基于單片機(jī)的秒表系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

.z---..--總結(jié)資料基于單片機(jī)的秒表系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-2"\h\z\u0前言11總體方案設(shè)計(jì)12系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)23軟件設(shè)計(jì)43.1軟件設(shè)計(jì)概述43.2程序框圖43.3子程序模塊設(shè)計(jì)64系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析94.1軟件調(diào)試94.2硬件調(diào)試105結(jié)論及進(jìn)一步設(shè)想11參考文獻(xiàn)12課程設(shè)計(jì)體會(huì)13附錄1元件清單14附錄2系統(tǒng)電路圖14附錄3源程序15基于單片機(jī)的秒表系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：本設(shè)計(jì)的多功能秒表系統(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)合顯示電路、電源電路、LED數(shù)碼管以及鍵盤(pán)電路來(lái)設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)器。將軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，使得系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)兩位LED顯示，顯示時(shí)間為00～99秒，每秒自動(dòng)加1，能正確地進(jìn)展加1計(jì)時(shí)。其中軟件系統(tǒng)采用C語(yǔ)言編寫(xiě)程序，包括顯示程序，計(jì)數(shù)程序，中斷程序，延時(shí)程序等，硬件系統(tǒng)利用PROTEUS強(qiáng)大的功能來(lái)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)。關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī)；計(jì)時(shí)秒表；LED數(shù)碼管0前言近年來(lái)隨著科技的飛速開(kāi)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷的走向深入，同時(shí)帶動(dòng)著傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月異更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來(lái)使用，僅單片機(jī)方面的知識(shí)是不夠的，還要根據(jù)具體的硬件構(gòu)造，以及針對(duì)具體的應(yīng)用對(duì)象的軟件結(jié)合，加以完善。秒表的出現(xiàn)，解決了傳統(tǒng)的由于人為因素造成的誤差和不公平性，本文就是利用AT89C51單片機(jī)與數(shù)碼管設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的秒表系統(tǒng)。1總體方案設(shè)計(jì)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，顯示電路，以及一些按鍵電路等來(lái)設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)器，將軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。其中軟件系統(tǒng)采用C語(yǔ)言編寫(xiě)程序，包括顯示程序，中斷程序，延時(shí)程序，按鍵消抖程序等，并在Keil中調(diào)試運(yùn)行，硬件系統(tǒng)利用proteus強(qiáng)大的功能來(lái)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)。外圍電路外圍電路電源電路單片機(jī)顯示電路鍵盤(pán)電路圖1系統(tǒng)電路原理2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中，硬件電路主要有電源電路，顯示電路，以及一些按鍵電路等〔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(guò)C-51的具體知識(shí)，這里不再詳細(xì)說(shuō)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?！?〕電源電路電源電路是系統(tǒng)最根本的局部，任何電路都離不開(kāi)電源局部，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。圖2電源電路〔3〕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2個(gè)共陽(yáng)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，但是占用端口比擬多；動(dòng)態(tài)顯示所使用的端口比擬少，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(kāi)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。電路圖如下圖：圖3顯示電路〔4〕鍵盤(pán)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(guò)I/O口設(shè)計(jì)一個(gè)鍵盤(pán)，然后通過(guò)鍵盤(pán)掃描程序判斷是否有鍵按下等。鍵盤(pán)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，用局部P3口做開(kāi)關(guān)，P3.6停頓，P3.5開(kāi)場(chǎng)，P3.4暫停記錄，用外中斷INT0開(kāi)場(chǎng)，另外用軟件延時(shí)法消除抖動(dòng)。電路圖如下圖：圖4鍵盤(pán)電路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)雜的程序劃分為假設(shè)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，提高了程序的閱讀性和可靠性，使程序的構(gòu)造層次一目了然。各程序模塊都要完成一個(gè)明確的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)*個(gè)具體的功能，如：計(jì)數(shù)、延時(shí)和顯示等，在具體需要時(shí)調(diào)用相應(yīng)的模塊即可。功能描述：用2位LED數(shù)碼顯示"秒表"，顯示時(shí)間為00~99秒,每秒自動(dòng)加1，具有開(kāi)場(chǎng)、暫停和停頓按鍵，可記錄獨(dú)立的時(shí)間。3.2程序框圖〔1〕主程序：采用分支構(gòu)造，通過(guò)對(duì)按鍵的掃描，判斷要實(shí)現(xiàn)什么功能，然后通過(guò)調(diào)用子程序來(lái)實(shí)現(xiàn)所需要的功能。主程序主程序停頓子程序暫停記錄子程序加1子程序顯示子程序延時(shí)子程序中斷效勞程序圖5主程序構(gòu)造框圖〔2〕加1程序進(jìn)位清零進(jìn)位清零做加法到100.(20H)清零個(gè)位十位分開(kāi)ＮY(20H)=A開(kāi)始返回圖6加1程序流程圖〔3〕定時(shí)器1程序用定時(shí)器0實(shí)現(xiàn)定時(shí)1秒，定時(shí)器1實(shí)現(xiàn)定時(shí)10毫秒，定時(shí)初值分別是TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256;這里只寫(xiě)定時(shí)1秒的流程圖，如下圖：壓棧保護(hù)壓棧保護(hù)賦定時(shí)初值到1秒.調(diào)用加1程序調(diào)用顯示程序中斷返回ＮY圖7定時(shí)1秒流程圖3.3子程序模塊設(shè)計(jì)〔1〕停頓子程序按鍵后，使秒表停頓，即關(guān)閉定時(shí)器0，1，程序如下：STOP:unsignedcharled[]={0*c0,0*f9,0*a4,0*b0,0*99,0*92,0*82,0*f8,0*80,0*90};unsignedchartemp; TMOD=0*01; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256;EA=1; ET0=1; P3=0*ff; while(1) { P2=0*01; P1=led[sec%10]; delay(10); P2=0*02; P1=led[sec/10]; delay(10); temp=P3;if(temp==0*df) {TR0=0;sec=0;msec=0;}〔2〕暫停記錄子程序按鍵完畢后，將此時(shí)顯示內(nèi)存中的數(shù)送存放器中保存。POR:unsignedcharled[]={0*c0,0*f9,0*a4,0*b0,0*99,0*92,0*82,0*f8,0*80,0*90}; unsignedchartemp; TMOD=0*01; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; EA=1; ET0=1; P3=0*ff; while(1) { P2=0*01; P1=led[sec%10]; delay(10); P2=0*02; P1=led[sec/10]; delay(10); temp=P3; if(temp==0*7f) TR0=0;〔3〕加1子程序此程序只為簡(jiǎn)單的加1，并判斷是否到100.到則從0開(kāi)場(chǎng)，否則繼續(xù)，另外將顯示內(nèi)存中的數(shù)個(gè)位十位分開(kāi)，以便于動(dòng)態(tài)顯示。G01：msec++; if(msec==20) { msec=0; sec++; if(sec==100)//定義到99秒后歸零 {sec=0;} }RETGO2:unsignedcharled[]={0*c0,0*f9,0*a4,0*b0,0*99,0*92,0*82,0*f8,0*80,0*90};unsignedchartemp; TMOD=0*01; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256;RET〔4〕顯示子程序，采用動(dòng)態(tài)顯示MAIN:unsignedcharled[]={0*c0,0*f9,0*a4,0*b0,0*99,0*92,0*82,0*f8,0*80,0*90};unsignedchartemp;TMOD=0*01;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;P3=0*ff;while(1){ P2=0*01;P1=led[sec%10]; delay(10); P2=0*02; P1=led[sec/10]; delay(10);}RET〔5〕延時(shí)子程序例如延時(shí)10ms程序：DELAY:P2=0*01;P1=led[sec%10];delay(10);P2=0*02;P1=led[sec/10];delay(10);RET〔6〕中斷效勞程序用外部中斷1實(shí)現(xiàn)開(kāi)場(chǎng)，定時(shí)器0定時(shí)1S，定時(shí)器1定時(shí)10ms。4系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析4.1軟件調(diào)試用PROTEUS將編譯生成的秒表.HE*文件下到單片機(jī)中，點(diǎn)擊運(yùn)行按相應(yīng)的操作鍵即可看到下列圖的效果：圖8仿真結(jié)果經(jīng)proteus軟件仿真后，系統(tǒng)運(yùn)行良好，結(jié)果正確。4.2硬件調(diào)試在Keil中調(diào)試運(yùn)行，硬件系統(tǒng)利用proteus強(qiáng)大的功能來(lái)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)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)。而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2個(gè)共陽(yáng)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，但是占用端口比擬多；動(dòng)態(tài)顯示所使用的端口比擬少，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。用局部P3口做開(kāi)關(guān)，P3.6停頓，P3.5開(kāi)場(chǎng)，P3.4暫停記錄，用外中斷INT0開(kāi)場(chǎng)，另外用軟件延時(shí)法消除抖動(dòng)。硬件仿真如下圖：圖9硬件仿真5結(jié)論及進(jìn)一步設(shè)想根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，本次課設(shè)根本完成了設(shè)計(jì)要求，由于秒表系統(tǒng)并不一定僅僅局限于計(jì)時(shí)，定時(shí)等功能，還可以進(jìn)展多項(xiàng)的擴(kuò)展，可以利用AT89C51強(qiáng)大的擴(kuò)展功能，進(jìn)一步豐富秒表的功能,例如可設(shè)定計(jì)時(shí)時(shí)間，倒計(jì)時(shí)等等眾多功能。單片機(jī)以其強(qiáng)大的功能和良好的兼容性可以更好的為我們效勞，通過(guò)查閱各種資料，多了解一些單片機(jī)的有關(guān)知識(shí)，可以為以后的工作和學(xué)習(xí)生活創(chuàng)造更多的便利條件。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).**：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2003.[2]楊凌霄編著.微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用.**：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2004.[3]李群芳主編.單片機(jī)原理、接口及應(yīng)用.：清華大學(xué)，2005.[4]陳忠平，曹巧媛等，單片機(jī)原理及接口.：清華大學(xué)，2007.[5]*同法，陳忠平等，單片機(jī)根底與最小系統(tǒng)實(shí)踐.：航空航天大學(xué)，2007.[6]吳金戌，沈慶陽(yáng)，郭庭吉.8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用.：清華大學(xué)，2002.[7]竇振中.單片機(jī)外圍器件實(shí)用手冊(cè)存儲(chǔ)器分冊(cè).：航空航天大學(xué)，1998.[8]*靖武，周靈彬.單片機(jī)系統(tǒng)的Proteus設(shè)計(jì)與仿真.：電子工業(yè)，2007.[9]林志琦，郎建軍，李會(huì)杰等.基于Proteus的單片機(jī)可視化軟硬件仿真.：航空航天大學(xué)，2006.[10]李剛民，曹巧媛等.單片機(jī)原理及實(shí)用技術(shù).：高等教育，2005.課程設(shè)計(jì)體會(huì)經(jīng)過(guò)一個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)，過(guò)程曲折可謂一語(yǔ)難盡。在此期間我也失落過(guò)，也曾一度熱情高漲。從開(kāi)場(chǎng)時(shí)激情高漲到最后汗水背后的復(fù)雜心情，點(diǎn)點(diǎn)滴滴無(wú)不令我回味無(wú)長(zhǎng)。在胡立夫教師的指導(dǎo)下，我順利完成了課程設(shè)計(jì)。讓我學(xué)到了以下幾點(diǎn)：1、將學(xué)習(xí)的理論知識(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)融會(huì)貫穿，讓我對(duì)它的理解更加深刻。對(duì)程序的編譯過(guò)程了解透徹。2、本次課程設(shè)計(jì)以自己設(shè)計(jì)為主，因此培養(yǎng)了學(xué)習(xí)的積極性，讓我能夠獨(dú)立去分析問(wèn)題、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，更增強(qiáng)我與教師同學(xué)交流溝通和合作完成任務(wù)的能力。3、由于這次課程設(shè)計(jì)不僅設(shè)計(jì)編程方面的知識(shí)，還涉及了其它學(xué)科的知識(shí)，例如PROTEUS和Keil等的根本知識(shí)。程序是用C語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)的，這次課程設(shè)計(jì)讓我在編程能力方面得到了提高。4、由于水平有限，實(shí)驗(yàn)程序運(yùn)行有一定的限制，以后會(huì)加強(qiáng)改良?？傊?，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，不僅加深了我對(duì)單片機(jī)理論方面的理解，將理論更好的運(yùn)用的實(shí)踐方面，而且鍛煉了我們各方面的能力，培養(yǎng)了堅(jiān)強(qiáng)的毅力和做事的耐心和細(xì)心，認(rèn)識(shí)合作的重要性，雖然程序可能有一定的浪費(fèi)資源，且較羅嗦，但這需要在實(shí)踐中慢慢提高，還希望教師能夠多多指導(dǎo)，促進(jìn)我不斷的進(jìn)步。最后再一次感謝胡教師對(duì)我的悉心指導(dǎo)和無(wú)私幫助。[2013年7月12日完成]附錄1元件清單元件名稱型號(hào)數(shù)量單片機(jī)AT89C511發(fā)光LED7SEG-MP*21開(kāi)關(guān)3電阻3附錄2系統(tǒng)電路圖附錄3源程