電子秒表畢業(yè)論文--基于單片機的電子秒表的設(shè)計

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）</b></p><p>　　基于單片機的電子秒表的設(shè)計</p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號： ******** </p><p>　　班 級：

2、 *************** </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師： </p><p>　　所 在 系 部： 信息工程系 </p><p><b>　　二○一三年六月</b></p><p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告</p>&

3、lt;p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文對當前數(shù)字秒表開發(fā)與設(shè)計進行比較和分析最終確定采用AT89C51單片機實現(xiàn)數(shù)字秒表的設(shè)計。本設(shè)計以AT89C51單片機為核心，采用7位LED數(shù)碼管顯示以及外部中斷電路來實現(xiàn)數(shù)字秒表的基本功能。本文簡單介紹了其系統(tǒng)組成，重點討論了其硬軟件的實現(xiàn)過程，并對其計時精度進行了確定。最后通過對硬件系統(tǒng)的仿真觀察其實際運行情況，給我們以

4、直觀的認識。</p><p>　　關(guān)鍵字：單片機、AT89C51、數(shù)碼管</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In the era of information, people have been paying more and more attention to computer data securit

5、y than ever before. So study the reasons of the data loss, prevention methods and data recovery technology becomes more and more important . This thesis mainly does research</p><p>　　This system based on the

6、 MCU assembly language for software design, the assembly language and SCM underlying combination, make the logic relation of designing program more concise. This program directly in the Keil software compiler, using Prot

7、eus simulation debugging, easy to modify the program.</p><p>　　Key Words: hard drive, file system, data recovery, data loss, data security. 目 錄</p><p><b>　　引 言5</b></p><

8、;p>　　第一章 硬件設(shè)計5</p><p>　　1.1.使用硬件介紹：5</p><p>　　1.1.1硬件電路的設(shè)計要遵循以下原則：5</p><p>　　1.1.2單片機的選擇6</p><p>　　1.1.3管腳說明：8</p><p>　　1.2顯示電路的設(shè)計9</p><

9、;p>　　1.3系統(tǒng)總體控制電路的設(shè)計10</p><p>　　第二章 軟件設(shè)計11</p><p>　　2.1主程序設(shè)計11</p><p>　　2.2中斷程序設(shè)計11</p><p>　　2.2.1外部中斷0服務(wù)程序11</p><p>　　2.2.2外部中斷1服務(wù)程序14</p>

10、<p>　　2.3源程序代碼16</p><p>　　第三章 系統(tǒng)調(diào)試17</p><p>　　3.1程序編譯17</p><p>　　3.2程序仿真18</p><p>　　第四章 結(jié)束語20</p><p><b>　　第五章 致謝21</b></p>&l

11、t;p><b>　　參考文獻21</b></p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　在單片機技術(shù)日趨成熟的今天，其靈活的硬件電路的設(shè)計和軟件的設(shè)計，使單片機得到了廣泛的應(yīng)用，從小的電子產(chǎn)品到大型的工業(yè)控制，單片機都起到了舉足輕重的作用。單片機小的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可謂是具有可編程硬件的一個縮影，對我們學(xué)習(xí)和研究微機系統(tǒng)具有重

12、大意義。</p><p>　　本文用AT89C51單片機自制電子秒表，以單片機為核心對硬件和軟件的設(shè)計做了深入的探索，各部分都實現(xiàn)了其功能。</p><p><b>　　第一章 硬件設(shè)計</b></p><p>　　1.1.使用硬件介紹：</p><p>　　1.1.1硬件電路的設(shè)計要遵循以下原則：</p>

13、<p>　　(1)在性價比滿足應(yīng)用系統(tǒng)要求的基礎(chǔ)上，選擇更可靠、更熟悉的單片機，縮短研制周期。</p><p>　　(2)盡可能選擇較成熟的典型應(yīng)用電路，以提高系統(tǒng)的可靠性。</p><p>　　(3)單片機內(nèi)部的資源與外部擴展資源應(yīng)在滿足應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計要求的基礎(chǔ)上留有余地，為進一步升級和擴展其功能提供方便。</p><p>　　(4)應(yīng)充分結(jié)合軟件方案統(tǒng)

14、籌考慮硬件結(jié)構(gòu)，通常硬件功能較完善，其相應(yīng)的軟件就簡單，但硬件成本較高；而硬件功能略低，其相應(yīng)的軟件就復(fù)雜。實際中應(yīng)盡量以軟件替代硬件來降低成本。</p><p>　　(5)整個系統(tǒng)的相關(guān)器件應(yīng)盡可能做到性能匹配，如電平、速度的匹配等。</p><p>　　(6)充分考慮整個系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計，如選擇具有抗干擾設(shè)計的單片機并充分篩選芯片與器件，在電路中采取隔離和屏蔽措施等。</p>

15、;<p>　　根據(jù)以上原則，通過分析與比對，我們選用較熟悉的具有內(nèi)部程序存儲器的AT89C51單片機作為主控電路，選用四位共陰極的7段數(shù)碼管作為顯示電路來組成硬件電路。總體設(shè)計方案如下所示</p><p>　　在硬件電路中，利用AT89C51單片機的定時器作精確的定時，利用數(shù)碼管對其進行顯示；控制按鈕利用外部中斷0使其實現(xiàn)啟動、外部中斷1使其實現(xiàn)暫停的功能，設(shè)置中斷為邊沿觸發(fā)方式，P0口輸出段碼數(shù)據(jù)

16、，P2.0~P2.1連上譯碼器作為位選；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。</p><p>　　1.1.2單片機的選擇</p><p>　　本設(shè)計在選取單片機時，在充分查閱資料并對各種單片機有一個初步了解的基礎(chǔ)上選用了

17、AT89C51。 AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很

18、多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。下圖為AT89C51。</p><p>　　1.1.3管腳說明：</p><p>　　VCC：供電電壓。 GND：接地。</p><p>　　P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地

19、址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。    P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 

20、   P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口

21、輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。</p><p>　　1.2顯示電路的設(shè)計</p><p>　　對于數(shù)字顯示電路而言，通常采用LCD顯示或LED顯示。對于一般的段式LCD，需要專門的驅(qū)動電路，而且可視性差；對于具有驅(qū)動電路和單片機接口的LCD顯示模塊，一般多采用并行接口，對單片機的接口要求較高，占用資源多；另外，AT89C51單片機本身沒有專門的LCD驅(qū)動接口。而LED數(shù)碼管作為一種主動顯示器

22、件，具有結(jié)構(gòu)簡單、亮度高、響應(yīng)速度快、價格便宜、易于購買等優(yōu)點，而且有遠距離視覺效果，很適合夜間或者遠距離操作。因此在本設(shè)計中，我們采用7段數(shù)碼管作為顯示介質(zhì)。</p><p>　　數(shù)碼管顯示可以分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。由于本設(shè)計需要采用四位數(shù)碼管顯示時間，如果靜態(tài)顯示則占用的口線多，硬件電路復(fù)雜，所以采用動態(tài)顯示。</p><p>　　動態(tài)顯示是一位一位地輪流點亮各位數(shù)碼管，這種逐位

23、點亮顯示器的方式稱為位掃描。通常各位數(shù)碼管的段選線相應(yīng)并聯(lián)在一起，由一個8位的I/O口控制；各位的公共陰極位選線由另外的I/O口線控制。動態(tài)方式顯示時，各數(shù)碼管輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示必須采用掃描方式，即在某一時刻只選通一位數(shù)碼管并送出相應(yīng)的段碼，在另一時刻選通另一數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼，依次規(guī)律循環(huán)，即可以使各位數(shù)碼管顯示將要顯示的字符，雖然這些字符是在不同時刻分別顯示，但由于人眼存在視覺暫留效應(yīng)，只要每位顯示間隔足夠短就可以給人同

24、時顯示的感覺。數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)及字形碼表如下圖所示</p><p>　　1.3系統(tǒng)總體控制電路的設(shè)計</p><p>　　系統(tǒng)采用AT89C51單片機為主電路的核心部分，各個電路均與單片機相連，由單片機統(tǒng)籌協(xié)調(diào)各個電路的運行工作。</p><p>　　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

25、端口和外部中斷1端口。</p><p>　　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，P0.0~P0.7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2—4譯碼器實現(xiàn)位控制。</p><p>　　系統(tǒng)總體電路如下圖所示</p><p><b>　　第

26、二章 軟件設(shè)計</b></p><p>　　待硬件電路接線完成后，通?？上染帉懞唵蔚臏y試程序?qū)τ布娐愤M行測試，排除硬件電路設(shè)計中存在的錯誤。然后根據(jù)設(shè)計任務(wù)的要求確定系統(tǒng)程序的整體結(jié)構(gòu)，盡可能采用模塊化程序設(shè)計的方法，將任務(wù)劃分為相對獨立的功能模塊，明確各模塊的功能、時間順序和相互關(guān)系，并畫出各程序模塊的流程圖，根據(jù)流程圖逐一編寫程序，最后將各個模塊連接成完整的程序。</p><

27、p><b>　　2.1主程序設(shè)計</b></p><p>　　本系統(tǒng)程序主要模塊由主程序、外部中斷0服務(wù)程序和外部中斷1服務(wù)程序組成。其中主程序是整個程序的主體?？梢詫Ω鱾€中斷程序進行調(diào)用。協(xié)調(diào)各個子程序之間的關(guān)系。</p><p>　　主程序主要是設(shè)置定時器的工作模式，對定時器賦初值，開總中斷、兩個外部中斷以及定時器溢出中斷。并設(shè)置外部中斷為脈沖邊沿觸發(fā)方式。

28、</p><p><b>　　2.2中斷程序設(shè)計</b></p><p>　　中斷是通過硬件來改變CPU的運行方向的。計算機在執(zhí)行程序的過程中，當出現(xiàn)CPU以外的某種情況時，由服務(wù)對象向CPU發(fā)出中斷請求信號，要求CPU暫時中斷當前程序的執(zhí)行而轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的處理程序，待處理程序執(zhí)行完畢后，再繼續(xù)執(zhí)行原來被中斷的程序。 中斷之后所執(zhí)行的相應(yīng)的處理程序通常稱之為中斷服務(wù)或

29、中斷處理子程序，原來正常運行的程序稱為主程序。調(diào)用中斷服務(wù)程序的過程類似于調(diào)用子程序，其區(qū)別在于調(diào)用子程序在程序中是事先安排好的，而何時調(diào)用中斷服務(wù)程序事先卻無法確定，因為中斷的發(fā)生是由外部因素決定的，程序中無法事先安排調(diào)用指令，因此，調(diào)用中斷服務(wù)程序的過程是由硬件自動完成的。本方案中用到了三個中斷:外部中斷0、外部中斷1和定時器T0溢出中斷。按CPU在響應(yīng)中斷時的處理順序，先處理高級中斷，后處理低級中斷，若有多個同級中斷時，則應(yīng)按自然

30、優(yōu)先順序處理。</p><p>　　2.2.1外部中斷0服務(wù)程序</p><p>　　外部中斷0服務(wù)程序結(jié)合外部P2.0鍵實現(xiàn)電子秒表的啟動功能。流程如下圖所示。</p><p>　　2.2.2外部中斷1服務(wù)程序</p><p>　　外部中斷1服務(wù)程序結(jié)合外部P2.1鍵實現(xiàn)電子秒表的停止功能。流程圖如下所示。</p><p

31、><b>　　2.3源程序代碼</b></p><p>　　ORG 00H</p><p>　　LJMP MAIN</p><p>　　ORG 000BH</p><p>　　LJMP TIME0</p><p>　　ORG 0030H</

32、p><p>　　MAIN: MOV R0,#0</p><p>　　MOV R1,#0</p><p>　　MOV R2,#0</p><p>　　MOV TMOD,#01H</p><p>　　MOV TH0,#3CH</p><p>　　MOV

33、 TL0,#0B0H</p><p>　　SETB EA</p><p>　　SETB ET0</p><p>　　LOOP: LCALL DIS</p><p>　　JB P3.2, LOOP</p><p>　　LCALL DLY10MS&l

34、t;/p><p>　　JB P3.2, LOOP</p><p>　　JNB P3.2, $</p><p>　　LCALL KEY</p><p>　　AJMP LOOP</p><p>　　KEY: INCR2</p><p>　　CJNE

35、R2,#1,KEY2</p><p><b>　　SETBTR0</b></p><p><b>　　RET</b></p><p>　　KEY2: CJNER2,#2,KEY3</p><p><b>　　CLRTR0</b></p><p

36、><b>　　RET</b></p><p>　　KEY3: CJNER2,#3,BACK</p><p><b>　　MOVR0,#0</b></p><p><b>　　MOVR1,#0</b></p><p><b>　　MOVR2,#0&

37、lt;/b></p><p>　　BACK: RET</p><p>　　TIME0： MOV TH0,#3CH</p><p>　　MOV TL0,#0B0H</p><p><b>　　INC R0</b></p><p>　　CJNE R0,#20,I_RE

38、T</p><p>　　MOV R0,#0</p><p><b>　　INC R1</b></p><p>　　CJNE R1,#100,I_RET</p><p>　　MOV R1,#0</p><p>　　I_RET: RETI</p><p>

39、　　DIS: MOVA,R1</p><p>　　MOV B,#10</p><p><b>　　DIV AB</b></p><p>　　MOVDPTR,#TAB MOVP2,#11111101B </p><p>　　ACALLSEG7</p><p><b>　　M

40、OV P0,A</b></p><p>　　LCALL DLY1MS</p><p><b>　　MOV A,B </b></p><p>　　MOV P2,#11111110B</p><p>　　ACALLSEG7</p><p><b>　　MOV P0,A

41、</b></p><p>　　LCALL DLY1MS</p><p>　　DLY10M：MOV R7,#20</p><p>　　D1: MOV R6,#248</p><p><b>　　DJNZR6,$</b></p><p>　　DJNZ R7,D1<

42、/p><p><b>　　RET</b></p><p>　　DLY1MS:MOVR5,#2</p><p>　　D2:MOVR4,#248</p><p><b>　　DJNZR4,$</b></p><p>　　DJNZR5,D2</p><p

43、><b>　　RET </b></p><p>　　SEG7:MOVC A,@A+DPTR</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　TAB： DB 0C0H,0F9H,0A4H</p><p>　　DB0B0H,99H,92H</p><

44、;p>　　DB82H,0F8H</p><p>　　DB80H,90H </p><p><b>　　END</b></p><p><b>　　第三章 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p><b>　　3.1程序編譯</b></p><p>&l

45、t;b>　?。?）輸入源程序</b></p><p>　　打開keil軟件，輸入源程序，輸入時應(yīng)以西文方式輸入字母和符號，且中文注釋前要加分號。</p><p>　?。?）對源程序進行編譯和糾錯</p><p>　　根據(jù)自動編譯提供的錯誤信息逐條糾正錯誤，直至編譯信息提示“錯誤(0)”，編譯結(jié)束。</p><p><b

46、>　?。?）確定調(diào)試方案</b></p><p>　　在調(diào)試程序前一定要認真分析源程序，明確各功能程序運行的預(yù)期結(jié)果。然后結(jié)合源程序應(yīng)達到的結(jié)果，確定出如何通過某些關(guān)鍵參數(shù)和實驗現(xiàn)象檢驗程序運行結(jié)果正確與否。</p><p><b>　?。?）調(diào)試程序</b></p><p>　　調(diào)試程序時首先要明確程序的具體功能，對程序做認

47、真分析。程序運行后，觀察有無顯示，時鐘是否工作，運行結(jié)果是否正確。若運行結(jié)果不正確，首先應(yīng)根據(jù)程序運行的實際現(xiàn)象分析判斷哪些因素可引起相關(guān)故障，再通過調(diào)試方法逐一認證和排除。通過反復(fù)調(diào)試，發(fā)現(xiàn)并排除軟件與硬件存在的各類問題，以滿足系統(tǒng)設(shè)計的預(yù)期目的。在編譯調(diào)試通過以后，生成hex文件以待仿真之用。</p><p><b>　　3.2程序仿真</b></p><p>　

48、　對程序的仿真電路分析與實物仿真軟件Proteus進行，它可以仿真、分析各種模擬器件和集成電路。在仿真時，我們首先打開已經(jīng)畫好的Proteus DSN文件，右鍵點擊圖中的AT89C51芯片，就彈出一個菜單，選擇添加文件，查找已經(jīng)生成的hex文件并添加進去，這樣仿真圖中的AT89C51芯片就已經(jīng)讀取了本設(shè)計中的hex文件，然后進行仿真，仿真圖如下所示。</p><p><b>　　第四章 結(jié)束語</

49、b></p><p>　　本次設(shè)計的電子秒表其預(yù)期目的基本達到，各項測試結(jié)果還比較令人滿意，系統(tǒng)設(shè)計注重基礎(chǔ)，系統(tǒng)的闡述了設(shè)計過程。以單片機為核心對硬件和軟件的設(shè)計做了深入的探索，各部分都實現(xiàn)了其功能。通過本次畢業(yè)設(shè)計，我從中學(xué)習(xí)到許多知識，也對以前所學(xué)知識進行了鞏固，并成功使用了keil、Proteus兩款軟件，使理論知識系統(tǒng)化、實用化。同時也認識到，作為新時代的大學(xué)生，在競爭如此激烈的社會環(huán)境里，動手實

50、踐和創(chuàng)新能力顯得尤為重要，通過這次畢業(yè)設(shè)計我還發(fā)現(xiàn)自己還存在諸多方面的不足。理論知識終究不是實踐能力，在實踐面前一系列問題就會突然被發(fā)現(xiàn)，但是沒有扎實的理論知識實踐能力就大大削弱，二者可謂缺一不可，要注重理論與實踐相結(jié)合，并且要認認真真去做每一件事，不要怕麻煩，遇到不懂的問題，就應(yīng)該積極主動的向老師同學(xué)請教，不斷提高自己的能力。</p><p><b>　　第五章 致謝</b></p&

51、gt;<p>　　首先誠摯的感謝項老師的指導(dǎo)，老師悉心的教導(dǎo)使我得以完成此論文的設(shè)計。老師細心給我們講解了有關(guān)論文的各方面主義的事項，還有有關(guān)電子秒表講解，老師在這一方面給了我們很大的幫助，老師還幫我們預(yù)先設(shè)計了好的電路，有不懂的老師細心的給我們講解，非常感謝老師。</p><p>　　主要是編程學(xué)的不太成功，在老師的細心指導(dǎo)下，然后再加以修改錯誤，最后完成設(shè)計。</p><p&

52、gt;　　這次的畢業(yè)設(shè)計讓我學(xué)到了許多東西，讓我知道了做什么事都要細心、耐心，一個畢業(yè)設(shè)計需要許多方面的幫助才能完成，最后再次向所有幫助過我的老師和同學(xué)表示感謝。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 李朝青. 單片機原理及接口技術(shù)（第3版）. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006</p><p>　　[2

53、] 趙建領(lǐng). 51系列單片機開發(fā)寶典. 北京：電子工業(yè)出版社，2007 [3] 朱清慧，張鳳蕊，翟天嵩，王志奎. Proteus教程——電子線路設(shè)計、制版與仿真. 北京：清華大學(xué)出版社，2008</p><p>　　[4] 耿永剛，陶國正. 單片機與接口應(yīng)用技術(shù). 上海：華東師范大學(xué)出版社，2008 [5] 孫惠芹. 單片機項目設(shè)計教程. 北京：電子工業(yè)出版社，2009</p><p>