用定時器計數(shù)器設(shè)計一個簡單的秒表

1、目錄摘要I1 Proteus簡介12 主要相關(guān)硬件介紹22.1 AT89C52簡介22.2 四位數(shù)碼管42.3 74LS139芯片介紹53 設(shè)計原理54 電路設(shè)計64.1 電路框圖設(shè)計64.2 電路模塊介紹74.2.1 控制電路74.2.2 譯碼電路74.2.3 數(shù)碼管顯示電路74.3 仿真電路圖85 設(shè)計代碼86 仿真圖127 仿真結(jié)果分析148 實物圖149 心得體會15參考文獻16摘要 現(xiàn)在單片機的運用越來越寬泛，大到導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置、飛機上各種儀表的控制、計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸、工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，小到廣泛使用的各種智能IC卡、各種計時和計數(shù)器等等。本次課設(shè)我們要設(shè)計

2、一個能顯示計時狀態(tài)和結(jié)果的秒表，它是基于定時器/計數(shù)器設(shè)計一個簡單的秒表。本次設(shè)計的數(shù)字電子秒表系統(tǒng)采用AT89C51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)碼管以及外部中斷電路來設(shè)計計時器。將軟、硬件有機地結(jié)合起來，使得系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)四位LED顯示，顯示時間為099.99秒，計時精度為0.01秒，能正確地進行計時，并顯示計時狀態(tài)和結(jié)果。其中軟件系統(tǒng)采用匯編或者C語言編寫程序，包括顯示程序，定時中斷服務(wù)，外部中斷服務(wù)程序，延時程序等，并在keil中調(diào)試運行，硬件系統(tǒng)利用PROTEUS強大的功能來實現(xiàn)，簡單切易于觀察，在仿真中就可以觀察到實際的工作狀態(tài)。關(guān)鍵詞

3、：秒表，AT89C51，proteus，C語言I1 Proteus簡介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)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)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年又增加了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。Proteu

4、s軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是：1原理布圖2PCB自動或人工布線3SPICE電路仿真4互動的電路仿真5仿真處理器及其外圍電路Proteus擁有豐富的資源，它體現(xiàn)在：1Proteus可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，有30多個元件庫。2Proteus可提供的仿真儀表資源 ：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器、信號發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表。理論上同一種儀器可以在一個電路中隨意的調(diào)用。3除了現(xiàn)實存在的儀器外，Proteus還提供了一個圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實

5、時地顯示出來，其作用與示波器相似，但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀器對測量結(jié)果的影響。4Proteus可提供的調(diào)試手段 Proteus提供了比較豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號。 Proteus不僅可將許多單片機實例功能形象化，也可將許多單片機實例運行過程形象化。前者可在相當程度上得到實物演示實驗的效果，后者則是實物演示實驗難以達到的效果。 課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生走向就業(yè)的重要實踐環(huán)節(jié)。由于PROTEUS提供了實驗室無法相比的大量的元器件庫，提供了修改電路設(shè)計的靈活性、提供了實驗室在數(shù)量、

6、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)學(xué)生實踐精神、創(chuàng)造精神的平臺隨著科技的發(fā)展，“計算機仿真技術(shù)”已成為許多設(shè)計部門重要的前期設(shè)計手段。它具有設(shè)計靈活，結(jié)果、過程的統(tǒng)一的特點?？墒乖O(shè)計時間大為縮短、耗資大為減少，也可降低工程制造的風(fēng)險。相信在單片機開發(fā)應(yīng)用中PROTEUS也能茯得愈來愈廣泛的應(yīng)用。2 主要相關(guān)硬件介紹2.1 AT89C52簡介AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指

7、令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，AT89C52單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。AT89C52單片機參數(shù)如下：1、兼容MCS51指令系統(tǒng)2、8kB可反復(fù)擦寫(大于1000次）Flash ROM；3、32個雙向I/O口；4、256x8bit內(nèi)部RAM；5、3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷；6、時鐘頻率0-24MHz；7、2個串行中斷，可編程UART串行通道；8、2個外部中斷源，共8個中斷源；9、2個讀寫中斷口線，3級加密位；10、低功耗空閑和掉電模式，軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能；11、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等幾種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。AT89C52工

8、作原理與AT89C51單片機工作原理類似，AT89C52為8 位通用微處理器，采用工業(yè)標準的C51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8xc52 相同，其主要用于會聚調(diào)整時的功能控制。功能包括對會聚主IC 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功能部件的初始化，會聚調(diào)整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號IR的接收解碼及與主板CPU通信等。主要管腳有：XTAL1（19 腳）和XTAL2（18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。VCC（40 腳）和VSS（20 腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負端。P0P3 為可編程

9、通用I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計中，P0 端口（3239 腳）被定義為N1 功能控制端口，分別與N1的相應(yīng)功能管腳相連接，13 腳定義為IR輸入端，10 腳和11腳定義為I2C總線控制端口，分別連接N1的SDAS（18腳）和SCLS（19腳）端口，12 腳、27 腳及28 腳定義為握手信號功能端口，連接主板CPU的相應(yīng)功能端，用于當前制式的檢測及會聚調(diào)整狀態(tài)進入的控制功能，詳細端口分布見圖2-1圖2-1 AT89C52端口圖2.2 四位數(shù)碼管四位數(shù)碼管可以分為共陽極與共陰極兩種，共陽極就是把所有LED的陽極連接到共同接點com，而每個LED的陰極分別為a、b、c、d、e、f、g及

10、dp（小數(shù)點）；共陰極則是把所有LED的陰極連接到共同接點com，而每個LED的陽極分別為a、b、c、d、e、f、g及dp（小數(shù)點），如下圖2-2所示。通過控制各個LED的亮滅來顯示數(shù)字。圖2-2 四位數(shù)碼管2.3 74LS139芯片介紹74LS139 為兩個2線4 線譯碼器，共有 54/74S139和 54/74LS139 兩種線路結(jié)構(gòu)型式，當選通端（G1）為低電平，可將地址端（A、B）的二進制編碼在一個對應(yīng)的輸出端以低電平譯出。 若將選通端（G1）作為數(shù)據(jù)輸入端時，139 還可作數(shù)據(jù)分配器。具體的端口圖見圖2-3.圖2-3 74LS139引腳圖3 設(shè)計原理利用AT89S52單片機的定時器，

11、使其能精確計時。利用中斷系統(tǒng)使其實現(xiàn)啟動、暫停以及復(fù)位清零的功能，P0口輸出段碼數(shù)據(jù)，P2.0P2.2連上譯碼器作為位選，P3.2和P3.3接口的兩個按鈕分別實現(xiàn)啟動/暫停和復(fù)位功能。計時器采用T0中斷實現(xiàn)，定時溢出中斷周期為1ms，當溢出中斷后向CPU發(fā)出溢出中斷請求，每發(fā)出10次中斷請求就對10ms位（即最后一位）加一，達到100次就對100ms位加一，以此類推，直到99.99s為止。再看按鍵的處理。兩個按鍵采用中斷的方法，設(shè)置外部中斷0和外部中斷1位脈沖邊沿觸發(fā)方式，這樣一來每當按鍵按下時便會觸發(fā)中斷，從而實現(xiàn)啟動/暫停和復(fù)位。開始鍵和暫停鍵使用了外部中斷，所以需要連到單片機的P3.2和

12、P3.3引腳上，這兩個I/O口的第二功能是單片機的外部中斷0端口和外部中斷1端口。 顯示電路由四位數(shù)碼管組成，采用動態(tài)顯示方式，因此有8位段控制和4位位控制，8位段接控制接P0口，P0.0P0.7分別控制數(shù)碼管的a b c d e f g dp顯示，位控制接在P2.0和P2.1兩個口，在通過一個24譯碼器實現(xiàn)位控制。4 電路設(shè)計4.1 電路框圖設(shè)計譯碼器四位數(shù)碼管控制電路AT89C51單片機圖4-1 電路設(shè)計框圖4.2 電路模塊介紹4.2.1 控制電路圖4-2控制模塊 本次課設(shè)設(shè)計了兩個按鈕，一個為開始和暫時按鈕，另外一個為復(fù)位按鈕，當按下按鈕時，會根據(jù)程序中的相應(yīng)中斷程序來實現(xiàn)相關(guān)功能。4.

13、2.2 譯碼電路圖4-3 2-4譯碼電路2-4譯碼電路通過74LS139芯片來實現(xiàn)譯碼功能，其中A口接單片機P2.0口，B口接P2.1口，E口接地，Y0Y3口接數(shù)碼管的1234口，2-4譯碼電路實現(xiàn)了對數(shù)碼的位選功能。4.2.3 數(shù)碼管顯示電路圖4-4 數(shù)碼管顯示電路 本次顯示使用的數(shù)碼管為八段數(shù)碼管，共有8八二極管顯示單元，其中一個為小數(shù)點了，A、B、C、D、E、F、G、DP口接單片機上的P0.0P0.7口，來進行段選，14口接上文的譯碼電路。完成對秒表記時的顯示。4.3 仿真電路圖圖4-2 仿真電路5 設(shè)計代碼#includeunsigned int data table=0x3f,0x0

14、6,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; /顯示碼值unsigned int i,j,k,l,count;char sw=0;void delay(unisigned int z) /延時程序unsigned int x,y;for(x=z;x!=0;x-)for(y=110;y!=0;y-);void main()TMOD=0x01; /設(shè)置定時器為模式1TH0=(65536-1000)/256; /給定時器賦定時初值TL0=(65536-1000)%256; EA=1; /開中斷EX0=1;/打開外部中斷0中斷EX1=1;/打開外部中斷1中斷ET

15、0=1;/打開T0中斷IT0=1; /設(shè)置外部中斷位脈沖邊沿觸發(fā)方式 IT1=1; /跳變沿觸發(fā)方式INT1上電平從從高到低的負跳變有效while(1) / 數(shù)碼顯示P2=0x03;P0=tablei;delay(1);P2=0x02;P0=tablej;delay(1);P2=0x01;P0=(tablek+0x80);delay(1);P2=0x00;P0=tablel;delay(1);void ex0() interrupt 0 /外部中斷0sw=!sw; /設(shè)置復(fù)位TR0=sw; void ex1() interrupt 2 /外部中斷0 l=k=j=i=0; void timer0

16、() interrupt 1 /定時器T0溢出中斷TH0=(65536-1000)/256; /重裝計數(shù)初值TL0=(65536-1000)%256;count+; /溢出中斷次數(shù)加一if(count=10)count=0;i+; /溢出10次，0.01s位加一if(i=10)i=0; /0.01s位到10了，清零，0.1s位加一j+;if(j=10)j=0; /0.1s位到10了，清零，1s位加一k+;if(k=10)k=0; /1s位到10了，清零，10s位加一l+;176 仿真圖圖6-1 開始記時圖6-2 暫停記時圖6-3 復(fù)位7 仿真結(jié)果分析 通過以上的分析，我們可知所設(shè)計的秒表計時器

17、，可實現(xiàn)記時功能，既可以進行啟動記時，也可以通過同一個按鍵來實現(xiàn)暫停，并能通過復(fù)位清零鍵來使秒表記時器復(fù)位，以實現(xiàn)重新記時，在記時到99秒時，秒表會自動清零，需要重新按開始鍵才可以。8 實物圖圖8-1 單片機實物圖9 心得體會本次課設(shè)要求我們定時器/計數(shù)器設(shè)計一個簡單的秒表，能顯示計時狀態(tài)和結(jié)果。要求進行電路實驗或仿真，并使用C語言進行程序的開發(fā)。能力拓展訓(xùn)練使得我們又一次熟悉了已學(xué)的C語言和先學(xué)的單片機的應(yīng)用。通過這次能力拓展使我們的動手能得到了提升，而且學(xué)會了獨立完成一項任務(wù)。在做這次設(shè)計之前，通過查找相關(guān)資料，我已經(jīng)對本次課設(shè)有了一定的了解，在查詢了大量資料和請教同學(xué)之后，我最終能成功的

18、做出本次課設(shè)。但是在做課設(shè)的過程中發(fā)現(xiàn)有很多知識點沒有掌握，基礎(chǔ)知識不可缺少，但是一些核心的高層次的知識點更是不可忽視。在完成課設(shè)的過程中沒少向同學(xué)請教，由此我意識到，任何時候任何事情，閉門造車是不可取的，要一直堅持向周圍的師長，同學(xué)求教，以取得新的思考途徑。通過這次強化訓(xùn)練基礎(chǔ)課程知識的了解。這次的能力拓展訓(xùn)練主要與C語言編程和單片機原理等方面的知識，充分鍛煉了我運用所學(xué)知識解決實際問題的能力。通過查閱資料，溫習(xí)課本知識和學(xué)習(xí)筆記，我深刻領(lǐng)悟到各課程之間的聯(lián)系，并初步掌握了綜合運用課本知識分析問題的方法。本次簡單秒表的設(shè)計采用單片機與微機原理編程的方法，實現(xiàn)了秒表Proteus原理圖的繪制和仿真，達到了預(yù)期目的，完成了設(shè)計的任務(wù)要求。這次設(shè)計充分檢驗了我自學(xué)的能力。這次的設(shè)計任務(wù)涉及到了許多軟件方面的知識。通過查閱資料，我不但鞏固了所學(xué)的課本知識，而且學(xué)會了熟練使用許多軟件。通過這次拓展訓(xùn)練，我也意識到自己的不足，單片機方面的知識對我們工作和學(xué)習(xí)都非常重要，而我在這方面還存在很多不足，以后還是要多多學(xué)習(xí)相關(guān)知識，虛心請教他人才能取得長足的進步，是自己的專業(yè)知識技能更近一步，使自己在以后的學(xué)習(xí)工作有能力勝任相關(guān)的工作要求。參考文獻1 李群芳，張士軍.單片微型計算機與接口技術(shù).電子工業(yè)出版社，2010.7.12 張毅剛. 基于Proteus的單片機課程