秒表時鐘單片機

1、基于基于AT89S51單片機的單片機的秒表設計秒表設計 第十一組第十一組 組長：組長：韓潤澤韓潤澤 組員：組員：黃磊黃磊 劉軒宇劉軒宇 何維何維 楊楊俊生俊生 王順志王順志AT89S51單片機簡介 單片機最小系統(tǒng)，無論對單片機初學人員還是開發(fā)人員都具有十分重要的意義，可以利用最小系統(tǒng)進行編程實現(xiàn)工業(yè)控制。其靈活的硬件電路的設計和軟件的設計，使單片機得到了廣泛的應用，單片機最小系統(tǒng)結構可謂是具有可編程硬件的一個縮影，對我們學習和研究微機系統(tǒng)具有重大意義。單片機最小系統(tǒng)電路板在單片機開發(fā)市場和大學生電子設計方面十分流行。本次課程設計包括AT89S51單片機最小系統(tǒng)（包括復位和時鐘電路）及供電系統(tǒng)、

2、LED數碼管顯示電路。采用AT89S51單片機實現(xiàn)數字秒表的設計。主要以AT89S51單片機為核心，采用4位LED數碼管顯示以及外部中斷電路來實現(xiàn)數字秒表的基本功能。本文簡單介紹了其系統(tǒng)組成，重點討論了其硬軟件的實現(xiàn)過程，并對其計時精度進行了確定，使其達到1秒，并能實現(xiàn)060秒的計時。利用Protel電路設計軟件進行原理圖設計，PCB布線，最后通過對硬件系統(tǒng)的仿真觀察其實際運行情況，給我們以直觀的認識。借此鞏固單片機應用、模擬電路、數字電路課程及學會工程軟件protel的使用 隨著電子技術的發(fā)展，電子技術在各個領域的運用也越來越廣泛，人對它的認識也逐步加深。秒表計時器常常用于體育競賽及各種其他

3、要求有較精確時間的各領域中。其中啟/停開關的使用方法與傳統(tǒng)的機械計時器相同，即按一下啟/停開關，啟動計時器開始計時，再按一下啟/停開關計時終止。而復位開關可以在任何情況下使用，即使在計時過程中，只要按一下復位開關，計時應立即終止，并對計時器清零。本設計就是利用所學到的電子元器件將脈沖源用數碼管顯示出來，以制成簡易的秒表。秒表是由單片機的P0口和P2口分別控制兩個數碼管使數碼管工作，循環(huán)顯示從0059。同時用一個開關控制數碼管的啟動與停止，另外加上一個復位電路使其能正常復位，通常還使用石英晶體振蕩器電路構成整個秒表的結構電路。方案設計1.1 硬件選擇以及電路的設計應遵循的原則：(1) 在性價比滿

4、足應用系統(tǒng)要求的基礎上，選擇更可靠、更熟悉的單片機，縮短研制周期。(2) 盡可能選擇較成熟的典型應用電路，以提高系統(tǒng)的可靠性。(3) 單片機內部的資源與外部擴展資源應在滿足應用系統(tǒng)設計要求的基礎上留有余地，為進一步升級和擴展其功能提供方便。(4) 應充分結合軟件方案統(tǒng)籌考慮硬件結構，通常硬件功能較完善，其相應的軟件就簡單，但硬件成本較高；而硬件功能略低，其相應的軟件就復雜。實際中應盡量以軟件替代硬件來降低成本。(5) 整個系統(tǒng)的相關器件應盡可能做到性能匹配，如電平、速度的匹配等。(6) 充分考慮整個系統(tǒng)的抗干擾設計，如選擇具有抗干擾設計的單片機并充分篩選芯片與器件，在電路中采取隔離和屏蔽措施等

5、。 1.2 秒表計時器的原理圖 利用單片機作為主控電路，選用四位共陽極的數碼管作為顯示電路以及位控制和控制開關來組成硬件電路。其基本原理圖 AT89S51單片機單片機控 制 開控 制 開關關四 位 數四 位 數碼管碼管位控制位控制 在硬件電路中，利用AT89S51單片機的定時器作精確的定時，利用數碼管對其進行顯示；控制按鈕利用外部中斷0使其實現(xiàn)啟動、外部中斷1使其實現(xiàn)暫停的功能，設置中斷為邊沿觸發(fā)方式，P0口輸出段碼數據，P2.0P2.1連上譯碼器作為位選；計時器采用T0中斷實現(xiàn)，定時溢出中斷周期為20ms，當溢出中斷后向CPU發(fā)出溢出中斷請求，每發(fā)出5次中斷請求就對20ms位（即最后一位）加

6、一。 硬件的選擇以及設計硬件的選擇以及設計本設計在選取單片機時，在充分查閱資料并對各種單片機有一個初步了解的基礎上選用了ATMEL公司的AT89S51。AT89S51是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。與工業(yè)80C51產品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S51為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S51具有以下標準功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，p0口定時器，2 個數據指

7、針，三個16位定時器/計數器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。另外，它支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。AT89S51單片機采用40腳的DIP封裝，其引腳圖如下所示：P1.0 VCCP1.1 P0.0P1.2 P0.1P1.3 P0.2P1.4 P0.3P1.5 P0.4P1.6 P0.5P1.7 P0.6RST/VPD P0.7P3.0 RXD EA/VPPP3.1TXD ALE/PROGP3.2

8、INT0 PSENP3.3INT1 P2.7P3.4 T0 P2.6P3.5 T1 P2.5P3.6 WR P2.4P3.7 RD P2.3 P2.2XTAL2 XTAL1 P2.1VSS P2.0顯示電路選擇以及設計顯示電路選擇以及設計對于數字顯示電路而言，通常采用LCD顯示或LED顯示。對于一般的段式LCD，需要專門的驅動電路，而且可視性差；對于具有驅動電路和單片機接口的LCD顯示模塊，一般多采用并行接口，對單片機的接口要求較高，占用資源多；另外，AT89S51單片機本身沒有專門的LCD驅動接口。而LED數碼管作為一種主動顯示器件，具有結構簡單、亮度高、響應速度快、價格便宜、易于購買等優(yōu)點

9、，而且有遠距離視覺效果，很適合夜間或者遠距離操作。因此在本設計中，我們采用7段數碼管作為顯示介質。數碼管顯示可以分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。由于本設計需要采用四位數碼管顯示時間，如果靜態(tài)顯示則占用的口線多，硬件電路復雜，所以采用動態(tài)顯示。動態(tài)顯示是一位一位地輪流點亮各位數碼管，這種逐位點亮顯示器的方式稱為位掃描。通常各位數碼管的段選線相應并聯(lián)在一起，由一個8位的I/O口控制；各位的公共陰極位選線由另外的I/O口線控制。動態(tài)方式顯示時，各數碼管輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示必須采用掃描方式，即在某一時刻只選通一位數碼管并送出相應的段碼，在另一時刻選通另一數碼管，并送出相應的段碼，依次規(guī)律循環(huán)，即可以使

10、各位數碼管顯示將要顯示的字符，雖然這些字符是在不同時刻分別顯示，但由于人眼存在視覺暫留效應，只要每位顯示間隔足夠短就可以給人同時顯示的感覺。 顯示電路如圖AT89S51段驅動位驅動四位數碼管系統(tǒng)總體電路的設計系統(tǒng)總體電路的設計 系統(tǒng)采用AT89S51單片機為主電路的核心部分，各個電路均與單片機相連，由單片機統(tǒng)籌協(xié)調各個電路的運行工作。 開始鍵和暫停鍵使用了外部中斷，所以需要連到單片機的P3.2和P3.3引腳上，這兩個I/O口的第二功能是單片機的外部中斷0端口和外部中斷1端口。 顯示電路由四位數碼管組成，采用動態(tài)顯示方式，因此有8位段控制和4位位控制，8位段控制接P0口，P0.0P0.7分別控制

11、數碼管的a b c d e f g dp顯示，位控制接在P2.0和P2.1兩個口，再通過一個24譯碼器實現(xiàn)位控制。 系統(tǒng)總體電路圖 系統(tǒng)總體電路PCB圖軟件設計 本系統(tǒng)程序主要模塊由主程序、定時中斷服務程序、外部中斷0服務程序和外部中斷1服務程序組成。其中主程序是整個程序的主體。可以對各個中斷程序進行調用。協(xié)調各個子程序之間的關系。主程序主要是設置定時器的工作模式，對定時器賦初值，開總中斷、兩個外部中斷以及定時器溢出中斷。并設置外部中斷為脈沖邊沿觸發(fā)方式。中斷程序設計中斷程序設計 中斷是通過硬件來改變CPU的運行方向的。計算機在執(zhí)行程序的過程中，當出現(xiàn)CPU以外的某種情況時，由服務對象向CPU

12、發(fā)出中斷請求信號，要求CPU暫時中斷當前程序的執(zhí)行而轉去執(zhí)行相應的處理程序，待處理程序執(zhí)行完畢后，再繼續(xù)執(zhí)行原來被中斷的程序。 中斷之后所執(zhí)行的相應的處理程序通常稱之為中斷服務或中斷處理子程序，原來正常運行的程序稱為主程序。調用中斷服務程序的過程類似于調用子程序，其區(qū)別在于調用子程序在程序中是事先安排好的，而何時調用中斷服務程序事先卻無法確定，因為中斷的發(fā)生是由外部因素決定的，程序中無法事先安排調用指令，因此，調用中斷服務程序的過程是由硬件自動完成的。本方案中用到了三個中斷：外部中斷0、外部中斷1和定時器T0溢出中斷。按CPU在響應中斷時的處理順序，先處理高級中斷，后處理低級中斷，若有多個同級

13、中斷時，則應按自然優(yōu)先順序處理。（1）外部中斷）外部中斷0服務程序服務程序 外部中斷0服務程序結合外部P1.0鍵實現(xiàn)數字秒表的啟動功能。啟動定時器T0，TR0=1外部中斷1入口啟動定時器T0，TR0=1中斷返回（2）外部中斷）外部中斷1服務程序服務程序外部中斷外部中斷1服務程序結合外部服務程序結合外部P1.0鍵實現(xiàn)數字秒表的停止功能。鍵實現(xiàn)數字秒表的停止功能。外部中斷1入口停止計時，TR1=0中斷返回(3) 定時器T0中斷服務程序當T0溢出后，向CPU發(fā)出中斷請求信號。CPU跳轉到定時中斷程序執(zhí)行，具體流程圖如圖T0中斷T0中斷保護現(xiàn)場加20ms處理恢復現(xiàn)場，中斷返回系統(tǒng)調試(1) 輸入源程序

14、 打開keil軟件，輸入源程序，輸入時應以英文方式輸入字母和符號，且中文注釋前要加分號。(2) 對源程序進行編譯和糾錯 根據自動編譯提供的錯誤信息逐條糾正錯誤，直至編譯信息提示“錯誤(0)”，編譯結束。(3) 確定調試方案 在調試程序前一定要認真分析源程序，明確各功能程序運行的預期結果。然后結合源程序應達到的結果，確定出如何通過某些關鍵參數和實驗現(xiàn)象檢驗程序運行結果正確與否。(4) 調試程序 調試程序時首先要明確程序的具體功能，對程序做認真分析。程序運行后，觀察有無顯示，時鐘是否工作，運行結果是否正確。若運行結果不正確，首先應根據程序運行的實際現(xiàn)象分析判斷哪些因素可引起相關故障，再通過調試方法

15、逐一認證和排除。通過反復調試，發(fā)現(xiàn)并排除軟件與硬件存在的各類問題，以滿足系統(tǒng)設計的預期目的。在編譯調試通過以后，生成hex文件以待仿真之用。程序清單:#include / 包含51單片機寄存器定義的頭文件unsigned char code Tab11=0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80,0 x90,0 xff; /數碼管顯示09的段碼表unsigned char int_time; /記錄中斷次數unsigned char second; /儲存秒/*函數功能：快速動態(tài)掃描延時,延時約0.6毫秒*/void delay(

16、void) unsigned char i; for(i=0;i200;i+) ;/*函數功能：顯示秒入口參數：k出口參數：無*/void DisplaySecond(unsigned char k) P2=0 xfd; /P2.1引腳輸出低電平P0=Tabk/10; /顯示十位delay();delay();delay();delay();delay();delay();delay();delay(); P2=0 xf7; /P2.0引腳輸出低電平P0=Tabk%10; /顯示個位delay();delay();delay();delay();delay();delay();delay();

17、delay();P2=0 xff; /關閉所有數碼管P0=0 xff; /顯示個位delay();delay();delay();delay();delay();delay();delay();delay(); void main(void) /主函數 TMOD=0 x01; /使用定時器T0 TH0=(65536-46083)/256; /將定時器計時時間設定為460831.085微秒/=50000微秒=50毫秒TL0=(65536-46083)%256;EA=1; /開啟總中斷 ET0=1; /定時器T0中斷允許 TR0=1; /啟動定時器T0開始運行 int_time=0; /中斷次數初始化second=0; /秒初始化while(1) DisplaySecond(second);/調用秒的顯示子程序 /*/函數功能：定時器T0的中斷服務程序/*void interserv