用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計

1、Ml單片機課程設(shè)計說明書用LED數(shù)碼管顯示的秒表設(shè)計專業(yè)電氣工程及其自動化學(xué)生姓名劉寧班級B電氣0810810601114指導(dǎo)教師張?zhí)m紅完成日期2011年6月26日目錄1、概述 2、課題方案設(shè)計2.1系統(tǒng)總體設(shè)計要求2.2系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)論證 3、系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1總體設(shè)計3.2單片機運行的最小系統(tǒng)3.2.1 52 單片機最小系統(tǒng)電路介紹53.2.2 單片機的振蕩電路與復(fù)位電路83.3 數(shù)碼管介紹.9.3.4 驅(qū)動電路1.04、軟硬件聯(lián)調(diào)及調(diào)試結(jié)果1.1.4.1 軟硬件調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決措施.1.1.4.2 實物圖4.3 調(diào)試結(jié)果1.4.5、結(jié)束語1.4.參考文獻1.5.附錄1.5.附錄 1

2、：基于單片機的秒表設(shè)計原理圖1.5.附錄 2：基于單片機的秒表設(shè)計 PCB 圖1.6.1.7.附錄 3：PROTEUS 仿真圖附錄 4：基于單片機的秒表設(shè)計 C 語言程序清單1.8.附錄 5 ：基于單片機的秒表設(shè)計元器件目錄表2.0.1、概述21 世紀(jì)是一個電子技術(shù)和電子元件有更大發(fā)展的世紀(jì)?；仡櫚倌陙黼娮蛹夹g(shù)和 電子工業(yè)發(fā)展的成就， 舉世矚目。 作為一個電氣專業(yè)的大學(xué)生， 我們不但要有扎實的 基礎(chǔ)知識、課本知識， 還應(yīng)該有較強的動手能力。 現(xiàn)實也要求我們既精通電子技術(shù)理 論，更要掌握電子電路設(shè)計、 實驗研究和調(diào)試技術(shù)。 課程設(shè)計就是一個理論聯(lián)系實際 的機會。高檔的 立交橋、河、湖用護欄管裝飾

3、本次設(shè)計主要完成具備基本功能的電子秒表的理論設(shè)計， 電子秒表是重要的記時 工具，廣泛運用于各行各業(yè)中。 作為一種測量工具， 電子秒表相對其它一般的記時工 具具有便捷、準(zhǔn)確、可比性高等優(yōu)點，不僅可以提高精確度，而且可以大大減輕操作 人員的負(fù)擔(dān)，降低錯誤率。DISCO 、在設(shè)計中應(yīng)用到數(shù)碼管，數(shù)碼管主要用于樓體墻面，廣告招牌、 酒吧、夜總會、會所的門頭廣告牌等。特別適合應(yīng)用于廣告牌背景、 護欄、建筑物輪廓等大型動感光帶之中，可產(chǎn)生彩虹般絢麗的效果。 建筑物的輪廓， 可以起到突出美彩亮化建筑物的效果。 事實證明， 它已經(jīng)成為照明產(chǎn) 品中的一只奇葩，綻放在動感都市。2、課題方案設(shè)計2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計

4、要求用 AT89C52 設(shè)計一個 2 位 LED 數(shù)碼顯示 “秒表”，顯示時間為 0059 秒，每秒 自動加一。另設(shè)計一個“開始”按鍵和一個“復(fù)位”按鍵，一個“暫?！卑存I。接上 電源后從 00 開始計時，至 59 后再回到 00 ，繼續(xù)循環(huán)。2.2 系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)論證1.單片機模塊選擇 方案一：選用飛思卡爾單片機，飛思卡爾單片機功能強大，但是價格相對要 高，而且對此不熟悉。方案二：采用 STC89 系列單片機，其架構(gòu)簡單，相對熟悉，價格便宜，對 設(shè)計功能已經(jīng)足夠。焊接也是比較容易。因此，選擇方案二。2.電源模塊選擇 方案一：采用交流 220V/50HZ 電源轉(zhuǎn)換為直流 5V 電源作為電源模塊。該

5、 方案實施簡單，電路搭建方便，可作為單片機開發(fā)常備電源使用。方案二：采用干電池串并聯(lián)到 5V 作為電源模塊。該方案實施簡單，無需搭 建電路，但相對方案不夠穩(wěn)定，電池消耗快，帶負(fù)載后電壓降過高，可能無法使系統(tǒng) 穩(wěn)定持續(xù)運行。方案三：采用 USB 接口電源，該方案簡單方便，可以直接和電腦的 USB 接 口相連。電腦的 USB 接口屬于接口電源，要并聯(lián)耦合電容進行緩沖。因此，選擇的是方案三。3.顯示模塊選擇：方案一：采用 8 段 LED 數(shù)碼管作為顯示模塊核心。 方案二：采用 LCD 液晶顯示器作為顯示模塊核心。 LED 數(shù)碼管節(jié)能環(huán)保，顯示直觀。因此選擇方案一。4.驅(qū)動模塊選擇： 方案一：用與非門

6、邏輯電路作為驅(qū)動電路主要元件。 方案二：用 PNP 型三極管作為驅(qū)動電路主要元件。 與非門邏輯電路相對來說較為復(fù)雜， PNP 三極管只有三個端口且價格也很便宜，因此 選擇方案二。3 、系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 總體設(shè)計利用單片機定時器 / 計數(shù)器中斷設(shè)計秒表， 從而實現(xiàn)秒的計時。 用兩個數(shù)碼管來顯 示秒表數(shù)據(jù)。增加一個清零按鈕，計時結(jié)束后可以清零。通過采用 proteus 仿真軟 件來模擬實現(xiàn)。模擬利用 AT89C52 單片機、 LED 數(shù)碼管以及控件來控制秒表的計數(shù) 以及計數(shù)的開啟 / 暫停/ 繼續(xù)與復(fù)位。兩位數(shù)碼管用來顯示數(shù)據(jù)， 一位數(shù)碼管顯示個位 19 ，滿十進一后顯示十位的數(shù)碼管的數(shù)字加一，

7、并且個位顯示清零重新從零計數(shù)。 計秒數(shù)碼管采用兩位的數(shù)碼管，當(dāng)計數(shù)超過范圍是所有數(shù)碼管全部清零重新計數(shù)。 、軟硬件設(shè)計是設(shè)計中不可缺少的，為了滿足功能和指標(biāo)的要求，資源分配如下：晶振采用 11.0592MZ 的外部晶振頻率 內(nèi)存分配：19 不P0 口與數(shù)碼管個位和十位數(shù)據(jù)輸入端相連，控制其段選信號，輸出 同字型。P3 口的 P3.1 、P3.2 分別與秒表個位和十位數(shù)碼管位選連接，控制秒表的計 數(shù)以及計數(shù)的開啟 /暫停/ 繼續(xù)與復(fù)位清零。本設(shè)計包含有單片機最小系統(tǒng)模塊、復(fù)位模塊、放大器模塊、 LED 數(shù)碼管顯示模 塊。其中最小系統(tǒng)模塊由 STC89C52 、電阻、電容和晶振電路等主要硬件組成。

8、 復(fù)位模塊由二極管、電阻和復(fù)位開關(guān)組成。放大器模塊由 PNP 三極管、電阻組成。LED 數(shù)碼管顯示模塊由兩位八段數(shù)碼管組成。3.2 單片機運行的最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)模塊由 STC89C52 、電阻、電容和晶振電路等主要硬件組成。3.2.1 52 單片機最小系統(tǒng)電路介紹1. 52 單片機最小系統(tǒng)復(fù)位電路的極性電容 C1 的大小直接影響單片機的復(fù)位時間，一般采用1030uF，52單片機最小系統(tǒng)容值越大需要的復(fù)位時間越短。2. 52單片機最小系統(tǒng)晶振 丫1也可以采用11.0592MHz，在正常工作的情況下可 以采用更高頻率的晶振，52單片機最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直接影響單片機的處理 速度，頻率越大處理速

9、度越快。,并且電容離晶振越近3. 52單片機最小系統(tǒng)起振電容 C2、C3 一般采用1533pF越好，晶振離單片機越近越好10k。個機器周期等于12個4. P0 口為開漏輸出，作為輸出口時需加上拉電阻，阻值一般為 設(shè)置為定時器模式時，加1計數(shù)器是對內(nèi)部機器周期計數(shù)（1振蕩周期，即計數(shù)頻率為晶振頻率的 1/12 ）。計數(shù)值N乘以機器周期Tcy就是定時 時間t。設(shè)置為計數(shù)器模式時，外部事件計數(shù)脈沖由T0或T1引腳輸入到計數(shù)器。在每個機器周期的S5P2期間采樣T0、T1引腳電平。當(dāng)某周期采樣到一高電平輸入，而下一 周期又采樣到一低電平時，則計數(shù)器加 1，更新的計數(shù)值在下一個機器周期的 S3P1 期間裝

10、入計數(shù)器。由于檢測一個從 1到0的下降沿需要2個機器周期，因此要求被 采樣的電平至少要維持一個機器周期。當(dāng)晶振頻率為12MHz時，最高計數(shù)頻率不超過1/2MHz，即計數(shù)脈沖的周期要大于2 ms。標(biāo)識符號地址寄存器名稱P3 OBOH I/O口 3寄存器P CON 87H電源控制及波特率選擇寄存器SCON 98H串行口控制寄存器SBUF 99H串行數(shù)據(jù)緩沖寄存器TCON 88H定時控制寄存器TMOD 89H定時器方式選擇寄存器TL0 8AH定時器0低8位TH08CH定時器0高8位TL1 8BH定時器1低8位TH18DH定時器1高8位9'XTALIPO.O/AEX) PO 1 /AD1I I

11、PO 2/AD2PO 引PO 4/AO4 P0 5/ADS PO 6/AO6 P07/A07P2.0/AeP2.1/A9 P2 2膽 10PSBM ALEP2 5/A13 P26/A14 P2P1.0P3 如 XDP1 1P3 1 ZTXDP1 3P3P1,3R3 3)irJT1P1 4P3 4/TOP1 5P3 5/T1P1.6P1 JP3.7/RD-圖3-189c52系列單片機管腳圖89C52管腳說明:VCC :供電電壓。GND :接地。P0 口： P0 口為一個8位漏級開路雙向I/O 口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)

12、存儲器， 它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向I/O 口，P1 口緩沖器能 接收輸出4TTL門電流。P1 口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口 被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH編程和 校驗時，P1 口作為第八位地址接收。P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸 出4個TTL門電流，當(dāng)P2 口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸

13、 入。并因此作為輸入時，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉 的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地 址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在FLASH編 程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3 口： P3 口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O 口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入， 由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3

14、 口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳備選功能（串行輸入口）（串行輸出口）（外部中斷0）（外部中斷1）P 3.0 RXDP 3.1 TXDP 3.2 /INTOP 3.3 /INT1P3.4 TO （記時器0外部輸入）P3.5 T1 （記時器1外部輸入）P3.6 /WR （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P 3.7 /RD （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時 間。PSEN :外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器 周期兩次/PSEN有效。但在

15、訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN信號將不 出現(xiàn)。XTAL1 :反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2 :來自反向振蕩器的輸出。322單片機的振蕩電路與復(fù)位電路1. 振蕩電路采用內(nèi)部時鐘方式時，如圖所示。片內(nèi)的高增益反相放大器通過XTAL1、XTAL2<.'1XTAL2外接作為反饋元件的片外晶體振蕩器（呈感性）與電容組成的并聯(lián)諧振回路 構(gòu)成一個自激振蕩器，向內(nèi)部時鐘電路提供振 蕩時鐘。振蕩器的頻率主要取決于晶體的振蕩 頻率，一般晶體可在1.212MHz之間任選， 電容C1、C2可在530pF之間選擇，電容的 大小對振蕩頻率有微小的影響，可起頻率微調(diào)

16、作用。C2本電路選用的是內(nèi)部振蕩器方式，。選用 內(nèi)部振蕩器比選用外部時鐘電路簡單并且易于 實現(xiàn)。最重要的是此電路易于調(diào)試，而且精度高。圖3-2振蕩電路2. 復(fù)位電路復(fù)位電路可分為上電復(fù)位和外部復(fù)位兩種方式。通過某種方式，使單片機內(nèi)各寄存器的值變?yōu)槌跏紶顟B(tài)的操作稱為復(fù)位。MCSC單片機R1單片機011b1 .RSTZVpdRSTZVptlRRrVssVssVccVcc圖3-352單片機在時鐘電路工作以后，在 RST/VPD端持續(xù)給出2個機器周期的高電平 就可以完成復(fù)位操作（一般復(fù)位正脈沖寬度大于 10ms ）。復(fù)位分為上電復(fù)位和外部 復(fù)位兩種方式。（a）上電復(fù)位電路復(fù)位電路 （b ）上電/外部復(fù)

17、位電路上電復(fù)位是在單片機接通電源時，對單片機的復(fù)位。上電復(fù)位電路如圖（a）所示。在上電瞬間RST/VPD端與VCC電位相同，隨著電容上電壓的逐漸上升，RST/VPD 端電位逐漸下降。上電復(fù)位所需的最短時間是振蕩器振蕩建立時間加2個機器周期。復(fù)位電路的阻容參數(shù)通常由實驗調(diào)整。圖（a）參考電路中，電路參數(shù)C取22uF，R 取1Kq，可在RST/VPD端提供足夠的高電平脈沖，使單片機能夠可靠地上電自動復(fù) 位。R1可取圖（b）為既可進行上電自動復(fù)位，也可外部手動復(fù)位的電路示意圖， 200q左右。當(dāng)需要外部復(fù)位時，按下復(fù)位按鈕即可達到復(fù)位目的。本文采用的是上電/外部復(fù)位電路，如圖（b）所示。上電/外部復(fù)

18、位電路比上電 復(fù)位電路在應(yīng)用上更加直觀、方便、易于實現(xiàn)及切換。振蕩器特性：XTAL2 應(yīng)因此對外部時鐘信號的脈XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片 內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件， 不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器， 寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。3.3數(shù)碼管介紹10937e111111fGNDatafbegcV寫dGNDcDP1111i11345LED圖3-4七段數(shù)碼管引腳圖數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元(多一個小數(shù)點顯示)數(shù)碼管的

19、8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"按能顯示多少個“ 8 ”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陽極為

20、低電平時， 相應(yīng)字段就不亮。3.4驅(qū)動電路本設(shè)計中采用兩個PNP三極管對電流進行放大，進而來驅(qū)動兩位八段數(shù)碼管。圖3-5驅(qū)動電路軟硬件聯(lián)調(diào)及調(diào)試結(jié)果4.1軟硬件調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決措施1、在一開始時，只是搞好了最小系統(tǒng)，可出現(xiàn)了有點時候連接到電腦上指示燈 有的時候不亮，第一反應(yīng)就是哪里虛焊了，于是就一點一點對比，一點一點找,亮,可檢查了好多遍都沒檢查出虛焊。 去請教會的同學(xué)，說可能是電容有問題，建議更換 一下電容，于是就去找了一個同樣的電容換上， 再次連接電腦，試了好多次果真是電 容的問題。2、設(shè)計焊接好之后就去調(diào)試，卻發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管顯示的太暗了，在黑暗的時候還可 以勉強看清，可到了有光亮的地方

21、就分辨不清了，而這些是在仿真圖上體現(xiàn)不出來的。 上網(wǎng)查了一下，最終總結(jié)出是驅(qū)動電流太小了，要加一個放大電路?？蓞⒖紩系姆?大電路大多是非門控制，可元器件都是在網(wǎng)上買好了，而且時間也不允許，怎么辦呢？ 和同學(xué)想了想，突然想起以前學(xué)習(xí)模擬電子時學(xué)習(xí)過的PNP三極管也是具有放大電流的作用，而且我們領(lǐng)的元器件里有三極管， 有些同學(xué)用不到三極管，可以借過來用 一下，于是就設(shè)計了一個放大電路重新焊接， 再次連接下載運行時就可以很清楚的看 清顯示的結(jié)果。3、在運行時發(fā)現(xiàn)我的秒表走的有點慢，五秒過去了只顯示到四，那就是程序的 問題了，再反過來檢查程序，再經(jīng)過一番計算，修改了一些延時參數(shù)，最終可以準(zhǔn)確 的以秒

22、運行。4.2 實物圖一一一-=嚴(yán)亠亠u7 4*43A4ajJJ"J2M2“f tSn*#1*«*S3L*5*：*?*：J ：S«*lfl*，哎弋中A«aa«#44a+* + *宀：'.鼻.毎k>4*u4丁 *4話訃二二話器:賓井:*«* I ri* h玉片 J c f.*>«*. I孑V琴亍11 *専加4 , < - 齡齊4e力，電"八4M >4 . *««H* .4F”4.Vk4n心飾”護1- .J b-B*密打rf *«B6密O«4Q-I

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27、頗多，的確，從理論到實踐，可以說是苦 多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識， 而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與 實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐 相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能 力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一 次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處， 對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻， 掌握得不夠牢固，比如說不懂一些元器件的使用方法，對單片機C語言掌握得

28、不好通過這次課程設(shè)計后，一定把以前所學(xué)過的 知識重新溫故。這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多編程和硬件設(shè)計問題， 最后 在張?zhí)m紅老師的辛勤指導(dǎo)下，終于迎刃而解。同時，在張青青、葉相如那里我學(xué)得到 很多實用的知識，在次我表示感謝！同時，對給過我?guī)椭乃型瑢W(xué)和各位指導(dǎo)老師 再次表示忠心的感謝！參考文獻12346穆蘭，單片微型計算機原理與接口技術(shù)M.北京機械工業(yè)出版社 張毅剛，等.MSC-51單片機應(yīng)用設(shè)計M.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 蔣智勇，等.單片微型計算機原理與應(yīng)用M.沈陽遼寧科技出版社 何利民.單片機應(yīng)用文集（1） M.北京航空航天大學(xué)出版社 徐惠民、安德寧.單片微型計算機原理接口

29、與應(yīng)用.北京郵電大學(xué)出版社 向繼文，廖立新.基于AT89S51的電子鐘系統(tǒng)設(shè)計J.電子工業(yè)出版附錄附錄1:基于單片機的秒表設(shè)計原理圖2】：1JUk" 口_ _ J*5：lYr砂 AJ fl1'JT-T號切:賂曲PTATJr：01H氐座T- 臥麗Y- f-：5t ±j- 黃魄F!E 7-玖E一附錄2:基于單片機的秒表設(shè)計PCB圖占 &H=H* 零口LLrJ .i -IW兀HPr »- <ST附錄3: proteus仿真圖:ClUl -C.R.rWJLL.滬jHII- I k 二 丄I hInt - Rl .幻 n pl ; b F 即剛H心KJ

30、VaC】*1 PZJWlIZ2如2 -iT-kUJIU-EP3.-/rxiPJJUTgP j l/IB JiT-FT.用空 qgpFN- ? 一1 - L r - 尸I 附錄 4：基于單片機的秒表設(shè)計 C 語言程序清單#include<reg51.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit kaish i=P 1八0;sbit zanting=P 1八1;sbit dp=P 0八0;sbit w1= P2A6;sbit w2=P2A7;codeuchar temp1,temp2,temp3,aa,miaoshi,miaoge,