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单片机课程设计报告基于51单片机的数字秒表设计专业：通信工程学号：11100640225姓名：罗宏时间:2014-6-26-1-目录一、课程名称………………………………………………1二、设计目的和意义………………………………………1三、任务要求………………………………………………1四、任务分析、设计方案…………………………………1五、具体实现过程…………………………………………9六、仿真、实验验证过程及实现结果、现象……………12七、结论……………………………………………………14八、总结与体会……………………………………………14-2-一、课题名称基于51单片的数字秒表设计二、目的和意义1、通过本次课程设计可以灵活运用单片机的基础知识，依据课程设计内容，能够完成从硬件电路图设计，到电路搭建焊接，再到软件编程及系统调试实现系统功能，完成课程设计，加深对单片机基础知识的理解，并灵活运用，将各门知识综合应用。2、本次课程设计还可以通过上网查询器件资料，培养对新知识新技术的独立的学习能力和应用能力。3、在这次课程设计中，我们运用到了很多一切所学的知识和一些很有用的软件和工具，如keil4编程软件、Proteus仿真软件、Visio软件、等。4、通过独立完成一个小的数字秒表系统设计，从硬件设计到软件设计，增强分析问题、解决问题的能力，为日后的毕业设计及科研工作奠定良好的基础。5、掌握51单片机软件编程知识、实现功能、设计方法，及KEIL软件使用方法；6、应用所学模拟电子线路的知识，掌握电路的设计与应用；7、熟悉PROTEUS的设计与仿真；8、STC——ISP的使用方法；9、掌握焊接电子元器件的方法以及查阅元件功能与参数的方法、步骤。三、设计目标或任务要求1、设计目标以单片机为核心，设计数字秒表。通过硬件电路设计，软件设计，电路搭建，作品调试。最后完成本次课程设计。2、设计要求1、计时范围：0~59分59.59秒，整数四位数和小数两位数显示；2、计时精度10毫秒；3、复位按钮，计时器清零，并做好下次及时准备；4、可以对三个对象（A、B）计时，具有启/停控制；5、设开始、停止A、停止B、显示A、显示B、复位按钮。四、任务分析、设计方案1、任务分析-3-数字电子秒表具有显示直观、读取方便、精度高等优点，在计时中广泛使用。本设计用单片机组成数字电子秒表，力求结构简单、精度高为目标。设计中包括硬件电路的设计和系统程序的设计。其硬件电路主要有主控制器，计时与显示电路和回零、启动和停表电路等。主控制器采用单片机89C52显示电路采用共阳极LED数码管显示计时时间。本设计利用89C52单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，使其能精确计时。利用中断系统使其能实现开始暂停的功能。P0口输出段码数据，P2.0-P2.4口作列扫描输出，P1.1、P3.2、P3.3、P2.5口接四个按钮开关，分别实现开始、暂停、清零和查看上次计时时间功能。电路原理图设计最基本的要求是正确性，其次是布局合理，最后在正确性和布局合理的前提下力求美观。硬件电路图按照图1.1进行设计。STC89C52单片机8位数码管数码管驱动电路控制开关图1.1数字秒表硬件电路基本原理图计时采用定时器T0中断完成，定时溢出中断周期为1ms，当一处中断后向CPU发出溢出中断请求，每发出一次中断请求就对毫秒计数单元进行加一，达到10次就对十毫秒位进行加一，依次类推，直到99.99秒重新复位。再看按键的处理。这四个键可以采用中断的方法，也可以采用扫描的方法来识别。复位键和查看主要功能在于数值复位和查询上次计时时间，对于时间的要求不是很严格。而开始和停止键则是用于对时间的锁定，需要比较准确的控制。因此可以对复位和查看按键采取扫描的方式。而对开始和停止键采用外部中断的方式。设计中包括硬件电路的设计和系统程序的设计。其硬件电路主要有主控制器，显示电路和回零、启动、查看、计次电路等。主控制器采用单片机89C52，显示电路采用共阳极LED数码管显示计时时间，四个按键均采用触点式按键。2、单片机的选择本课题在选取单片机时，充分借鉴了许多成形产品使用单片机的经验，并根据自-4-己的实际情况，选择了stc公司的89C52。89C52单片机采用40引脚的双列直插封装方式。图1.2为引脚排列图，40条引脚说明如下：主电源引脚Vss和Vcc①Vss接地②Vcc正常操作时为+5伏电源外接晶振引脚XTAL1和XTAL2①XTAL1内部振荡电路反相放大器的输入端，是外接晶体的一个引脚。当采用外部振荡器时，此引脚接地。②XTAL2内部振荡电路反相放大器的输出端。是外接晶体的另一端。当采用外部振荡器时，此引脚接外部振荡源。图1.28051单片机引脚图控制或与其它电源复用引脚RST/VPD，ALE/PROG，PSEN和EA/Vpp输入/输出引脚P0.0-P0.7，P1.0-P1.7，P2.0-P2.7，P3.0-P3.7。①P0口（P0.0-P0.7）是一个8位漏极开路型双向I/O口，在访问外部存储器-5-时，它是分时传送的低字节地址和数据总线，P0口能以吸收电流的方式驱动八个LSTTL负载。②P1口（P1.0-P1.7）是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O口。能驱动(吸收或输出电流)四个LSTTL负载。③P2口（P2.0-P2.7）是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O口，在访问外部存储器时，它输出高8位地址。P2口可以驱动(吸收或输出电流)四个LSTTL负载。④P3口（P3.0-P3.7）是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O口。能驱动(吸收或输出电流)四个LSTTL负载。（1）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。（2）程序计数器PC程序计数器PC用来存放即将要执行的指令地址，共16位，可对64K程序存储器直接寻址。执行指令时，PC内容的低8位经P0口输出，高8位经P2口输出。（3）令寄存器指令寄存器中存放指令代码。CPU执行指令时，由程序存储器中读取的指令代码送入指令寄存器，经译码后由定时与控制电路发出相应的控制信号，完成指令功能。3、显示电路的选择与设计对于数字显示电路，通常采用液晶显示或数码管显示。本设计的显示电路采用7段数码管作为显示介质。数码管显示可以分为静态显示和动态显示两种。由于本设计需要采用五位数码管显示时间，如果静态显示则占用的口线多，硬件电路复杂。所以采用动态显示。STC89C52单片机8位数码管数码管位驱动电路数码管段驱动电路图1.3显示电路基本原理图-6-动态显示是一位一位地轮流点亮各位数码管，这种逐位点亮显示器的方式称为位扫描。通常各位数码管的段选线相应并联在一起，由一个8位的I/O口控制；各位的公共阴极位选线由另外的I/O口线控制。动态方式显示时，各数码管分时轮流选通，要使其稳定显示必须采用扫描方式，即在某一时刻只选通一位数码管，并送出相应的段码，在另一时刻选通另一位数码管，并送出相应的段码，依此规律循环，即可使各位数码管显示将要显示的字符，虽然这些字符是在不同的时刻分别显示，但由于人眼存在视觉暂留效应，只要每位显示间隔足够短就可以给人同时显示的感觉。数码显示管分为共阳数码管和共阴数码管两种共阳极数码管的8个发光二极管的阳极（二极管正端）连接在一起，如图1.4（b），通常，公共阳极接高电平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。图1.4（a）数码管引脚图（b）共阳极内部结构图（c）共阴极内部结构图最大4、按键电路的选择与设计本设计中有四个按键，分别实现开始、暂停、复位和计次功能。这四个键可以采用中断的方法，也可以采用查询的方法来识别。对于复位键和查看键，主要功能在于数值复位和对上次计时时间的查看，对于时间的要求不是很严格，而开始和暂停键主要用于时间的锁定，需要比较准确的控制。因此可以考虑，对复位键和查看键采用查询的方式，-7-而对于开始和暂停键采用外部中断。四个按键均采用低电平有效，具体电路连接图如图1.5所示。5、时钟电路的选择与设计单片机的时钟信号用来提供单片机内各种微操作的时间基准，8051片内设有一个由反向放大器所构成的振荡电路，XTAL1和XTAL2分别为振荡电路的输入和输出端，8051单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式与外部振荡方式。外部方式的时钟很少用，若要用时，只要将XTAL1接地，XTAL2接外部振荡器就行。对外部振荡信号无特殊要求，只要保证脉冲宽度，一般采用频率低于11.05926MHz的方波信号。图中，电容器C1、C2起稳定振荡频率、快速起振的作用，电容值一般为5～33pF。但在时钟电路的实际应用中一定要注意正确选择其大小，并保证电路的对称性，尽可能匹配，选用正牌的瓷片或云母电容，如果可能的话，温度系数尽可能低。本设计中采用大小为30pF的电容和11.05926MHz的晶振。图1.6内部振荡电路6、复位电路的选择与设计当8051单片机的复位引脚RST（全称RESET）出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就完成了复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态，而无法执行程序。因此要求单片机复位后能脱离复位状态。而本系统选用的是11.05926MHz的晶振，因此一个机器周期为1.09μs，那么复位脉冲宽度最小应为2.18μs。在实际应用系统中，考虑到电源的稳定时间，参数漂移，晶振稳定时间以及复位的可靠性等因素，必须有足够的余量。根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位、手动复位。-8-图1.10单片机复位电路7、系统总电路的设计系统总电路由以上设计的显示电路，时钟电路，按键电路和复位电路组成，只要将单片机与以上各部分电路合理的连接就组成了系统总电路。系统总电路图附录B所示。8051单片机为主电路的核心部分，各个电路均和单片机相连接，由单片机统筹和协调各个电路的运行工作。8051单片机提供了XTAL1和XTAL2两个专用引脚接晶振电路，因此只要将晶振电路接到两个专用引脚即可为单片机提供时钟脉冲，但在焊接晶振电路时要尽量使晶振电路靠近单片机，这样可以为单片机提供稳定的始终脉冲。复位电路同晶振电路，单片机设有一个专用的硬件复位接口，并设置为高电平有效。按键电路与单片机的端口连接可以由用户自己设定，本设计中软件复位键和查看键分别接单片机的P1.1和P2.5，均设为低电平有效。而另外的开始键和暂停键两键使用了外部中断，所以需要连接到单片机的特殊接口P3.3和P3.2，这两个I/O口的第二功能分别为单片机的外部中断1端口和外部中断0端口。同样设置为位低电平有效。显示电路由五位数码管组成，采用动态显示方式，因此有8位段控制端和5位位控制端，八位段控制接P0口，P0.0~P0.7分别控制数码显示管的a、b、c、d、e、f、g、dp显示，8051的P0口没有集成上拉电阻，高电平的驱动能力很弱，所以需要接上拉电阻来提高P0的高电平驱动能力。五位位控制则由低位到高位分别接到P2.0~P2.4口，NPN三极管9013做为位控制端的开关，当P2.0~P2.4端口任意一个端口为高电平时，与其相对应的三极管就导通，对应的数码管导通显示。通过以上设计已经将各部分电路与单片机有机的结合到一起，硬件部分的设计以大-9-功告成，剩下的部分就是对单片机的编程，使单片机按程序运行，实现数字电子秒表的全部功能。五、具体实现过程1、对数字秒表设计进行分析，敲定几组方案；2、在PROTUES软件中，画电路图，进行仿真、调试；3、对自己想要实现的秒表现象进行编程，运用KEIL软件；并于Proteus联调。4、调试过程中要不断改进自己的方案；6、测试各个所需元件，STC89C52RC，数码管。7、将方案敲定之后，对LED数字秒表进行焊接其中最主要的是对最小系统的焊接时非常关键的，在进行焊接数码管时，很关键。8、