電子跑表單片機開發(fā)與設計工程師考試文檔

1、單片機開發(fā)與設計工程師考試文檔題目:電子跑表學 校： 湖南人文科技學院 學生姓名: 朱亞錕 龍新茂 起止日期: 2010年6月12日 2010年6月22日摘 要本設計利用單片機實現(xiàn)的電子跑表具有編程靈活，精確度高等特點，便于其他功能的擴充，即可為該電子跑表實現(xiàn)更多的顯示功能。由單片機AT89C52芯片和LED數(shù)碼管以及按鍵電路為核心，輔以必要的電路，構成了一個單片機電子跑表。利用C語言進行軟件設計，增加了程序的可讀性和可移植性,利用AT89C52單片機制成電子跑表電路，采用軟件和硬件結合的方法，控制LED數(shù)碼管輸出。利用按鍵實現(xiàn)時鐘顯示和秒表顯示兩大功能，其中秒表還可以利用按鍵來進行暫停、復位

2、功能。利用C51系列單片機的最大特點是:硬件電路簡單，安裝方便易于實現(xiàn)，顯示直觀，功能多樣，成本低廉等諸多優(yōu)點，符合電子儀器儀表的發(fā)展趨勢，具有廣闊的市場前景。關鍵詞：電子跑表；AT89C52單片機；LED數(shù)碼管；按鍵電路；C語言目 錄設計要求11 方案論證與對比11.1 方案一11.2 方案二21.3 方案對比與選擇22 單元電路設計與計算32.1 按鍵電路的設計32.2 計時模塊的設計42.3 可編程并行口I/O芯片擴展設計42.4 顯示電路的設計53 系統(tǒng)軟件設計流程圖63.1 主函數(shù)設計63.2 時鐘函數(shù)的設計83.3 秒表函數(shù)的設計94 詳細儀器清單11參考文獻12附錄一：程序13電

3、子跑表設計要求利用單片機作為控制核心，設計一個電子跑表。具體要求如下：基本部分：1、具有電時鐘和跑表功能；2、做時鐘時在4位LED 顯示器上顯示分、秒；3、做跑表時顯示范圍000.0秒999.9秒；4、當按下啟動按鈕跑表開始計時，按下停止按鈕停止計時，當按下復位按鈕跑表回零。1 方案論證與對比1.1 方案一此方案以MCS-51系列單片機為核心，計時單元由單片機內(nèi)部的定時器/記數(shù)器來實現(xiàn)，時間顯示功能通過LED數(shù)碼管動態(tài)掃描來實現(xiàn)，表的模式轉換、復位/清零功能由三個按鍵來實現(xiàn)。原理框圖如圖1所示：圖 1方案一系統(tǒng)方框圖1.2 方案二此方案也是以MCS-51系列單片機為核心，計時單元由單片機編程軟

4、件延時來實現(xiàn)，時間顯示功能通過LED數(shù)碼管動態(tài)掃描來實現(xiàn)，表的啟動/復位/清零功能由PC機通過串口輸入命令來實現(xiàn)。原理框圖如圖2所示：圖 2 方案二系統(tǒng)方框圖該方案有以下兩個缺點：1. 需要一個大型外部設備：PC機。2. 軟件延時計時不精確。1.3 方案對比與選擇以上方案大致思路是一樣的，都是以MCS-51系列單片機為核心，加上計時模塊、選擇模塊和顯示模塊。方案一：通過單片機內(nèi)部的定時器/記數(shù)器來實現(xiàn)方案一的計時單元，外部中斷0來實現(xiàn)方案一的選擇單元，按鍵電路實現(xiàn)電子跑表的暫停、清零功能。方案二：通過單片機編程軟件利用循環(huán)限時來實現(xiàn)方案二的計時單元，PC機由串口輸出命令來實現(xiàn)方案二的選擇單元。

5、顯然由于方案一的計時模塊相對于方案二計時模塊更為精確，而選擇方式更加靈活、方便。故選用方案一作為本次設計的方案。2 單元電路設計與計算2.1 按鍵電路的設計根據(jù)設計要求，采用矩陣式鍵盤，這樣可以更合理地利用硬件資源。矩陣式鍵盤是只有若干個按鍵組成的開關矩陣。4行4列矩陣式鍵盤由圖3所示。這種鍵盤適合采取動態(tài)掃描的方式進行識別，即如果采取低電平掃描，回送線必須被上拉為高電平；如果采取高電平掃描，回送線必須被下拉為低電平。圖3給出了低電平掃描的電路。這種鍵盤的優(yōu)點是使用較少的I/O口線可以實現(xiàn)對較多鍵的控制。實際上，我們是利用此原理，但只是設置了3個開關，開始和暫停由一個開關控制。當鍵盤上的某一鍵

6、閉合時，則該鍵所對應的掃描線和回送線被短路。若X0X3均為高電平，說明無鍵閉合；任一條回送線變?yōu)榈碗娖?，則說明該回送線上有鍵閉合。與此鍵相連的掃描線也一定處于低電平（正在掃描）。由此可以確定掃描線與回送線的編號，這樣閉合按鍵的位置就確定了。圖 3 4行4列矩陣式鍵盤的連接圖CPU對鍵盤掃描可以采用以下方式：a) 程序控制隨機方式，CPU空閑時掃描鍵盤。b) 定時控制方式，每隔一段時間，CPU對鍵盤掃描一次，CPU可以定時響應鍵輸入情況c) 中斷方式，當鍵盤上有間閉合時，向CPU請求中斷，CPU響應鍵盤輸入中斷，對鍵盤掃描，以識別哪一個鍵處于閉合狀態(tài)，并對輸入的信息的進行處理。CPU對鍵盤上閉合

7、鍵的鍵號的確定，可以根據(jù)掃描線和回送線的狀態(tài)計算求得也可以根據(jù)行線和列線的狀態(tài)查表求得。2.2 計時模塊的設計由單片機內(nèi)部的定時器/記數(shù)器來實現(xiàn)。若設單片機系統(tǒng)主頻為12MHz，則各種工作防守定時器的最大定時時間為：工作方式0：Tmax=213×1s=8.192ms工作方式1：Tmax=216×1s=65.536ms工作方式2和工作方式3：Tmax=28×1s=0.256ms本次設計使用了計時器T0、T1，工作方式為方式均為1，計時基本單位是50ms，其初始值的設定是：TH0 = (6553650000)256； TL0 = (6553650000)%256；TH

8、1 = (6553650000)256； TL1 = (6553650000)%256；2.3 可編程并行口I/O芯片擴展設計單片機系統(tǒng)常用的8255A芯片是一個典型的可編程通用并行接口芯片，用來擴展單片機的端口，它具有三個八位的并行口，有三種工作方式，可作為單片機與各種外部設備連接的接口電路。在本次設計中，共陽極七段數(shù)碼管和4行4列矩陣開關就是由這個芯片連接的。其操作狀態(tài)表如表1示：表 1 8255A的操作狀態(tài)A1A0操 作說明00010A口 數(shù)據(jù)總線輸入操作（讀）01010B口 數(shù)據(jù)總線10010C口 數(shù)據(jù)總線00100數(shù)據(jù)總線 A口輸出操作（寫）01100數(shù)據(jù)總線 B口10100數(shù)據(jù)總線

9、 C口11100數(shù)據(jù)總線 控制寄存器XXXX1數(shù)據(jù)總線三態(tài)禁止操作11110非法操作XX110數(shù)據(jù)總線三態(tài)8255A有三種工作方式：方式0（基本輸入輸出方式）：這種方式不需要任何選通信號，適合無條件傳輸數(shù)據(jù)的設備，數(shù)據(jù)輸出有鎖存功能，數(shù)據(jù)輸入有緩沖功能。方式1（選通輸入/輸出方式）：這種方式A組包括A口和C口的高四位（PC7PC4），A口可由程序設定為輸入口和輸出口，C口的高四位則用來作為輸入/輸出操作的控制和同步信號；B組包括B口和C口的第四位（PC3PC0），功能和A組相同。方式2（雙向I/O口方式）：僅有A口有這種工作方式，B口無這種工作方式。此方式下，A口為8位雙向I/O口，C口的PC

10、7PC3用來作為輸入輸出的控制和同步信號。此時B口可工作在方式0或方式1。2.4 顯示電路的設計在本次設計中，使用了6個共陽極八段數(shù)碼管作為顯示部分，每個數(shù)碼管的八段是由芯片8255的PB口控制亮滅，每個數(shù)碼管的公共腳是由8255的PA0PA5經(jīng)三極管擴流后進行控制。采用動態(tài)掃描，可以同時顯示多個數(shù)碼管顯示時鐘和電子跑表中的不同部分。使共陽極七段數(shù)碼管時，要注意他的接法。為了顯示數(shù)字或字符，必須對數(shù)字或字符進行編碼。七段數(shù)碼管加上一個小數(shù)點，共計8段。以下是顯示16進制數(shù)的編碼：3 0xA0, /*0*/；0xBB, /*1*/；0x62, /*2*/；0x2A, /*3*/；0x39, /*

11、4*/4 0x2C, /*5*/；0x24, /*6*/；0xBA, /*7*/；0x20, /*8*/；0x28, /*9*/共陽極七段數(shù)碼管原理圖如圖6示：圖 3 共陽極七段數(shù)碼管原理圖動態(tài)顯示的特點是將所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效。所謂動態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時都在顯示。動態(tài)顯示的亮度比靜態(tài)顯示要差一些，所以在選擇限流電阻時應略小于靜態(tài)顯示電路中的。在本次設計中我們選擇了1K的限流電阻。3 系統(tǒng)軟件設計流程圖3.1 主函數(shù)設計1主程序開始后，經(jīng)過一輪按鍵掃描，執(zhí)行

12、標志位flag判斷，在返回到主程序，接著對flag進行一個判斷，若flag=1，進入秒表模式；若flag!=1，則進入時鐘模式。其原理框圖如圖4所示。圖 4 主函數(shù)的原理框圖2計時器初始化，先將計數(shù)器T0初始化：TMOD |= 0x01、EA = 1、ET0 = 1，TR0 = 1，并設定計時器T0的初始值：TH0 = (65536-50000)/256、TL0 = (65536-50000)%256。計數(shù)器T1初始化：TMOD |= 0x10、EA = 1、ET1 = 1，TR1 = 0（一開始秒表不用工作，故將TR1=0，即計時器1停止工作），并設定計時器T1的初始值：TH1 = (655

13、36-50000)/256、TL1 = (65536-50000)%256。3鍵盤掃描子函數(shù)。令8255芯片PA=0x01，再一次掃描PC上的電平。當PC=0x01時，進行時鐘與秒表的切換；當PC=0x02，暫停與開始秒表；當PC=0x04，秒表清零。程序如下，其原理框圖如圖5所示。void scan_keyboard() /鍵盤子函數(shù)uchar kdata; PA=0x01;kdata=PC;if(kdata=0x01) /秒表與時鐘切換鍵delay(5);kdata=PC;if(kdata=0x01)while(PC)PB=0xff;flag=!flag;if(kdata=0x02) /開

14、始和暫停秒表delay(5);kdata=PC;if(kdata=0x02)while(PC)display(miao4,miao3,miao2,miao1);TR1=!TR1;if(kdata=0x04)delay(5);kdata=PC;if(kdata=0x04) /清零秒表while(PC)display(miao4,miao3,miao2,miao1);TR1=0;miao1=0;miao2=0;miao3=0;miao4=0; 圖5 鍵盤掃描子函數(shù)的原理框圖4顯示子函數(shù)服務程序。void display(uchar a,uchar b,uchar c,uchar d)PA=0xff

15、;PB=0xff;PA=0xfb;PB=tablea;delay(5);PB=0xff; / 最低位顯示PA=0xf7;PB=tableb;delay(5);PB=0xff; / 第二位顯示PA=0xef;PB=tablec;delay(5);PB=0xff; / 第三位顯示PA=0xdf;PB=tabled;delay(5);PB=0xff; / 最高位顯示3.2 時鐘函數(shù)的設計1計時器T0中斷服務程序，再次設置計數(shù)器T0的初始值：TH0 = (65536-50000)/256、TL0 = (65536-50000)%256；設立標志位temp，執(zhí)行temp+，每當特，temp執(zhí)行20次，即

16、過1秒，temp=0，為時鐘顯示函數(shù)服務的標志位miao+。程序如下，其原理框圖如圖6所示。void time0() interrupt 1uchar temp;TH0=(65535-50000)/256; TL0=(65535-50000)%256; / 計時器設初值，0.05s為一個單元temp+;if(temp=20)/ temp自加20次為一秒temp=0; miao+;/ temp 置零，為顯示準備標志位miaoif(miao=60)/ miao 大于60，進位miao=0;fen+;/ miao 置零，為顯示準備標志位fenif(fen=60)fen=0;/ fen 大于60，置零

17、 圖 6 T0中斷服務程序原理框圖2顯示部分。對標志位miao 取余、miao取商分別賦給形參uchar a和uchar b；對標志位fen 取余、fen取商分別賦給形參uchar c和uchar d。即調(diào)用顯示子函數(shù)的時候，使用如下形式：display(a,b,c,d)，其中a=fen/10，b=fen%10，c=miao/10，d=miao%10。3.3 秒表函數(shù)的設計1計時器T1中斷服務程序，再次設置計數(shù)器T1的初始值：TH1 = (65536-50000)/256、TL1 = (65536-50000)%256；設立標志位temp1，執(zhí)行temp1+，每當temp執(zhí)行20次，即過1秒，

18、temp1=0，為秒表顯示函數(shù)服務的標志位s+。程序如下，其原理框圖如圖7所示。void time1() interrupt 3uchar temp;TH1=(65535-50000)/256;TL1=(65535-50000)%256; / 計時器設初值，0.5s為一個計時單元temp+;if(temp=2) / temp每自加2次為0.1秒temp=0;miao1+;if(miao1=10)miao1=0;miao2+;if(miao2=10)miao2=0;miao3+;if(miao3=10)miao3=0;miao4+;/ 以上均逢十進一，且把原位置零if(miao4=10)miao

19、4=0;/ 當最高位大于10，全部歸零 圖 9 計時器T1中斷服務程序原理框圖2顯示部分。miao4，miao3，miao2，miao1分別賦給形參uchar a，uchar b，uchar c，uchar d。4 詳細儀器清單表格 1 儀器清單儀器名稱數(shù)量 STC89C52RC芯片1個 11.0592M晶振1個輕觸開關4個8255A芯片1個共陽極八段數(shù)碼管6個電阻 1K18個電容30pF2個參考文獻1 張鑫.單片機原理及應用.M 北京：電子工業(yè)出版社，2008 2 樓然苗,李光飛.單片機課程設計指導.M 北京：北京航天航空大學出版社，20073 朱定華,戴汝平.單片微機原理與應用.(M) 北

20、京:清華大學出版社,20034 田立.田清.代方震.51單片機C語言程序設計快速入門.M 北京：人民郵電出版社，20075 譚浩強.C程序設計.M 北京：清華大學出版社，20066 林銳.高質量C編程指南. Z 北京：電子工業(yè)出版社，20017 何立民.MCS-51 系列單片機應用設計.M 北京:航空航天大學出版社，1990 附錄一：程序#include<reg52.h>#include"ABSACC.H"#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define PA XBYTE0xD1FF /*PA

21、口地址*/#define PB XBYTE0xD2FF /*PB口地址*/#define PC XBYTE0xD5FF /*PC口地址*/#define CON XBYTE0xD7FF /*控制字地址*/ uchar fen,miao,miao1,miao2,miao3,miao4,a,b,c,d,flag;void delay(uchar z);uchar const table16= 0xA0, /*0*/ 0xBB, /*1*/ 0x62, /*2*/ 0x2A, /*3*/ 0x39, /*4*/ 0x2C, /*5*/ 0x24, /*6*/ 0xBA, /*7*/ 0x20, /*

22、8*/ 0x28, /*9*/ ; void delay(uchar z) /延時約Zmsuchar x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);void init()/ 初始化CON=0x89;TMOD|=0X01;TMOD|=0x10;TR0=1;TR1=0; / 初始化先關閉定時器1（秒表）ET0=1;ET1=1;TH0=(65535-50000)/256;TL0=(65535-50000)%256;TH1=(65535-50000)/256;TL1=(65535-50000)%256;EA=1;void display(uchar a,ucha

23、r b,uchar c,uchar d) / 顯示子函數(shù)PA=0xff;PB=0xff;PA=0xfb;PB=tablea;delay(5);PB=0xff;PA=0xf7;PB=tableb;delay(5);PB=0xff;PA=0xef;PB=tablec;delay(5);PB=0xff;PA=0xdf;PB=tabled;delay(5);PB=0xff;void scan_keyboard() /鍵盤子函數(shù)uchar kdata;PA=0x01;kdata=PC;if(kdata=0x01) /秒表與時鐘切換鍵delay(5);kdata=PC;if(kdata=0x01)while(PC)PB=0xff;flag=!flag;if(kdata=0x02) /開始和暫停秒表delay(5);kdata=PC;if(kdata=0x02)while(PC)