單片機秒表課程設(shè)計

摘要單片機是性能價格比高、體積小、對國民經(jīng)濟滲透力大、最有前途的微控制器。單片機自20世紀(jì)70年代初研制成功并發(fā)展至今，已進入第四代。它主要是在一塊芯片上集成了CPU、存儲器以及輸入輸出電路，在工業(yè)過程中被廣泛應(yīng)用在控制電路中。從單片機的系列來看，國內(nèi)外已超過50個系列、近500個品種，當(dāng)前正處于更新?lián)Q代、百花齊放的時期。新的系列和專用系列正在不斷涌現(xiàn)。按位數(shù)分類有4位、8位、16位以及32位單片機等，4位單片機由于價格低和出現(xiàn)的早得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在家電應(yīng)用領(lǐng)域中其還有很大的優(yōu)勢，為了抵御8位機的競爭，4位機在結(jié)構(gòu)和功能上都有很大的改進。8位機的生產(chǎn)廠家以及品種都很多，在實際的生產(chǎn)中應(yīng)用也最為廣泛，其中Intel公司的8051系列單片機在我國應(yīng)用最為廣泛，另外8位單片機也在其功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)上不斷的進行改進，目前功能是越來越強大。16位單片機在數(shù)據(jù)處理以及單片機的性能上有了很大的改進。32位單片機是隨著高科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而產(chǎn)生的。

一、設(shè)計任務(wù)（一）設(shè)計內(nèi)容用AT89C51設(shè)計一個三位LED數(shù)碼顯示“秒表”，顯示時間為00.0~99.9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。再增加一個“暫停”按鍵和一個“快加”按鍵（每秒快速加五）。按鍵說明：按“開始”按鍵，開始計數(shù)，數(shù)碼管顯示從00.0開始每秒自動加一；按“復(fù)位”按鍵，系統(tǒng)清零，數(shù)碼管顯示00.0；按“暫?！卑存I，系統(tǒng)暫停計數(shù)，數(shù)碼管顯示當(dāng)時的計數(shù)；按“快加”按鍵，系統(tǒng)每秒快速加五，即數(shù)碼顯示管在原先的計數(shù)上快速加五。（二）設(shè)計要求了解8051芯片的的工作原理和工作方式，使用該芯片對LED數(shù)碼管進行顯示控制，實現(xiàn)用單片機的端口控制數(shù)碼管，顯示分、秒，并能用按鈕實現(xiàn)秒表起動、停止、清零功能，精確到0.1秒。要求選用定時器的工作方式，畫出使用單片機控制LED數(shù)碼管顯示的電路圖，并在實驗箱實現(xiàn)其硬件電路，并編程完成軟件部分，最后調(diào)試秒表起動、停止、清零功能。二、設(shè)計過程（一）方案設(shè)計本設(shè)計的最主要的元器件就是MCS-51單片機。MCS-51單片機在一塊芯片上集成了CPU存儲器RAM，ROM以及輸入與輸出接口電路這種芯片習(xí)慣上被稱為單片微型計算機簡稱單片機。MCS-51單片機是INTEL公司在1980年推出的高檔8位單片機。它的典型產(chǎn)品有80518031875180C5180C3187C51該實驗要求進行計時并在數(shù)碼管上顯示時間，則可利用DVCC系列單片機微機仿真實驗系統(tǒng)中的芯片8032（芯片的功能類似于芯片AT89C51，其管腳功能也和AT89C51的管腳功能類似）中的P3.2管腳做為外部中斷0的入口地址，并實現(xiàn)“開始”按鍵的功能；將P3.3做為外部中斷1的入口地址，并實現(xiàn)“復(fù)位”按鍵的功能；P3.4實現(xiàn)“暫?！卑存I的功能；P3.5實現(xiàn)“快加”按鍵的功能。其中“開始”按鍵接通時開始計時；“復(fù)位”按鍵接通時數(shù)碼管清零，此時若再撥“開始”按鍵則又可重新開始計時。圖2.1系統(tǒng)方框圖（二）器件選擇1、單片機的選擇AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。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是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。主要特性：與MCS-51兼容；4K字節(jié)可編程FLASH存儲器；壽命：1000寫/擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保留時間：10年；全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz；三級程序存儲器鎖定；128×8位內(nèi)部RAM；32可編程I/O線；兩個16位定時器/計數(shù)器；5個中斷源；可編程串行通道；低功耗的閑置和掉電模式；片內(nèi)振蕩器和時鐘電路振蕩器特性: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，XTAL2應(yīng)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，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。圖2.2AT89C51管腳圖2、顯示器件的選擇LCD液晶顯示器的特點：顯示的內(nèi)容多，控制簡單，耗電低，可以顯示字符，圖片；缺點：本身不發(fā)光，依靠背光顯示，價格貴。數(shù)碼管的特點：自發(fā)光，從遠處可以看見，價格相對較低；缺點；顯示的內(nèi)容少，一般是數(shù)碼，LED電子滾動顯示，等等，很耗電，控制復(fù)雜。所以我們選擇數(shù)碼管作為顯示器件。圖2.3液晶及數(shù)碼管圖（三）系統(tǒng)電路設(shè)計1、復(fù)位電路MCS-51單片機的復(fù)位是靠外部電路實現(xiàn)的。MCS-51單片機工作之后，只要在他的RST引線上加載10ms以上的高點平，單片機就能有效地復(fù)位。MCS-51單片機通常采用上電自動復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種方式。最簡單的復(fù)位電路如圖2.4

上電瞬間，RC電路充電，RST引線出現(xiàn)正脈沖，只要RST保持10ms以上的高電平，就能使單片機有效的復(fù)位。在應(yīng)有系統(tǒng)中，有些外圍芯片也需要復(fù)位。如果這些芯片復(fù)位端的復(fù)位電平與單片機的復(fù)位電平的要求一致，則可以將復(fù)位信號與之相連。2、振蕩器電路MCS--51單片機單片機內(nèi)部的振蕩電路是一個到增益反相放大器，引線XTAL1和XTAL2分別為反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入和來自反向振蕩器的輸出，該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。單片機內(nèi)部雖然有震蕩電路，但要形成成時鐘，外部還需要附加電路。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用.有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。51單片機的時鐘產(chǎn)生方式有兩種，分別為：內(nèi)部時鐘方式和外部始終方式。利用其內(nèi)部的震蕩電路XTAL1和XTAL2引線上外接定時元件，內(nèi)部震蕩電路便產(chǎn)生自激震蕩，用示波器可以觀察到XTAL2輸出的時鐘信號。在MCS-51單片機一般常用內(nèi)部時鐘方式，就是在XTAL1和XTAL2之間連接晶體震蕩器與電容構(gòu)成穩(wěn)定的自激震蕩器，如圖2.4

晶振和電容決定了單片機的工作時間精度為1微秒。晶體可在1.2-12MHz之間選擇。MCS-51單片機在通常應(yīng)用情況下，使用震蕩頻率為6MHZ的石英晶體，而12MHZ頻率的警惕主要是在高速串行通信情況下才使用，在這里我用的是12MHZ石英晶體。對電容無嚴格要求，但它在取直對震蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小及震蕩電路起震蕩速度有一點影響。C1和C2可在20-100PF之間取直，一般情況取30PF。外部時鐘方式是把外部震蕩信號源直接接入XTAL1或XTAL2。圖2.4顯示電路數(shù)碼管只要是用于數(shù)字的顯示。數(shù)碼管有共陰和共陽的區(qū)分，單片機都可以進行驅(qū)動，但是驅(qū)動的方法卻不同。P0.0-P0.6對應(yīng)了十位數(shù)碼管的A,B,C,D,E,F,G，P2.0-P2.6對應(yīng)了個位數(shù)碼管的A,B,C,D,E,F,G，P1.0-P1.6對應(yīng)了小數(shù)位數(shù)碼管的A,B,C,D,E,F,G，小數(shù)點用發(fā)光二極管表示，這時只要P0、P1、P2口送出數(shù)字的顯示代碼，數(shù)碼管就能正常顯示需要的數(shù)字。三位數(shù)碼管循環(huán)電路圖如圖2.5圖2.5顯示電路圖控制電路圖2.6控制電路圖（四）軟件設(shè)計程序見附錄。

三、結(jié)果分析按“開始”按鍵單片機開始計數(shù)，并顯示在數(shù)碼管上，每秒自動加一。然后按“快加”按鍵，系統(tǒng)每秒快速加五，數(shù)碼顯示管在原先的計數(shù)上快速加五。再按“暫?！卑存I單片機暫停計數(shù)，數(shù)碼管顯示的數(shù)值不變。最后按“復(fù)位”按鍵，單片機原有的計數(shù)清空，且數(shù)碼管清零。仿真圖如圖3.1圖3.1仿真圖四、設(shè)計總結(jié)經(jīng)過一周的不懈努力單片機的課程設(shè)計終于完成了。在這期間我們學(xué)會了很多，同時對單片機這門課程有了更深一步的理解和掌握。1、本次課程設(shè)計使我們加深了對單片機課程的全面認識；對MC-51單片機有了更深入的了解；對I/O口的使用、晶振電路的接法以及復(fù)位電路等的掌握都有了很大程度的提高這為以后的實踐打下了良好的基礎(chǔ)。2、掌握了定時器、外部中斷的設(shè)置和編程原理。3、通過此次課程設(shè)計能夠?qū)纹瑱C軟硬件結(jié)合起來，對程序進行編輯、校驗。4、還要根據(jù)實驗的實際情況添加些額外程序來使系統(tǒng)更加的穩(wěn)定，如開關(guān)的消震蕩采用延遲。5、程序要盡量做到由各個子程序組成，在有些程序后面最好加注釋，這樣在程序出錯的檢查過程中可以更容易查找的到，也更簡潔、更明白易懂。6、我們在編程過程中還有好多不理解的地方，經(jīng)過同學(xué)的幫助終于完成了這次設(shè)計。在這個過程中體會到了合作的好處，更了解的互相幫助的重要性。參考文獻[1]王東峰.單片機C語言應(yīng)用100例[M].電子工業(yè)出版社，2009.[2]陳海宴.51單片機原理及應(yīng)用[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2010.[3]李平等.單片機入門與開發(fā)[M].機械工業(yè)出版社，2008.[4]張洪潤等.單片機應(yīng)用技術(shù)教程[M].清華大學(xué)出版社，2009年[5]周景潤等.基于PROTEUS的電路及單片機設(shè)計與仿真（第2版）[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2010年.[6]胡漢才.單片機原理及其接口技術(shù)（第3版）[M].清華大學(xué)出版社，2010年.附錄：程序ORG0000H

AJMPMAIN

ORG0003H

AJMPX0_INT

ORG000BH

AJMPT0_INT

ORG0013H

AJMPX1_INT

MAIN:

MOVTMOD,#01H;T0定時方式1

MOVTH0,#(65536-50000)/256;50ms@12MHz

MOVTL0,#(65536-50000)MOD256;

SETBTR0

SETBET0;開啟定時中斷

SETBEX0

SETBEX1

SETBEA;開中斷

MOVR1,#0;0~99秒計數(shù)

MOVR2,#0;0.1秒數(shù)

MOVR7,#1;50ms計數(shù)MOVP0,#0C0H;顯示00.0

MOVP2,#0C0H

movp1,#0C0H

LOOP:

SJMPLOOP

;

DELAY:;延時子程序.

MOVR4,#0

DJNZR4,$

DJNZR4,$

RET

;

X0_INT:;啟動/停止

CPLF0

RETI

;

X1_INT:;清零

MOVR1,#0

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movp1,#0C0H

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;

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MOVTH0,#(65536-50000)/256;50ms@12MHz

DJNZR7,T0_END;中斷不到20次.

MOVR7,#2;#20

JNBF0,T0_END

mova,r2

adda,#1

daa

anla,#0fh

movr2,a

jnzdisp

MOVA,R1

ADDA,#1

DAA

MOVR1,A

disp:

mova,r2

anla,#0fh

movca,@a+d