秒表設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)( 2011)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)新能源科學(xué)與工程學(xué)生姓名董愛(ài)林班級(jí)能源132學(xué)號(hào)1310604204指導(dǎo)教師張?zhí)m紅完成日期2015年12月18日鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)( 2015) 用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計(jì)摘 要：對(duì)采用LED數(shù)碼管顯示的秒表進(jìn)行了設(shè)計(jì)。所設(shè)計(jì)的秒表，可通過(guò)兩位數(shù)碼管顯示00-59。每秒自動(dòng)加一。在對(duì)系統(tǒng)功能分析的基礎(chǔ)上，采用AT89C52單片機(jī)。相對(duì)而言比較簡(jiǎn)單，貼近書(shū)本，比較熟悉。對(duì)所要實(shí)現(xiàn)的功能也能很好地滿(mǎn)足，焊接也比較簡(jiǎn)單。設(shè)計(jì)主要采用硬件和軟件兩部分。硬件包含數(shù)碼管按鈕模塊、單片機(jī)控制模塊、數(shù)碼管顯示模

2、塊、驅(qū)動(dòng)電流放大模塊。按鈕模塊采用獨(dú)立式按鍵，控制模塊選用AT89C52單片機(jī)，顯示模塊采用兩位數(shù)碼管，放大模塊選用NPN三極管。軟件采用模塊化的程序，分為主程序和定時(shí)器計(jì)時(shí)服務(wù)子程序。在多孔板上制作了LED數(shù)碼管顯示的秒表，使用protus完成了系統(tǒng)仿真，對(duì)硬件和軟件部分分別進(jìn)行了調(diào)試，進(jìn)行了軟硬件聯(lián)調(diào)，最后調(diào)試成功樣機(jī)實(shí)物，完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；數(shù)碼管；秒表 A stopwatch design with LED digital tube display Abstract: For the LED digital tube display of a stopwatch

3、 is used for design. The stopwatch, designed by two digital tube display 00 59. Automatically add a per second. On the basis of the analysis of system function, using the AT89C52 single chip microcomputer. Relatively simple, close to the book, familiar with. To in order to realize the function also

4、can well satisfy, welding is more simple. The design mainly adopts two parts of hardware and software. Hardware consists of digital tube button module, single-chip microcomputer control module, digital tube display module, the drive current amplifier module. Button module USES the independent type k

5、ey, choose AT89C52 single chip microcomputer control module, using two digital tube display module, amplifier module selects the NPN transistor. Software adopts the modular program, main program and timer timing service subroutine. On the perforated plate made of LED digital tube display a stopwatch

6、, use protus completed system simulation, the hardware and the software part, has carried on the debugging, the software and hardware alignment, the final debugging success physical prototype, completed the graduation design specification requirements. Key Words: Single chip microcomputer; Digital t

7、ube; A stopwatch. 鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)( 2015)目 錄1. 概 述11.1 課題研究背景與意義11.2 課題設(shè)計(jì)內(nèi)容12. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)12.1 設(shè)計(jì)方案論證12.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)22.2.1 主控模塊22.2.2 秒表按鈕模塊42.2.3 LED數(shù)碼管顯示模塊.52.2.4 放大模塊.62.3.1 主程序模塊62.3.2 定時(shí)器中斷程序63. 系統(tǒng)調(diào)試83.1 硬件調(diào)試83.1.1 靜態(tài)檢查83.1.2 通電檢查83.2 軟件調(diào)試及軟硬件聯(lián)調(diào)83.2.1仿真調(diào)試83.2.2 實(shí)物調(diào)試93.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果94. 結(jié)束語(yǔ)11附錄1：用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計(jì)原理圖圖紙1

8、5附錄2：用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計(jì)的元器件目錄表16附錄3：用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計(jì)程序清單17 用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計(jì) 1.概 述1.1 課題研究背景與意義隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的運(yùn)用也越來(lái)越廣泛。特別是進(jìn)入21世紀(jì)，由于信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，秒表的用途也越來(lái)越廣泛。作為一個(gè)重要的計(jì)時(shí)工具，秒表在電器制造、電力、工業(yè)自動(dòng)化控制、國(guó)防、實(shí)驗(yàn)室及科研單位都有廣泛運(yùn)用。正是由于它的便捷、準(zhǔn)確、可比性高等優(yōu)點(diǎn)，大大減輕了操作人員的負(fù)擔(dān)，降低了錯(cuò)誤率。近年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)高速發(fā)展，傳統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)方法已大大落后于當(dāng)今技術(shù)的發(fā)展。一種嶄新的、采用硬件描述語(yǔ)言的設(shè)計(jì)

9、電路方法悄然興起。這是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化領(lǐng)域的一次重大邁進(jìn)。單片機(jī)就是以可編程邏輯器件為設(shè)計(jì)載體，以硬件描述語(yǔ)言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達(dá)方法。通過(guò)有關(guān)的開(kāi)發(fā)軟件，自動(dòng)完成用軟件方式設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中還運(yùn)用到數(shù)碼管，數(shù)碼管通常是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型器件，數(shù)碼管的段加上特定的電壓后，這些特定的段就會(huì)亮，顯示出特定信息。因而，在樓體墻面、廣告招牌、夜總會(huì)、會(huì)所的門(mén)頭廣告牌中運(yùn)用到數(shù)碼管可產(chǎn)生彩虹般絢麗的效果。本次設(shè)計(jì)主要完成具備基本功能的電子秒表的理論設(shè)計(jì)。1.2 課題設(shè)計(jì)內(nèi)容本課題內(nèi)容是設(shè)計(jì)并制作一個(gè)LED數(shù)碼管顯示的秒表，運(yùn)用“開(kāi)始”、“暫?！?、“復(fù)位”按鈕實(shí)現(xiàn)秒表的00-59的計(jì)時(shí)

10、。設(shè)計(jì)LED數(shù)碼管顯示的秒表的硬件電路與軟件控制程序，對(duì)硬件電路與軟件程序分別進(jìn)行調(diào)試，并進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)，要求獲得調(diào)試成功的實(shí)物。2 .系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)方案論證根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容，提出采用單片機(jī)芯片為主控電路的設(shè)計(jì)方案。由于單片機(jī)體積小，重量輕，控制功能強(qiáng)，便于模塊化，價(jià)格便宜，為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。并且在運(yùn)行中單片機(jī)的可靠性較高，出錯(cuò)幾率很小，保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。同時(shí)，單片機(jī)的使用領(lǐng)域已經(jīng)十分廣泛，也為以后的產(chǎn)品的升級(jí)換代提供了便利。方案設(shè)計(jì)框圖如圖2-1所示。 圖2-1 LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計(jì)系統(tǒng)的電路原理圖如2-2所

11、示。系統(tǒng)由主控模塊、秒表按鈕模塊、LED數(shù)碼管顯示模塊、放大模塊四部分組成。圖2-2 LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計(jì)電路原理圖2.2.1 主控模塊主控模塊原理圖如圖2-3所示。主控制器采用STC89C52。STC89C52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能CMOS 8位的以80C51為內(nèi)核的單片機(jī)。圖2-3 主控模塊原理圖主控模塊里面，除單片機(jī)外，還包括時(shí)鐘電路和復(fù)位電路兩部分。A. 時(shí)鐘電路STC89C52內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。時(shí)鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。內(nèi)部方式的時(shí)鐘電路如圖2-4

12、(a) 所示，在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。定時(shí)元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶體振蕩頻率可以在1.212MHz之間選擇，電容值在530pF之間選擇，電容值的大小可對(duì)頻率起微調(diào)的作用。外部方式的時(shí)鐘電路如圖2-4（b）所示，XTAL2接地，XTAL1接外部振蕩器。對(duì)外部振蕩信號(hào)無(wú)特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12MHz的方波信號(hào)。 （a）內(nèi)部方式時(shí)鐘電路 （b）外部方式時(shí)鐘電路圖2-4 時(shí)鐘電路B. 復(fù)位電路RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。復(fù)位信號(hào)是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24個(gè)振蕩周期(即二個(gè)機(jī)器周期)以上。若使用頗率

13、為6MHz的晶振，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過(guò)4us才能完成復(fù)位操作。產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)的電路邏輯如圖2-5所示。整個(gè)復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)(RST)送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2時(shí)刻對(duì)施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。2-5復(fù)位信號(hào)的電路邏輯圖復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位相按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這樣，只要電源Vcc的上升時(shí)間不超過(guò)1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電平復(fù)位是通過(guò)使復(fù)位端經(jīng)電阻與

14、Vcc電源接通而實(shí)現(xiàn)的；而按鍵脈沖復(fù)位則是利用RC微分電路產(chǎn)生的正脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)的。2.2.2 秒表按鈕模塊按鈕用按鍵模塊來(lái)模擬，按鍵用獨(dú)立式按鍵表示，電路如圖2-6所示。圖2-6 秒表按鈕模塊在沒(méi)有按鍵按下時(shí)，P1口輸入的是高電平。當(dāng)有鍵按下時(shí)，相應(yīng)的端口引腳輸入低電平。2.2.3 LED數(shù)碼管顯示模塊A.電路連接顯示模塊采用兩位共陽(yáng)極的數(shù)碼管，電路連接圖如圖2-7所示。 圖2-7 LED數(shù)碼管顯示模塊B.數(shù)碼管介紹本設(shè)計(jì)中運(yùn)用的是3261BS兩位共陽(yáng)極數(shù)碼管，其引腳圖如圖2-8所示。 圖2-8 3261BS 數(shù)碼管外部引腳 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)

15、光二極管單元，即一個(gè)小數(shù)點(diǎn)。數(shù)碼管的8個(gè)顯示比劃“a,b,c,d,e,f,g,dp”；按能顯示多少個(gè)“8”可分為1位、2位、4位等數(shù)碼管。 本設(shè)計(jì)中發(fā)光二極管單元的連接方式為共陽(yáng)極數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接在一起形成公共陽(yáng)極（COM）的數(shù)碼管。共陽(yáng)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。 2.2.4 放大模塊本次設(shè)計(jì)采用兩個(gè)NPN三極管對(duì)驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)行放大，進(jìn)而來(lái)驅(qū)動(dòng)兩位共陽(yáng)極數(shù)碼管。電路連接圖如圖2-9所示。 圖2-9 驅(qū)動(dòng)電流放大模塊 2.3 軟件設(shè)計(jì) 用LED數(shù)碼管顯示的

16、秒表設(shè)計(jì)程序清單如附錄3所示，程序分主程序和定時(shí)器中斷程序兩大部分。 2.3.1 主程序模塊系統(tǒng)主程序主要用于變量及其他部件的初始化，如定時(shí)器T0的初始化，以便能夠準(zhǔn)確的進(jìn)行相應(yīng)的操作，同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的功能鍵判斷，從而實(shí)現(xiàn)特殊功能。主程序的流程圖2-10所示。 2.3.2 定時(shí)器中斷程序 定時(shí)器中斷程序的相應(yīng)流程圖如2-11所示。在定時(shí)器中斷程序中在定時(shí)器重置初始值以后，時(shí)間50ms次數(shù)加一，最后中斷返回。圖2-10 用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計(jì)主程序流程圖圖2-11 定時(shí)器中斷程序3. 系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)前述第2大節(jié)中硬件和軟件設(shè)計(jì)，制作了LED數(shù)碼管顯示的秒表系統(tǒng)樣機(jī)實(shí)物。對(duì)樣機(jī)的硬件和軟件分別進(jìn)

17、行了調(diào)試，最后進(jìn)行了軟件、硬件聯(lián)調(diào)。3.1 硬件調(diào)試3.1.1 靜態(tài)檢查根據(jù)硬件電路圖核對(duì)了元器件的型號(hào)、極性，安裝是否正確，檢查硬件電路連線是否與電路原理圖一致，檢查電路元器件是否都已經(jīng)連接好，用萬(wàn)用表一一測(cè)試。3.1.2 通電檢查先調(diào)試電源部分，整個(gè)電路只需要+5V的電壓，用USB線從電腦USB口取電。再用示波器檢測(cè)單片機(jī)的復(fù)位和晶振電路是否有復(fù)位信號(hào)和振蕩信號(hào)。3.2軟件調(diào)試及軟硬件聯(lián)調(diào)對(duì)軟件先用仿真器進(jìn)行了調(diào)試。用仿真器運(yùn)行正常后，再用燒寫(xiě)器將程序燒到STC89C52單片機(jī)中，進(jìn)行了脫機(jī)調(diào)試。3.2.1仿真調(diào)試A. proteus仿真電路用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計(jì)proteus仿真電

18、路如圖3-1所示。 圖3-1 用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計(jì)proteus仿真電路B仿真結(jié)果用proteus軟件對(duì)用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計(jì)進(jìn)行了仿真，按Start鍵時(shí)秒表計(jì)時(shí)開(kāi)始，按下Stop時(shí)的仿真結(jié)果如圖3-2所示，說(shuō)明此LED數(shù)碼管秒表可以模仿真實(shí)的秒表計(jì)時(shí)器。 圖3-2 按下Stop按鍵時(shí)的仿真結(jié)果3.2.2實(shí)物調(diào)試用Proteus仿真成功后，制作了用LED數(shù)碼管顯示的秒表多孔板實(shí)物，將附錄3的程序燒寫(xiě)到STC89C52中去，燒寫(xiě)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)并不能上電成功，但是最小系統(tǒng)的燈亮著，由此可得出并不是電路硬件的問(wèn)題。因而我專(zhuān)注于對(duì)電路軟件的研究，經(jīng)過(guò)一番自己的摸索以及周?chē)瑢W(xué)的幫助，發(fā)現(xiàn)是

19、燒寫(xiě)程序版本過(guò)低的問(wèn)題，更新了版本后，發(fā)現(xiàn)一切正常。秒表可以正常計(jì)時(shí)，亮度也很好，至此電路板調(diào)試工作完成。多孔板調(diào)試成功后，設(shè)計(jì)制作了用LED數(shù)碼管顯示的秒表PCB板，并進(jìn)行了焊接與調(diào)試，成功調(diào)試出PCB板實(shí)物。3.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果制作了用LED數(shù)碼管顯示的秒表多孔板實(shí)物，通電后按下“開(kāi)始”、“暫?！薄ⅰ皬?fù)位”，秒表可以正常工作。圖3-3是按下按Stop鍵以后的顯示結(jié)果。 圖3-3 多孔板實(shí)驗(yàn)結(jié)果 4. 結(jié)束語(yǔ)本次設(shè)計(jì)的是用LED數(shù)碼管顯示的秒表，分別進(jìn)行了硬件電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、多孔板與PCB板實(shí)物調(diào)試。正因?yàn)榭茖W(xué)技術(shù)的日新月異，單片機(jī)在21世紀(jì)獲得蓬勃發(fā)展，單片機(jī)可以集成越來(lái)越多等資源，

20、內(nèi)部存儲(chǔ)越來(lái)越豐富，用戶(hù)不需要擴(kuò)充資源就可以完成項(xiàng)目開(kāi)發(fā)。因而，單片機(jī)已經(jīng)成為21世紀(jì)計(jì)算機(jī)中空前活躍的領(lǐng)域，在生活中無(wú)處不在，是人們生活中不可或缺的一部分。因而，作為當(dāng)代大學(xué)生，掌握單片機(jī)的開(kāi)發(fā)與運(yùn)用是必不可少的。這次我設(shè)計(jì)的LED數(shù)碼管顯示的秒表，可以說(shuō)是很簡(jiǎn)單的一種。但是這次設(shè)計(jì)，從理論到實(shí)踐，有苦也有甜，當(dāng)電路不成功時(shí)自己內(nèi)心的焦躁無(wú)人可說(shuō)，可經(jīng)過(guò)自己的探索，最終看見(jiàn)秒表順利計(jì)時(shí)后，內(nèi)心的喜悅又是巨大的。參考文獻(xiàn) 1 張?zhí)m紅 單片機(jī)原理及應(yīng)用M 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.72 郭天祥 新概念51單片機(jī)C語(yǔ)言教程入門(mén)、提高、開(kāi)發(fā)拓展全攻略M 北京：電子工業(yè)出版社，20103 彭偉

21、單片機(jī)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)100例基于8051+Proteus仿真M 北京：電子工業(yè)出版社，2010.64 張大明 單片機(jī)控制實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)及綜合應(yīng)用實(shí)例M.北京：清華大學(xué)出版社， 20045 張齊 朱寧西. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)基于C51的Proteus仿真 M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20046 沈光斌 劉冬，姚志成.單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)用抗干擾設(shè)計(jì).M.北京：人民郵電出版社，20047 馮育長(zhǎng) .單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例分析.M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007 8 晁陽(yáng) 單片機(jī)MCS-51原理及應(yīng)用開(kāi)發(fā)教程M.北京：清華大學(xué)出版社，2009 致 謝經(jīng)過(guò)兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多知識(shí)。明白了理論

22、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，只有把理論與實(shí)際結(jié)合起來(lái)，從實(shí)踐中得出結(jié)論，才能真正學(xué)到知識(shí)，真正為社會(huì)服務(wù)，提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和實(shí)際思考能力。畢竟這是自己第一次做的設(shè)計(jì)，許多知識(shí)還掌握的不夠，在設(shè)計(jì)中可謂是困難重重，但正因?yàn)橛欣щy，有問(wèn)題，自己才有了學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，自己才能夠得到真正的提高。能夠順利完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)，離不開(kāi)老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助，在此特別感謝張?zhí)m紅老師的悉心指導(dǎo)，感謝陳鶴鳴同學(xué)和莊永棟同學(xué)的幫助！ 附錄附錄1：用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計(jì)原理圖圖紙附錄2：用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計(jì)的的元器件目錄表附錄3：用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計(jì)的的程序清單附錄1：用L

23、ED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計(jì)原理圖圖紙附錄2：用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計(jì)的元器件目錄表序號(hào)型 號(hào)（名稱(chēng)）數(shù)量作用1AT89C521單片機(jī)2電阻1K一個(gè)、330一個(gè)電路電阻3100歐姆排阻1上拉電阻4兩位共陽(yáng)數(shù)碼管1顯示時(shí)間5按鈕3復(fù)位按鈕等622pF瓷片電容2晶振電路用710F電解電容1上電復(fù)位812MHz1晶振9三極管1放大電路附錄3：用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計(jì)程序清單#include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit START=P10; /開(kāi)始sbit STOP=P11; /停止sbit RESET=P12; /復(fù)位sbit dp=P07; sbit w1=P26; sbit w2=P27;uchar aa,temp,STOPFLAG,STARTFLAG,miaoshi,miaoge; uchar code table=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0