秒表系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 煙 臺(tái) 南 山 學(xué) 院單片機(jī)課程設(shè)計(jì)題目 秒表系統(tǒng)設(shè)計(jì) 姓 名： 所在學(xué)院： 所學(xué)專業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 完成時(shí)間： 電話： 摘要本設(shè)計(jì)是一個(gè)由AT89C51單片機(jī)控制，利用單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)和記數(shù)的原理，結(jié)合顯示電路、LED數(shù)碼管以及按鍵計(jì)時(shí)的多功能秒表系統(tǒng)。單片機(jī)目前已經(jīng)無處不在，與我們生活密不可分并滲透入生活的各個(gè)方面。單片機(jī)的特點(diǎn)是體積小，集成度高，其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)是普通的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的簡化。在增加一些外圍電路之后，就能成為一個(gè)完整的系統(tǒng)。在這個(gè)設(shè)計(jì)中我們是以AT89C51單片機(jī)為主要器件利用它的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)和記數(shù)的原理，結(jié)合dvcc實(shí)驗(yàn)箱上的集成電路芯片80

2、32、LED數(shù)碼管以及實(shí)驗(yàn)箱上的按鍵來設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)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)時(shí)，數(shù)碼管能夠正確地顯示時(shí)間。其中本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了四個(gè)開關(guān)按鍵：其中一個(gè)按鍵按下去時(shí)以1秒加一開始計(jì)時(shí)，即秒表開始鍵（本實(shí)驗(yàn)中當(dāng)開關(guān)從1變?yōu)?時(shí)開始計(jì)時(shí)），另一個(gè)按鍵按下去時(shí)暫停計(jì)時(shí)，使秒表停留在原先的計(jì)時(shí)（本實(shí)驗(yàn)中當(dāng)相應(yīng)開關(guān)從1變?yōu)?時(shí)即停止計(jì)時(shí)），第三個(gè)按鍵按下去時(shí)清0（本實(shí)驗(yàn)中當(dāng)相應(yīng)開關(guān)從1變?yōu)?時(shí)即停止計(jì)時(shí)），第四按鍵按下去則是以每10ms秒快速加一計(jì)時(shí)（本實(shí)驗(yàn)中當(dāng)開關(guān)從1變?yōu)?時(shí)開始計(jì)時(shí)）。本實(shí)驗(yàn)中開始時(shí)都要使各按鍵回到各初始位置，即都處于1狀態(tài)。目錄 第1章 概述.31.1 課程設(shè)計(jì)題目

3、.31.2實(shí)驗(yàn)要求.31.3 課程設(shè)計(jì)的意義.31.4 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及思路.31.5 本人所做工作.3第2章 硬件設(shè)計(jì).32.1 AT89S51芯片概述.42.2管腳說明.52.3 LED數(shù)碼管顯示器概述.52.4 接口電路.82.5硬件連線圖.9第3章 軟件設(shè)計(jì).103.1數(shù)字秒表工作流程圖.103.2 工作源程序.10第4章 心得體會(huì).14第5章 參考文獻(xiàn).15第1章 概述1.1 課程設(shè)計(jì)的題目秒表系統(tǒng)設(shè)計(jì)用AT89C51設(shè)計(jì)一個(gè)2位LED數(shù)碼顯示“秒表”，顯示時(shí)間為0099秒，每秒自動(dòng)加一。另設(shè)計(jì)一個(gè)“開始”按鍵和一個(gè)“復(fù)位”按鍵。另外增加一個(gè)“暫?！卑存I和一個(gè)“快加”按鍵（每10ms

4、快速加一）1.2實(shí)驗(yàn)要求了解8051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，顯示分、秒，并能用按鈕實(shí)現(xiàn)秒表起動(dòng)、停止、清零功能，精確到0.1秒。要求選用定時(shí)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(dòng)、停止、清零功能。1.3 課程設(shè)計(jì)的意義 該實(shí)驗(yàn)通過單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)和計(jì)數(shù)原理，設(shè)計(jì)簡單的計(jì)時(shí)器系統(tǒng)，擁有正確的計(jì)時(shí)、暫停、清零、快加功能，并同時(shí)可以用數(shù)碼管顯示，在現(xiàn)實(shí)生活中應(yīng)用廣泛，具有現(xiàn)實(shí)意義。1.4 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及思路用AT89C51設(shè)計(jì)一個(gè)2位

5、LED數(shù)碼顯示“秒表”，顯示時(shí)間為0099秒，每秒自動(dòng)加一。另設(shè)計(jì)一個(gè)“開始”按鍵和一個(gè)“復(fù)位”按鍵。再增加一個(gè)“暫?！卑存I和一個(gè)“快加”按鍵（每10ms快速加一）。按鍵說明：按“開始”按鍵，開始計(jì)數(shù)，數(shù)碼管顯示從00開始每秒自動(dòng)加一；按“復(fù)位”按鍵，系統(tǒng)清零，數(shù)碼管顯示00；按“暫停”按鍵，系統(tǒng)暫停計(jì)數(shù)，數(shù)碼管顯示當(dāng)時(shí)的計(jì)數(shù)；按“快加”按鍵，系統(tǒng)每10ms快速加一，即數(shù)碼顯示管在原先的計(jì)數(shù)上快速加一。該實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行計(jì)時(shí)并在數(shù)碼管上顯示時(shí)間，則可利用DVCC系列單片機(jī)微機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的芯片8032（芯片的功能類似于芯片AT89C51，其管腳功能也和AT89C51的管腳功能類似）中的P3.2管

6、腳做為外部中斷0的入口地址，并實(shí)現(xiàn)“開始”按鍵的功能；將P3.3做為外部中斷1的入口地址，并實(shí)現(xiàn)“清零”按鍵的功能；將P3.0做為數(shù)據(jù)信號(hào)DATA輸入的入口地址；將P3.1做為時(shí)鐘信號(hào)CLK輸入的入口地址。定時(shí)器T0作為每秒加一的定時(shí)器；定時(shí)器T1作為“快加”鍵的定時(shí)器。其中“開始”按鍵當(dāng)開關(guān)由1撥向0（由上向下?lián)埽r(shí)開始計(jì)時(shí)；“清零”按鍵當(dāng)開關(guān)由1撥向0（由上向下?lián)埽r(shí)數(shù)碼管清零，此時(shí)若再撥“開始”按鍵則又可重新開始計(jì)時(shí)。1.5 本人所做工作根據(jù)相關(guān)的單片機(jī)材料，利用所學(xué)的單片機(jī)知識(shí)，結(jié)合DVCC系列單片機(jī)微機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的軟件和硬件（集成電路芯片8032，七段數(shù)碼管，開關(guān)電路及時(shí)鐘信號(hào)電

7、路，按鍵等），編寫能夠?qū)崿F(xiàn)該項(xiàng)目的軟件程序，最后將軟、硬件有機(jī)的結(jié)合起來，進(jìn)行有效的調(diào)試，達(dá)到完成該實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)的目的要求。第2章 硬件設(shè)計(jì)2.1 AT89S51芯片概述AT89C51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89C51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方

8、案。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 其工作電壓在4.5V,一般我們選用5V電壓。外形及引腳排列如圖1所示 圖1：89C51的核心電路框圖主要性能：（1）與MCS-51微控制器產(chǎn)品系列兼容；（2）片內(nèi)有4KB可在線重復(fù)編程的快閃擦寫存儲(chǔ)器；（3）數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年；（4）寬工作電壓范圍：Vcc可為2.7V到6V；（5）全靜態(tài)工作：可從0Hz至16MHz；（6）三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定；（7）128×8位內(nèi)部RAM；（8）32條可編程I/O線；（9）兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；（10）中斷結(jié)構(gòu)具有5個(gè)中斷源和2個(gè)優(yōu)先級(jí)；（11）可編程全雙工串行道口；（12

9、）空閑狀態(tài)維持低功耗和掉電狀態(tài)保存存儲(chǔ)內(nèi)容；2.2 管腳說明(1)電源及時(shí)鐘引腳（4個(gè)）Vcc: 電源接入引腳Vss：接地引腳XTAL1：晶振震蕩器接入的一個(gè)引腳（采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接地）;XTAL2:晶體振蕩器的另一個(gè)引腳（采用外部振蕩器時(shí)，此引腳作為外部振蕩器信號(hào)的輸入端）。（2）控制線引腳（4個(gè)）RST/Vpd：復(fù)位信號(hào)輸入引腳/備用電源輸入引腳；ALE：地址鎖存允許信號(hào)輸出引腳/編程脈沖輸入引腳：EA:內(nèi)外存儲(chǔ)器選擇引腳/片外EPROM編程電壓輸入引腳；PSEN：外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)輸出引腳。（3）并行I/O引腳P0.0-P0.7：一般I/O口引腳或數(shù)據(jù)/低位地址總線復(fù)用引腳；

10、P1.0-P1.7：一般I/O口引腳；P2.0-P2.7：一般I/O口引腳或高位地址總線引腳；P3.0-P3.7：一般I/O口引腳或第二功能引腳2.3 LED數(shù)碼管顯示器概述本設(shè)計(jì)中采用的是7SEGCOM ANODE型號(hào)數(shù)碼管，它是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。實(shí)物如圖2所示。圖2數(shù)碼管（1）數(shù)碼管的分類數(shù)碼管按段數(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(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè)“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(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)

11、的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，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(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。LED數(shù)碼管有兩種連接方法如下：共陽極接法。把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極，使用時(shí)公共陽極接+5V，每個(gè)發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。 共陰極接法。把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極，使用時(shí)公共陰極接

12、地。每 圖3個(gè)發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。如圖3所示。LED數(shù)碼顯示器的顯示段碼。 為了顯示字符，要為LED顯示器段碼（或稱字形代碼），組成一個(gè)8字形字符的7段，再加上1個(gè)小數(shù)點(diǎn)位，共計(jì)8段，因此提供給LED顯示器的顯示段碼為1個(gè)字節(jié)。各段碼位的對應(yīng)關(guān)系如下表所示.十六進(jìn)制數(shù)及空白字符與P的顯示段碼段碼位 D7 D6 D5 D4 D6 D2 D1 D0 顯示段 pd g f e d e b a 字型 共陽極段碼 共陰極段碼 字型 共陽極段碼 0 C0H 3FH 9 90H 1 F9H 06H A 88H 2 A4H 5BM B 83H 3 B0H 4FH C C6H 4 99H 66

13、H D A1H 5 92H 6DH E 86H 6 82H 7DH F 84H 7 F8H 07H 空白 FFH 8 80H 7FH P 8CH （2）數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。 靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×840根I/O端口來驅(qū)動(dòng)，要知

14、道一個(gè)89S51單片機(jī)可用的I/O端口才32個(gè)呢：），實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。 動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。

15、通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。2.4 接口電路利用12M晶振的一個(gè)機(jī)器周期為1微秒,通過循環(huán)產(chǎn)生1秒時(shí)間延遲，掃描單片機(jī)中所存放的時(shí)間的值（可正記時(shí)，也可倒計(jì)時(shí)），并通過輸出顯示在數(shù)碼管上。如圖4圖4P0.0P0.7對應(yīng)了兩個(gè)接數(shù)碼管的A,B,C,D,E,F,G和小數(shù)點(diǎn)位

16、，P2.6接顯示個(gè)位數(shù)的數(shù)碼管的3、8引角，P2.7則接十位數(shù)的。P3.6、P3.7分別接按鍵。2.5硬件連線圖圖5 硬件連線圖第3章 軟件設(shè)計(jì)3.1數(shù)字秒表工作流程圖 圖6 流程圖3.2 工作源程序OUTBIT EQU 08002H ；位控制口OUTSEG EQU 08004H ；段控制口LSEC EQU 31H ；SEC EQU 32H ；MIN EQU 33H ；FLAG BIT 20H.0 ；位定義KEY1 BIT P3.6 ；KEY2 BIT P3.7 ；ORG 0000H ；LJMP START ；初始程序入口地址ORG 000BH ；LJMP TIMER0 ；加一子程序入口地址O

17、RG 0060HSTART: LCALL INITIAL ；調(diào)用啟動(dòng)LCM子程序進(jìn)行初始化LOOP: LCALL DISPLAY ；退出時(shí)鐘調(diào)整時(shí)鍵釋放等待 JNB KEY1,WAIT ；判斷KEY1.等待 JNB KEY2,RESET ； LJMP LOOP ；CONTROL: CLR TR0 ；關(guān)定時(shí)器 LCALL DISPLAY ； JNB KEY1,CONTROL ； CPL FLAG ； JB FLAG,BEGIN ； SETB TR0 ；重置定時(shí)器 LJMP LOOP ；WAIT: LCALL DISPLAY ； JNB KEY1,CONTROL ； LJMP LOOP ；BEGI

18、N: CLR TR0 ； LJMP LOOP ；RESET: JNB TR0,CLE ； LCALL LOOP ；CLE: LCALL CLEAR ； LJMP LOOP ；INITIAL: LCALL CLEAR ； SETB FLAG ； MOV DPTR,#TAB ；MOV TMOD,#01H ；定時(shí)器0，方式一MOV TL0,#0F0H ；MOV TH0,#0D8H ；SETB EA ；開中斷SETB ET0 ；開T0中斷RET ； TIMER0:CLR TR0 ； MOV TL0,#0F0H ； MOV TH0,#0D8H ； 重新賦值 SETB TR0 ； INC LSEC ； M

19、OV A,LSEC ； CJNE A,#100,EXIT ； MOV SEC,#00H ； INC SEC ； MOV A,SEC ； CJNE A,#60,EXIT ； MOV SEC,#00H ； INC MIN ； MOV A,MIN ； CJNE A,#60,EXIT ； MOV MIN,#00H ；EXIT: SETB TR0 ； RETI ；CLEAR: MOV A,#00H ； MOV LSEC,A ； MOV SEC,A ； MOV MIN,A ； RET ；DISPLAY: MOV R3,#01H ； MOV R0,#31H ； MOV R4,#3 ；選擇3組工作寄存器DIS

20、PLAY1: MOV A,R0 ；MOV B,#0AH ；DIV AB ； MOV R5,A ；MOV A,B ；MOV DPTR,#TAB ；MOVC A,A+DPTR ；查字形碼表MOV DPTR,#OUTSEG ；設(shè)置顯示起始位置MOVX DPTR,A ；設(shè)定顯示位置MOV DPTR,#OUTBIT ；MOV A,R3 ；MOVX DPTR,A ；顯示數(shù)據(jù)LCALL DELAY100US ；MOV A,#00H ；MOVX DPTR,A ；MOV A,R3 ；RL A ；MOV R3,A ；MOV A,R5 ；MOV DPTR,#TAB ；MOVC A,A+DPTR ；MOV DPTR,

21、#OUTSEG ；MOVX DPTR,A ；MOV DPTR,#OUTBIT ；MOV A,R3 ；MOVX DPTR,A ；LCALL DELAY100US ；MOV A,#00H ；MOVX DPTR,A ；MOV A,R3 ；RL A ；MOV R3,A ；INC R0 ；DJNZ R4,DISPLAY1 ；RET ；DELAY100US:MOV R7,#50 ；循環(huán)50次DJNZ R7,$ ；r7- 1不為0，執(zhí)行本指令RET ；查表指令TAB: DB 3FH, 06H, 5BH, 4FH, 66H, 6DH DB 7DH, 07H, 7FH, 6FH第4章 心得體會(huì)通過這次課程設(shè)計(jì)我

22、學(xué)到了很多，當(dāng)你拿到一個(gè)題目時(shí)應(yīng)認(rèn)真審題，看懂題目的要求！選擇適當(dāng)?shù)恼n題，不益太簡單或者太難，做到既能把課題完成又能鍛煉自己的能力。根據(jù)課題要求，復(fù)習(xí)相關(guān)的知識(shí)，查詢相關(guān)的資料。根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件，找到適合的方案，找到需要的元器件及工具，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)。根據(jù)課程設(shè)計(jì)的要求和自己所要增加的功能寫好程序流程圖，在程序流程圖的基礎(chǔ)上，根據(jù)芯片的功能寫出相應(yīng)的程序。然后再進(jìn)行程序調(diào)試和相應(yīng)的修改，以達(dá)到能夠?qū)崿F(xiàn)所要求的功能的目的。還要根據(jù)實(shí)驗(yàn)的實(shí)際情況，添加些額外程序來使系統(tǒng)更加的穩(wěn)定，如開關(guān)的消震蕩（采用延遲）。程序要盡量做到由各個(gè)子程序組成，在有些程序后面最好加注釋，這樣在程序出錯(cuò)的檢查過程中可以更容易查找的到，也更簡潔，更明白易懂。該實(shí)驗(yàn)的程序可以參考DVCC系