(完整版)單片機倒計時秒表畢業(yè)課程設(shè)計.doc

1、課程設(shè)計說明書課程名稱：單片機技術(shù)設(shè)計題目：倒計時數(shù)字秒表設(shè)計院系：學(xué)生姓名：張三學(xué)號：*專業(yè)班級：*指導(dǎo)教師：李四年月日課程設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目倒計時計數(shù)秒表設(shè)計電子信息與電學(xué)生姓名所在院系專業(yè)、年級、班氣工程學(xué)院設(shè)計要求：一、設(shè)計一個可倒計時的數(shù)字秒表。二、技術(shù)參數(shù)與要求1 、具有電源開關(guān)及指示燈，有復(fù)位按鍵；2 、p2.0-p2.3 通過 74LS47 接 2 位數(shù)碼管， p2.4 和 p2.5 分別控制數(shù)碼管顯示的個位和十位，顯示0-99 秒時間；3 、 p3.2 接按鍵 1，用于記錄時間值；4 、 P3.3 接按鍵 2，用于顯示記錄時間值；5、上電時，顯示59 并倒計時，按鍵1 用于記

2、錄當(dāng)前值和復(fù)位59，按鍵 2 用于顯示記錄值。學(xué)生應(yīng)完成的工作：1、查閱資料，確定實施方案；2、學(xué)會識別各種元器件及掌握它們的工作原理；3、熟練畫出設(shè)計所需的原理圖和編寫出所需的匯編語言程序；4、學(xué)會用Protues 仿真及調(diào)試自己的單片機課程設(shè)計；5、掌握自己動手完成板子的焊接及檢錯維修的能力；6、學(xué)會編寫基本的課程設(shè)計報告。參考文獻閱讀：1 李廣弟 . 單片機基礎(chǔ) M北京：航空航天大學(xué)出版社2001年 1 月2 遲榮強 . 單片機原理及接口技術(shù) M 北京 : 高等教育出版社 2004 年 9 月3 張毅剛 . 單片機原理及應(yīng)用M北京：高等教育出版社2008年 5 月4 閻勝利 .Prote

3、l DXP2004電路設(shè)計 M北京：電子工業(yè)出版社2006 年 7 月工作計劃：5月 9 日：查閱資料；5月 10 日：硬件設(shè)計；5月 11日：軟件設(shè)計；5月 16 日：領(lǐng)元器件；5月 175月 18 日燒程序 ;5月 19日：焊接電路板；5月 205 月 22日調(diào)試任務(wù)下達日期： 2012年 5 月7日任務(wù)完成日期： 2012年 5 月18日指導(dǎo)教師（簽名） ：學(xué)生（簽名）：倒計時秒表摘要：本次課程設(shè)計以AT89S52 單片機為核心設(shè)計一個倒計時數(shù)字秒表，計數(shù)初值為59 并開始每秒自動減1，當(dāng)按鍵 1 按下時記錄當(dāng)前時間值，當(dāng)按鍵2 按下時顯示當(dāng)前記錄值，顯示過之后再次按下按鍵1 時秒表復(fù)位

4、為59。本設(shè)計硬件部分包括電源電路、復(fù)位電路、按鍵電路、振蕩電路、數(shù)碼管顯示電路五部分電路，軟件程序部分有定時中斷程序、外部中斷程序、顯示子程序和延時子程序等。軟件Proteus畫出原理圖并進行仿真，依照仿真成功的原理圖接線，在萬能版上把個個器件焊接好從而實現(xiàn)預(yù)期的功能。關(guān)鍵詞： 倒計時AT89S5274LS47數(shù)碼管目錄1. 設(shè)計背景,51.1 、設(shè)計課題的提出,51.2 、設(shè)計作用及意義,52. 設(shè)計方案,62.1 、可行方案選擇,62.2 、可行方案比較,63. 方案實施,73.1、硬件電路的實施,73.2、軟件程序的實施,114. 結(jié)果與結(jié)論,134.1、Proteus 仿真運行結(jié)果,

5、134.2、結(jié)論,145. 收獲與致謝,146. 參考文獻,147. 附件,157.1、附件一（整體電路圖） ,157.1、附件二（元件清單圖） ,167.1、附件三（程序） ,177.1、附件四（運行實物圖） ,221. 設(shè)計背景1.1 設(shè)計課題的提出計時器日常生活中隨處可見，我們手上的電子表，手機上的時間顯示等，這些利用數(shù)字電路實現(xiàn)的裝置，與機械時鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性與直觀性，且無機械裝置，具有更長的使用壽命。其中重要的組成部分就是計數(shù)器模塊，是單片機中常見的模塊，以計時器為基礎(chǔ)還可以設(shè)計更多對日常生活密切相關(guān)的設(shè)備，諸如定時報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動啟閉路燈、

6、定時開關(guān)烘箱、甚至各種定時電器的自動啟用等，都是以計時器為基礎(chǔ)的。為了更好的學(xué)習(xí)定時器模塊，掌握基本計數(shù)器程序的設(shè)計，實現(xiàn)一個功能的基本流程，提高動手能力，更好的掌握所學(xué)的知識，我們在本次課程設(shè)計中提出了實現(xiàn)倒計時秒表的課題。1.2 設(shè)計作用及意義通過查閱資料、接口設(shè)計、程序設(shè)計、安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)，完成MCS-51單片機多種資源應(yīng)用并具有綜合功能的小系統(tǒng)目標(biāo)板的設(shè)計與編程應(yīng)用。讓我不僅能夠?qū)⒄n堂上學(xué)到的理論知識與實際應(yīng)用結(jié)合起來，而且能夠?qū)﹄娮与娐贰㈦娮釉骷?、印制電路板等方面的知識進一步加深認識，同時在軟件編程、排錯調(diào)試、焊接技術(shù)、相關(guān)儀器設(shè)備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提高，增進對單片

7、機的感性認識，加深對單片機理論方面的理解，掌握單片機的內(nèi)部功能模塊的應(yīng)用，如定時器計數(shù)器、中斷、片內(nèi)外存貯器、 IO 口、串行口通信等。了解和掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計過程、方法及實現(xiàn)，強化單片機應(yīng)用電路的設(shè)計與分析能力。提高學(xué)生在單片機應(yīng)用方面的實踐技能和科學(xué)作風(fēng); 培育學(xué)生綜合運用理論知識解決問題的能力，實現(xiàn)理論結(jié)合實際，學(xué)以至用的原則。用所學(xué)的知識和自身課外的拓展學(xué)習(xí)加深對專業(yè)課的理解和學(xué)習(xí)；鍛煉綜合運用電路設(shè)計及相關(guān)電子儀器、單片機軟硬件結(jié)合的理論，結(jié)合生產(chǎn)實際分析和解決工作工程實際問題的能力，加固、加深和擴展有關(guān)電子類，匯編語言，相關(guān)電子電路和仿真軟件方面的知識和能力。通過本次課

8、程設(shè)計，應(yīng)加強培養(yǎng)如下能力：(1) 加強自身獨立的動手能力和思考解決問題的能力，提高創(chuàng)造能力；(2) 學(xué)會使用軟件 Proteus 畫原理圖和仿真調(diào)試。2. 設(shè)計方案2.1 可行方案選擇以 AT89S52單片機為核心元件，利用兩位 7 段共陽極數(shù)碼管作為顯示器件。在此設(shè)計中共接入 2 個兩位一體 7 段共陽 LED 數(shù)碼管，來顯示實時數(shù)字，其中 1 個用于顯示十位， 1 個用于顯示個位，通過查表指令分別動態(tài)顯示個位和十位。 2 個 LED 數(shù)碼管顯示范圍可達到 O-99 。上電時，顯示 59并開始自動每秒自動減1，當(dāng)按鍵 1 按下時記錄當(dāng)前時間值，當(dāng)按鍵2 按下時顯示當(dāng)前記錄值，顯示過之后再次

9、按下按鍵1 時秒表復(fù)位為 59。方案一利用查詢端口實現(xiàn)記錄通過不斷的查詢P2.4 和 P2.5 的電平來判斷是否記錄當(dāng)前時間值，當(dāng) P2.4按下時記錄當(dāng)前時間但并不顯示，當(dāng)P2.5 按下時則顯示記錄下的時間，當(dāng) P2.5 再次按下時則復(fù)位為59，等待下次計時。用延時程序來實現(xiàn)1 秒的延時，通過數(shù)據(jù)區(qū)來記錄記錄值，通過顯示子程序來顯示倒計時和記錄值。方案二利用中斷實現(xiàn)記錄本方案在方案一的硬件基礎(chǔ)上采用74LS47 譯碼器硬件譯碼來方便實現(xiàn)顯示，同時利用單片機的外部中斷0 和外部中斷 1 來實現(xiàn)記錄和顯示，把記錄處理和顯示處理做成分別做成外部中斷0 和外部中斷 1 的中斷服務(wù)程序，通過中斷服務(wù)程序

10、處理不同的動作。利用T0 做一個 1 秒的中斷，從而實現(xiàn)倒計時。另外通過數(shù)據(jù)區(qū)來記錄記錄值。通過顯示子程序來顯示當(dāng)前倒計時和記錄值。2.2 方案的選取如果使用方案一需要不停的查詢端口的電平，單片機還要不停的去執(zhí)行顯示程序，另外還要執(zhí)行延時程序，單片機在同一個時刻只能做一件事情，所以會對記錄造成較大的誤差，所以方案一誤差較大如果使用方案二，因為方案二是利用外部中斷，所以不必不停查詢端口電平，當(dāng)按鍵按下時，即使程序處于顯示程序中也可以立即中斷去執(zhí)行按鍵按下所需要的處理動作，由于定時1 秒是采用定時器來實現(xiàn)，單片機可以邊執(zhí)行程序邊實現(xiàn)定時，所以可以實現(xiàn)較精確的計時，另外外部中斷均處于高級中斷，可以較

11、準(zhǔn)確的記錄記錄值。綜上比較，本設(shè)計采用方案二作為此次課程設(shè)計的首選方案。3. 方案實施3.1 硬件電路的實施（ 1）整體設(shè)計框圖本硬件設(shè)計總共包括五部分電路：顯示電路、振蕩電路、復(fù)位電路、電源電路、按鍵電路。總體設(shè)計框圖如圖3.1 所示。圖 3.1整體框圖（ 2）電源電路本設(shè)計采用整流橋墩 2W10進行整流，然后用電解電容進行濾波， 用 7805 進行穩(wěn)壓，最后輸出 +5V穩(wěn)壓直流電源。 其中 C1、C4為 1000PF的電解電容，C2、C3為104瓷片電容， R1為1K 的電阻。其電路圖如 3.2 所示。圖 3.2電源電路（ 3）振蕩電路本模塊用了一個 11.0592HZ 的晶振外加兩個 3

12、3pf 的電容，電路圖用如圖 3.3 所示。圖 3.3振蕩電路（ 4）復(fù)位電路復(fù)位電路圖如圖 3.4 所示，其中C3是帶極性的電解電容，R1、R2是阻值為 1K 的電阻圖 3.4復(fù)位電路（ 5）顯示電路本設(shè)計的顯示電路采用動態(tài)顯示，動態(tài)顯示，是指無論任何時刻只有一個 LED數(shù)碼管處于顯示狀態(tài)。若要各個數(shù)碼管能同時顯示出與本位相應(yīng)的顯示字符， 就必須采用動態(tài)的 “掃描顯示方式”。即在某一時刻， 只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其它各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，同時，段碼線上輸出相應(yīng)位要有顯示的字符的段碼，這樣，在同一時刻， 2 位數(shù)碼管中只有被選通的那一位顯示出字符。如此循環(huán)下去就可以顯示出要顯示

13、的字符。雖然這些字符是不同時刻顯示的，但由于LED數(shù)碼管的余輝和人眼的“視覺暫留”作用，只要每位顯示間隔足夠短，則可以造成“多位同時亮的假象”，達到同時顯示的效果。動態(tài)顯示的優(yōu)點是硬件電路簡單，顯示器越多，優(yōu)勢越明顯。本次設(shè)計的顯示電路有三部分組成：譯碼電路、驅(qū)動電路、 LED 數(shù)碼管顯示電路。其中譯碼電路用的是芯片 74LS47，74LS47 是 BCD-7 段數(shù)碼管驅(qū)動器，它的功能用于將 BCD 碼轉(zhuǎn)化成數(shù)碼塊中的數(shù)字 ,通過它解碼， 可以直接把數(shù)字轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管的顯示數(shù)字， 從而簡化了程序，節(jié)約了單片機的 IO 開銷。 74LS47 譯碼器原理： 譯碼為編碼的逆過程。它將編碼時賦予代碼的含

14、義 “翻譯 ”過來。實現(xiàn)譯碼的邏輯電路成為譯碼器。譯碼器輸出與輸入代碼有唯一的對應(yīng)關(guān)系。 74LS47 是輸出低電平有效的七段字形譯碼器， 它在這里與數(shù)碼管配合使用，其部分真值表如表 3.1.1 所示。表 3.11A3A2A1A0a*b*c*d*e*f*g*00000000001000110011110010001001000110000110010010011000101010010001101100000011100011111000000000010010001100分析表格 3.1.1 易知 74LS47 為 4-7 譯碼器，并且是等數(shù)譯碼。即當(dāng)輸入為 0000 即0 時，數(shù)碼管顯示也

15、為 0 ，一次類推，當(dāng)輸入為 1001 即9 時，數(shù)碼管顯示也為 9 。驅(qū)動電路很簡單，就是用兩個 9013 即 NPN 型三極管去驅(qū)動共陽極數(shù)碼管。顯示電路的第三部分數(shù)碼管顯示電路，本次設(shè)計用的是兩位共陽極數(shù)碼管。顯示電路模塊用如圖3.2 所示。圖 3.5顯示電路（ 6）按鍵電路本實驗要求開關(guān)BUTTON1和 BUTTON2按下時觸發(fā)兩個對應(yīng)的中斷，所以兩個按鍵接到外部中斷0 和外部中斷 1 管腳上。其 Proteus 仿真電路圖如圖3.6所示。圖 3.6按鍵電路3.2 軟件程序?qū)嵤┍境绦虿捎枚〞r器T0 產(chǎn)生 1 秒定時來實現(xiàn)秒表的倒計時，采用外部中斷 0 來記錄不同的記錄值，通過外部中斷1

16、 來顯示已經(jīng)記錄的記錄值。在主程序中初始化各個數(shù)值并且僅僅循環(huán)執(zhí)行顯示程序，有中斷來時才轉(zhuǎn)去做相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。（ 1）主程序流程圖（ 2）外部中斷 0 流程圖（ 3）定時器 TI 流程圖（ 4）T0 定時器 1 秒中斷（ 5）顯示流程圖4. 結(jié)果與結(jié)論4.1 Proteus仿真運行結(jié)果我們設(shè)計好系統(tǒng)后，首先在proteus 上進行了仿真，仿真結(jié)果可以正常運行，當(dāng)上電時秒表從59 開始倒計時，每當(dāng)按下BUTTON1時，系統(tǒng)會記錄當(dāng)前時間值，按下BUTTON2時系統(tǒng)會顯示原來記錄的時間值。再次按下BUTTON1時系統(tǒng)會復(fù)位59 等待下次倒計時，并且如果沒有記錄值，按下BUTTON2并不起作用。

17、硬件結(jié)果經(jīng)過半天的焊接，我們把硬件焊好后上電結(jié)果表明，我們的設(shè)計要求都達到了，硬件結(jié)果和proteus 仿真結(jié)果完全一樣。各項功能完整可用。仿真圖如附件所示。4.2 結(jié)論通過軟件仿真和硬件運行，我們的系統(tǒng)完全的達到了設(shè)計要求。5. 收獲與致謝通過本次的課程設(shè)計，我認識和了解了基本的單片機設(shè)計的開發(fā)過程。期間，我學(xué)會了分析課題的要求，查閱資料用怎樣的元器件來實現(xiàn)，學(xué)會用 Protues 軟件來繪制原理圖， 用匯編來編寫源程序， 最終仿真成功。在用實際器件實現(xiàn)系統(tǒng)時，還學(xué)會了怎樣合理布局元器件，學(xué)會2 位數(shù)碼管各個管腳的分布和接法，熟識了硬件驅(qū)動數(shù)碼管動態(tài)顯示的基本原理和程序編寫，提高了將單個電子

18、器件組合到一起構(gòu)成所需電路系統(tǒng)的能力。在課程設(shè)計期間也遇到很多問題，在使用74LS47 的連線時忘記給譯碼器加電源，在仿真時，程序編寫有語法錯誤，在焊接時電阻弄錯，阻值過大結(jié)果數(shù)碼管很暗，引腳焊接出錯。焊接完成通電調(diào)試時，按鍵不靈，經(jīng)丁老師指導(dǎo)，在程序中添加去抖程序。除此之外，組員之間相互配合，在整個過程中有過爭論，有過互助，最終圓滿完成任務(wù)。在設(shè)計過程中，要是遇到問題，一定要有耐心，有錯誤就耐心查找，程序或?qū)嵨锵到y(tǒng)出錯就慢慢調(diào)試，要有永不服輸?shù)木?。在此要特別感謝學(xué)校老師們?yōu)槲覀儼才胚@次課程設(shè)計，為我們精心挑選課題，在萬忙之中抽出時間指導(dǎo)我們，對于我們的問題，老師耐心的解答，一遍不行，再講一

19、遍。還不辭勞苦的給我們買需要的任何元器件。這次課程設(shè)計收獲很多，為以后畢業(yè)設(shè)計打下基礎(chǔ)，培養(yǎng)我們實際的動手能力，對以后的學(xué)習(xí)、工作中一定會有很大的幫助。再次感謝所有老師。6. 參考文獻1 李廣弟 . 單片機基礎(chǔ) M北京：航空航天大學(xué)出版社2001年 1 月2 遲榮強 . 單片機原理及接口技術(shù) M 北京 : 高等教育出版社 2004 年 9 月3張毅剛 . 單片機原理及應(yīng)用M 北京：高等教育出版社2008年 5月4閻勝利 .Protel DXP2004電路設(shè)計 M 北京：電子工業(yè)出版社2006年 7 月7. 附件7.1 整體電路圖圖 7.1整體電路圖7.2 元器件清單表 7.1元器件清單元器件名

20、稱型號規(guī)格數(shù)量備注單片機AT89S521晶振11.0592MHz1電解電容1000Uf3瓷片電容1042瓷片電容332橋堆2W10178051發(fā)光二極管1紅電阻1K12按鍵3撥動開關(guān)174LS471數(shù)碼管1兩位共陽7.3 源程序;*; 功能：; 外部中斷 0 用于記錄不同的秒表數(shù)值; 外部中斷 1 用于顯示不同的記錄數(shù)值; 外部中斷 0 用于復(fù)位; 如果沒有記錄秒表數(shù)值，則外部中斷1 不起作用; 可以判斷是否顯示到最后一個數(shù)，顯示的是最后一個記錄值則保持顯示而不再改變;*; 變量分配DATA1 EQU 40H;DATA1 用于儲存顯示的值DATA2EQU42H;DATA2用于儲存記錄的時間的個

21、數(shù)TCNTEQU41H;TCNT用于判斷定時是否到1 秒MOD1BIT 00H;MOD1用于記錄計數(shù)值是否到0MOD2BIT 01H;MOD2用于指示初始化成59標(biāo)志MOD3BIT 02H;MOD3用于記錄外部中斷1MOD4BIT 03H;MOD4用于記錄是否儲存了記錄值; 主程序ORG 0000H; 開始LJMP START;ORG 0003H;LJMP INT_0;ORG 000BH;LJMP INT_T0;ORG 0013HLJMP INT_1ORG 001BHLJMP INT_T1ORG 0050HSTART: MOV SP,#70H; 設(shè)置堆棧CLR MOD1; 初始化標(biāo)志位CLR

22、MOD2;CLR MOD3;CLR MOD4;MOV TCNT,#0; 定時器初始化，16 位定時方式 定時50MS,總定時 1SMOV TMOD,#11H;MOV TH0,3CH;MOV TL0,#0B0H;CLR P2.4;CLR P2.5;SETB PX1; 中斷設(shè)置外部中斷1和0為高級中斷，跳沿觸發(fā)SETB EX1; 定時器 T0為低級中斷SETB PX1;SETB PT1; 定時器 1 設(shè)置為高級中斷SETB ET1; 開定時器 1MOV TH1,#0FFH; 賦初值MOV TL1,#0FFH;SETB IT1;SETB PX0;SETB IT0;SETB ET0;SETB EX0;

23、SETB EA;SETB TR0;MOV R1,#50H;初始化 R1 為 50HMOV DATA1,#59D;初值是十進制 59LOOP1: LCALL DISPLAY;循環(huán)顯示SJMP LOOP1;定時器 T0 中斷INT_T0: MOV TH0,#3CH;MOV TL0,#0B0H;INC TCNT;MOV A,TCNT;CJNE A,#20,RETURN;MOV TCNT,#0;JB MOD1,RETURN;到 0 秒直接返回不再減 1DEC DATA1;減 1MOV A,#0;判斷 DATA1是否到 0CJNE A,DATA1,RETURN;不到 0 直接返回SETB MOD1;到

24、0 則置位 MOD1標(biāo)志位RETURN: RETI;外部中斷 0INT_0: CLR EX0;關(guān)外部中斷 0SETB TR1;啟動定時器 T1H5: JNB MOD2,H0; 如果不是初始化 59 則判斷是否到 0MOV TH0,#3CH;是初始化 59 則初始化T0MOV TL0,#0B0H;SETB TR0;CLR MOD2;清除初始化 59 標(biāo)志SJMP RETURN4;H0: JNB MOD1,H1; 如果不到 0 則判斷上次是否是儲存值顯示H3: MOV DATA1,#59D;是到 0 則初始化 59MOV R1,#50H;數(shù)據(jù)指針初始化為 50SETB MOD2;初始化 59 標(biāo)志CLR MOD1;清除其它標(biāo)志位CLR MOD3;CLR MOD4;CLR TR0;SJMP RETURN4;返回H1: JNB MOD3,H2; 上次不是儲存值顯示則儲存當(dāng)前值SJMP H3;上次是儲存值顯示則初始化 59H2: MOV R1,DATA1;當(dāng)前值存入記錄值數(shù)據(jù)區(qū)SETB MOD4;INC R1;指針加 1MOV DATA2,R1;儲存記錄數(shù)值個數(shù)RETURN4: RETI;返回T1 中斷INT_T1: CLR TR1; 關(guān)閉定時器MOV T