基于單片機的秒表系統(tǒng)設計論文

.z---..--總結資料基于單片機的秒表系統(tǒng)設計目錄TOC\o"1-2"\h\z\u0前言11總體方案設計12系統(tǒng)硬件設計23軟件設計43.1軟件設計概述43.2程序框圖43.3子程序模塊設計64系統(tǒng)調(diào)試及結果分析94.1軟件調(diào)試94.2硬件調(diào)試105結論及進一步設想11參考文獻12課程設計體會13附錄1元件清單14附錄2系統(tǒng)電路圖14附錄3源程序15基于單片機的秒表系統(tǒng)設計摘要：本設計的多功能秒表系統(tǒng)采用AT89C51單片機為中心器件，利用其定時器/計數(shù)器定時和記數(shù)的原理，結合顯示電路、電源電路、LED數(shù)碼管以及鍵盤電路來設計計時器。將軟、硬件有機地結合起來，使得系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)兩位LED顯示，顯示時間為00～99秒，每秒自動加1，能正確地進展加1計時。其中軟件系統(tǒng)采用C語言編寫程序，包括顯示程序，計數(shù)程序，中斷程序，延時程序等，硬件系統(tǒng)利用PROTEUS強大的功能來實現(xiàn)，簡單切易于觀察，在仿真中就可以觀察到實際的工作狀態(tài)。關鍵字：單片機；計時秒表；LED數(shù)碼管0前言近年來隨著科技的飛速開展，單片機的應用正在不斷的走向深入，同時帶動著傳統(tǒng)控制檢測日新月異更新。在實時檢測和自動控制的單片機應用系統(tǒng)中，單片機往往是作為一個核心部件來使用，僅單片機方面的知識是不夠的，還要根據(jù)具體的硬件構造，以及針對具體的應用對象的軟件結合，加以完善。秒表的出現(xiàn)，解決了傳統(tǒng)的由于人為因素造成的誤差和不公平性，本文就是利用AT89C51單片機與數(shù)碼管設計一個簡單的秒表系統(tǒng)。1總體方案設計本系統(tǒng)采用AT89C51單片機為中心器件，利用其定時器/計數(shù)器定時和記數(shù)的原理，結合硬件電路如電源電路，顯示電路，以及一些按鍵電路等來設計計時器，將軟、硬件有機地結合起來。其中軟件系統(tǒng)采用C語言編寫程序，包括顯示程序，中斷程序，延時程序，按鍵消抖程序等，并在Keil中調(diào)試運行，硬件系統(tǒng)利用proteus強大的功能來實現(xiàn)，簡單切易于觀察，在仿真中就可以觀察到實際的工作狀態(tài)。外圍電路外圍電路電源電路單片機顯示電路鍵盤電路圖1系統(tǒng)電路原理2系統(tǒng)硬件設計本系統(tǒng)中，硬件電路主要有電源電路，顯示電路，以及一些按鍵電路等〔1〕單片機簡介本系統(tǒng)設計采用AT89C51單片機。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容〔由于在微機原理中學過C-51的具體知識，這里不再詳細說明〕。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效的微控制器。〔2〕電源電路電源電路是系統(tǒng)最根本的局部，任何電路都離不開電源局部，由于三端集成穩(wěn)壓器件所組成的穩(wěn)壓電源線路簡單，性能穩(wěn)定，工作可靠，調(diào)整方便，已逐漸取代分立元件，在生產(chǎn)中被廣泛采用，由于是小系統(tǒng)，我們采用7809電源提供+5V穩(wěn)壓電壓。圖2電源電路〔3〕顯示電路顯示電路既可以選用液晶顯示器，也可以選用數(shù)碼管顯示。我們采用的是數(shù)碼管顯示電路。用2個共陽極LED顯示，LED是七段式顯示器，內(nèi)部有7個條形發(fā)光二極管和1個小圓點發(fā)光二極管組成，根據(jù)各管的亮暗組合成字符。在用數(shù)碼管顯示時，我們有靜態(tài)和動態(tài)兩種選擇，靜態(tài)顯示程序簡單，顯示穩(wěn)定，但是占用端口比擬多；動態(tài)顯示所使用的端口比擬少，可以節(jié)省單片機的I/O口。在設計中，我們采用LED動態(tài)顯示，用P0口驅(qū)動顯示。由于P0口的輸出級是開漏電路，用它驅(qū)動時需要外接上拉電阻才能輸出高電平。電路圖如下圖：圖3顯示電路〔4〕鍵盤電路在按鍵電路中，我們可以在I/O口上直接接按鍵，或者通過I/O口設計一個鍵盤，然后通過鍵盤掃描程序判斷是否有鍵按下等。鍵盤掃描電路節(jié)省I/O口，但編程有些復雜，在這里，由于我們所用的按鍵較少，且系統(tǒng)是一個小系統(tǒng)，有足夠的I/O口可以使用，為了使程序簡化，我們采用按鍵電路，用局部P3口做開關，P3.6停頓，P3.5開場，P3.4暫停記錄，用外中斷INT0開場，另外用軟件延時法消除抖動。電路圖如下圖：圖4鍵盤電路3軟件設計3.1軟件設計概述在軟件設計中，一般采用模塊化的程序設計方法，它具有明顯的優(yōu)點。把一個多功能的復雜的程序劃分為假設干個簡單的、功能單一的程序模塊，有利于程序的設計和調(diào)試，提高了程序的閱讀性和可靠性，使程序的構造層次一目了然。各程序模塊都要完成一個明確的任務，實現(xiàn)*個具體的功能，如：計數(shù)、延時和顯示等，在具體需要時調(diào)用相應的模塊即可。功能描述：用2位LED數(shù)碼顯示"秒表"，顯示時間為00~99秒,每秒自動加1，具有開場、暫停和停頓按鍵，可記錄獨立的時間。3.2程序框圖〔1〕主程序：采用分支構造，通過對按鍵的掃描，判斷要實現(xiàn)什么功能，然后通過調(diào)用子程序來實現(xiàn)所需要的功能。主程序主程序停頓子程序暫停記錄子程序加1子程序顯示子程序延時子程序中斷效勞程序圖5主程序構造框圖〔2〕加1程序進位清零進位清零做加法到100.(20H)清零個位十位分開ＮY(20H)=A開始返回圖6加1程序流程圖〔3〕定時器1程序用定時器0實現(xiàn)定時1秒，定時器1實現(xiàn)定時10毫秒，定時初值分別是TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256;這里只寫定時1秒的流程圖，如下圖：壓棧保護壓棧保護賦定時初值到1秒.調(diào)用加1程序調(diào)用顯示程序中斷返回ＮY圖7定時1秒流程圖3.3子程序模塊設計〔1〕停頓子程序按鍵后，使秒表停頓，即關閉定時器0，1，程序如下：STOP:unsignedcharled[]={0*c0,0*f9,0*a4,0*b0,0*99,0*92,0*82,0*f8,0*80,0*90};unsignedchartemp; TMOD=0*01; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256;EA=1; ET0=1; P3=0*ff; while(1) { P2=0*01; P1=led[sec%10]; delay(10); P2=0*02; P1=led[sec/10]; delay(10); temp=P3;if(temp==0*df) {TR0=0;sec=0;msec=0;}〔2〕暫停記錄子程序按鍵完畢后，將此時顯示內(nèi)存中的數(shù)送存放器中保存。POR:unsignedcharled[]={0*c0,0*f9,0*a4,0*b0,0*99,0*92,0*82,0*f8,0*80,0*90}; unsignedchartemp; TMOD=0*01; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; EA=1; ET0=1; P3=0*ff; while(1) { P2=0*01; P1=led[sec%10]; delay(10); P2=0*02; P1=led[sec/10]; delay(10); temp=P3; if(temp==0*7f) TR0=0;〔3〕加1子程序此程序只為簡單的加1，并判斷是否到100.到則從0開場，否則繼續(xù)，另外將顯示內(nèi)存中的數(shù)個位十位分開，以便于動態(tài)顯示。G01：msec++; if(msec==20) { msec=0; sec++; if(sec==100)//定義到99秒后歸零 {sec=0;} }RETGO2:unsignedcharled[]={0*c0,0*f9,0*a4,0*b0,0*99,0*92,0*82,0*f8,0*80,0*90};unsignedchartemp; TMOD=0*01; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256;RET〔4〕顯示子程序，采用動態(tài)顯示MAIN:unsignedcharled[]={0*c0,0*f9,0*a4,0*b0,0*99,0*92,0*82,0*f8,0*80,0*90};unsignedchartemp;TMOD=0*01;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;P3=0*ff;while(1){ P2=0*01;P1=led[sec%10]; delay(10); P2=0*02; P1=led[sec/10]; delay(10);}RET〔5〕延時子程序例如延時10ms程序：DELAY:P2=0*01;P1=led[sec%10];delay(10);P2=0*02;P1=led[sec/10];delay(10);RET〔6〕中斷效勞程序用外部中斷1實現(xiàn)開場，定時器0定時1S，定時器1定時10ms。4系統(tǒng)調(diào)試及結果分析4.1軟件調(diào)試用PROTEUS將編譯生成的秒表.HE*文件下到單片機中，點擊運行按相應的操作鍵即可看到下列圖的效果：圖8仿真結果經(jīng)proteus軟件仿真后，系統(tǒng)運行良好，結果正確。4.2硬件調(diào)試在Keil中調(diào)試運行，硬件系統(tǒng)利用proteus強大的功能來實現(xiàn)，簡單切易于觀察，在仿真中就可以觀察到實際的工作狀態(tài)。本系統(tǒng)設計采用AT89C51單片機。而顯示電路既可以選用液晶顯示器，也可以選用數(shù)碼管顯示。我們采用的是數(shù)碼管顯示電路。用2個共陽極LED顯示，LED是七段式顯示器，內(nèi)部有7個條形發(fā)光二極管和1個小圓點發(fā)光二極管組成，根據(jù)各管的亮暗組合成字符。在用數(shù)碼管顯示時，我們有靜態(tài)和動態(tài)兩種選擇，靜態(tài)顯示程序簡單，顯示穩(wěn)定，但是占用端口比擬多；動態(tài)顯示所使用的端口比擬少，可以節(jié)省單片機的I/O口。在設計中，我們采用LED動態(tài)顯示，用P0口驅(qū)動顯示。用局部P3口做開關，P3.6停頓，P3.5開場，P3.4暫停記錄，用外中斷INT0開場，另外用軟件延時法消除抖動。硬件仿真如下圖：圖9硬件仿真5結論及進一步設想根據(jù)實驗要求，本次課設根本完成了設計要求，由于秒表系統(tǒng)并不一定僅僅局限于計時，定時等功能，還可以進展多項的擴展，可以利用AT89C51強大的擴展功能，進一步豐富秒表的功能,例如可設定計時時間，倒計時等等眾多功能。單片機以其強大的功能和良好的兼容性可以更好的為我們效勞，通過查閱各種資料，多了解一些單片機的有關知識，可以為以后的工作和學習生活創(chuàng)造更多的便利條件。參考文獻[1]余發(fā)山主編.單片機原理及應用技術.**：中國礦業(yè)大學，2003.[2]楊凌霄編著.微型計算機原理及應用.**：中國礦業(yè)大學，2004.[3]李群芳主編.單片機原理、接口及應用.：清華大學，2005.[4]陳忠平，曹巧媛等，單片機原理及接口.：清華大學，2007.[5]*同法，陳忠平等，單片機根底與最小系統(tǒng)實踐.：航空航天大學，2007.[6]吳金戌，沈慶陽，郭庭吉.8051單片機實踐與應用.：清華大學，2002.[7]竇振中.單片機外圍器件實用手冊存儲器分冊.：航空航天大學，1998.[8]*靖武，周靈彬.單片機系統(tǒng)的Proteus設計與仿真.：電子工業(yè)，2007.[9]林志琦，郎建軍，李會杰等.基于Proteus的單片機可視化軟硬件仿真.：航空航天大學，2006.[10]李剛民，曹巧媛等.單片機原理及實用技術.：高等教育，2005.課程設計體會經(jīng)過一個星期的課程設計，過程曲折可謂一語難盡。在此期間我也失落過，也曾一度熱情高漲。從開場時激情高漲到最后汗水背后的復雜心情，點點滴滴無不令我回味無長。在胡立夫教師的指導下，我順利完成了課程設計。讓我學到了以下幾點：1、將學習的理論知識通過實驗融會貫穿，讓我對它的理解更加深刻。對程序的編譯過程了解透徹。2、本次課程設計以自己設計為主，因此培養(yǎng)了學習的積極性，讓我能夠獨立去分析問題、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，更增強我與教師同學交流溝通和合作完成任務的能力。3、由于這次課程設計不僅設計編程方面的知識，還涉及了其它學科的知識，例如PROTEUS和Keil等的根本知識。程序是用C語言來編寫的，這次課程設計讓我在編程能力方面得到了提高。4、由于水平有限，實驗程序運行有一定的限制，以后會加強改良?？傊?，通過這次課程設計，不僅加深了我對單片機理論方面的理解，將理論更好的運用的實踐方面，而且鍛煉了我們各方面的能力，培養(yǎng)了堅強的毅力和做事的耐心和細心，認識合作的重要性，雖然程序可能有一定的浪費資源，且較羅嗦，但這需要在實踐中慢慢提高，還希望教師能夠多多指導，促進我不斷的進步。最后再一次感謝胡教師對我的悉心指導和無私幫助。[2013年7月12日完成]附錄1元件清單元件名稱型號數(shù)量單片機AT89C511發(fā)光LED7SEG-MP*21開關3電阻3附錄2系統(tǒng)電路圖附錄3源程