基于單片機(jī)的秒表設(shè)計(jì)

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題目:基于單片機(jī)的秒表設(shè)計(jì) 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)老師： 　　 所在學(xué)院： 年 月 日 摘要 本設(shè)計(jì)是一個(gè)利用單片機(jī)控制的多功能秒表系統(tǒng),它是基于51系列的單片機(jī)進(jìn)行的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。它采用AT89C51單片機(jī)為中心器件，利用其定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)和記數(shù)的原理，結(jié)合顯示電路、電源電路、LED數(shù)碼管以及鍵盤電路來設(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?qū)崿F(xiàn)四位LED顯示，最大顯示時(shí)間為9分59.9秒，每毫秒自動(dòng)加1，一個(gè)開始暫停按鍵、一個(gè)復(fù)位按鍵。其突出的優(yōu)點(diǎn):體積小、場(chǎng)外作業(yè)、功耗最低、宜用電池作為電源、硬件結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單和軟件設(shè)計(jì)靈活. 當(dāng)今時(shí)代，是一個(gè)新技術(shù)層出不窮的時(shí)代。在電子領(lǐng)域，尤其是自動(dòng)化智能控制領(lǐng)域，傳統(tǒng)的分立元件或數(shù)字邏輯電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)正以前所未見的速度被單片機(jī)智能控制系統(tǒng)所取代。單片機(jī)具有體積小、功能強(qiáng)、成本低、應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)，可以說，智能控制與自動(dòng)控制的核心就是單片機(jī)。單片機(jī)的出現(xiàn)是現(xiàn)代科技發(fā)展的一個(gè)重要的里程碑。由于單片機(jī)的集成度高、功能強(qiáng)，通用性好，特別是它具有體積下、重量輕、能耗低、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，使單片機(jī)迅速得到推廣應(yīng)用，目前已成為測(cè)量控制應(yīng)用系統(tǒng)中的優(yōu)選機(jī)種和新電子產(chǎn)品的關(guān)鍵部件。 目錄 1 概述………………………………………………………………………………4 1.1設(shè)計(jì)任務(wù)………………………………………………………………………4 1.2設(shè)計(jì)要求………………………………………………………………………4 2 系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計(jì)…………………………………………………………5 2.1系統(tǒng)總體方案…………………………………………………………………5 2.2硬件電路設(shè)計(jì)…………………………………………………………………6 3 軟件設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………10 3.1軟件設(shè)計(jì)概述………………………………………………………………10 3.2程序流程圖…………………………………………………………………10 3.3子程序模塊設(shè)計(jì)……………………………………………………………12 4 Proteus軟件真…………………………………………………………………13 4.1軟件功能簡(jiǎn)介………………………………………………………………13 4.2 Proteus運(yùn)行流程…………………………………………………………14 5課程設(shè)計(jì)會(huì)………………………………………………………………………16 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………16 附1：源程序代碼…………………………………………………………………17 附2：系統(tǒng)原理圖…………………………………………………………………20  1 概述 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)控制的秒表系統(tǒng)。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。 1.2設(shè)計(jì)要求 1）利用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器設(shè)計(jì)一個(gè)秒表，顯示最大值為9分59.9秒。 2）使用4位七段顯示器來顯示現(xiàn)在的時(shí)間。顯示格式為“分、秒、毫秒”。 3）要求能實(shí)現(xiàn)秒表的啟動(dòng)、停止和復(fù)位。 2 系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計(jì) 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(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)和記數(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，顯示電路，以及一些按鍵電路等來設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)器，將軟、硬件有機(jī)地結(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PROTEUS強(qiáng)大的功能來實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)單切易于觀察，在仿真中就可以觀察到實(shí)際的工作狀態(tài)。 外圍電路 顯示電路 單片機(jī) 電源電路 鍵盤電路 系統(tǒng)電路原理圖 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，以及一些按鍵電路等，電路圖如下 （1）單片機(jī)簡(jiǎn)介 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)。 AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)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（由于在微機(jī)原理中學(xué)過C-51的具體知識(shí)，這里不再詳細(xì)說明）。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效的微控制器。 （2）電源電路 電源電路是系統(tǒng)最基本的部分，任何電路都離不開電源部分，由于三端集成穩(wěn)壓器件所組成的穩(wěn)壓電源線路簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，工作可靠，調(diào)整方便，已逐漸取代分立元件，在生產(chǎn)中被廣泛采用，由于是小系統(tǒng)，我們采用7809電源提供+5V穩(wěn)壓電壓。 （3）晶體振蕩電路 MCS--51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分別為反向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向振蕩器的輸出，該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。 這里，我們選用51單片機(jī)12MHZ的內(nèi)部振蕩方式，電容器C1，C2起穩(wěn)定振蕩頻率，快速起振的作用，C1和C2可在20-100PF之間取,這里取30P，接線時(shí)要使晶體振蕩器X1盡可能接近單片機(jī)。 （4）復(fù)位電路 采用上電+按鍵復(fù)位電路，上電后，由于電容充電，使RST持續(xù)一段高電平時(shí)間。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行之中時(shí)，按下復(fù)位鍵也能使用使RST持續(xù)一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電加開關(guān)復(fù)位的操作。這不僅能使單片機(jī)復(fù)位，而且還能使 單片機(jī)的外圍芯片也同時(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。 （5）顯示電路 顯示電路既可以選用液晶顯示器，也可以選用數(shù)碼管顯示。我們采用的是數(shù)碼管顯示電路。用4個(gè)共陽極LED顯示，LED是七段式顯示器，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)光二極管組成，根據(jù)各管的亮暗組合成字符。 在用數(shù)碼管顯示時(shí)，我們有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種選擇，靜態(tài)顯示程序簡(jiǎn)單，顯示穩(wěn)定，但是占用端口比較多；動(dòng)態(tài)顯示所使用的端口比較少，可以節(jié)省單片機(jī)的I/O口。 在設(shè)計(jì)中，我們采用LED動(dòng)態(tài)顯示，用P0口驅(qū)動(dòng)顯示。由于P0口的輸出級(jí)是開漏電路，用它驅(qū)動(dòng)時(shí)需要外接上拉電阻才能輸出高電平。 電路圖如下所示： （6）鍵盤電路 在按鍵電路中，我們可以在I/O口上直接接按鍵，或者通過I/O口設(shè)計(jì)一個(gè)鍵盤，然后通過鍵盤掃描程序判斷是否有鍵按下等。鍵盤掃描電路節(jié)省I/O口，但編程有些復(fù)雜，在這里，由于我們所用的按鍵較少，且系統(tǒng)是一個(gè)小系統(tǒng)，有足夠的I/O口可以使用，為了使程序簡(jiǎn)化，我們采用按鍵電路，用部分P1口做開關(guān)，P1.0啟動(dòng)，P1.1清零，電路圖如下所示 3 軟件設(shè)計(jì) 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(gè)多功能的復(fù)雜的程序劃分為若干個(gè)簡(jiǎn)單的、功能單一的程序模塊，有利于程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試，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)層次一目了然。 應(yīng)用系統(tǒng)的程序由包含多個(gè)模塊的主程序和各種子程序組成。各程序模塊都要完成一個(gè)明確的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)某個(gè)具體的功能，如：加計(jì)數(shù)、暫停、清零，顯示等，在具體需要時(shí)調(diào)用相應(yīng)的模塊即可。 功能描述：用4位LED數(shù)碼顯示"秒表"，顯示時(shí)間為00~9分59.9秒,每秒自動(dòng)加1；一個(gè)"開始"鍵,一個(gè)"復(fù)位"鍵,一個(gè)"清零"鍵。 3.2程序流程圖 開始 系統(tǒng)初始化 數(shù)碼管顯示 按鍵判斷 定時(shí)啟動(dòng)位取反 按鍵2 關(guān)閉定時(shí)器時(shí)間清零 按鍵1 N Y Y N 定時(shí)中斷 開始 T0初始化 程序處理（分、秒、毫秒自動(dòng)增加） 退出中斷 3.3子程序模塊設(shè)計(jì) 增加按鍵控制功能。 1、啟動(dòng)/停止 2、清零 ML1: LCALL DISP KEY: JNB P1.0, CONTROL; JNB P1.1, CLEAR LJMP ML1 CONTROL: LCALL DELAY JB P1.0, ML1 LOOP1: LCALL DISP JNB P1.0,LOOP1 CPL TR0 LJMP ML1 CLEAR: LCALL DELAY LCALL DISP JB P1.1, ML1 CLR TR0 MOV 20H,#0 MOV 21H,#0 MOV 22H,#0 MOV 31H,#00H ; BCD m_SECOND MOV 32H,#00H ; BCD SECOND MOV 33H,#00H MOV 34H,#00H ; BCD MINUTE JNB p1.1,CLEAR LJMP ML1 4 Proteus軟件仿真 4.1軟件功能簡(jiǎn)介 Proteus ISIS是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路。 該軟件的特點(diǎn)是： （1）全部滿足我們提出的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，并在同類產(chǎn)品中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。 （2）具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS－232動(dòng)態(tài)仿真、I2 C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。 （3）目前支持的單片機(jī)類型有：ARM7系列、68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。 （4）支持大量的存儲(chǔ)器和外圍芯片。 總之，該軟件是一款集單片機(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大 ，可仿真ARM、51、AVR、PIC。 Proteus啟動(dòng)畫面： 4.2 Proteus運(yùn)行流程 Proteus ISIS的工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的Windows界面，如圖所示。 包括：標(biāo)題欄、主菜單、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對(duì)象選擇按鈕、預(yù)覽對(duì)象方位控制按鈕、仿真進(jìn)程控制按鈕、預(yù)覽窗口、對(duì)象選擇器窗口、圖形編輯窗口。 運(yùn)行Proteus程序后，進(jìn)入軟件的主界面。通過左側(cè)工具欄中的P(從庫中選擇元件命令)命令，在Pick Devices 左側(cè)窗口中選擇所需元件的關(guān)鍵字，然后放置元件并調(diào)整方向和位置以及參數(shù)設(shè)置，最后進(jìn)行連線。 運(yùn)行圖如下： 初始狀態(tài) 中間狀態(tài) 最終狀態(tài) 5課程設(shè)計(jì)體會(huì) 課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程.隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，單片機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域，在生活中可以說得是無處不在。因此作為二十一世紀(jì)的大學(xué)來說掌握單片機(jī)的開發(fā)技術(shù)是十分重要的。 回顧起此次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，在接近四星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識(shí)。通過這次課程設(shè)計(jì)使我們懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說不懂一些元器件的使用方法，對(duì)單片機(jī)匯編語言掌握得不好……通過這次課程設(shè)計(jì)之后，一定把以前所學(xué)過的知識(shí)重新溫故。 在做課程設(shè)計(jì)的日子里得到了老師的悉心指導(dǎo)和同學(xué)的幫助，在此向他們致以誠摯的謝意。感謝提供相關(guān)技術(shù)幫助的老師和同學(xué)，你們的支持和鼓勵(lì)使我們對(duì)這次的設(shè)計(jì)完成有了信心和動(dòng)力，在此深表謝意。 參考文獻(xiàn) [1] 余發(fā)山主編.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù).徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社.2003.76-94，152-157 [2] 楊凌霄編著.微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2004.36-52 附1 源程序代碼 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP TIME ORG 0100H MAIN: MOV SP,#50H MOV TCON,#01H ;定義中斷方式 MOV 20H,#00H ;BIN m_SECOND MOV 21H,#00H ;BIN SECOND MOV 22H,#00H ;BIN MINUTE MOV 31H,#00H ; BCD m_SECOND MOV 32H,#00H ;BCD SECOND MOV 33H,#00H ; MOV 34H,#00H ;BCD MINUTE MOV TMOD, #01H ;16位計(jì)數(shù)器 MOV TH0, #0D8H ;10ms MOV TL0, #0F0H MOV IE, #10000010B ML1: LCALL DISP LJMP ML1 TIME: MOV TH0,#0D8H MOV TL0,#0F0H MOV A,20H INC A CLR C CJNE A,#99,GO1 ;轉(zhuǎn)換BCD MOV 20H,#0 MOV 31H,#0 MOV A,21H INC A MOV A,21H INC A CJNE A, #3CH, GO2 MOV 21H, #0H MOV 32H, #0 MOV 33H, #0 MOV A, 22H INC A CJNE A, #0AH, GO3 MOV 22H, #00H MOV 34H, #0 AJMP RET0 ;退出中斷 GO1: MOV 20H, A MOV B,#0AH DIV AB MOV 31H,A ；僅顯示毫秒的百位 AJMP RET0 GO2: MOV 21H, A MOV B, #0AH DIV AB MOV 33H, A MOV 32H, B AJMP RET0 GO3: MOV 22H, A MOV B, #0AH DIV AB MOV 34H, B ；僅顯示分的個(gè)位 AJMP RET0 RET0: POP PSW POP ACC RETI DISP: MOV R0, #31H MOV R3, #0FEH MOV A, R3 PLAY: MOV P2, A MOV A, @R0 MOV DPTR, #DSEG1 MOVC A, @A+DPTR MOV P0, A LCALL DL1 MOV P2, #0FFH MOV A, R3 RL A JNB ACC.4, LD1 INC R0 MOV R3, A LJMP PLAY LD1: RET DL1: MOV R7,#05H ;延時(shí)5*（255*2+2+1）= 2，565us DL: MOV R6, #0FFH DL6: DJNZ R6,$ DJNZ R7,DL RET DSEG1: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH 附2 系統(tǒng)原理圖 - 22 -