單片機課程設計-基于單片機的數(shù)字秒表的設計

1、<p>　　單片機原理與應用課程設計說明書</p><p>　　題 目： 基于單片機的數(shù)字秒表的設計 </p><p>　　系 部： 信息與控制工程學院 </p><p>　　專 業(yè)： 測控技術與儀器 </p><p>　　班 級：

2、 一 </p><p>　　學生姓名: 學 號: </p><p>　　指導教師: </p><p>　　2013年12月 10 日</p><p><b>　

3、　目 錄</b></p><p>　　1 設計任務與要求1</p><p><b>　　2 設計方案1</b></p><p>　　2.1 設計思路1</p><p>　　2.2 芯片及其功能2</p><p>　　2.2.1 主控制器STC89C522</

4、p><p>　　2.2.2移位寄存器74LS1643</p><p>　　2.2.3三位共陽極數(shù)碼管4</p><p>　　2.2.4串口下載芯片MAX2324</p><p>　　2.2.5看門狗芯片MAX8135</p><p>　　3 硬件電路設計6</p><p>　　3

5、.1 總體電路設計6</p><p>　　3.2 單片機最小系統(tǒng)6</p><p>　　3.3 顯示電路7</p><p>　　3.4 串口下載電路8</p><p>　　4 主要參數(shù)計算與分析9</p><p>　　5 軟件設計10</p><p>　　5.1 計數(shù)模

6、塊流程圖10</p><p>　　5.2 按鍵控制主控器流程圖10</p><p>　　5.3 源程序12</p><p>　　6 調試過程12</p><p>　　6.1 硬件調試12</p><p>　　6.2 軟件調試12</p><p><b>　　7

7、結論13</b></p><p><b>　　8 附錄14</b></p><p>　　9 參考文獻18</p><p>　　1 設計任務與要求</p><p>　　利用51單片機的定時計數(shù)器設計一個秒表，其中設有一個按鍵，定時器工作在方式1。當?shù)谝淮伟聪掳存I時，定時器開始計時。第二次按下按鍵時，

8、停止計時并計算兩次按鍵的時間間隔，送顯示器顯示。第三次按下按鍵時定時器清零，等待下一次按鍵。</p><p><b>　　2 設計方案</b></p><p><b>　　2.1 設計思路</b></p><p>　　本設計是以51單片機為依托設計一個秒表，確定系統(tǒng)由3個模塊組成，包括主控器、數(shù)據(jù)傳輸電路、顯示電路三部

9、分，如設計流程圖2.1所示。</p><p><b>　　圖2.1設計流程圖</b></p><p>　　方案一：利用定時器T0模式，工作在方式1下，實現(xiàn)計時的功能。利用串行口的工作方式0。在方式0下，串行口作為同步移位寄存器用，以8位數(shù)據(jù)為一幀，先發(fā)送或接受最低位，每個機器周期發(fā)送或接受一位數(shù)據(jù)，串行數(shù)據(jù)由RXD引腳輸出或輸入，同步移位脈沖由TXD引腳送出。在設計中

10、，單片機程序中的串行數(shù)據(jù)可由RXD引腳輸出，同步移位脈沖由TXD引腳送出。串行口擴展并行輸出口時，用“串入并出”的移位寄存器74LS164。并行輸出到三位數(shù)數(shù)碼管，顯示數(shù)據(jù)。</p><p>　　方案二：利用設計程序的方式實現(xiàn)“串入并出”。將數(shù)據(jù)傳入到74LS164中，再并行輸出到數(shù)碼管，顯示數(shù)據(jù)。選擇定時器T0，方式1，設定T0的定時時間為10ms,每隔10ms中斷一次，中斷10次即為0.1s。</p&g

11、t;<p>　　考慮到51單片機串行口與PC的RS-232接口不能直接對接，必須進行電平轉換，將TTL電平轉換為RS-232電平。所以，串行通信接口需用到MAX232，此處也要用到RXD和TXD引腳。因此，設計秒表采取方案二,并用P2口實現(xiàn)串行輸出。</p><p>　　2.2 芯片及其功能</p><p>　　2.2.1 主控制器STC89C52</p>

12、<p>　　STC89C52是STC公司生產的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經典的MCS-51內核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。 </p><p>　　具有以下標準功能：

13、 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，內置4KB EEPROM，MAX810復位電路，3個16 位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結構（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結構），全雙工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器

14、被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選。</p><p>　　本次設計中主要用到它的定時器功能。另外，P0口作為位選口，P2用于口擴展串行口，通過74LS164實現(xiàn)串入并出，最終實現(xiàn)設計功能。STC89C52引腳如圖2.2所示。</p><p>　　需要注意的是P0 口，P0 口是一個8 位漏極開路的雙向I/O 口。作為輸出口，每

15、位能驅動8 個TTL邏輯電平。在Flash編程時，P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。在程序校驗時，需要外部上拉電阻。</p><p>　　圖2.2 STC89C52引腳</p><p>　　移位寄存器74LS164</p><p>　　74LS164是TTL八位串行輸入并行輸出移位寄存器，在設計中驅動數(shù)碼管。引腳如圖2.3所示。</p&g

16、t;<p>　　圖2.3移位寄存器74LS164引腳</p><p><b>　　各引腳的功能如下：</b></p><p>　　QA-QH為并行輸出引腳。</p><p>　　A、B為串行輸入引腳。</p><p>　　為清零引腳，低電平時，使74HC164輸出清零。</p><p&g

17、t;　　CP為時鐘脈沖輸入引腳，在CP脈沖的上升沿作用下實現(xiàn)移位。在CP=0，=1時74HC164保持原來數(shù)據(jù)狀態(tài)不變。</p><p><b>　　三位共陽極數(shù)碼管</b></p><p>　　三位共陽極八段數(shù)碼管，顯示三位數(shù)字，第二位數(shù)字帶有小數(shù)點。原理如圖2.4所示。</p><p>　　圖2.4三位共陽極數(shù)碼管原理</p>

18、<p>　　管腳順序：從數(shù)碼管的正面看，以第一引腳為起點，管腳的順序是逆時針的方向排列。</p><p>　　12-9-8引腳為公共端，A-11，B-7，C-4，D-2，E-1，F(xiàn)-10，G-5，DP-3</p><p>　　串口下載芯片MAX232</p><p>　　MAX232是用來做電平轉換的，標準RS232電平很高，達到正負15V。常用的TTL

19、電平最高5V。相互連接的話必須進行電平轉換。由于PC串口輸出電壓高達12V,直接與單片機連接會燒壞芯片。所以用MAX232進行電平轉換。MAX232芯片采用單+5V電源供電，僅需幾個外接電容即可完成從TTL到RS232電平的轉換，共兩路。引腳如圖2.5所示。</p><p>　　圖2.5 MAX232引腳</p><p>　　TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉換成RS-232數(shù)

20、據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DP9插頭；DP9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。</p><p>　　看門狗芯片MAX813</p><p>　　若程序發(fā)生“死機”，則看門狗產生復位信號，引導單片機程序重新進入正常運行。</p><p>　　MAX813芯片在加電、掉電以及供電電壓下降情況下

21、復位輸出，復位脈沖寬度典型值為200 ms。 獨立的看門狗輸出，如果看門狗輸入在1．6 s內未被觸發(fā)，其輸出將變?yōu)楦唠娖健?1.25 V門限值檢測器，用于電源故障報警、電池低電壓檢測或＋5 V以外的電源監(jiān)控。 低電平有效的手動復位輸入。引腳為DIP封裝。 引腳如圖2.6所示。</p><p>　　圖2.6 MAX813引腳</p><p><b>　　3 硬件電路設計</

22、b></p><p>　　3.1 總體電路設計</p><p>　　秒表電路設計原理圖控制器使用單片機STC89C52，用三合一八段數(shù)碼管以動態(tài)掃描法實現(xiàn)秒表顯示。電路還包括單片機外設電路等。整個系統(tǒng)的原理圖如下圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1總體電路設計</p><p>　　3.2 單片機最小系統(tǒng)</p>

23、<p>　　單片機最小系統(tǒng)就是能使單片機工作的最少的器件構成系統(tǒng)，是大多數(shù)單片機控制系統(tǒng)中不可缺少的關鍵部分。其內部已經包含了一定數(shù)量的程序存儲器，在外部增加時鐘電路和復位電路構成單片機最小應用系統(tǒng)，此處的復位電路接看門狗MAX813的REST引腳，如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2單片機最小系統(tǒng)</p><p><b>　　3.3 顯示電路</b

24、></p><p>　　顯示電路采用三位共陽極LED數(shù)碼管。從P0口的低三位輸出低電平信號，通過9105三極管來控制數(shù)碼管的位選。數(shù)碼管段選顯示需要74LS164來驅動。 </p><p>　　內部的三個數(shù)碼管共用A-DP這8根數(shù)據(jù)線，又因為三位數(shù)碼管有三個公共端，所以共有12個引腳，引腳排列依然是從左下角的那個腳（1腳）開始，以逆時針方向依次為1-12腳。連接線路如圖所示。<

25、/p><p>　　圖3.3 數(shù)碼管與74LS164驅動電路</p><p>　　3.4 串口下載電路</p><p>　　MAX232芯片是專門為PC的RS-232標準串口設計的接口電路,使用+5v單電源供電。內部結構基本可分三個部分：</p><p>　　第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構成。功能是產生+12v和-

26、12v兩個電源，提供給RS-232串口電平的需要。</p><p>　　第二部分是數(shù)據(jù)轉換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構成兩個數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。</p><p>　　TTL/CMOS數(shù)

27、據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到PC DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。</p><p>　　第三部分是供電。15腳DNG、16腳VCC（+5v）。</p><p>　　在此用于串口通信，因為PC的數(shù)據(jù)邏輯仍用正負12V需用這個芯片將5V和正負10V進行轉換。

28、PC電平進入R1OUT口從T1IN出，由10V轉為5V；51的電平從T1IN口入由R1OUT口出轉為12V電平。4電容接法的目的是為了升壓，是電荷泵電路。</p><p>　　原理圖如圖3.4所示。</p><p>　　圖3.4串口下載電路原理圖</p><p>　　4 主要參數(shù)計算與分析</p><p>　　晶振頻率采用fosc=12MH

29、Z，Tcy=1÷（12×1000000）×12=1us。選定定時器T0。</p><p>　　數(shù)碼管為三位，前兩位設為秒計時，最低一位計時滿100ms變化一次數(shù)，數(shù)字從0-6循環(huán)顯示。當計時滿1s時，第二位開始顯示，數(shù)字依然是從0-6循環(huán)顯示。第二位滿6時，最高位開始從0-6顯示，滿6時，最多顯示60s。此處選擇工作方式1。</p><p>　　方式1的定時時

30、間為65.536ms，選擇定時器T0，方式1，設定T0的定時時間為10ms,每隔10ms中斷一次，中斷10次即為1s。</p><p><b>　　確定計算初值：</b></p><p>　　（2n-x）×Tcy=（216-x）×1us=10ms</p><p>　　X=65536-10000</p><

31、p>　　TH0=(65536-10000)/256;</p><p>　　TL0=(65536-10000)%256;</p><p><b>　　5 軟件設計</b></p><p>　　5.1 計數(shù)模塊流程圖</p><p>　　圖5.1定時器計時模塊流程圖</p><p>　　5.

32、2 按鍵控制主控器流程圖</p><p>　　圖5.2按鍵控制主控器流程圖</p><p><b>　　5.3 源程序</b></p><p><b>　　見附錄1。</b></p><p><b>　　6 調試過程</b></p><p><

33、;b>　　6.1 硬件調試</b></p><p>　　電路板焊接好之后，接通5V穩(wěn)壓電源。按照設計要求下載程序到51單片機中。按下對應的按鍵，如果數(shù)碼管顯示，并且計時時間正確，說明電路焊接良好，程序正確。</p><p>　　若數(shù)碼管不顯示，立即查看是否有虛焊或露焊現(xiàn)象，及時補焊。若數(shù)碼管還是不顯示，則用萬用表測試芯片上供電端，是否有5V電壓供電，若萬用表顯示不在5V

34、左右，判斷出供電端錯接，則檢查供電電路，重新連接供電電路。之后，測試所有線路的接地端，看是否接地。若接線良好，則切斷電源，繼續(xù)檢測電感、三極管等器件的焊接是否正確。將萬用表調到電阻“蜂鳴器”檔，按順序依次檢測所有的管腳連接是否正常。若電阻“蜂鳴器”響起，則表明管腳接線正常，否則檢查線路，直至每一個芯片和按鍵的管腳連接良好，數(shù)碼管顯示正確。</p><p>　　若數(shù)碼管顯示依然有誤，則嘗試調整程序。</p&g

35、t;<p><b>　　6.2 軟件調試</b></p><p>　　軟件調試首先用Keil C51編譯器進行調試。在使用Keil C51編譯器時，對工程成功地進行調試、編譯、連接以后，在主菜單中打開“調試”欄，點擊“開始/停止調試模式”，即可進入軟件模擬仿真調試狀態(tài)，Keil C51內建了一個仿真CPU用來模擬執(zhí)行程序，該仿真CPU功能非常強大，可以在沒有硬件和仿真器的情況

36、下進行程序的調試，但是在時序上，軟件模擬仿真是達不到硬件的時序的。</p><p>　　進入調試狀態(tài)后，“調試”欄菜單項中原來不能用的命令現(xiàn)在已經可以使用了。調試程序看是否能仿真，如果運行正常再將在Keil C51編譯器中調試好的程序燒寫至單片機?？筛鶕?jù)電路的運行情況推測出程序出錯的部分，修改程序后再經過Keil C51編譯器調試后燒到單片機，反復檢測直到能工作完全正常。</p><p>

37、　　本程序采用單片機C語言編寫，用Keil C51編譯器編程調試。在程序調試中解決了“按鍵的抖動”問題，為了使數(shù)碼管的顯示更清晰，通過程序對數(shù)碼管做了“消影”處理。對于程序掃描并識別按鍵的部分，通過“多分支選擇語句” 實現(xiàn)。定時器計時，10ms產生執(zhí)行一次中斷服務，經過10次中斷，實現(xiàn)0.1s顯示。</p><p>　　最終，軟件調試到能準確顯示計時數(shù)據(jù)，并且能通過按鍵控制計時模式，停止、讀取、清零。</p

38、><p><b>　　7 結論</b></p><p>　　本次的課程設計使我進一步鞏固了書本上的知識，做到了學以致用。通過STC下載軟件、PROTEUS仿真軟件和編譯軟件KEIL.C使我進一步了解了基于單片機的設計制作過程。其中最為困難的是編程部分，我們上網(wǎng)找了好多資料，雖然經過自己的修改，但還是有很多功能不能實現(xiàn)。總結經驗的時候我們得出這樣的結論,學習應該學以致用，

39、有目的的去學習，如果學了不用等于沒學。其次，要理論聯(lián)系實際，這樣才會取得事半功倍的效果。此次課程設計歷時兩個周，從最開始的資料的收集，核對元器件，程序的設計，到最后的調試和再調試。我從中學到了許多知識。通過查找各種資料，我更加熟練的運用所學過的信息檢索方法。也懂得了耐心的重要性，調試過程挑戰(zhàn)了我的堅持能力，磨礪了我的性格。這次經歷不僅僅擴充了我的知識面，培養(yǎng)了動手能力，合作的意識，還教會了我怎樣做好一件事的方法。課程設計的過程帶給我的是

40、對所學知識的復習是對新知識的拓展，是對遇到各種困難的堅持，也是對堅持就是勝利這種信仰的肯定。雖然在這中間走過許多歪路，遇到很多失敗，但是最終帶給我是收獲。</p><p><b>　　8 附錄</b></p><p><b>　　附錄1 源程序代碼</b></p><p>　　#include<reg52.h>

41、; //包含52單片機頭文件</p><p>　　#define uchar unsigned char //宏定義</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　sbit simuseri_CLK=P2^5; //聲明P2口第六位，作為74LS164的時鐘信號</p><p>　　

42、sbit simuseri_DATA=P2^4; //聲明P2口第五位，作為74LS164的串行輸入</p><p>　　sbit a0=ACC^0;</p><p>　　uint temp,aa,count,dd,bai,shi,ge;</p><p>　　uchar code table1[]={0x18,0x5F,0x68,0x4A,0x0F,0x8A,0

43、x88,0x5E,0x08,0x0A};</p><p>　　uchar code table2[]={0x10,0x57,0x60,0x42,0x07,0x82,0x80,0x56,0x00,0x02};</p><p>　　//共陽極數(shù)碼管碼表</p><p>　　void display(uint bai,uint shi,uint ge);//聲明子函數(shù)&

44、lt;/p><p>　　void delay(uint z); //聲明子函數(shù)</p><p>　　void init(); //聲明子函數(shù)</p><p>　　uint key1times;</p><p>　　sbit key1=P1^3; //位聲明</p><p

45、>　　void keyscan() //按鍵掃描執(zhí)行函數(shù)</p><p>　　{if(key1times==0)</p><p><b>　　temp=0;</b></p><p>　　if(key1==0)</p><p><b>　　{</b></p><

46、;p>　　delay(5); //按鍵消抖</p><p>　　if(key1==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　while(!key1); //等待按鍵釋放</p><p>　　start:key1times++; //累計按鍵的次數(shù)</p>&l

47、t;p>　　switch(key1times) //多分支選擇語句</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　case 1:</b></p><p><b>　　temp=0;</b></p><p><b>　　break;<

48、/b></p><p><b>　　case 2:</b></p><p><b>　　TR0=~TR0;</b></p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　case 3:</b></p><p

49、><b>　　temp=0;</b></p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　case 4:</b></p><p><b>　　TR0=1;</b></p><p><b>　　break;</

50、b></p><p><b>　　case 5:</b></p><p>　　key1times=1;</p><p>　　goto start;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p>

51、<p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　//------------------------------------------------------------------</p><p>　　// 函數(shù)名稱：out_simuseri </p

52、><p>　　// 輸入?yún)?shù)：data_buf</p><p>　　// 輸出參數(shù)：無參</p><p>　　// 功能說明：8位同步移位寄存器，將data_buf的數(shù)據(jù)逐位輸出到simuseri_DATA</p><p>　　//-------------------------------------------------------

53、-----------</p><p>　　void out_simuseri(uchar data_buf) </p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p><b>　　i=8;</b></p>

54、<p>　　ACC=data_buf;</p><p><b>　　do</b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　simuseri_CLK=0; </p><p>　　simuseri_DATA=a0;</p><p>　　simus

55、eri_CLK=1;</p><p>　　ACC=ACC>>1;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　while(--i!=0);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/***********************

56、*************************/</p><p>　　void main()</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　init();</b></p><p>　　while(1)//大循環(huán)</p><p>&l

57、t;b>　　{</b></p><p>　　keyscan();</p><p>　　display(bai,shi,ge);//調用顯示函數(shù)</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*****

58、*******************************************/ </p><p>　　void delay(uint z)//延時函數(shù)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint x,y;</b></p><p>　　for(x=

59、z;x>0;x--)</p><p>　　for(y=110;y>0;y--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/************************************************/</p><p>　　void display( uint bai,

60、uint shi,uint ge)//顯示函數(shù)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　bai=temp/100%10;</p><p>　　shi=temp/10%10;</p><p>　　ge=temp%10;</p><p>　　P0=0xFF;

61、 //消影</p><p>　　out_simuseri(table1[bai]); //調用out_simuseri函數(shù)</p><p><b>　　P0=0xFE;</b></p><p><b>　　delay(1);</b></p><p><b>　　P0=

62、0xFF;</b></p><p>　　out_simuseri(table2[shi]);</p><p><b>　　P0=0xFD;</b></p><p><b>　　delay(1);</b></p><p><b>　　P0=0xFF;</b></

63、p><p>　　out_simuseri(table1[ge]);</p><p><b>　　P0=0xFB;</b></p><p><b>　　delay(1);</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*********

64、***************************************/</p><p>　　void init()//初始化函數(shù)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　key1times=0;</p><p><b>　　temp=0;</b></

65、p><p><b>　　aa=0;</b></p><p>　　TMOD=0X01;</p><p>　　TH0=(65536-10000)/256;//設定定時器初值</p><p>　　TL0=(65536-10000)%256;</p><p>　　EA=1;//開總中斷&l

66、t;/p><p>　　ET0=1;//允許T0中斷</p><p>　　TR0=1;//啟動T0中斷</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/************************************************/</p><p&

67、gt;　　void timer0() interrupt 1//定時器T0中斷服務子程序</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TH0=(65536-10000)/256;</p><p>　　TL0=(65536-10000)%256;</p><p>　　aa++; /

68、/中斷次數(shù)加1</p><p>　　if(aa==10)//計時100ms</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　aa=0;</b></p><p><b>　　temp++;</b></p><p>　　if(

69、temp==600)</p><p><b>　　temp=0;</b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　9 參考文獻</b></p><p>　　

70、［1］閻石.數(shù)字電子技術基礎（第五版）［M］. 北京：高等教育出版社，1989.</p><p>　?。?］康華光.電子技術基礎：數(shù)字部分.4版. 北京：高等教育出版社，2000.</p><p>　?。?］路而紅.專用集成電路設計與電子設計自動化.北京:清華大學出版社，2004.</p><p>　?。?］鄭家龍.集成電子技術基礎教程.北京:高等教育出版社,200