基于单片机的数字秒表设计

2011届学士学位论文基于单片机的数字秒表设计学院、专业物理与电子信息学院电子信息工程研究方向单板微型计算机学生姓名学号20071342139指导教师姓名指导教师职称2011年4月29日基于单片机的数字秒表设计I基于单片机的数字秒表设计摘要21世纪，单片机的发展非常的迅速。单片机是把主要计算机功能部件都集成在一块芯片上的微型计算机。它是一种集计数和多种接口于一体的微控制器，被广泛应用在智能产品和工业自动化上，而51单片机是个单片机中最为典型和最有代表性的一种。本设计的数字电子秒表系统采用STC89C52单片机为中心器件，利用其定时器/计数器定时和记数的原理，结合显示电路、LED数码管以及独立键盘来设计秒表,将软、硬件有机地结合起来。本设计的软件系统是用C语言编写的.包括一个定时器中断，4个独立键盘及软件消抖等。最后做成一个具有打开、关闭、复位、记忆功能的数字秒表。关键字单片机；数字电子秒表；仿真，STC89C52基于单片机的数字秒表设计IIDigitalstopwatchdesignbasedonSingle-ChipMicrocomputerSchoolofPhysicsandElectronicInformationHuaibeiNormalUniversity235000AbstractInthe21stcentury，thetechnologyofSCMdevelopsveryquickly.SCMwhichisamajorpieceofcomputercomponentsisintegratedintothechipmicro-computer.Itisamulti-interfaceandcountingonthemicro-controllerintegration,andintelligenceproductsarewidelyusedinindustrialautomation,andMCS-51microcontrollerisatypicalandrepresentative.ThisdesignofdigitalelectricstopwatchsystememploysSTC89C52single-chipmicrocomputerasthecorepart.Basedontheprincipleoftimingandcounting,thestopwatchisdesignedbyintegratingdisplayelectriccircuit,LEDdigitalpipeandindependentkeyboard,combiningbothsoftwareandhardware.ThesoftwaresystemofthisdesigniswritteninC.Thedesignincludesatimerinterruptandfourindependentkeyboards，softwareawayshakingandsoon.Finallyitmakesadigitalstopwatchwithfunctionsofopening,closing,restingandmemory..KeywordSingle-chipmicrocomputer；Digitalstopwatch；Simulation；STC89C52基于单片机的数字秒表设计III目录1引言.............................................11.1单片机的背景................................11.2单片机的应用................................22整体设计方案.....................................42.1单片机的基本结构............................42.2单片机的选择................................93.秒表的硬件设计..................................123.1LED显示电路................................123.2键盘控制电路...............................153.3译码器的使用...............................163.4单片机晶振和复位电路.......................174秒表的软件设计..................................194.1C程序整体设计思路..........................194.2主程序设计.................................204.3中断设计...................................215软件调试和结果..................................265.1软件调试与烧写..............................265.2硬件仿真...................................27结论............................................30参考文献..........................................31附录............................................32致谢............................................38淮北师范大学2011届学士毕业论文基于单片机的数字秒表设计11引言1.1单片机的背景单片机即单片机微型计算机。用专业语言讲，单片机就是在一块硅片上集成了微处理器、存储器及各种输入输出借口的芯片，这样一块芯片就具有了计算机的属性，因为被称为单片机微型计算机，简称单片机。单片机的前身叫做单板机，是将CPU芯片、存储器芯片、I/O接口芯片和简单的I/O设备等装配在一块印刷电路板上，再配上监控程序，就构成一块单板机。单片机基本用于教学，后来发展为单片机。可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械里。它在整个装置中，起着至关重要的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词——“智能型”，如智能型洗衣机、智能手机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。将8位单片机的推出作为起点，单片机的发展历史大致可分为以下几个阶段：1.第一阶段（1976-1978）：单片机的控索阶段。以Intel公司的MCS–48为代表。MCS–48的推出是在工控领域的控索，参与这一控索的公司还有Motorola等，都取得了满意的效果。这就是SCM的诞生年代，“单机片”一词即由此而来。2.第二阶段（1978-1982）单片机的完善阶段。Intel公司在MCS–48基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS–51。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构：1）完善的外部总线。MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有很多机通信功能的串行通信接口。2)CPU外围功能单元的集中管理模式。3)体现工控特性的位地址空间及位操作方式。淮北师范大学2011届学士毕业论文基于单片机的数字秒表设计24）指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。3.第三阶段（1982-1990）：8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。Intel公司推出的MCS–96系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。随着MCS–51系列的广应用，许多电气厂商竞相使用80C51为内核，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/D转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，增强了外围电路路功能，强化了智能控制的特征。4.第四阶段（1990—）：微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。1.2单片机的应用目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。1．在智能仪器仪表上的应用。单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。2．在工业控制中的应用用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的淮北师范大学2011届学士毕业论文基于单片机的数字秒表设计3智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。3．在家用电器中的应用可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。4．在计算机网络和通信领域中的应用现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。淮北师范大学2011届学士毕业论文基于单片机的数字秒表设计42整体设计方案2.1单片机的基本结构单片机是一种可通过编程控制的微处理器，单片机芯片自身不能单独运用于工程或者产品上，它必须要依靠外围数字器件或者模拟器件的协调才能发挥自身的强大功能。单片机内部包含中央处理器CPU、程序存储器ROM、数据存储器RAM、I/O口、定时计数器、外部中断、串行通信等内部结构。1.中央处理器CPU中央处理器CPU是整个单片机的核心部件，是整个单片机最重要的部件。由运算与控制逻辑组成，还有终端系统与部分外部特殊功能寄存器等。是负责控制、指挥和调度整个单元系统的工作]2[。2.运算器运算器的功能是进行算术运算和逻辑运算。可以对半字节（4位）、单字节等数据进行操作。例如能完成加、减、乘、除、加1、减1、BCD码十进制调整、比较等算术运算和与、或、异或