可任意啟動(dòng)停止的電子秒表設(shè)計(jì)說明

1、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告可任意啟動(dòng) / 停止的電子秒表設(shè)計(jì)學(xué)院： 機(jī)械與電子工程學(xué)院年級(jí)專業(yè)：08 級(jí)電子信息工程學(xué)號(hào)：姓名：指導(dǎo)教師：完成時(shí)間：2011.07.09成績：摘要本系統(tǒng)為基于AT89C52單片機(jī)，可任意啟動(dòng) / 停止的電子秒表系統(tǒng)。 該系統(tǒng)由硬件和軟件組成。系統(tǒng)硬件主要由電源電路、按鍵、數(shù)碼管顯示電路及其他輔助電路組成；軟件利用 Keil工具，采用 8051C語言編程。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)0.01s 的精度，以及對運(yùn)行時(shí)間的顯示、啟動(dòng)或停止秒表等功能。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；數(shù)碼管；按鍵目錄1設(shè)計(jì)目的及要求 .01.1設(shè)計(jì)目的和意義 .01.2設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 .02硬件電路設(shè)計(jì) .12.1總體方案

2、設(shè)計(jì) .12.2功能模塊電路設(shè)計(jì) .22.2.1單片機(jī)的選型 .22.2.2振蕩電路設(shè)計(jì) .42.2.3復(fù)位電路設(shè)計(jì) .42.2.4數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì) .52.2.5按鍵電路設(shè)計(jì) .52.3總電路設(shè)計(jì) .73軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) .83.1軟件系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) .83.2軟件流程圖設(shè)計(jì) .84系統(tǒng)調(diào)試 .95總結(jié).105.1本系統(tǒng)存在的問題及改進(jìn)措施.105.2心得體會(huì) . .11參考文獻(xiàn) .9附錄：系統(tǒng)的源程序清單 .101 設(shè)計(jì)目的及要求1.1設(shè)計(jì)目的和意義當(dāng)今，計(jì)算機(jī)技術(shù)帶來了科研和生產(chǎn)的許多重大飛躍，微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已滲透到生產(chǎn)、生活的各個(gè)方面。其中單片微型計(jì)算機(jī)雖然問世不久，然而體積小、價(jià)廉

3、、功能強(qiáng)，其銷售額以每年近 80%的速率增長。他的性能不斷提高，適用范圍愈來愈寬，在計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域已占有日益重要的低位。秒表應(yīng)用于我們生活、工作、運(yùn)動(dòng)等需要計(jì)時(shí)的方面。鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大的擴(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能。它由剛開始的機(jī)械式秒表發(fā)展到今天所常用的數(shù)字式秒表。秒表的計(jì)時(shí)精度越來越高，功能越來越多，構(gòu)造也日益復(fù)雜。電子科技日新月異，人們對現(xiàn)代電子設(shè)備的智能化和微型化及其精度提出來更高的要求，本次采用了 AT89C52單片機(jī)，其靈活性和可靠性都相對提高。鑒于以上要求，我利用 proteus 仿真軟件，設(shè)計(jì)了一款基于 AT89C52單片機(jī)的可啟動(dòng) / 暫停的秒

4、表計(jì)時(shí)系統(tǒng)。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)與要求系統(tǒng)要求 6 位 LED數(shù)碼顯示，計(jì)時(shí)單位為1/100 秒。利用功能鍵進(jìn)行啟 / ?？刂?。其功能為：上電后計(jì)時(shí)器清0，當(dāng)?shù)谝淮危ɑ蚱鏀?shù)次）按下啟/ 停鍵時(shí)開始計(jì)數(shù)。第2次（或偶數(shù)次）按下該鍵時(shí)停止計(jì)時(shí)，再一次按啟/ 停鍵時(shí)清零后重新開始計(jì)時(shí)。2 硬件電路設(shè)計(jì)2.1總體方案設(shè)計(jì)電子秒表系統(tǒng)主要完成對計(jì)時(shí)實(shí)時(shí)的顯示， 精度達(dá)到 1/100s ，以及通過功能鍵可以使當(dāng)前計(jì)時(shí)暫?；蛑匦掠?jì)時(shí)。系統(tǒng)主要包括晶振電路、復(fù)位電路、按鍵電路以及數(shù)碼管顯示電路。系統(tǒng)采用六個(gè)共陰極數(shù)碼管，其中八位數(shù)據(jù)口與單片機(jī)的P0 口通過 74LS245 雙向總線收發(fā)器相接，可增加P0 的驅(qū)動(dòng)能力

5、。 6 個(gè)片選信號(hào)連接單片機(jī)P1 口的低六位。該電路可滿足對計(jì)時(shí)時(shí)間的顯示，最后一個(gè)最小顯示單位為0.01s ，溢出則向前進(jìn)位，顯示時(shí)間的范圍為 09999.99s。本系統(tǒng)按鍵采用外部中斷的方式， 因此按鍵接入單片機(jī)的 P3.2 口，通過下降沿觸發(fā)方式來控制計(jì)時(shí)器的啟停。系統(tǒng)的整體框圖如圖1 所示：圖 1 系統(tǒng)整體框圖2.2功能模塊電路設(shè)計(jì)，2.2.1單片機(jī)的選型由于本系統(tǒng)只需要單片機(jī)完成對計(jì)時(shí)的顯示以及處理由按鍵產(chǎn)生的中斷。對于I/O資源以及處理速度無特殊要求，故選擇ATMEL公司生產(chǎn)的 AT89C52單片機(jī)， AT89C52增加了在線調(diào)試功能，即程序可以通過JTAG接口下載，調(diào)試和固化，因

6、而該芯片的開發(fā)不再需要昂貴的硬件仿真器，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)仿真，所有的資源都可以為用戶所使用，可以在線編程或在系統(tǒng)編程，更進(jìn)一步地說，在線編程或在系統(tǒng)編程是開發(fā)的系統(tǒng)具有了通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級(jí)、維護(hù)的潛在功能。AT89C52的性能及特點(diǎn) 1 ：與 MCS-51系列單片機(jī)兼容。片內(nèi)有 8K 可在線重復(fù)編程的快速內(nèi)存可擦寫存儲(chǔ)器（ Flash Memory）。存儲(chǔ)器可循環(huán)寫入 / 擦寫 10000 次以上。存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)保存時(shí)間為 10 年以上。寬工作電壓范圍： Vcc 可為 2.7V-6.5V 。全靜態(tài)工作：可從 0Hz-24MHz。程序存儲(chǔ)器具有三級(jí)加密保護(hù)。256 字節(jié)的內(nèi)部 RAM。32 條可編程 I/O

7、 口線。三個(gè) 16 位定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器。中斷結(jié)構(gòu)具有 5 級(jí)（ 6 級(jí)）中斷源和兩個(gè)優(yōu)下級(jí)?？删幊倘p工串行通訊?？臻e維持低功耗和掉電狀態(tài)保護(hù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。AT89C52引腳圖如圖 2 所示。圖 2 AT89C52 引腳圖VCC: +5V電源輸入GND：接地P0口是一個(gè)雙向8 位三態(tài) I/O 口，每個(gè)口可獨(dú)立控制。使用時(shí)需外接上拉電阻。P1口是一個(gè)準(zhǔn)雙向8 位 I/O 口，它的功能是單一的，只能用作數(shù)據(jù)的輸入或者輸出。P2口是一個(gè)準(zhǔn)雙向8 位 I/O 口，輸出時(shí)，從P2.x 端口可輸出 CPU寫到鎖存器上的信號(hào)。當(dāng)該接口用做數(shù)據(jù)輸入接口是，應(yīng)先向該位寫1，然后，讀該位即可讀入輸入數(shù)據(jù)。P3口是具

8、有第二功能的準(zhǔn)雙向8 位 I/O 口。ALE/PROG：地址所存 / 編程信號(hào)線。當(dāng) P0口工作在第二功能時(shí)從該端口可復(fù)用工作，某時(shí)刻該端口可以送出地址信號(hào)A0A7，而另外的時(shí)刻該端口傳送的是數(shù)據(jù)信號(hào)D0D7。利用ALE可以將地址信號(hào)A0A7鎖存到地址鎖存器。EA/VPP：該控制信號(hào)線也具有雙重功能，是允許訪問片外ROM/編程高電壓引線。PSEN ：程序存儲(chǔ)器允許輸出控制端，常用作片外 ROM的讀控制信號(hào)， 低電平有效。RESET：復(fù)位引腳，當(dāng)該端加上超過24 個(gè)時(shí)鐘周期的高電平時(shí)，可是8051 復(fù)位。系統(tǒng)復(fù)位電路如圖2.3 所示。X1、X2：外接時(shí)鐘引腳。 X1 為片內(nèi)振蕩電路的輸入端，X2

9、 為片內(nèi)振蕩電路的輸出端。2.2.2振蕩電路設(shè)計(jì)AT89C52內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的高增益反相放大器,振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)送到 CPU, 作為 CPU的時(shí)鐘信號(hào) , 驅(qū)動(dòng) CPU產(chǎn)生執(zhí)行指令功能的機(jī)器周期。引腳XTAL1和 XTAL2是此放大器的輸人端和輸出端。 這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起可構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器 , 振蕩電路的連接如圖所示圖 8 所示，外接石英晶體或陶瓷諧振器以及電容 C1 和 C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路 , 接在放大器的反饋回路中。 對外接電容 C1和 C2的值雖然沒有嚴(yán)格的要求 , 但電容的大小多少會(huì)影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、 起振圈內(nèi)部

10、振蕩的接法的快速性和溫度穩(wěn)定性。 外接石英晶體時(shí) , C1和 C2一般?。?40pF-10pF），外接的是石英晶體 , 所以， C1、 C2選擇標(biāo)稱值 30pF2 。系統(tǒng)振蕩電路如圖 3 所示。圖 3振蕩電路2.2.3復(fù)位電路設(shè)計(jì)單片機(jī)復(fù)位是使 CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài),并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。 無論是在單片機(jī)剛開始接上電源時(shí),還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位。89 系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從RST引腳輸人到芯片的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí) ,且振蕩器穩(wěn)定后 ,如果 RST引腳有一個(gè)高電平并維持2 個(gè)機(jī)器周期（24 個(gè)振蕩周期） ,則 CPU就可響應(yīng)并且

11、將系統(tǒng)復(fù)位。 復(fù)位分為手動(dòng)復(fù)位和上電復(fù)位。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用的是上電自動(dòng)復(fù)位。系統(tǒng)復(fù)位電路如圖4 所示。圖 4復(fù)位電路2.2.4數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)使用了6 只集成式共陰極數(shù)碼管 (7SEG-MPX6-CC-BLUE)，所有數(shù)碼管 a 引腳并聯(lián)在一起， b，c，d，e，f ，g，dp 也是分別并聯(lián)的，任何時(shí)候發(fā)送的段碼均會(huì)傳送到所有的數(shù)碼管上，所有數(shù)碼管共陰極是獨(dú)立的。為了使不同的數(shù)碼管顯示不同字符，這種集成式多位數(shù)碼管常用的動(dòng)態(tài)掃描顯示技術(shù)，它利用了人的視覺暫留特征，宣統(tǒng)第1 只數(shù)碼管時(shí)，發(fā)送1 的段碼；選通第 2 只數(shù)碼管時(shí)，發(fā)送 2 的段碼；選通第 3 只數(shù)碼管時(shí)， 發(fā)送 3 的段碼。每

12、次僅選通一只數(shù)碼管，發(fā)送對應(yīng)的段碼，每次切換選通下一數(shù)碼管并發(fā)送相應(yīng)段碼的時(shí)間間隔非常短，視覺惰性使人感覺不到字符是一個(gè)接一個(gè)顯示在不同數(shù)碼管上的， 而會(huì)覺得所有字符很穩(wěn)定的同時(shí)顯示在不同數(shù)碼管上 3 。數(shù)碼管電路如圖 5 所示。圖 5數(shù)碼管顯示電路2.2.5按鍵電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的計(jì)數(shù)按鍵連接單片機(jī)的 P3.2(INT0) ，程序中將 INT0 的中斷觸發(fā)方式設(shè)置為下降沿觸發(fā)， 這樣使得計(jì)數(shù)按鍵按下時(shí)， P3.2 上由高到低的跳變會(huì)觸發(fā)中斷， 如果按下后沒有釋放，中斷則不會(huì)持續(xù)觸發(fā)，只有在釋放按鍵后再次按鍵時(shí)，才會(huì)因?yàn)橛殖霈F(xiàn)高電平到低電平的跳變而再次觸發(fā)中斷， 這樣會(huì)使計(jì)數(shù)值僅在計(jì)數(shù)鍵每次重新按

13、下時(shí)累加。按鍵電路如圖 6 所示。圖 6按鍵電路2.3總電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)總電路圖如圖7 所示。圖 7系統(tǒng)總電路圖3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1軟件系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件由主程序模塊、測溫程序模塊、鍵盤掃描程序模塊以及液晶驅(qū)動(dòng)程序模塊組成。軟件總體框圖如圖 8 所示。圖 8軟件總體框圖3.2軟件流程圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件流程圖如圖9 所示。圖 9系統(tǒng)軟件流程圖4 系統(tǒng)調(diào)試程序在 KeiluVision4 環(huán)境下編寫，編譯通過后生成 . hex 文件加載到 Protuse 下可正常運(yùn)行。程序剛運(yùn)行前數(shù)碼管顯示初值為 0000.00 ，接通電源后系統(tǒng)開始計(jì)時(shí)，程序中每 0.01s 進(jìn)入一次定時(shí)中斷，故精度可達(dá)到 0.

14、01s 。在程序運(yùn)行過程中若按下一次功能鍵，則系統(tǒng)暫停計(jì)時(shí)，數(shù)碼管顯示計(jì)時(shí)截至狀態(tài)；若再次按下功能鍵，系統(tǒng)自動(dòng)清零并重新開始計(jì)時(shí)，如此重復(fù)進(jìn)行下去。圖 10 為第一次按下功能鍵后的狀態(tài)。圖 09系統(tǒng)調(diào)試狀態(tài)圖5 總結(jié)5.1本系統(tǒng)存在的問題及改進(jìn)措施本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的秒表計(jì)時(shí)器基本實(shí)現(xiàn)了所要求的功能，但經(jīng)過后期的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，其實(shí)本系統(tǒng)的精度還不是特別精確，做過對比后得知，當(dāng)該系統(tǒng)運(yùn)行大概450 秒時(shí)，與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間相比相差一秒，這對計(jì)時(shí)時(shí)間所要求高精度還需要進(jìn)一步矯正。依據(jù)個(gè)人觀點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高精度的計(jì)時(shí)，僅通過單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)并不能到達(dá)要求，因?yàn)橄到y(tǒng)每次進(jìn)入中斷處理函數(shù)都會(huì)多少消耗些沒經(jīng)預(yù)算的時(shí)間，長時(shí)間積累之

15、后誤差就會(huì)變明顯。希望以后能改正這些誤差，是通過外加定時(shí)器還是修改參數(shù)是在以后的學(xué)習(xí)中要注意的。5.2心得體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)是電子技術(shù)基礎(chǔ)，是對所學(xué)單片機(jī)理論知識(shí)的一次綜合運(yùn)用。在本次設(shè)計(jì)過程中，要求我獨(dú)立查閱資料，設(shè)計(jì)電路。這樣可以在實(shí)踐中鍛煉我的工程素質(zhì)，培養(yǎng)我的動(dòng)腦、動(dòng)手能力，提高我的綜合能力。通過這次對電子秒表的設(shè)計(jì)與制作，讓我了解了設(shè)計(jì)電路的程序，也讓我了解了關(guān)于秒表的基本原理與設(shè)計(jì)理念。要想成功的做好本次課程設(shè)計(jì)，我們需要有扎實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)，要熟練的掌握課本上的知識(shí)，這樣才能對實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析解決，要有耐心和毅力。最后，這次設(shè)計(jì)培養(yǎng)了自己嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真， 實(shí)事求是的好習(xí)慣。 一個(gè)復(fù)雜

16、的電路原理圖，涉及到很多的接線與元器件，任何一根線連接錯(cuò)誤，都有可能導(dǎo)致輸出不正確。連接的時(shí)候，要特別注意結(jié)點(diǎn)。每完成一個(gè)電路原理圖，要記著保存。參數(shù)要選擇正確，板塊的布局要緊湊美觀等。通過對細(xì)節(jié)的修正，使自己設(shè)計(jì)的電路圖更加符合實(shí)際的功能要求。由于本人水平有限，設(shè)計(jì)中難免有紕繆之處，還請各位老師指正潤色。參考文獻(xiàn)1 郭文川主編 . 單片機(jī)原理與接口技術(shù) . 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社， 2007.2 郭天祥主編 . 51 單片機(jī) C語言教程 . 北京：電子工業(yè)出版社， 2009.3 彭偉主編 . 單片機(jī) C 語言教程設(shè)計(jì)實(shí)例 . 北京：電子工業(yè)出版社， 2009.附錄：系統(tǒng)的源程序清單#inclu

17、de <reg51.h>#include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar Count=0;uchar code DSY_CODE=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;uchar Digits_of_6DSY=0,0,0,0,0,0;void DelayMS(uint x)uchar i;while(-x)for(i=0;i<120;i+);/主程序 /void main()uchar i,j;TM

18、OD = 0x01;/定時(shí)器0 工作于方式1TH0 = (65535-10000)/256;TL0 = (65535-10000)%256;IE = 0x83;IT0 = 1;/開外部中斷 0 和計(jì)時(shí)器中斷/下降沿觸發(fā)0TR0 = 0;/定時(shí)器開始工作Digits_of_6DSY0=0;Digits_of_6DSY1=0;Digits_of_6DSY2=0;Digits_of_6DSY3=0;Digits_of_6DSY4=0;Digits_of_6DSY5=0;while(1)j = 0x7f;for(i=5;i!=-1;i-)/ 顯示6 位j=_crol_(j,1);P1 = j;P0 = DSY_CODEDigits_of_6DSYi;if(i=2) P0 |= 0x80; / 1/100 精確度小數(shù)點(diǎn)顯示 DelayMS(2);void Time0() interrupt 1uchar i;TH0 = (65535-10000)/256;TL0 = (65535-10000)%256;Digits_of_6DSY0+;for(i