基于51單片機的數(shù)字秒表設計

1、單片機系統(tǒng)課程設計成績評定表設計課題：數(shù)字秒表學院名稱：電氣工程學院專業(yè)班級：自動1204學生姓名：學 號：指導教師：王黎設計地點：31-630設計時間： 2013-12-29 2013-1-9指導教師意見：成績：簽名：年 月 日理由3本次摩單片機系統(tǒng)課程設計課程設計名稱：數(shù)字秒表專業(yè)班級：自動1204學生姓名：學 號：指導教師：王黎課程設計地點：31-630課程設計時間： 2013-12-292013-1-9單片機系統(tǒng)課程設計任務書學生姓名專業(yè)班級自動1204學號題目數(shù)字秒表設計課題性質(zhì)工程設計課題來源自擬指導教師王黎主要內(nèi)容（參數(shù)）設一個基于單片機的數(shù)字秒表，具體要求如下。1、最大計數(shù)值為

2、：99分59.99秒。2、系統(tǒng)采用2個按鍵控制輸入，其中一個按鍵用作系統(tǒng)清0,另一個按鍵用作秒表的啟動/停止。3、系統(tǒng)采用6個共陰LED數(shù)碼管實現(xiàn)計時顯示。任務要求（進度）第1-2天：熟悉課程設計任務及要求，查閱技術資料，確定設計方案。第3-4天：按照確定的方案設計單元電路。要求畫出單元電路圖，元件及 元件參數(shù)選擇要有依據(jù)，各單元電路的設計要有詳細論述。第5-6天：軟件設計，編寫程序。第7-8天：實驗室調(diào)試。第9-10天：撰寫課程設計報告。要求內(nèi)容完整、圖表清晰、文理流暢、 格式規(guī)范、方案合理、設計正確，篇幅合理。主要參考資料1張迎新.單片微型計算機原理、應用及接口技術（第 2版）M.北京：國

3、防工業(yè)出版社，20042偉福LAB6000系列單片機仿真實驗系統(tǒng)使用說明書3閻石.數(shù)字電路技術基礎（第五版）.北京：高等教育出版社，2006審查意見系（教研室）主任簽字：年 月 日 TOC o 1-5 h z 1緒論3 HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 2系統(tǒng)概述4 HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 數(shù)字式秒表的設計意義4 HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 設計要求與分析 5 HYPERLINK l bookmark19 o Current Do

4、cument 3硬件電路設計6 HYPERLINK l bookmark21 o Current Document 基準脈沖的獲取 6鍵盤及控制電路1.2計數(shù)、譯碼及顯示電路 1.44數(shù)字秒表系統(tǒng)軟件設計1.6主程序軟件設計 1.6中斷服務程序設計 175調(diào)試與仿真1.9軟件調(diào)試與燒寫 1.9硬件仿真2.06.結(jié)論21參考文獻：23附錄24附錄一 系統(tǒng)原理圖 24附錄二源程序代碼251緒論21世紀，單片機的發(fā)展非常的迅速。單片機是把主要計算機功能部件都集 成在一塊芯片上的微型計算機。它是一種集計數(shù)和多種接口于一體的微控制器， 被廣泛應用在智能產(chǎn)品和工業(yè)自動化上，而 51單片機是個單片機中最為典

5、型和 最有代表性的一種。51單片機是對所有兼容Intel 8031指令系統(tǒng)的單片機的統(tǒng) 稱。該系列單片機的始祖是Intel的8031單片機，后來隨著Flash rom技術的發(fā) 展，8031單片機取得了長足的進展，成為應用最廣泛的8位單片機之一，其代表型號是Atmel的AT89系列，它廣泛應用于工業(yè)測控系統(tǒng)之中。很多公司都有 51系列的兼容機型推出，今后很長的一段時間內(nèi)將占有大量市場。本次的設計任務是一個數(shù)字秒表，而秒表與普通的鐘表不同，它的目的是對從某一時刻到另一時刻的時間問隔進行計時秒表的數(shù)字化常給人們的生活帶來極大的方便，它廣泛應用于社會的各個領域通過對數(shù)字式秒表的設計，我們可以清楚的了解

6、到它的工作原理，進而也了解了數(shù)字鐘表的工作原理。在翻閱相關資料后，我們把秒表的設計分成了三大部分：基準脈沖產(chǎn)生部分； 控制部分和計數(shù)、譯碼、顯示部分。本設計的數(shù)字電子秒表系統(tǒng)采用STC89C51單片機為中心器件，利用其定時器/計數(shù)器定時和記數(shù)的原理，結(jié)合顯示電路、 LED數(shù)碼管以及獨立鍵盤來設計秒表，將軟、硬件有機地結(jié)合起來。基準脈沖產(chǎn)生部分由石英振蕩器和由計數(shù)器組成的分頻器構成。在石英振蕩器中，石英晶體的固有頻率是1M Hz,即振蕩器的輸出為1M Hz的矩形脈沖。 而分頻器將1M Hz分頻為100 Hz的基準脈沖?？刂撇糠挚捎苫綬S觸發(fā)器和相應的開關組成。計數(shù)、譯碼、顯示部分中， 將使用同

7、步四位二進制加法計數(shù)器 74LS161來計數(shù)。74LS48是BCD-7段譯碼器 /驅(qū)動器，專用于驅(qū)動LED七段共陰極顯示數(shù)碼管。關鍵字：基準脈沖 計數(shù)譯碼數(shù)字顯示2系統(tǒng)概述數(shù)字式秒表的設計意義秒表的數(shù)字化常給人們的生活帶來極大的方便， 它廣泛應用于社會的各個領 域。通過對數(shù)字式秒表的設計，我們可以清楚的了解到它的工作原理， 進而也了 解了數(shù)字鐘表的工作原理。在秒表的設計中，我們對數(shù)字電子技術基礎中所學到的知識有了更深刻 的認識。比如：555多諧振蕩器的應用、計數(shù)器、譯碼及顯示器的應用?？傊?，數(shù)字秒表的設計讓我們體會了學以致用的樂趣設計要求與分析設計要求如下：$ 秒表的最大計時值為99分59.9

8、9秒；$ 6位數(shù)碼管顯示，分辨率為0.01秒士 具有清零、啟動計時、暫停及繼續(xù)計數(shù)等控制功能；士控制操作鍵不超過二個。首先，秒表的分辨率為0.01秒，故要獲得頻率為100 Hz的基準毫秒脈沖； 其次，分、毫秒計數(shù)器為100進制計數(shù)器，秒計數(shù)器為60進制計數(shù)器；最后， 用一個控制鍵實現(xiàn)秒表的啟動/暫停/繼續(xù)計數(shù)功能，用另一個控制健實現(xiàn)秒表的 清零功能。分別實現(xiàn)以上模塊功能，即可設計出符合要求的數(shù)字秒表。設計方案論證：即為數(shù)字式秒表，那么必須有數(shù)字顯示。按設計要求，須用數(shù)碼管來做顯示 器。題目要求最大記數(shù)值為99分59.99秒，那則需要六個數(shù)碼管。要求計數(shù)分 辨率為0.01秒，那么我們需要相應頻率

9、的信號發(fā)生器。選擇信號發(fā)生器時，有 兩種方案：一種是用晶體震蕩器，另一種方案是采用集成電路555定時器與電阻 和電容組成的多諧振蕩器。秒表核心部分使用六個74161計數(shù)器采用串聯(lián)方式構成，這種連接方式簡單，使用元器件數(shù)量少。因為對秒表的精度要求高，故 CP脈沖是由石英振蕩器產(chǎn)生的，而沒有用 555構成的多諧振蕩器?？傮w設計方案框圖及分析：通過以上的分析，查閱相關資料后，得數(shù)字式秒表的原理方框圖如圖1所示圖1數(shù)字秒表的原理方框圖本電路由啟動、清零復位電路、多諧振蕩電路、分頻計數(shù)電路、譯碼顯示電 路等組成，整體上是按照基準脈沖產(chǎn)生部分，控制部分和計數(shù)、譯碼、顯示部分 這三大部分來設計的。3硬件電路

10、設計硬件電路由啟動、清零復位電路、多諧振蕩電路、分頻計數(shù)電路、譯碼顯示 電路等組成，整體上是按照基準脈沖產(chǎn)生控制部分和計數(shù)、譯碼、顯示部分這三 大部分來設計的3.1基準脈沖的獲取.方案一：由555構成多諧振蕩器555定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件，它的 電源電壓范圍寬，可在4.5V16V工作，輸出驅(qū)動電流大約為200mA,因而它的輸出可與 TTL、CMOS或者模擬電路電平兼容。555定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以 實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。 它也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制 等方面

11、。555定時器的內(nèi)部電路框圖和外引腳排列R如圖1.2所示。它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個RS觸發(fā)器，一個放電管T及功率輸出級。它提供兩個基準電壓VCC /3和2VCC /3。555定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制RS觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當 5腳懸空時，則電壓比較 器C1的同相輸入端的電壓為2VCC /3 , C2的反相輸入端的電壓為 VCC/3。若觸發(fā)輸入端 TR的電壓小于 VCC /3,則比較器 C2的輸出為0,可 使RS觸發(fā)器置1,使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH的電壓大于 2VCC/3,同時 TR端的電壓大于

12、 VCC /3 ,則 C1的輸出為 0, C2的輸出 為1,可將 RS觸發(fā)器置 0,使輸出為 0電平。由555定時器構成的多諧振蕩器如圖1.3 (a)所示，圖1.3(b)為其工作波 形。圖2 555構成的多諧振蕩器其工作原理如下：接通電源后， VCC經(jīng)R1、 R2給電容C充電。由于電容上電壓不能突變，電源剛接通時u C32/】*f打開宴件用c：i相即加理:始則11皿I 雌卓TS 9打？Ht件精智中即ngTi/gff交刑15 fs戶打舁國拿Fi到崢： 1 J r: I M尹日虹三三三D3RII，工,0欣eL-選等 門口晶士蟲性車rffli !霞高是將工|1麗口司巖田探禽用麻F本飆將G牽淚仲T 上

13、日可招事：府丁七川步樂icnwjficrn 國酎中as而仙的串4M日/訴后藩 L QT陣if4IZL/后來箱離軸丈用瑞益廣I，工EUH 府flJI 10.Tig 做悚,JMKi鼠木賽的SSfffiMMi I屋4M.DLKQ屋Jf QJL I與丁*fcXK廣馨手。時司R州.土業(yè)等卜內(nèi)瞬WMEI藺廣的1訪詢 棺就1ttlft即野JU牲不寸不拿闞白施同履15H措施法n電訃國一用5算T后-V3如總警盥此驊3等,TKI湍蘢 匚1匚 c !_l t LJ 亡廣-F, LJ 口- e 匚 1 l_j 故lllBfilm 國由M-BMmsolIJiEMffllllnr tnDD- 芋 nr 中nFMmnrin

14、ggllfDJnriulg mftlmtngfng 罌密備E罌雷 o D h- D D D n D D D n- D M- D D D n- n I TJ 3 J D n J n p -J 5 n J c D . J u 口 8EUOO盅 BEB38 忖 BEffiooEm ft B ft ft- J tt B ft ft- ft- tt 5 ft ft- rt- tt Q D n n nd Q D o Q n- n o D D D-n D- w*txkrr二llE*F o-noDDnuDBDn-DUDGDDn tDQOOQOnoo?Dt9D99D mEumEdaBESooEMBESWEB o

15、 Qn-DQnonnDn n unHUDOn o Dn-DQD H DDDn D n-DEDn-D 3B8oaBgooB8atJB 鑿 E9SEB d o c o D 9 A- f D B fi fi- 0 Q b- c c I- c I c c cl n c I r c I r c o Dn-DUDODDDn Oonnon-D .H u-shis-燈川 gm 燈 M E-CC-町 BEB0O8 2 BEB38IXIE 的Ixllxlm 3 BDDOOB m BoncoMEBm E SDom 皿 MgDODDBDa恒 mEOlnBmwlnIID Bm洸審制*k。向1山【套 七占丁忖刊鄴呢*上咫

16、&庶沙國;（jTW；l ，Jw-i21Vg天根L同次下就比干彳就己打開7?里沖區(qū)/年方國武帶用r當目相艮四苣生喪生后自動調(diào)立件，井鼻鼻哀法F58的告SJi | 日下也 | bitlL- Hl girv也& | sjjiM | r MKJlt/!頊rfY-CSLK/IUttMBS岸4J=M 或關用戶蜘tJSJHEP守門為后廣只內(nèi),WTJtj 19 ft儂逋門由F3 D/Sd. n. L/TkP區(qū)/號 SCftojUl fl f 中胖機上EH*ft鎮(zhèn)亞TLT.tJ U/LJlE-4B5/斃 o犧IHTW俱fllhLdtiherrU.r =下工士WR fllVanE3T STM幕時斗如1（示忘 ns

17、 - T檎麗frl. ay -J .二J |w*wgz MCU-Mnior7 coin 酸聿叁金好式2胭Hl班*鼎干：7er IT#圖12燒寫過程硬件仿真Proteus軟件是英國 Labcenter electronics 公司出版的 EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風標電子技術有限公司）。它不僅具有其它 EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的 EDA工具（仿真軟件），從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機

18、與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086 和 MSP430 等，2010 年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。Proteus軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisim ）的功能。比如：原理 布圖；PCB自動或人工布線；SPICE電路仿真；互動的電路仿真 ；用戶

19、甚至可 以實時采用諸如 RAM, ROM,鍵盤，馬達，LED, LCD, AD/DA ,部分SPI器件， 部分IIC器件。6.結(jié)論單片機可以應用于各個領域，而單片機本身也是融合了各個領域的知識。我 們可以通過單片機去實現(xiàn)很多的電子產(chǎn)品，因為它的應用領域非常的廣泛，所以 發(fā)展很迅速。本次設計，先通過 KEIL軟件對軟件進行編輯、調(diào)試、編譯，通過 此次長達數(shù)天的編輯，對單片機 C語言編寫應用的更加熟練；然后通過 STC-ISP 軟件學習如果在單片機種下載程序代碼；通過 proteus軟件，對數(shù)字秒表的硬件 進行仿真。本次設計時以單片機為中心進行設計， 但是僅僅有單片機的知識還不夠，同 時還需要具有

20、硬件的知識和軟件的知識，并將它們有機的結(jié)合起來。首先要通過 硬件知識去設計整個電路，然后通過 C語言去寫數(shù)字秒表的C語言設計。同時， 由于STC89C52單片機的ROM只有8KB,所以還要注意內(nèi)存的應用；還要注意 如何設計硬件和軟件，去增加運行速度和計數(shù)精度。本次設計的數(shù)字秒表結(jié)構簡單，但是對以后來說卻是很好的經(jīng)歷參考文獻:1閻石.數(shù)字電子技術基礎M.北京：高等教育出版社，2006年5月第5版2胡健，劉玉賓，朱煥立等.單片機原理及接口技術M.北京：機械工業(yè)出版社,2009年7月第一版3郭天祥.51單片機C語言教程M.北京：電子工業(yè)出版社，2009年12月第一版4譚浩強.C程序設計M.北京：清華

21、大學出版社，2005年7月第三版.附錄附錄一系統(tǒng)原理圖START: LJMP MAINORG000BHSTART: LJMP MAINORG000BHU185VVCC1/100sA OO OO OOU13U33A7400NVCCVDD；?LS48AB CD7400NRA,?；CL NN L EEC1612VCCJ3R410k Q KeyU191/10sABC DE F G OOO OO OOU7B /IBB74LS48AB CD7400NR AL OTPC LNNEE1274C161VDDVDDVDDU201sU2110so O O OOO GU14/B|74LS48ABC D7400NRA

22、tp74L C L N NLE ECO OOO O O G7400NO IU4RA74LSCL NN L E E CABC Q Q Q61NABCA OO OO OOOO OO OO OU17OTB74LS48B R L A B C Drd 74L O T P I C L NN L E E CQ B CJ5SI61NABCU 2A7400N附錄二源程序代碼ORG 0000HLJMP KEY00LJMP PDJW*;系統(tǒng)監(jiān)控程序區(qū)ORG0030HMAIN: MOVPSW,#00HMOVSP,#7FH;確立堆棧區(qū)MOVR0,#20H;RAM區(qū)首地址MOVR7,#96;RAM區(qū)單元個數(shù)MOV TMO

23、D, #01HSETB EASETB ET0ML:MOVR0,#00HINCR0DJNZR7,MLTSF:MOVDPTR,#DISBH;系統(tǒng)初始化后提示符“P.字符代碼表首地址MOVR5,#08HMOVR0,#78HDISPTSF:CLRAMOVCA,A+DPTRMOVR0,AR0INCINC DPTRDJNZ R5, DISPTSFKEY0: LCALL DISPLCALL KEY TOC o 1-5 h z JB20H.0,K1JB20H.1,K2JB20H.2,K3LJMPKEY0KEY00: LCALL KEYLCALL DISPJB 20H.2, K3LJMP KEY00K1:JB

24、22H.1, KEY0 ;如果此時為暫停狀態(tài)，本次按鍵 K1無效CPL22H.0JB22H.0, K01;高電平則計時CLR TR0;低電平則停止LCALL DISPK01:MOV7AH,#12HMOV7DH,#12HMOV7FH,#10HMOV78H,#00HMOV79H,#00HMOV7BH,#00HMOV7CH,#00HMOV7EH,#00HMOV7FH,#00HLCALLDISPMOVTH0,#0D8HMOVTL0,#0F0HSETBTR0LJMPKEY0K2:JB22H.0,K21狀態(tài)則此次按鍵無效LJMPKEY0;從零開始計時;啟動定時器;判斷秒表是否啟動，如不是啟動K21:CPL

25、 22H.iJB22H.1,K22CLRRS0CLRRS0SETBTR0繼續(xù)計時;只有當停止是，清零鍵才有效;秒表清零;定時器以工作方式1工作;設定組號為2組LJMP KEY0K22:CLR TR0LCALL DISPLJMP KEY0K3: JB 22H.0, KEY0MOV R0,#79HLCALL CLR00MOVR0,#7CHLCALL CLR00MOVR0,#7FHLCALL CLR00LJMP KEY0PDJW: PUSH PSWPUSH ACCMOV TMOD, #01HSETB RS1MOV TH0,#0D8HMOV TL0,#0F0HMOV R0,LCALL ADD01CJN

26、E R2,MOV R0,LCALL ADD01CJNE R2,LCALL CLR00MOV R0,LCALL ADD01CJNE R2,LCALL CLR00#79H#99,RETT#7CH#60,RETT#7FH#60H, RETT;判斷1秒到?jīng)];判斷60毫秒到?jīng)];判斷60分到?jīng)]RETT: POPACCPOPPSWRETI*;常數(shù)表格區(qū);系統(tǒng)初始化后提示符“P.”字符代碼表；DISBH: DB 10H,10H,10H,10H,10H,10H,10H,11H ;提示符 P.” 字符序號 ；顯示字符段選碼表（共陽極代碼）TAB: DB 0C0H, 0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,8

27、2H,0F8H,80H; 0-8DB 90H, 88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,0FFH,0CH,0BFH ; 9,A,B,C,D,E,F,滅,p.,-*;子程序區(qū)； TOC o 1-5 h z ADD01: MOV A,R0DEC R0SWAPAORLA,R0ADDA,#01HDAAMOVR2,AANLA,#0FHMOVR0, AMOVA,R2ANLA,#0F0HSWAPAINCR0MOV R0, ARETCLR00: MOVR0,#00HCLR00: MOVR0,#00HDEC R0MOV R0,#00HRET;鍵掃描子程序KEY: LCALL KEYCHULIJZ EXITLCALL DISPL