單片機多功能秒表課程設(shè)計--89c51單片機秒表的設(shè)計

1、<p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　學(xué) 院： 機電工程學(xué)院 </p><p>　　班 級： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號：

2、 </p><p>　　時 間： 2011—2012學(xué)年 第二學(xué)期</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本設(shè)計是設(shè)計一個單片機控制的多功能秒表系統(tǒng)。</p><p>　　近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時帶動著傳統(tǒng)控制檢測日新月異的更新。在實時檢測和自動控制

3、的單片機應(yīng)用系統(tǒng)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(jù)具體的硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體的應(yīng)用對象的軟件結(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。</p><p>　　本設(shè)計的多功能秒表系統(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、電源電路、LED數(shù)碼管以及按鍵電路來設(shè)計計時器。將軟、硬件有機地結(jié)合起來，

4、使得系統(tǒng)能夠正確地進行計數(shù)，并且結(jié)合相應(yīng)的顯示驅(qū)動程序，使數(shù)碼管能夠正確地顯示時間，暫停和中斷。我們設(shè)計的秒表可以同時記錄八個相對獨立的時間，通過上翻下翻來查看這八個不同的計時值，可謂功能強大。其中軟件系統(tǒng)采用匯編語言編寫程序，包括顯示程序，計數(shù)程序，中斷，延時程序，按鍵消抖程序等，硬件系統(tǒng)利用PROTEUS強大的功能來實現(xiàn)，簡單且易于觀察，在仿真中就可以觀察到實際的工作狀態(tài)。 </p><p>　　關(guān)鍵字：單片

5、機，多功能秒表</p><p>　　小組成員：毛俊凌(組長) 高盼盼 陳君彥 許紅躍 詹杭君</p><p><b>　　小組分工：</b></p><p>　　小組各成員：討論并確定秒表要實現(xiàn)哪些功能</p><p>　　毛俊凌 高盼盼 陳君彥：硬件電路的設(shè)計仿真，查閱資料</p><p>　　

6、許紅躍 詹杭君：編寫程序</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1.概述 </b></p><p><b>　　1.1設(shè)計目的 </b></p><p><b>　　1.2 設(shè)計要求 </b></p><

7、;p><b>　　1.3 設(shè)計意義</b></p><p>　　2.系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計 </p><p>　　2.1系統(tǒng)總體方案 </p><p>　　2.2硬件設(shè)計 </p><p>　　2.2.1 89C51單片機 </p><p>　　2.2.2振蕩電路 </p>

8、;<p><b>　　2.2.3復(fù)位電路</b></p><p>　　2.2.4按鍵電路 </p><p>　　2.2.5顯示電路 </p><p>　　2.2.6系統(tǒng)電路圖</p><p><b>　　3.軟件設(shè)計 </b></p><p><

9、b>　　3.1設(shè)計特點 </b></p><p><b>　　3.2設(shè)計思路</b></p><p>　　4.PROTEUS軟件仿真</p><p><b>　　5.課程設(shè)計體會</b></p><p><b>　　1.概述 </b></p>

10、<p><b>　　1.1設(shè)計目的 </b></p><p>　　設(shè)計一個單片機控制的秒表系統(tǒng)。利用單片機的定時器/計數(shù)器定時和記數(shù)的原理，結(jié)合顯示電路、LED數(shù)碼管以及按鍵來設(shè)計秒表。將軟、硬件有機地結(jié)合起來，使得系統(tǒng)能夠正確地進行計時，同時具有開始/暫停，記錄，上翻下翻，清零等功能。</p><p><b>　　1.2設(shè)計要求</b>

11、;</p><p>　?。?）共四位LED顯示，顯示時間為00:00~59.99</p><p>　?。?）共五個按鍵，分別是開始/暫停，記錄，上翻，下翻，清零鍵;</p><p>　　（3）能同時記錄多個相對獨立的時間并分別顯示;</p><p>　?。?）翻頁按鈕查看多個不同的計時值;</p><p><b&

12、gt;　　1.3設(shè)計意義</b></p><p>　?。?）通過本次課程設(shè)計可以使我們進一步熟悉和掌握單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，了解單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟和方法。</p><p>　　（2）通過利用AT89C51單片機，理解單片機在自動化儀表中的作用以及掌握單片機的編程方法。</p><p>　?。?）通過設(shè)計一個簡單的實際應(yīng)用輸入及顯示模擬系統(tǒng)，

13、掌握單片機仿真軟件PROTEUS的使用方法。 </p><p>　　（4）該實驗通過單片機的定時器/計數(shù)器定時和計數(shù)原理,設(shè)計簡單的計時器系統(tǒng),擁有正確的計時、暫停、清零、功能,并能同時記錄多個相對獨立的時間利用翻頁按鈕查看多個不同的計時值,該種秒表在現(xiàn)實生活中應(yīng)用廣泛,具有現(xiàn)實意義。</p><p>　　2．系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計</p><p><b>

14、;　　2.1系統(tǒng)總體方案</b></p><p>　　本系統(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)合硬件電路如電源電路，晶振電路，復(fù)位電路，顯示電路，以及一些按鍵電路等來設(shè)計計時器，將軟、硬件有機地結(jié)合起來。其中軟件系統(tǒng)采用匯編語言編寫程序，包括顯示，計數(shù)，中斷，延時，按鍵消抖程序等，并在編程軟件中調(diào)試運行，硬件系統(tǒng)利用PROTEUS強大的功能來實現(xiàn)，簡單且易于觀

15、察，在仿真中就可以觀察到實際的工作狀態(tài)。 </p><p><b>　　圖1 系統(tǒng)電路原理</b></p><p><b>　　2.2硬件設(shè)計</b></p><p>　　2.2.189C51單片機</p><p>　　MCS-51系列單片機是8位單片機產(chǎn)品，89C51是其中的典型代表，基本模塊包括

16、以下幾個部分：</p><p>　?。?）CPU：89C51的CPU是8位的，另外89C51內(nèi)部有1個位處理器</p><p>　?。?）R0M:4KB的片內(nèi)程序存儲器，存放開發(fā)調(diào)試完成的應(yīng)用程序</p><p>　?。?）RAM:256B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器，容量小，但作用大</p><p>　?。?）I/O口：P0-P3，共4個口32條雙向且

17、可位尋址的I/O口線</p><p>　　（5）中斷系統(tǒng)：共5個中斷源，3個內(nèi)部中斷，2個外部中斷</p><p>　　（6）定時器/計數(shù)器：2個16位的可編程定時器/計數(shù)器</p><p>　　（7）通用串行口：全雙工通用異步接收器/發(fā)送器</p><p>　?。?）振蕩器：89C51的外接晶振與內(nèi)部時鐘振蕩器為CPU提供時鐘信號</

18、p><p>　　（9）總線控制：89C51對外提供若干控制總線，便于系統(tǒng)擴展</p><p>　　89C51的引腳圖如下:</p><p>　　89C51單片機引腳圖</p><p>　　2.2.2晶體振蕩電路</p><p>　　89C51芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。引線 XTAL1和XTAL2分別為

19、反向放大器的輸入和輸出，兩端跨接石英晶體及兩個電容就可構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。</p><p>　　這里，我們選用51單片機12MHZ的內(nèi)部振蕩方式，電容器C1，C2起穩(wěn)定振蕩頻率，并對振蕩頻率有微調(diào)作用，C1和C2可在20-100PF之間取值,這里取33P。</p><p>　　2.2.3 復(fù)位電路</p><p>　　采用上電加按鍵復(fù)位電路，上電后，由于電容充電，

20、使RST持續(xù)一段高電平時間。當(dāng)單片機已在運行之中時，按下復(fù)位鍵也能使RST持續(xù)一段時間的高電平，從而實現(xiàn)上電加按鍵復(fù)位的操作。</p><p><b>　　2.2.4按鍵電路</b></p><p>　　在按鍵電路中，我們可以在I/O口上直接接按鍵，或者通過I/O口設(shè)計一個鍵盤，然后通過鍵盤掃描程序判斷是否有鍵按下等。鍵盤掃描電路節(jié)省I/O口，但編程有些復(fù)雜，在這里，

21、由于我們所用的按鍵較少，且系統(tǒng)是一個小系統(tǒng)，有足夠的I/O口可以使用，為了使程序簡化，我們采用按鍵電路，用部分P1口做開關(guān)，P1.0開始/暫停，P1.1記錄，P1.2上翻，P1.3下翻，P1.4清零。對于按鍵的設(shè)計，采用了防抖動的程序設(shè)計，使系統(tǒng)的性能得到進一步的提升。當(dāng)按鍵被按下時，相應(yīng)的引腳被拉低，經(jīng)掃描后，獲得鍵值，并執(zhí)行鍵功能程序，因此按下不同的按鍵，將執(zhí)行不同的功能程序。</p><p><b&g

22、t;　　2.2.5顯示電路</b></p><p>　　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。用四個共陰極LED顯示，LED是七段式顯示器，內(nèi)部有7個條形發(fā)光二極管和1個小圓點發(fā)光二極管組成，根據(jù)各管的亮暗組合成字符。</p><p>　　在用數(shù)碼管顯示時，我們有靜態(tài)和動態(tài)兩種選擇，靜態(tài)顯示程序簡單，顯示穩(wěn)定，但是占用端口比較多；動態(tài)顯

23、示所使用的端口比較少，可以節(jié)省單片機的I/O口。</p><p>　　在設(shè)計中，我們采用LED動態(tài)顯示，用P0口驅(qū)動顯示。由于P0口的輸出級是開漏電路，用它驅(qū)動時需要外接上拉電阻才能輸出高電平。</p><p>　　2.2.6 系統(tǒng)電路圖</p><p><b>　　3.軟件設(shè)計</b></p><p><b>

24、;　　3.1設(shè)計特點</b></p><p>　　在軟件設(shè)計中，一般采用模塊化的程序設(shè)計方法，它具有明顯的優(yōu)點。把一個多功能的復(fù)雜的程序劃分為若干個簡單的、功能單一的程序模塊，有利于程序的設(shè)計和調(diào)試，優(yōu)化和分工，提高了程序的閱讀性和可靠性，使程序的結(jié)構(gòu)層次一目了然。</p><p>　　應(yīng)用系統(tǒng)的程序由包含多個模塊的主程序和各種子程序組成。各程序模塊都要完成一個明確的任務(wù)，實現(xiàn)

25、某個具體的功能，如：計數(shù)、延時、和顯示等，在具體需要時調(diào)用相應(yīng)的模塊即可。</p><p>　　功能描述：用四位LED數(shù)碼管顯示時間。一個"開始/暫停"鍵,一個"復(fù)位"鍵,一個“記錄”鍵，可同時記錄八個相對獨立的時間；一個“上翻”鍵，一個“下翻”鍵，查看八個不同的計時值。五個按鍵分別通過五個端口控制秒表的五個功能。</p><p>　　3.2設(shè)計思路

26、（程序流程圖及程序）</p><p><b>　　程序如下：</b></p><p><b>　　/*</b></p><p>　　1、程序目的：使用定時器學(xué)習(xí)秒表計時，記錄8組數(shù)據(jù)，通過上翻、下翻鍵查看記錄的數(shù)據(jù)</p><p>　　2、硬件要求：數(shù)碼管、晶振12M</p><

27、p><b>　　*/</b></p><p>　　#include <reg52.h></p><p>　　Code unsigned char tab[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; //共陰數(shù)碼管 0-9 </p><p>　　code unsi

28、gned char tab1[]={0xBF,0x86,0xDB,0xCF,0xE6,0xED,0xFD,0x87,0xFF,0xEF} ;//共陰數(shù)碼管0-9帶小數(shù)點</p><p>　　sbit key1 = P1^0; //開始、暫停</p><p>　　sbit key2 = P1^1; //記數(shù)</p><p>　　sbit key3 = P1

29、^2; //上翻</p><p>　　sbit key4 = P1^3; //下翻</p><p>　　sbit key5 = P1^4; //清零</p><p>　　static unsigned char ms,sec;</p><p>　　static unsigned char Sec[8],Ms[8];<

30、/p><p>　　static int i ,j;</p><p>　　void delay(unsigned int cnt) //延時程序</p><p><b>　　{</b></p><p>　　while(--cnt);</p><p><b>　　}</b><

31、;/p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char key3_flag=0,key4_flag=0;</p><p>　　TMOD |=0x01;//定時器0 10ms in 12M crystal 用于計時</p><p&g

32、t;<b>　　TH0=0xd8;</b></p><p><b>　　TL0=0xf0;</b></p><p><b>　　ET0=1;</b></p><p><b>　　TR0=0;</b></p><p>　　TMOD |=0x10; //定時器

33、1用于動態(tài)掃描</p><p><b>　　TH1=0xF8;</b></p><p><b>　　TL1=0xf0;</b></p><p><b>　　ET1=1;</b></p><p><b>　　TR1=1;</b></p><

34、;p><b>　　EA =1;</b></p><p>　　sec=0; //初始化</p><p><b>　　ms=0;</b></p><p><b>　　P1=0xff;</b></p><p><b>　　i=0;</b></p>

35、;<p><b>　　j=0;</b></p><p><b>　　start:</b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p>　　{ //開始、暫停</p><p>　　if(!key1) //判斷是否按下</p

36、><p><b>　　{</b></p><p>　　delay(50); //去抖</p><p><b>　　if(!key1)</b></p><p>　　while(!key1) //等待按鍵釋放</p><p><b>　　{;}</b>

37、</p><p>　　TR0=!TR0; </p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//記錄</b></p><p>　　if(!key2) //判斷是否按下</p><p><b>　　{</b></p&g

38、t;<p>　　delay(50); //去抖</p><p><b>　　if(!key2)</b></p><p>　　{while(!key2) //等待按鍵釋放</p><p><b>　　{;}</b></p><p>　　if(i==8) //8

39、組數(shù)據(jù)記錄完畢</p><p>　　{TR0=0; goto start;}</p><p>　　Sec[i]= sec; //將數(shù)據(jù)存入數(shù)組</p><p>　　Ms[i]= ms;</p><p><b>　　i++;</b></p><p><b>　　}</b>

40、</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//上翻</b></p><p>　　if(!key3)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　delay(50);</p><p>

41、<b>　　if(!key3)</b></p><p>　　{while(!key3)</p><p><b>　　{;}</b></p><p><b>　　TR0=0;</b></p><p>　　key3_flag=1;//按鍵3標(biāo)志</p><

42、p><b>　　if(j==i)</b></p><p>　　goto start; </p><p><b>　　else</b></p><p>　　if(key4_flag)</p><p><b>　　j+=2;</b></p><p>　

43、　key4_flag=0; </p><p>　　sec=Sec[j];ms=Ms[j];//顯示數(shù)組里的內(nèi)容</p><p><b>　　j++; </b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p>&l

44、t;p><b>　　//下翻</b></p><p>　　if(!key4)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　delay(50);</p><p><b>　　if(!key4)</b></p><p><b&g

45、t;　　{</b></p><p>　　while(!key4)</p><p><b>　　{;}</b></p><p><b>　　TR0=0;</b></p><p>　　key4_flag=1; //按鍵4標(biāo)志</p><p><b>　

46、　if(j<0)</b></p><p>　　goto start;</p><p><b>　　else</b></p><p>　　if(key3_flag)</p><p><b>　　j-=2;</b></p><p>　　key3_flag=0;&

47、lt;/p><p>　　sec=Sec[j];ms=Ms[j]; //顯示數(shù)組里的內(nèi)容</p><p><b>　　j--;</b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>

48、;　　//清零</b></p><p><b>　　if(!key5)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　delay(50);</p><p><b>　　if(!key5)</b></p><p>　　wh

49、ile(!key5)</p><p><b>　　{;}</b></p><p><b>　　TR0=0;</b></p><p><b>　　ms=0;</b></p><p><b>　　sec=0;</b></p><p>　

50、　for(i=0;i<8;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　Sec[i]=0;Ms[i]=0;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　i=0;</b></p><p><b&g

51、t;　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/********************************/</p><p>　　/* 定時中斷1 */</p&g

52、t;<p>　　/********************************/</p><p>　　void time1_isr(void) interrupt 3 using 0//定時器1用來動態(tài)掃描</p><p><b>　　{</b></p><p>　　static unsigned char num;</

53、p><p>　　TH1=0xF8;//重入初值</p><p><b>　　TL1=0xf0;</b></p><p>　　switch(num)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　case 0:P2=0xfe;P0=tab[sec/10];break

54、;//顯示秒十位</p><p>　　case 1:P2=0xfd;P0=tab1[sec%10];break; //顯示秒個位</p><p>　　case 2:P2=0xfb;P0=tab[ms/10];break;//顯示十位</p><p>　　case 3: P2=0xf7;P0=tab[ms%10];break; //顯示個位</p>

55、<p>　　default:break;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　num++;</b></p><p>　　if(num==4)</p><p><b>　　num=0;</b></p><p>&l

56、t;b>　　}</b></p><p>　　/********************************/</p><p>　　/* 定時中斷0 */</p><p>　　/********************************/</p><p>　　void tim(

57、void) interrupt 1 using 1</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TH0=0xd8;//重新賦值</p><p><b>　　TL0=0xf0;</b></p><p>　　ms++;//毫秒單元加1</p><p>　　if(m

58、s==100)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　ms=0;//等于100時歸零</p><p>　　sec++;//秒加1</p><p>　　if(sec==60)</p><p><b>　　{</b></p><p&g

59、t;　　sec=0;//秒等于60時歸零</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　4.PROTEUS軟件仿真</p><p>　　將以上程序清單導(dǎo)入先前做

60、好的Proteus仿真電路，匯編之后，按</p><p>　　鍵開始進行仿真。仿真結(jié)果如下：</p><p><b>　　下面顯示清零功能：</b></p><p><b>　　按下開始鍵后顯示</b></p><p><b>　　按下清零鍵后顯示</b></p>

61、<p><b>　　仿真結(jié)果描述：</b></p><p>　　按“開始”鍵，秒表開始計時；按“暫?！辨I，秒表暫停計時；按記錄鍵，秒表記錄時間，共可記錄八個數(shù)值；按上翻下翻鍵，可查看這八個不同的計時值。</p><p><b>　　結(jié)論及進一步設(shè)想：</b></p><p>　　根據(jù)實驗要求，本次課設(shè)基本完成了

62、設(shè)計要求，由于秒表系統(tǒng)并不一定僅僅局限于計時，定時等功能，還可以進行多項的擴展，可以利用AT89C51強大的擴展功能，進一步豐富秒表的功能,例如可設(shè)定計時時間，倒計時等等眾多功能。單片機以其強大的功能和良好的兼容性可以更好地為我們服務(wù)，通過查閱各種資料，多了解一些單片機有關(guān)知識，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。</p><p><b>　　5.課程設(shè)計體會</b></p&

63、gt;<p>　　通過本次課程設(shè)計，我深刻地認(rèn)識到自己有很多不足之處，比如在自主學(xué)習(xí)能力方面的不足，實際動手操作能力的不足等。 這次的單片機課程設(shè)計是理論與實踐相結(jié)合的范例。該設(shè)計從頭到尾都要自己參與進來，熟悉了整個設(shè)計流程才能更快地設(shè)計出方案并完成設(shè)計。</p><p>　　本次課程設(shè)計我主要負(fù)責(zé)硬件電路的設(shè)計和查閱相關(guān)資料。單片機課程早已結(jié)束，相關(guān)的知識已經(jīng)很模糊，導(dǎo)致我在設(shè)計硬件電路中遇到了不

64、少麻煩。首先是不知從何入手。雖然小組討論后確定了秒表要實現(xiàn)的功能，可是沒有相關(guān)理論知識的熟知和實踐操作，畫出硬件設(shè)計圖對我而言毫無頭緒。查閱了與89C51單片機相關(guān)的資料也閱讀了其他人單片機數(shù)字秒表的設(shè)計，慢慢地我開始了解其中原理，一步步設(shè)計出了硬件電路的各個部分，如晶體振蕩電路，復(fù)位電路，按鍵電路，顯示電路。完成設(shè)計后需要運用PROTEUS軟件進行設(shè)計仿真，由于這是第一次接觸這個軟件，還不知怎樣運用它，查閱該軟件的相關(guān)資料及看過網(wǎng)上的

65、視頻后便開始著手畫圖，接觸后覺得還是挺簡單的。</p><p>　　這次的課程設(shè)計我與小組同學(xué)進行了交流和討論，我們分工進行設(shè)計，從搜索資料到硬件、軟件的調(diào)試，每一步、每一個細(xì)節(jié)都經(jīng)過我們自己的思考，我們共同討論各方案的比較選擇、硬件、軟件的設(shè)計和調(diào)試，最終拿出了我們的成果。在做的過程中不但加深了我們對單片機理論知識的認(rèn)識和理解還認(rèn)識到了這門學(xué)科在應(yīng)用方面的廣闊前景。</p><p>　　

66、實踐是最有高度也是最能體現(xiàn)整體水平的整個設(shè)計過程中，我們不斷地探索，設(shè)計出了很多不一樣的硬件電路圖，寫過了很多不一樣的程序，正如設(shè)計中如何能使硬件電路圖簡單明了，程序簡單而準(zhǔn)確，如何能準(zhǔn)確的運行，都是通過與同學(xué)老師的交流，慢慢摸索出來的。以上的不斷探索，使我們進一步熟悉和掌握單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，了解單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟和方法。通過利用AT89C51單片機，理解單片機在自動化儀表中的作用以及掌握單片機的編程方法。通過設(shè)計一個