基于單片機(jī)的多功能秒表課程設(shè)計(jì)

鄭州科技院

（系）

1述1.111.211.312.....................................................22.1................................................................2.222.332.442.552.663計(jì)3.173.2........................................................74PROTEUS軟件仿真510獻(xiàn)12

錄1：總體電路原理.................................錯(cuò)誤未定義書(shū)。錄2：元器件清.........................................錯(cuò)！未定義書(shū)簽。錄3：實(shí)物.................................................錯(cuò)！未定義書(shū)。錄4：源程.................................................錯(cuò)！未定義書(shū)。

1設(shè)計(jì)概述1.1設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)控制的秒表系統(tǒng)機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)定時(shí)和記數(shù)的原理，結(jié)合顯示電路碼管以及按鍵來(lái)設(shè)計(jì)秒表。將軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，使得系統(tǒng)能夠正地進(jìn)行計(jì)時(shí)，同具有開(kāi)/停，記錄，上翻翻，清零等功能1.2設(shè)計(jì)要求1）共四LED顯示，顯示時(shí)間00:00~59.992）共五個(gè)按鍵，分別是開(kāi)暫停，記錄，上翻下翻，清零鍵;3）能同時(shí)記錄多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的時(shí)間并分別4）按上下翻按鈕查看多個(gè)不同的計(jì)時(shí)1.3設(shè)計(jì)意義（）通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)可以使我們進(jìn)一步熟和掌握單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，了解單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本步驟和方法2）通過(guò)利用T89C51單片機(jī)，解單片機(jī)在自動(dòng)化儀表中的作用以及掌握單片機(jī)的編程方法。（）通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)際應(yīng)用輸入及顯模擬系統(tǒng)，掌握單片機(jī)仿真軟件PROTEUS的使用方法。4該實(shí)驗(yàn)通過(guò)單片機(jī)的定時(shí)數(shù)器定時(shí)和計(jì)數(shù)原設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的計(jì)時(shí)器系,有正確的計(jì)時(shí)、停、清零、功能同時(shí)記錄1

多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的時(shí)間利用翻頁(yè)按鈕查看多個(gè)不的計(jì)時(shí)種秒表在現(xiàn)實(shí)生活中應(yīng)用廣有現(xiàn)實(shí)意義。2系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)總體方案本系統(tǒng)采單片機(jī)為中心器件，利用其定時(shí)器定時(shí)和記數(shù)的原理硬件電路如電源電路位電，顯示電路，以及一些按鍵電路等來(lái)設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)器將軟、硬件有機(jī)結(jié)合起來(lái)。其中軟件系統(tǒng)采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)程序包括顯示，計(jì)數(shù)中斷，延時(shí)，按鍵消抖程序等，并在編程軟件中試運(yùn)行，硬件系利用PROTEUS大的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)單且易于觀察，在仿真中可以觀察到實(shí)際的工作狀態(tài)。2.2硬件設(shè)計(jì)MCS-51系列單片機(jī)是8位單片機(jī)產(chǎn)品其中的典型代表，基本模塊包括以下幾個(gè)部分：1CPU89C51CPU是8的，另89C51內(nèi)部1個(gè)處理器2的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器開(kāi)發(fā)調(diào)試完成的應(yīng)用程序3RAM:256B的片內(nèi)數(shù)存儲(chǔ)器，容量小但作用大4I/O：共4個(gè)32條雙向且可位尋址I/O口線(xiàn)5）中斷系統(tǒng)：共5中斷源3個(gè)內(nèi)部中斷2個(gè)外部中斷6）定時(shí)計(jì)數(shù)器個(gè)16位的可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器2

7）通用串行口：全雙工通用異步接收器8）振蕩器89C51外接晶振與內(nèi)時(shí)鐘振蕩器CPU提供時(shí)鐘信號(hào)9）總線(xiàn)控制對(duì)外提供若干控制總線(xiàn)，便于系統(tǒng)擴(kuò)展片機(jī)引腳圖如2所:圖2-189C51單機(jī)引腳圖2.3時(shí)鐘電路片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。引線(xiàn)XTAL1和XTAL2別為反向放大器的輸入和輸出，兩端跨接石英晶體及兩個(gè)電容就可構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器3

這里們選片12MHZ的內(nèi)部振蕩方式，起穩(wěn)定振蕩頻率，并對(duì)振蕩頻率有微調(diào)作C1和可在之間取這里33P，則時(shí)鐘電路如所示：C2C1圖2-2時(shí)鐘電路圖

CRYSTAL

U12.4復(fù)位電路采用上電加按鍵復(fù)位電路，上電后，由于電容電，RST持續(xù)一段高電平時(shí)間。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行之中時(shí)按下復(fù)位鍵也能續(xù)一段時(shí)間的高電平實(shí)現(xiàn)上電加按鍵復(fù)位的操作電路如所示：4

XTAL2

200R

復(fù)位

22u

9

RST800R圖復(fù)位電路2.5按鍵電路在按鍵電路中，我們可以I/O口上直接接按鍵，或者通I/O口設(shè)計(jì)一個(gè)鍵盤(pán)后通過(guò)鍵盤(pán)掃程序判斷是否有按下等掃描電路節(jié)省I/O口但編程有些復(fù)雜，在這里，由于我們所用的按鍵較少，且系統(tǒng)是一個(gè)小系統(tǒng)，有足夠口可以使用為了使程序簡(jiǎn)化，我們采用按鍵電路，用部口做開(kāi)關(guān)開(kāi)/停，記錄上翻下翻清零。對(duì)按鍵的設(shè)計(jì)，采了防抖動(dòng)的程序設(shè)計(jì)統(tǒng)的性能得到進(jìn)一步的提升被按下時(shí)應(yīng)的引腳被拉低描后得鍵值執(zhí)行鍵功能程序，因此按下不同的按鍵，將執(zhí)行不同的功能程序按鍵電路圖如所示：5

R1R2R3R4R51k1k1k按鍵電路圖2.6顯示電路顯示電路既可以選用液晶顯示器，也可以選用碼管顯示。我們采用的是數(shù)碼管顯示電路。用四個(gè)共陰LED顯示LED是七段式顯示器，內(nèi)部有7條形發(fā)光二極管個(gè)小圓點(diǎn)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(shí)，我們有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種選，靜態(tài)顯示程序簡(jiǎn)單，顯示穩(wěn)定，但是占用端口比較多；動(dòng)態(tài)示所使用的端口較少，可以節(jié)省單片機(jī)I/O口。在設(shè)計(jì)中們采L動(dòng)態(tài)顯示P0口驅(qū)動(dòng)顯口的輸出級(jí)是開(kāi)漏電路驅(qū)動(dòng)時(shí)需要外接上拉電才能輸出高電平。顯示電路圖如2-5所：6

RP1RESPACK-8

9P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12

39383736353433322122232425

顯示電路圖3軟件設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)思路在軟件設(shè)計(jì)中般采用模塊化的程序設(shè)計(jì)方法，它具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。把一個(gè)多功能的復(fù)雜的程序劃分為若干簡(jiǎn)單的程序模塊，有利于程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試，優(yōu)化和工，提高了程序閱讀性和可靠性，使程序的結(jié)構(gòu)層次一目了然的程序由包多個(gè)模塊的主程序和各種子程序組成模塊都要完成一個(gè)明確的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)某個(gè)具體的功能，如：計(jì)數(shù)、延、和顯示等，在體需要時(shí)調(diào)用相應(yīng)的模塊即可。用四碼管顯示時(shí)間。一開(kāi)始/暫",一"復(fù)",一個(gè)“記錄”鍵，可同時(shí)記錄八個(gè)相對(duì)獨(dú)立的時(shí)間一“翻一“下翻鍵查看八個(gè)不同的計(jì)時(shí)值。五個(gè)按鍵分別通過(guò)五個(gè)端口控制秒表的五個(gè)功。3.2程序流程框圖設(shè)計(jì)7

程序流程框圖如3-1示開(kāi)始初始化

NＹ

NＹ

N

N停止

記錄ＹＹ上翻下翻夠8YN圖程序流程框圖

NＹ清零8

4軟仿將以上程序清單導(dǎo)入先前做好的仿真電路中匯編之后，按仿真鍵開(kāi)始進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果如圖4-1示：

1

2349

復(fù)位

開(kāi)暫停記錄上翻下翻清零

圖仿真結(jié)果圖仿真結(jié)果描述：按“開(kāi)始”鍵，秒表開(kāi)始計(jì)時(shí)；按“暫停”鍵秒表暫停計(jì)時(shí)；按記錄鍵，秒表記錄時(shí)間，共可記錄八個(gè)數(shù)值按上翻下翻鍵，查看這八個(gè)不同的計(jì)時(shí)值。結(jié)論及進(jìn)一步設(shè)想：根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，本次課設(shè)基本完成了設(shè)計(jì)要求由于秒表系統(tǒng)并不一定僅僅局限于計(jì)時(shí)，定時(shí)等功能，還可進(jìn)行多項(xiàng)的擴(kuò)展可以利用AT89C51強(qiáng)大的擴(kuò)展能一步豐富秒表的功能,例如可設(shè)定計(jì)時(shí)時(shí)間倒計(jì)等等眾多功能單機(jī)以其強(qiáng)大的功和9

良好的兼容性可以更好地為我們服務(wù)通查閱各種資料多解一些單片機(jī)有關(guān)知識(shí)以為以后的工作和學(xué)習(xí)生活造更多的便利條件。5課程計(jì)會(huì)通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)我深刻地認(rèn)識(shí)到自己有很多不足之處比如在自主學(xué)習(xí)能力方面的不足，實(shí)際動(dòng)手操作力的不足等。這次的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)是理論與實(shí)踐相結(jié)合的范設(shè)計(jì)從頭到尾都要自己參與進(jìn)來(lái)了整個(gè)設(shè)計(jì)流程才能更快地設(shè)計(jì)出方案并完成設(shè)計(jì)。本次課程設(shè)計(jì)我主要負(fù)責(zé)硬件電路的設(shè)計(jì)和查相關(guān)資料片機(jī)課程早已結(jié)束相關(guān)的知識(shí)已經(jīng)很模糊導(dǎo)致我設(shè)計(jì)硬件電路中遇到了不少麻煩首是不知從何入手雖然小組討論后確定了秒表要實(shí)現(xiàn)的功能，可是沒(méi)有相關(guān)理論知識(shí)熟知和實(shí)踐操作畫(huà)出硬件設(shè)計(jì)圖對(duì)我而言毫無(wú)頭緒。查閱了與89C51單片機(jī)相關(guān)的資料也閱讀了其他人單片機(jī)數(shù)字秒表的設(shè)計(jì)慢我開(kāi)始了解其中原理步步設(shè)計(jì)出了硬件電路的各個(gè)部分晶體振蕩電路，復(fù)位電路，按鍵電路，顯示電路。完成設(shè)計(jì)后要運(yùn)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真由于這是第一次接觸這個(gè)軟件還不怎樣運(yùn)用它，查閱該軟件的相關(guān)資料及看過(guò)網(wǎng)上的視后便開(kāi)始著手畫(huà)圖，接觸后覺(jué)得還是挺簡(jiǎn)單的。這次的課程設(shè)計(jì)我與小組同學(xué)進(jìn)行了交流和討們分進(jìn)行設(shè)計(jì)，從搜索資料到硬件、軟件的調(diào)試，每步、每一個(gè)細(xì)節(jié)經(jīng)過(guò)我們自己的思考我們共同討論方案的比較選擇硬件軟10

件的設(shè)計(jì)和調(diào)試最終出了我們的成果在做過(guò)程中不但加深了我們對(duì)單片機(jī)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)和理解還認(rèn)識(shí)了這門(mén)學(xué)科在應(yīng)用方面的廣闊前景。實(shí)踐是最有高度也是最能體現(xiàn)整體水平的整個(gè)計(jì)過(guò)程中們不斷地探索設(shè)出了很多不一樣硬件電路圖寫(xiě)過(guò)了很多不一樣的程序正如設(shè)計(jì)中如何能使硬件電路圖簡(jiǎn)單明了程序簡(jiǎn)單而準(zhǔn)確如何能準(zhǔn)確的運(yùn)行都是通過(guò)與同學(xué)老師的交流慢慢摸索出來(lái)的以上的不斷索使我們進(jìn)一熟悉和掌握單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理了解片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟和方法通過(guò)利用AT89C51片機(jī)，理解單片機(jī)在自動(dòng)化儀表中的作用以及掌握單片機(jī)的編程方法過(guò)設(shè)計(jì)個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)際應(yīng)輸入及顯示模擬系統(tǒng)，掌握單片機(jī)仿真軟件PROTEUS使用方法。我們?cè)O(shè)計(jì)的這種具有記錄翻下翻功能的秒表在現(xiàn)生活中應(yīng)用廣泛,如育項(xiàng)目，因此本次課程設(shè)計(jì)具有現(xiàn)實(shí)意義，我開(kāi)心能將知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中并在自主學(xué)習(xí)中收獲那么多