基于单片机的秒表设计

摘要本设计是一个利用单片机控制的多功能秒表系统,它是基于51系列的单片机进行的系统设计。它采用AT89C51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、电源电路、LED数码管以及键盘电路来设计计时器。将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够实现四位LED显示，最大显示时间为9分59.9秒，每毫秒自动加1，一个开始暂停按键、一个复位按键。其突出的优点:体积小、场外作业、功耗最低、宜用电池作为电源、硬件结构紧凑、简单和软件设计灵活.当今时代，是一个新技术层出不穷的时代。在电子领域，尤其是自动化智能控制领域，传统的分立元件或数字逻辑电路构成的控制系统正以前所未见的速度被单片机智能控制系统所取代。单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点，可以说，智能控制与自动控制的核心就是单片机。单片机的出现是现代科技发展的一个重要的里程碑。由于单片机的集成度高、功能强，通用性好，特别是它具有体积下、重量轻、能耗低、价格便宜等优点，使单片机迅速得到推广应用，目前已成为测量控制应用系统中的优选机种和新电子产品的关键部件。-2-目录1概述………………………………………………………………………………41.1设计任务………………………………………………………………………41.2设计要求………………………………………………………………………42系统总体方案及硬件设计…………………………………………………………52.1系统总体方案…………………………………………………………………52.2硬件电路设计…………………………………………………………………63软件设计…………………………………………………………………………103.1软件设计概述………………………………………………………………103.2程序流程图…………………………………………………………………103.3子程序模块设计……………………………………………………………124Proteus软件真…………………………………………………………………134.1软件功能简介………………………………………………………………134.2Proteus运行流程…………………………………………………………145课程设计会………………………………………………………………………16参考文献……………………………………………………………………………16附1：源程序代码…………………………………………………………………17附2：系统原理图…………………………………………………………………20-3-1概述1.1设计任务设计一个单片机控制的秒表系统。利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，结合显示电路、LED数码管以及按键来设计计时器。将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，数码管能够正确地显示时间。1.2设计要求1）利用单片机内部定时器设计一个秒表，显示最大值为9分59.9秒。2）使用4位七段显示器来显示现在的时间。显示格式为“分、秒、毫秒”。3）要求能实现秒表的启动、停止和复位。-4-2系统总体方案及硬件设计2.1系统总体方案本系统采用AT89C51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，结合硬件电路如电源电路，晶振电路，复位电路，显示电路，以及一些按键电路等来设计计时器，将软、硬件有机地结合起来。其中软件系统采用汇编语言编写程序，包括显示程序，计数程序，中断，硬件系统利用PROTEUS强大的功能来实现，简单切易于观察，在仿真中就可以观察到实际的工作状态。系统电路原理图外围电路电源电路单片机显示电路键盘电路-5-2.2硬件电路设计本系统中，硬件电路主要有电源电路，晶振电路，复位电路，显示电路，以及一些按键电路等，电路图如下（1）单片机简介本系统设计采用AT89C51单片机。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容（由于在微机原理中学过C-51的具体知识，这里不再详细说明）。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效的微控制器。（2）电源电路电源电路是系统最基本的部分，任何电路都离不开电源部分，由于三端集成稳压器件所组成的稳压电源线路简单，性能稳定，工作可靠，调整方便，已逐渐取代分立元件，在生产中被广泛采用，由于是小系统，我们采用7809电源提供+5V稳压电压。-6-（3）晶体振荡电路MCS--51单片机内部的振荡电路是一个高增益反相放大器，引线XTAL1和XTAL2分别为反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入和来自反向振荡器的输出，该反向放大器可以配置为片内振荡器。这里，我们选用51单片机12MHZ的内部振荡方式，电容器C1，C2起稳定振荡频率，快速起振的作用，C1和C2可在20-100PF之间取,这里取30P，接线时要使晶体振荡器X1尽可能接近单片机。（4）复位电路采用上电+按键复位电路，上电后，由于电容充电，使RST持续一段高电平时间。当单片机已在运行之中时，按下复位键也能使用使RST持续一段时间的高电平，从而实现上电加开关复位的操作。这不仅能使单片机复位，而且还能使单片机的外围芯片也同时复位。当程序出现错误时，可以随时使电路复位。-7-（5）显示电路显示电路既可以选用液晶显示器，也可以选用数码管显示。我们采用的是数码管显示电路。用4个共阳极LED显示，LED是七段式显示器，内部有7个条形发光二极管和1个小圆点发光二极管组成，根据各管的亮暗组合成字符。在用数码管显示时，我们有静态和动态两种选择，静态显示程序简单，显示稳定，但是占用端口比较多；动态显示所使用的端口比较少，可以节省单片机的I/O口。在设计中，我们采用LED动态显示，用P0口驱动显示。由于P0口的输出级是开漏电路，用它驱动时需要外接上拉电阻才能输出高电平。电路图如下所示：-8-（6）键盘电路在按键电路中，我们可以在I/O口上直接接按键，或者通过I/O口设计一个键盘，然后通过键盘扫描程序判断是否有键按下等。键盘扫描电路节省I/O口，但编程有些复杂，在这里，由于我们所用的按键较少，且系统是一个小系统，有足够的I/O口可以使用，为了使程序简化，我们采用按键电路，用部分P1口做开关，P1.0启动，P1.1清零，电路图如下所示-9-3软件设计3.1软件设计概述在软件设计中，一般采用模块化的程序设计方法，它具有明显的优点。把一个多功能的复杂的程序划分为若干个简单的、功能单一的程序模块，有利于程序的设计和调试，有利于程序的优化和分工，提高了程序的阅读性和可靠性，使程序的结构层次一目了然。应用系统的程序由包含多个模块的主程序和各种子程序组成。各程序模块都要完成一个明确的任务，实现某个具体的功能，如：加计数、暂停、清零，显示等，在具体需要时调用相应的模块即可。功能描述：用4位LED数码显示秒表，显示时间为00~9分59.9秒,每秒自动加1；一个开始键,一个复位键,一个清零键。-10-3.2程序流程图开始系统初始化数码管显示按键判断定时启动位取反按键2关闭定时器时间清零按键1NYYN-11-定时中断开始T0初始化程序处理（分、秒、毫秒自动增加）退出中断-12-3.3子程序模块设计增加按键控制功能。1、启动/停止2、清零ML1:LCALLDISPKEY:JNBP1.0,CONTROL;JNBP1.1,CLEARLJMPML1CONTROL:LCALLDELAYJBP1.0,ML1LOOP1:LCALLDISPJNBP1.0,LOOP1CPLTR0LJMPML1CLEAR:LCALLDELAYLCALLDISPJBP1.1,ML1CLRTR0MOV20H,#0MOV21H,#0MOV22H,#0MOV31H,#00H;BCDm_SECONDMOV32H,#00H;BCDSECONDMOV33H,#00HMOV34H,#00H;BCDMINUTEJNBp1.1,CLEARLJMPML1-13-4Proteus软件仿真4.1软件功能简介ProteusISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路。该软件的特点是：（1）全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显的优势。（2）具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS－232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。（3）目前支持的单片机类型有：ARM7系列、68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。（4）支持大量的存储器和外围芯片。总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大，可仿真ARM、51、AVR、PIC。Proteus启动画面：-14-4.2Proteus运行流程ProteusISIS的工作界面是一种标准的Windows界面，如图所示。包括：标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。运行Proteus程序后，进入软件的主界面。通过左侧工具栏中的P(从库中选择元件命令)命令，在PickDevices左侧窗口中选择所需元件的关键字，然后放置元件并调整方向和位置以及参数设置，最后进行连线。运行图如下：初始状态-15-中间状态最终状态-16-5课程设计体会课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。回顾起此次单片机课程设计，仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在接近四星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我们懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说不懂一些元器件的使用方法，对单片机汇编语言掌握得不好……通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。在做课程设计的日子里得到了老师的悉心指导和同学的帮助，在此向他们致以诚挚的谢意。感谢提供相关技术帮助的老师和同学，你们的支持和鼓励使我们对这次的设计完成有了信心和动力，在此深表谢意。-17-参考文献[1]余发山主编.单片机原理及应用技术.徐州：中国矿业大学出版社.2003.76-94，152-157[2]杨凌霄编著.微型计算机原理及应用.徐州：中国矿业大学出版社，2004.36-52-18-附1源程序代码ORG0000HLJMPMAINORG000BHLJMPTIMEORG0100HMAIN:MOVSP,#50HMOVTCON,#01H;定义中断方式MOV20H,#00H;BINm_SECONDMOV21H,#00H;BINSECONDMOV22H,#00H;BINMINUTEMOV31H,#00H;BCDm_SECONDMOV32H,#00H;BCDSECONDMOV33H,#00H;MOV34H,#00H;BCDMINUTEMOVTMOD,#01H;16位计数器MOVTH