單片機(jī)秒表課程設(shè)計(jì)

1、單片機(jī)課程設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 學(xué) 號(hào)、，. 前 言 11 課程設(shè)計(jì)的目的及要求 21.1 課程設(shè)計(jì)的目的 21.2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù) 21.3 課程設(shè)計(jì)的要求 22 設(shè)計(jì)的方案及論證 22.1 方案設(shè)計(jì) 22.2 方案選擇 32.3 方案確定 43 硬件電路設(shè)計(jì) 54 軟件設(shè)計(jì) 54.1 主要模塊流程圖 64.2 程序的主要模塊 65 電路仿真 76 電路的焊接與調(diào)試 86.1 電路的焊接 86.2 電路的調(diào)試 97 總結(jié) 11參考文獻(xiàn) 12附錄1：總體電路原理圖 13附錄2：元器件清單 14附錄3：編碼程序 15前言近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷的走向深入，同時(shí)帶動(dòng)著傳統(tǒng)控

2、制檢測(cè)日新月異更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來使用，僅單片機(jī)方面的知識(shí)是不夠的，還要根據(jù)具體的硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體的應(yīng)用對(duì)象的軟件結(jié)合，加以完善。人們?cè)谌粘Ｉ钪?，有很多時(shí)候要精確地計(jì)算時(shí)間，但往往因?yàn)槿藶橐蛩卦斐扇藗儾辉敢饪吹降恼`差。本設(shè)計(jì)利用AT89C51 單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)和記數(shù)的原理，使其能精確計(jì)時(shí)。計(jì)時(shí)精度達(dá)到0.01s, P1 口 P2 口接數(shù)碼管顯示功能，P34 P35 P3.6、P3.7分別接四個(gè)按鈕開關(guān)，分別實(shí)現(xiàn)開始、暫停、清零、保存、讀取的功能。顯示電路由兩個(gè)四位共陰極數(shù)碼管組成。電子秒表精確度的提高，使它的運(yùn)用越來越廣

3、泛，它解決了傳統(tǒng)的由于計(jì)時(shí)精度不夠造成的誤差和不公平性是各種體育競(jìng)賽的必備設(shè)備之一。151 課程設(shè)計(jì)的目的及要求1.1 課程設(shè)計(jì)的目的(1) 掌握 51 單片機(jī)的基本使用方法和相關(guān)電子器件的應(yīng)用。(2) 掌握鍵盤的使用，靈活運(yùn)用中斷。(3)掌握Proteus的仿真與調(diào)試。(4) 秒表具有啟動(dòng)/停止、保存、讀取、復(fù)位功能。(5) 單片機(jī)為控制核心，實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)、電路的設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)，并在PROTEUS電子設(shè)計(jì)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)仿真。1.2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)本設(shè)計(jì)是基于AT89C51 數(shù)碼管顯示的電子秒表，利用AT89C51單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)和記數(shù)的原理，使其計(jì)時(shí)精度達(dá)到0.01s，P1 口 P2 口

4、接數(shù)碼管顯示功能，P34 P3.5、P3.6、P3.7分別接四個(gè)按 鈕開關(guān)，分別實(shí)現(xiàn)開始、暫停、清零、保存、讀取的功能。1.3 課程設(shè)計(jì)的要求(1) 設(shè)計(jì)基于單片機(jī)AT89C51 數(shù)碼管顯示的電子秒表。(2) 通過按鍵控制開始、清零、暫停和停止能夠準(zhǔn)確計(jì)時(shí)并顯示。(3) 開始顯示00-00-00。(4) 最大計(jì)時(shí)59-59-99，最大精確到0.01 秒。2 設(shè)計(jì)的方案及論證2.1 方案設(shè)計(jì)(1) 在性價(jià)比滿足應(yīng)用系統(tǒng)要求的基礎(chǔ)上，選擇更可靠、更熟悉的單片機(jī)，縮短研制周期。(2)盡可能選擇較成熟的典型應(yīng)用電路，以提高系統(tǒng)的可靠性。(3)單片機(jī)內(nèi)部的資源與外部擴(kuò)展資源應(yīng)在滿足應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 的基

5、礎(chǔ)上留有余地，為進(jìn)一步升級(jí)和擴(kuò)展其功能提供方便。(4)應(yīng)充分結(jié)合軟件方案統(tǒng)籌考慮硬件結(jié)構(gòu),通常硬件功能較完善,其相應(yīng)的軟件就簡(jiǎn)單，但硬件成本較高；而硬件功能略低，其相應(yīng)的 軟件就復(fù)雜。實(shí)際中應(yīng)盡量以軟件替代硬件來降低成本。2.2 方案選擇在方案選取的時(shí)候有兩個(gè)方案可以選：方案一如圖2-1所示，能夠最大顯示99秒，精確度為1秒，具有開始/暫停，復(fù)位功能圖2-1方案一原理圖方案二如圖2-2所示，能夠最大顯示59-59-99,精確度為0.01 秒。具有開始/暫停、復(fù)位、保存、讀取功能C1U1XTAL1XTAL2RSTP0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0

6、.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7PSEN2930ALE EAP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7AT89C513938373635343332P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD2122232425262728.101314151617圖2-2方案二原理圖2.3方案確定總體設(shè)計(jì)案如圖2-3所示:圖2-3方案總體設(shè)計(jì)我們選用較熟悉的具有內(nèi)部程序存儲(chǔ)

7、器的 AT89C51單片機(jī)作為 主控電路。選用時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和AT89C51單片機(jī)組成最小控制 系統(tǒng)，再通過按鍵電路控制顯示電路來組成的硬件電路。通過分析與比對(duì)，我們選用方案二，它能夠精確 0.01秒，并且能 夠顯示時(shí)間更長(zhǎng)，具有開始/暫停，復(fù)位，保存，讀取功能。3硬件電路設(shè)計(jì)本次課程設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的秒表設(shè)計(jì)，其中硬件電路采用 AT89C51單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)和記數(shù)的原理；時(shí)鐘電路及復(fù)位 電路組成的最小控制系統(tǒng)，復(fù)位電路采用上電復(fù)位；顯示模塊是采用 兩個(gè)共陽(yáng)極數(shù)碼管；按鍵電路包含四個(gè)按鍵開關(guān)及741s08與門芯片，四個(gè)開關(guān)分別具有開始/暫停，復(fù)位清零，保存數(shù)據(jù)，讀取數(shù)據(jù)的功能，

8、與門芯片與四個(gè)開關(guān)相與，然后接入外部中斷接口。與門芯片真值表如圖3-1所示：AB輸出000010100111圖3-1 741s08真值表4軟件設(shè)計(jì)4.1 主要模塊流程圖主程序流程圖如圖4-1所示:系統(tǒng)初始化暫?；驈?fù)位啟動(dòng)并開始計(jì)時(shí)顯示秒表停止讀取圖4-1主程序流程圖4.2 程序的主要模塊本程序主要分為四部分：主程序模塊、顯示模塊、按鍵中斷模塊、 定時(shí)模塊。(1)主程序分析：主程序負(fù)責(zé)整個(gè)程序的調(diào)用和轉(zhuǎn)跳，實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)與暫停、復(fù)位、保存、讀取之間的切換。程序開始時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)初始化，之后顯示“00-00-00”，接著等待“啟動(dòng)”按鍵觸發(fā)。(2) 顯示模塊分析：顯示模塊負(fù)責(zé)把分、秒、毫秒通過8 位數(shù)碼管顯

9、示出來，中間通過“-”隔開。首先根據(jù)定時(shí)器用來保存分、秒、毫秒的寄存器的值，判斷得知每個(gè)數(shù)字的段碼，把分的高位送到數(shù)碼管的第一位，再把分的低位送到數(shù)碼管的第二位，接著把“-”的段碼送到數(shù)碼管的第三位，同樣的方法把秒和微秒送到數(shù)碼管，然后循環(huán)掃描每一位把時(shí)間顯示出來。(3) 按鍵中斷服務(wù)程序分析：產(chǎn)生外部中斷時(shí)，進(jìn)行按鍵判斷，程序采用 3 次條件轉(zhuǎn)跳進(jìn)行按鍵判斷，每個(gè)按鍵都標(biāo)志相應(yīng)的值：“啟動(dòng) /停止”時(shí)把定時(shí)器開放或與停止，“復(fù)位”時(shí)，把用來保存時(shí)間的寄存器清0，“保存”時(shí)，把用來保存時(shí)間的寄存器的值保存到連續(xù)的單元中，“讀取”時(shí)把保存時(shí)間的單元依次讀取出來放回到用來保存時(shí)間的寄存器里。(4)

10、 定時(shí)程序分析：當(dāng)按了“啟動(dòng)”鍵時(shí)，開放定時(shí)，以 10MS 作為一個(gè)計(jì)時(shí)單位，每計(jì) 100 個(gè) 10 毫秒 (即 1 秒) ， 就進(jìn)一位，用 ( INCR6)實(shí)現(xiàn)，R6加了 60次之后，R7就加1,表示“分”力口 1。5 電路仿真本次課程設(shè)計(jì)仿真所用到的軟件有keil 編譯軟件和proteus 仿真軟件，先把寫好的程序用keil 軟件編譯生成hex 文件，在proteus仿真軟件中查找元器件，連接電路圖，再把 hex文件加載到仿真軟件 的單片機(jī)中，最后進(jìn)行仿真測(cè)試。仿真圖如圖5-1 所示 :maP0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD239-3837-36P0.3/AD3P0.4/AD4

11、 35T34P0.5/AD5P0.6/AD6 33P0.7/AD7T32P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A1CP2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15 21T22 2324125 726 i 2728AT89C51P3.0/RXEP3.1/TXE10D -P3.2/INTCP3.3/INT'P3.4/T0P3.5/T11013'F15"P3.6/WRP3.7/RD圖5-1電路仿真圖6電路的焊接與調(diào)試6.1電路的焊接(1)使用電烙鐵時(shí)，首先檢查焊頭，焊頭若出現(xiàn)黑色的氧化物就先 磨掉。上錫的具體方法是：插上電源插頭，將電烙鐵燒

12、熱，剛剛?cè)刍?焊錫時(shí)，涂上助焊劑，再用焊錫均勻地涂在烙鐵頭上，是烙鐵頭均勻 地涂上一層錫。(2)焊接時(shí)將引腳對(duì)應(yīng)好焊接電路板的焊接位置上，接著先將焊絲接觸然后電烙鐵從下至上的較快速的上錫。焊接出來的焊點(diǎn)應(yīng)該飽滿,略有尖頭。(3) 導(dǎo)線焊接：導(dǎo)線焊接前要出去末端絕緣層。導(dǎo)線焊接，搪錫是關(guān)鍵步驟，尤其多股導(dǎo)線。(4) 焊接時(shí)間不宜過長(zhǎng)，否則容易燙壞元件，必要時(shí)可用鑷子夾住管腳幫忙散熱(5) 焊點(diǎn)應(yīng)呈正弦波峰形狀，表面應(yīng)光亮圓滑，無(wú)焊刺， 錫量適中。焊接完成后，再對(duì)照電路圖檢查一遍接線有無(wú)錯(cuò)誤，若有及時(shí)更正，沒有的話就可加電壓測(cè)試了。加上電壓后，若正常工作且符合設(shè)計(jì)要求和目的，則電路設(shè)計(jì)成功，否則繼

13、續(xù)調(diào)試找出問題所在，修正錯(cuò)誤直至達(dá)到正常工作且符合設(shè)計(jì)要求和目的。6.2 電路的調(diào)試硬件調(diào)試一般分為四步驟：第一個(gè)是目測(cè)法。只要是檢查一些很明顯的錯(cuò)誤，如電解電容的電極是否連錯(cuò)、焊點(diǎn)否光亮飽滿無(wú)虛焊，用萬(wàn)用板連的線是否連好了、焊盤有否脫落。對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中所用的器件與設(shè)備，要仔細(xì)核對(duì)型號(hào)，檢查它們對(duì)外連線(包括集成芯片引腳)是否完整無(wú)損。通過目測(cè)查出一些明顯的器件、設(shè)備故障并及時(shí)排除。第二個(gè)是萬(wàn)用表測(cè)試。 先用萬(wàn)用表復(fù)核目測(cè)中認(rèn)為可疑的連接或接點(diǎn)，檢查它們的通斷狀態(tài)是否與設(shè)計(jì)規(guī)定相符。再檢查各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象，如有再仔細(xì)查出并排除。第三個(gè)是上電檢查。首先檢查所有插座或器件的電

14、源端是否有符合要求的電壓，接地端電壓是否接近于零，接固定電平的引腳端是否電平正確。在對(duì)各芯片、器件加電過程中，是否出現(xiàn)打火、過熱、變色、冒煙、異味的現(xiàn)象。如出現(xiàn)這些現(xiàn)象，應(yīng)立即斷電，仔細(xì)檢查電源加載的情況、各個(gè)芯片是否插反等，找出產(chǎn)生異常的原因并加以解 決；并且用萬(wàn)用表測(cè)各芯片的引腳電平是否合理。第四個(gè)是復(fù)位檢查。在上電檢查后，按一下復(fù)位按鈕，看實(shí)驗(yàn)板 上的LED丁是否閃爍。如果不閃爍，那么說明復(fù)位有問題。就要仔細(xì) 檢查復(fù)位的電容是否接錯(cuò)了電極，線是否連錯(cuò)。剛開始時(shí)，我就把復(fù) 位按鍵給接錯(cuò)了，把它和開始、停止鍵同時(shí)接地了，應(yīng)該是并聯(lián)電容 接的。實(shí)物圖如圖6-1所示：7 總結(jié)經(jīng)過一個(gè)星期的課程設(shè)

15、計(jì)，讓我更加鞏固了有關(guān)于單片機(jī)電路設(shè)計(jì)上的一些知識(shí)，運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)制作了一個(gè)基于AT89C51 單片機(jī)的電子秒表設(shè)計(jì)。學(xué)會(huì)如何的去思考電路的制作，確定方案是這次課程設(shè)計(jì)的首要任務(wù)，確定了方案后，我們才知道如何的去實(shí)現(xiàn)它的功能，查找關(guān)于這方面的資料，然后動(dòng)手去分析和制作電路。通過本次電子秒表的設(shè)計(jì)，讓我對(duì)單片機(jī)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用有了更深刻的理解和體會(huì)，這次課程設(shè)計(jì)，不僅提高了動(dòng)手能力，對(duì)設(shè)計(jì)的整個(gè)流程有了一定的了解，更了解到了單片機(jī)知識(shí)應(yīng)用的廣泛性和前景。 設(shè)計(jì)的成功，極大地提高了自信心，促進(jìn)了對(duì)單片機(jī)的學(xué)習(xí)興趣，明白了理論聯(lián)系實(shí)際的重要性。此次設(shè)計(jì)清楚了一項(xiàng)設(shè)計(jì)的整體流程：明確設(shè)計(jì)要求、功能及功能

16、模塊的設(shè)計(jì)，查閱相關(guān)資料并確定元器件，電路連接、調(diào)試、調(diào)整改進(jìn)與檢查，電路成型，總結(jié)；設(shè)計(jì)電路時(shí)，和搭檔上網(wǎng)查閱了很多資料，這培養(yǎng)了搜索的能力，開拓了視野。調(diào)試過程中掌握了一些電路調(diào)試的方法和規(guī)律，同時(shí)也掌握了如何來檢查和排除實(shí)驗(yàn)中的所遇到的一些常見故障，明白了動(dòng)手的重要性，懂得了實(shí)踐出真知的道理。電路的連接和調(diào)試極大地提高了動(dòng)手實(shí)踐能力，這也是目前較為缺乏的。作為工科的學(xué)生，就應(yīng)該具備這樣的動(dòng)手能力。最后，設(shè)計(jì)報(bào)告的制作還培養(yǎng)了整理知識(shí)的能力?？傊?這次設(shè)計(jì)，認(rèn)識(shí)到了知識(shí)的局限性，培養(yǎng)了動(dòng)手能力，懂得了團(tuán)隊(duì)合作精神，對(duì)今后的學(xué)習(xí)起到了極大的促進(jìn)作用。參考文獻(xiàn)1 艾運(yùn)階.單片機(jī)項(xiàng)目教程北京：

17、北京理工大學(xué)出版社,20112 李泉溪.單片機(jī)原理與實(shí)例仿真北京：北京航空航天大學(xué)出版社,20093江世明.基于Protues的單片機(jī)應(yīng)用技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社，20094 李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)（第3 版） 北京：北京航空航天大學(xué)出版社 ,20065 孫育 .MCS-51 系列單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用廣東： 東南大學(xué)出版社,2009C1T卜22pFC2T卜22pFX112MC31DI10uF附錄1 :總體電路原理圖U1XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2XTAL2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6RSTP0.7/AD7P2.0/A8

18、P2.1/A9P2.2/A10PSENP2.3/A11ALEP2.4/A12EAP2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P1.0P3.0/RXDP1.1P3.1/TXDP1.2P3.2/INT0P1.3P3.3/INT1P1.4P3.4/T0P1.5P3.5/T1P1.6P3.6/WRP1.7P3.7/RDT,38上,36T,34l33-,322123242526附錄2:元器件清單序號(hào)名稱型號(hào)規(guī)格數(shù)量1單片機(jī)STC89C5212數(shù)碼管F5461BH23電容22pF24極性電容10uF15電阻10K16晶振12MHZ17與門芯片741s0819按鍵開關(guān)414導(dǎo)線3：編碼程序ORG 000

19、0HLJMP MAINORG 0003HLJMP INTORG 000BHLJMP TIMEORG 0100HMAIN:MOV TMOD,#01HMOV TH0,#0D8HMOV TL0,#0F0HSETB EASETB ET0SETB IT0SETB EX0MOV R0,#50HCLR TR0LP:LCALL DISPLAYLJMP LPDISPLAY:MOV A,R7MOV B,#10DIV ABLCALL NUMMOV P1,R4MOV P2,#01HLCALL DELAYMOV A,BLCALL NUMMOV P2,#00HMOV P1,R4MOV P2,#02HLCALL DELAY

20、MOV P2,#00HMOV P1,#0BFHMOV P2,#04HLCALL DELAYMOV A,R6MOV B,#10DIV ABLCALL NUMMOV P2,#00HMOV P1,R4MOV P2,#08HLCALL DELAYMOV A,BLCALL NUMMOV P2,#00HMOV P1,R4MOV P2,#10HLCALL DELAYMOV P2,#00HMOV P1,#0BFHMOV P2,#20HLCALL DELAYMOV A,R5MOV B,#10DIV ABLCALL NUMMOV P2,#00HMOV P1,R4MOV P2,#40HLCALL DELAYMOV A,BLCALL NUMMOV P2,#00HMOV P1,R4MOV P2,#80HLCALL DELAYMOV P2,#00HRETNUM:CJNE A,#0,IF1MOV R4,#0C0HRETIF1:CJNE A,#1,IF2MOV R4,#0F9HRETIF2:CJNE A,#2,IF3MOV R4,#0A4HRETIF3:CJNE A,#3,IF4MOV R4,#0B0HRETIF4:CJNE A,#4,IF5MOV R4,#99HRETIF5:CJNE A,#5,IF6MOV R4,#92HRETMOV R4,#82HRETIF7:CJNE A,#7,IF8MOV R4,