時數(shù)據(jù)是不會清空的。 void (*reset)(void)=0x0000; TR0=0；*/關(guān)閉中斷/* reset(); 4.Protues軟件仿真 Protus仿真軟件可以看做是構(gòu)建了一個特殊的單片機(jī)系統(tǒng)，只要將所寫程序的HEX文件導(dǎo)入該單片機(jī)系統(tǒng)，就可以它他一句句的執(zhí)行所寫的指令，也可以讓它與K

18、eil實(shí)現(xiàn)聯(lián)調(diào)，程序有問題可以隨時改，幫助快速調(diào)試程序。5. 秒表c語言程序*#include<reg51.h>sbit k1=P12;sbit k2=P11;sbit k3=P10;unsigned char countor;unsigned char seconed;unsigned char ViewData2;unsigned char Tab=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;void delay(unsigned int ms) unsigned int i,j; for(i=0;i<ms;i+)

19、for(j=0;j<1141;j+);void View(unsigned char Data2) P0=Data0; P3=Data1 ; delay(1);void Time_T0() interrupt 1 using 0 TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; if(+countor=20) countor=0; ViewData0=Tabseconed/10; ViewData1=Tabseconed%10; +seconed; if(seconed=100) seconed=0; void main() unsigned c

20、har keynum; countor=0; seconed=0; TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256; ViewData0=0xc0; ViewData1=0xc0; while(1) keynum=P1; View(ViewData); if(keynum!=0xff) delay(10); temp=P1; if(keynum=temp) if(k1=0) EA=1; ET0=1; TR0=1; if(k2=0) EA=0; ET0=0; TR0=0; if(k3=0) ViewData0=0xc0; ViewData1=0xc0; countor=0; seconed=0; 6. 焊接實(shí)物圖7.總結(jié)（設(shè)計(jì)后的體會和建議）本文主要從軟硬件兩方面說明設(shè)計(jì)的總體思路和設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)