單片機秒表設計

1、鄭州科技學院單片機課程設計題 目 學生姓名 專業(yè)班級 學 號院（系）指導教師 完成時間 2015 年1月9日鄭州科技學院單片機課程設計任務書專業(yè) 11電科 班級 1 班 學號 201131006 姓名 李軍一、 設計題目電子秒表二、設計任務與要求基本功能：1. 使用AT89C51單片機的定時器/計數器定時和記數的原理，使秒表 其能精確計時。2. 能夠穩(wěn)定顯示并能準確計時，計時精度達到0.01秒，最大計時 59-59-99。3. 能夠實現開始、暫停、清零、保存、讀取的功能三、主要參考文獻1 艾運階單片機項目教程北京：北京理工大學出版社,20112 李泉溪.單片機原理與實例仿真北京：北京航空航天大

2、學出版社,20093 江世明基于Protues的單片機應用技術.北京：電子工業(yè)出版社,20094 李朝青單片機原理及接口技術（第 3版）.北京：北京航空航天大 學出版社,20065 孫育才.MCS-51系列單片微型計算機及其應用廣東：東南大學出版社,2009四、設計時間2014 年 12月_29日 至 2015 年月_9_日指導教師簽名：目錄、/. 前言1 課程設計的目的及要求 21.1 課程設計的目的 21.2 課程設計的任務 21.3 課程設計的要求 22 設計的方案及論證 22.1 方案設計 22.2 方案選擇 32.3 方案確定 43 硬件電路設計 54 軟件設計 54.1 主要模塊流

3、程圖 64.2 程序的主要模塊 65 電路仿真 76 電路的焊接與調試 86.1 電路的焊接 86.2 電路的調試 97 總結 11參考文獻 12附錄 1：總體電路原理圖 13附錄 2：元器件清單 14附錄 3：編碼程序 15、八前言近年來隨著科技的飛速發(fā)展， 單片機的應用正在不斷的走向深入，同時帶動著傳統控制檢測日新月異更新。在實時檢測和自動控制的單 片機應用系統中，單片機往往是作為一個核心部件來使用，僅單片機 方面的知識是不夠的，還要根據具體的硬件結構，以及針對具體的應 用對象的軟件結合，加以完善。人們在日常生活中，有很多時候要精確地計算時間，但往往因為 人為因素造成人們不愿意看到的誤差。

4、 本設計利用 AT89C51 單片機的 定時器 / 計數器定時和記數的原理，使其能精確計時。計時精度達到 0.01s, P1 口 P2 口接數碼管顯示功能，P3.4 P3.5、P3.6、P3.7分別接 四個按鈕開關，分別實現開始、暫停、清零、保存、讀取的功能。顯 示電路由兩個四位共陰極數碼管組成。電子秒表精確度的提高，使它的運用越來越廣泛，它解決了傳統 的由于計時精度不夠造成的誤差和不公平性是各種體育競賽的必備設 備之一。1 課程設計的目的及要求1.1 課程設計的目的(1) 掌握 51 單片機的基本使用方法和相關電子器件的應用。(2) 掌握鍵盤的使用，靈活運用中斷。(3) 掌握Proteus的

5、仿真與調試。(4) 秒表具有啟動 /停止、保存、讀取、復位功能。(5) 單片機為控制核心，實現方案設計、電路的設計、程序設計， 并在 PROTEUS 電子設計平臺實現仿真。1.2 課程設計的任務本設計是基于 AT89C51 數碼管顯示的電子秒表，利用 AT89C51 單片機的定時器 /計數器定時和記數的原理， 使其計時精度達到 0.01s， P1 口 P2 口接數碼管顯示功能，P3.4、P3.5、P3.6、P3.7分別接四個按 鈕開關，分別實現開始、暫停、清零、保存、讀取的功能。1.3 課程設計的要求(1) 設計基于單片機 AT89C51 數碼管顯示的電子秒表。(2) 通過按鍵控制開始、清零、

6、暫停和停止能夠準確計時并顯示。(3) 開始顯示 00-00-00。(4) 最大計時 59-59-99，最大精確到 0.01 秒。2 設計的方案及論證2.1 方案設計(1) 在性價比滿足應用系統要求的基礎上，選擇更可靠、更熟悉的單片機，縮短研制周期。盡可能選擇較成熟的典型應用電路，以提高系統的可靠性。(3) 單片機內部的資源與外部擴展資源應在滿足應用系統設計要求 的基礎上留有余地，為進一步升級和擴展其功能提供方便。(4) 應充分結合軟件方案統籌考慮硬件結構， 通常硬件功能較完善, 其相應的軟件就簡單，但硬件成本較高；而硬件功能略低，其相應的 軟件就復雜。實際中應盡量以軟件替代硬件來降低成本。2.

7、2方案選擇在方案選取的時候有兩個方案可以選：方案一如圖2-1所示，能夠最大顯示99秒，精確度為1秒，具有開始/暫停,復位功能C1U122pFC222pF9R16300R,XTAL1XTAL2RSTP0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10PSENP2.3/A11ALEP2.4/A12EAP2 5/A13P2.6/A14P2.7/A15P1.0P3.0/RXDP1.1P3.1/TXDP1 2P3 2/INT0P1.3P3.3/fNT1P1.4P3.4/T0P1.5P3

8、.5/T1P1.7P3.7/RDAT89C5139123|562930378R181R20R2f1 R2： R23300R30OR300R300F300R300RR247361011P 13nr1517圖2-1方案一原理圖方案二如圖2-2所示，能夠最大顯示59-59-99,精確度為0.01 秒。具有開始/暫停、復位、保存、讀取功能U1XTAL1XTAL2RST3031P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9392122PSENALE EAP2.2/A10P2.3/A11P2.4/

9、A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A152324262728P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7AT89C51P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T110:rs-1415-P3.6/WRP3.7/RD1617圖2-2方案二原理圖2.3方案確定總體設計案如圖2-3所示:圖2-3方案總體設計我們選用較熟悉的具有內部程序存儲器的 AT89C51單片機作為 主控電路。選用時鐘電路、復位電路和AT89C51單片機組成最小控制 系統，再通過按鍵電路控制顯示電路來組成的硬件電路。通過分析與比對，我們選用方案二，

10、它能夠精確 0.01秒，并且能 夠顯示時間更長，具有開始/暫停，復位，保存，讀取功能。3硬件電路設計本次課程設計是基于單片機的秒表設計，其中硬件電路采用AT89C51單片機的定時器/計數器定時和記數的原理；時鐘電路及復位 電路組成的最小控制系統，復位電路采用上電復位；顯示模塊是采用 兩個共陽極數碼管；按鍵電路包含四個按鍵開關及74IS08與門芯片，四個開關分別具有開始/暫停，復位清零，保存數據，讀取數據的功能， 與門芯片與四個開關相與，然后接入外部中斷接口。與門芯片真值表如圖3-1所示：AB輸出000010100111圖3-1 74IS08真值表4軟件設計4.1主要模塊流程圖主程序流程圖如圖4

11、-1所示:系統初始化暫停或復位1 f停止是啟動并開始計時停止讀取顯示秒表圖4-1主程序流程圖4.2程序的主要模塊本程序主要分為四部分：主程序模塊、顯示模塊、按鍵中斷模塊、 定時模塊。(1) 主程序分析：主程序負責整個程序的調用和轉跳，實現啟動與暫停、復位、保存、讀取之間的切換。程序開始時進行系統初始化， 之后顯示“ 00-00-00”，接著等待“啟動”按鍵觸發(fā)。(2) 顯示模塊分析：顯示模塊負責把分、秒、毫秒通過 8 位數碼管 顯示出來，中間通過“ -”隔開。首先根據定時器用來保存分、秒、毫 秒的寄存器的值，判斷得知每個數字的段碼，把分的高位送到數碼管 的第一位，再把分的低位送到數碼管的第二位

12、，接著把“ -”的段碼送 到數碼管的第三位，同樣的方法把秒和微秒送到數碼管，然后循環(huán)掃 描每一位把時間顯示出來。(3) 按鍵中斷服務程序分析：產生外部中斷時，進行按鍵判斷，程 序采用 3 次條件轉跳進行按鍵判斷，每個按鍵都標志相應的值：“啟 動/停止”時把定時器開放或與停止，“復位”時，把用來保存時間的 寄存器清 0，“保存”時，把用來保存時間的寄存器的值保存到連續(xù) 的單元中，“讀取”時把保存時間的單元依次讀取出來放回到用來保 存時間的寄存器里。(4) 定時程序分析：當按了“啟動”鍵時，開放定時，以 10MS 作 為一個計時單位，每計100個10毫秒(即1秒)，就進一位，用(INC R6)實現

13、，R6加了 60次之后，R7就加1,表示“分”加1。5 電路仿真本次課程設計仿真所用到的軟件有 keil 編譯軟件和 proteus 仿真 軟件，先把寫好的程序用 keil 軟件編譯生成 hex 文件，在 proteus 仿真軟件中查找元器件，連接電路圖，再把 hex 文件加載到仿真軟件 的單片機中，最后進行仿真測試。仿真圖如圖 5-1 所示:C310UFU11893、XTAL1P0.0/AD0XTAL2P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3RSTP0.4/AD4PO.5/AD5PO.6/AD6P0.7/AD7PSENP2.0/A8P2.1/A9P2.2/A1CP2.3/A11ALE

14、P2.4/A12EAP2.5/A13P1.0P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RX 匸P1.1P3.1/TX DP1 2P3.2/INTCP3.37TNT1P1.3P1 4P1 5P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RDP1.6P1 71102671517AT89C5178132930 k12728i 25-2621T2212324U5AND_4圖5-1電路仿真圖6電路的焊接與調試6.1電路的焊接(1) 使用電烙鐵時，首先檢查焊頭，焊頭若出現黑色的氧化物就先 磨掉。上錫的具體方法是：插上電源插頭，將電烙鐵燒熱，剛剛熔化 焊錫時，涂上助焊劑，再用焊錫均勻地涂在烙鐵頭上，是烙鐵頭均勻 地

15、涂上一層錫。(2) 焊接時將引腳對應好焊接電路板的焊接位置上，接著先將焊絲接觸然后電烙鐵從下至上的較快速的上錫。焊接出來的焊點應該飽滿,略有尖頭(3) 導線焊接：導線焊接前要出去末端絕緣層。導線焊接，搪錫是 關鍵步驟，尤其多股導線。(4) 焊接時間不宜過長， 否則容易燙壞元件， 必要時可用鑷子夾住管 腳幫忙散熱(5) 焊點應呈正弦波峰形狀， 表面應光亮圓滑， 無焊刺， 錫量適中 焊接完成后，再對照電路圖檢查一遍接線有無錯誤，若有及時更正， 沒有的話就可加電壓測試了。加上電壓后，若正常工作且符合設計要 求和目的，則電路設計成功，否則繼續(xù)調試找出問題所在，修正錯誤 直至達到正常工作且符合設計要求和

16、目的。6.2 電路的調試硬件調試一般分為四步驟： 第一個是目測法。只要是檢查一些很明顯的錯誤，如電解電容的 電極是否連錯、 焊點否光亮飽滿無虛焊， 用萬用板連的線是否連好了、 焊盤有否脫落。對單片機應用系統中所用的器件與設備，要仔細核對 型號，檢查它們對外連線(包括集成芯片引腳)是否完整無損。通過 目測查出一些明顯的器件、設備故障并及時排除。第二個是萬用表測試。 。先用萬用表復核目測中認為可疑的連接或 接點，檢查它們的通斷狀態(tài)是否與設計規(guī)定相符。再檢查各種電源線 與地線之間是否有短路現象，如有再仔細查出并排除。第三個是上電檢查。首先檢查所有插座或器件的電源端是否有符 合要求的電壓，接地端電壓是

17、否接近于零，接固定電平的引腳端是否 電平正確。在對各芯片、器件加電過程中，是否出現打火、過熱、變 色、冒煙、異味的現象。如出現這些現象，應立即斷電，仔細檢查電 源加載的情況、各個芯片是否插反等，找出產生異常的原因并加以解 決；并且用萬用表測各芯片的引腳電平是否合理。第四個是復位檢查。在上電檢查后，按一下復位按鈕，看實驗板 上的LED丁是否閃爍。如果不閃爍，那么說明復位有問題。就要仔細 檢查復位的電容是否接錯了電極，線是否連錯。剛開始時，我就把復 位按鍵給接錯了，把它和開始、停止鍵同時接地了，應該是并聯電容 接的。實物圖如圖6-1所示:圖6-1實物圖7 總結經過一個星期的課程設計，讓我更加鞏固了

18、有關于單片機電路設 計上的一些知識，運用所學的知識制作了一個基于 AT89C51 單片機的 電子秒表設計。學會如何的去思考電路的制作，確定方案是這次課程 設計的首要任務， 確定了方案后， 我們才知道如何的去實現它的功能， 查找關于這方面的資料，然后動手去分析和制作電路。通過本次電子秒表的設計，讓我對單片機知識的實際應用有了更 深刻的理解和體會，這次課程設計，不僅提高了動手能力，對設計的 整個流程有了一定的了解，更了解到了單片機知識應用的廣泛性和前 景。設計的成功， 極大地提高了自信心， 促進了對單片機的學習興趣， 明白了理論聯系實際的重要性。此次設計清楚了一項設計的整體流程： 明確設計要求、

19、功能及功能 模塊的設計，查閱相關資料并確定元器件，電路連接、調試、調整改 進與檢查，電路成型，總結；設計電路時，和搭檔上網查閱了很多資 料，這培養(yǎng)了搜索的能力，開拓了視野。調試過程中掌握了一些電路 調試的方法和規(guī)律，同時也掌握了如何來檢查和排除實驗中的所遇到 的一些常見故障，明白了動手的重要性，懂得了實踐出真知的道理。 電路的連接和調試極大地提高了動手實踐能力，這也是目前較為缺乏 的。作為工科的學生，就應該具備這樣的動手能力。最后，設計報告 的制作還培養(yǎng)了整理知識的能力?？傊?，這次設計， 認識到了知識的局限性， 培養(yǎng)了動手能力， 懂得 了團隊合作精神，對今后的學習起到了極大的促進作用。參考文獻

20、1 艾運階 .單片機項目教程北京：北京理工大學出版社,20112 李泉溪 .單片機原理與實例仿真北京：北京航空航天大學出版社,20093 江世明 .基于 Protues 的單片機應用技術北京：電子工業(yè)出版社,20094 李朝青 .單片機原理及接口技術（第3 版）北京：北京航空航天大學出版社,20065 孫育才 .MCS-51 系列單片微型計算機及其應用 廣東：東南大學出版社 ,2009附錄1 :總體電路原理圖IIIC1C222pFX112M1918C3U1XTAL1XTAL2MiRSTP0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD

21、6P0.7/AD7'3-'383'36d13-1d'3210uF2930-PSENALEEA12345678P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD21232425一26272810F12131415°1617°U5AND_4附錄2 :元器件清單序號名稱型號規(guī)格數量1單片機S

22、TC89C5212數碼管F5461BH23電容22pF24極性電容10uF15電阻10K16晶振12MHZ17與門芯片74ls0819按鍵開關414導線若干附錄 3：編碼程序ORG 0000HLJMP MAINORG 0003HLJMP INTORG 000BHLJMP TIMEORG 0100HMAIN:MOV TMOD,#01HMOV TH0,#0D8HMOV TL0,#0F0HSETB EASETB ET0SETB IT0SETB EX0MOV R0,#50HCLR TR0LP:LCALL DISPLAYLJMP LPDISPLAY:MOV A,R7MOV B,#10DIV ABLCAL

23、L NUMMOV P1,R4MOV P2,#01HLCALL DELAYMOV A,B LCALL NUM MOV P2,#00H MOV P1,R4 MOV P2,#02H LCALL DELAY MOV P2,#00H MOV P1,#0BFH MOV P2,#04H LCALL DELAY MOV A,R6 MOV B,#10 DIV AB LCALL NUM MOV P2,#00H MOV P1,R4 MOV P2,#08H LCALL DELAY MOV A,B LCALL NUM MOV P2,#00H MOV P1,R4 MOV P2,#10H LCALL DELAY MOV P

24、2,#00H MOV P1,#0BFH MOV P2,#20H LCALL DELAY MOV A,R5 MOV B,#10 DIV ABLCALL NUMMOV P2,#00HMOV P1,R4MOV P2,#40HLCALL DELAYMOV A,BLCALL NUMMOV P2,#00HMOV P1,R4MOV P2,#80HLCALL DELAYMOV P2,#00HRETNUM:CJNE A,#0,IF1MOV R4,#0C0HRETIF1:CJNE A,#1,IF2MOV R4,#0F9HRETIF2:CJNE A,#2,IF3MOV R4,#0A4HRETIF3:CJNE A,#3,IF4MOV R4,#0B0HRETIF4:CJNE A,#4,IF5MOV R4,#