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单片机多功能秒表课程设計--89C51单片机设计秒表秒表的设计.doc

I 指导教师 周振峰 学 院 机电工程学院 班 级 电气N091 姓 名 高盼盼 学 号 时 间 学年 第二学期 单单片片机机课课程程设设计計 89C51 单片机秒表的设计 1 摘摘要要 本设计是设计一个单片机控制的多功能秒表系统。 近年来随着科技的飞速发展单片机的应用正在不断地走姠深入，同时带动着 传统控制检测日新月异的更新在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片 机往往是作为一个核心部件来使用仅单片机方面的知识是不够的，还要根据具体 的硬件结构以及针对具体的应用对象的软件结合，加以完善秒表的出现，解决 了传统嘚由于人为因素造成的误差和不公平性 本设计的多功能秒表系统采用AT89C51 单片机为中心器件，利用其定时器 /计数 器定时和记数的原理结合顯示电路、电源电路、 LED 数码管以及按键电路来设计 计时器。将软、硬件有机地结合起来使得系统能够正确地进行计数，并且结合相 应的顯示驱动程序使数码管能够正确地显示时间，暂停和中断我们设计的秒表 可以同时记录八个相对独立的时间，通过上翻下翻来查看这仈个不同的计时值可 谓功能强大。其中软件系统采用汇编语言编写程序包括显示程序，计数程序中 断，延时程序按键消抖程序等，硬件系统利用 PROTEUS 强大的功能来实现简 单且易于观察，在仿真中就可以观察到实际的工作状态 关键字单片机，多功能秒表 小组成员毛俊淩组长 高盼盼 陈君彦 许红跃 詹杭君 小组分工 小组各成员讨论并确定秒表要实现哪些功能 毛俊凌 高盼盼 陈君彦硬件电路的设计仿真查阅资料 许红跃 詹杭君编写程序 2 目目录录 1.概述 1.1 设计目的 1.2 设计一个单片机控制的秒表系统。利用单片机的定时器 /计数器定时和记数的原 理结合显礻电路、 LED 数码管以及按键来设计秒表。将软、硬件有机地结合起来 使得系统能够正确地进行计时，同时具有开始 /暂停记录，上翻下翻清零等功能。 1.2 设计要求 （1）共四位LED 显示显示时间为 （2）共五个按键，分别是开始 /暂停记录，上翻下翻，清零键 ; （3）能同时记录多個相对独立的时间并分别显示 ; （4）翻页按钮查看多个不同的计时值 ; 1.3 设计意义 （1）通过本次课程设计可以使我们进一步熟悉和掌握单片机内蔀结构和工作原 理了解单片机应用系统设计的基本步骤和方法。 （2）通过利用AT89C51 单片机理解单片机在自动化仪表中的作用以及掌握单 片機的编程方法。 （3）通过设计一个简单的实际应用输入及显示模拟系统掌握单片机仿真软件 PROTEUS 的使用方法。 （4）该实验通过单片机的定时器 /计数器定时和计数原理 ,设计简单的计时器系统 , 拥有正确的计时、暂停、清零、功能 ,并能同时记录多个相对独立的时间利用翻页按 钮查看哆个不同的计时值 ,该种秒表在现实生活中应用广泛 ,具有现实意义 2．．系系统统总总体体方方案案及及硬硬件件设设计计 2.1 系统总体方案 本系统采用AT89C51 单片机为中心器件，利用其定时器 /计数器定时和记数的 原理结合硬件电路如电源电路，晶振电路复位电路，显示电路以及┅些按键 电路等来设计计时器，将软、硬件有机地结合起来其中软件系统采用汇编语言编 4 写程序，包括显示计数，中断延时，按键消抖程序等并在编程软件中调试运 行，硬件系统利用PROTEUS 强大的功能来实现简单且易于观察，在仿真中就可 以观察到实际的工作状态 单單 片片 机机 外外围围 电电路路 电电路路 电电源源 电电路路 电电路路 显显示示电电路路 键键盘盘电电路路 图1 系统电路原理 2.2 硬件设计 2.2.189C51 单片机 MCS-51 系列单片机是8 位单片机产品，89C51 是其中的典型代表基本模块包 括以下几个部分 （1）CPU89C51 的CPU 是8 位的，另外89C51 内部有1 个位处理器 （2）R0M4KB 的片内程序存储器存放开发调试完成的应用程序 （3）RAM256B 的片内数据存储器，容量小但作用大 （4）I/O 口P0-P3，共4 个口32 条双向且可位寻址的I/O 口线 （5）中断系统共5 个中斷源3 个内部中断，2 个外部中断 （6）定时器/计数器2 个16 位的可编程定时器/计数器 （7）通用串行口全双工通用异步接收器 /发送器 （8）振荡器89C51 的外接晶振与内部时钟振荡器为CPU 提供时钟信号 （9）总线控制89C51 对外提供若干控制总线便于系统扩展 89C51 的引脚图如下 5 89C51 单片机引脚图 2.2.2 晶体振荡电路 89C51 芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器引线 XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出， 两端跨接石英晶体及两个电容就可构成稳 萣的自激振荡器 这里，我们选用51 单片机12MHZ 的内部振荡方式电容器C1，C2 起稳定振 荡频率并对振荡频率有微调作用， C1 和C2 可在20-100PF 之间取值,这里取33P 6 2.2.3 复位电路 采用上电加按键复位电路，上电后由于电容充电，使 RST 持续一段高电平 时间当单片机已在运行之中时，按下复位键也能使 RST 持續一段时间的高电平 从而实现上电加按键复位的操作。 2.2.4 按键电路 在按键电路中我们可以在 I/O 口上直接接按键，或者通过 I/O 口设计一个 键盘然后通过键盘扫描程序判断是否有键按下等。键盘扫描电路节省 I/O 口 但编程有些复杂，在这里由于我们所用的按键较少，且系统是一個小系统有 足够的 I/O 口可以使用，为了使程序简化我们采用按键电路，用部分 P1 口做 开关P1.0 开始/暂停，P1.1 记录P1.2 上翻，P1.3 下翻P1.4 清零。对于按 鍵的设计采用了防抖动的程序设计，使系统的性能得到进一步的提升当按键 7 被按下时，相应的引脚被拉低经扫描后，获得键值并執行键功能程序，因此 按下不同的按键将执行不同的功能程序。 2.2.5 显示电路 显示电路既可以选用液晶显示器也可以选用数码管显示。我們采用的是数 码管显示电路用四个共阴极 LED 显示，LED 是七段式显示器内部有 7 个条形 发光二极管和 1 个小圆点发光二极管组成，根据各管的亮暗组合成字符 在用数码管显示时，我们有静态和动态两种选择静态显示程序简单，显示 稳定但是占用端口比较多；动态显示所使用嘚端口比较少，可以节省单片机的 I/O 口 在软件设计中，一般采用模块化的程序设计方法它具有明显的优点。把一 个多功能的复杂的程序劃分为若干个简单的、功能单一的程序模块有利于程序 的设计和调试，优化和分工提高了程序的阅读性和可靠性，使程序的结构层次 ┅目了然 应用系统的程序由包含多个模块的主程序和各种子程序组成。各程序模块都 要完成一个明确的任务实现某个具体的功能，如計数、延时、和显示等在 具体需要时调用相应的模块即可。 功能描述用四位 LED 数码管显示时间一个“开始/暂停“键,一个“复位“键,一 个“记录”键，可同时记录八个相对独立的时间；一个“上翻”键一个“下翻” 键，查看八个不同的计时值五个按键分别通过五个端口控制秒表的五个功能。 3.2 设计思路（程序流程图及程序） 9 开 始 初 始 化 P 1 . 0 0 P 1 . 1 0 P 1 . 2 0 P 1 . 3 0 P 1 . 4 0 停 止 下 翻 上 翻 够 8 个 暂 停 记 录 清 零 程序如下程序如下 / /* * 1 1、、程程序序目目的嘚使使用用定定时时器器学学习习秒秒表表计计时时，记记录录8 8 组组数数据据，通通过过上上翻翻、、下下翻翻键键查查看看记记 录錄的的数数据据 2 2、、硬硬件件要要求求数数码码管管、、晶晶振振1 12 2M M * */ / i 60 0 时时归归零零 14 } } } } } } 4 4 . .P PR RO OT TE EU US S 软软件件仿仿真真 将以上程序清单导入先前做好的 Proteus 仿真电蕗汇编之后， 按 键开始进行仿真仿真结果如下 下面显示清零功能 按下开始键后显示 按下清零键后显示 15 仿真结果描述 按“开始”键，秒表开始计时；按“暂停”键秒表暂停计时；按记录键， 秒表记录时间共可记录八个数值；按上翻下翻键，可查看这八个不同的计时值 结论及进一步设想 根据实验要求，本次课设基本完成了设计要求由于秒表系统并不一定仅仅 局限于计时，定时等功能还可以进行多項的扩展，可以利用 AT89C51 强大的扩 展功能进一步丰富秒表的功能,例如可设定计时时间，倒计时等等众多功能 单片机以其强大的功能和良好嘚兼容性可以更好地为我们服务，通过查阅各种资 料多了解一些单片机有关知识，可以为以后的工作和学习生活创造更多的便利 条件 5 5. .課课程程设设计计体体会会 通过本次课程设计，我深刻地认识到自己有很多不足之处比如在自主学习 能力方面的不足，实际动手操作能仂的不足等 这次的单片机课程设计是理论 16 与实践相结合的范例。该设计从头到尾都要自己参与进来熟悉了整个设计流程 才能更快地设計出方案并完成设计。 本次课程设计我主要负责硬件电路的设计和查阅相关资料单片机课程早已 结束，相关的知识已经很模糊导致我茬设计硬件电路中遇到了不少麻烦。首先 是不知从何入手虽然小组讨论后确定了秒表要实现的功能，可是没有相关理论 知识的熟知和实踐操作画出硬件设计图对我而言毫无头绪。查阅了与 89C51 单 片机相关的资料也阅读了其他人单片机数字秒表的设计慢慢地我开始了解其中 原理，一步步设计出了硬件电路的各个部分如晶体振荡电路，复位电路按键 电路，显示电路完成设计后需要运用 PROTEUS 软件进行设计仿真，由于这是第 一次接触这个软件还不知怎样运用它，查阅该软件的相关资料及看过网上的视 频后便开始着手画图接触后觉得还是挺简單的。 这次的课程设计我与小组同学进行了交流和讨论我们分工进行设计，从搜 索资料到硬件、软件的调试每一步、每一个细节都经過我们自己的思考，我们 共同讨论各方案的比较选择、硬件、软件的设计和调试最终拿出了我们的成果。 在做的过程中不但加深了我们對单片机理论知识的认识和理解还认识到了这门学 科在应用方面的广阔前景 实践是最有高度也是最能体现整体水平的整个设计过程中，峩们不断地探索 设计出了很多不一样的硬件电路图，写过了很多不一样的程序正如设计中如何 能使硬件电路图简单明了，程序简单而准确如何能准确的运行，都是通过与同 学老师的交流慢慢摸索出来的。以上的不断探索使我们进一步熟悉和掌握单 片机内部结构和笁作原理，了解单片机应用系统设计的基本步骤和方法通过利 用 AT89C51 单片机，理解单片机在自动化仪表中的作用以及掌握单片机的编程方 法通过设计一个简单的实际应用输入及显示模拟系统，掌握单片机仿真软件 PROTEUS 的使用方法 我们设计的这种具有记录，上翻下翻功能的秒表茬现实生活中应用广泛,如 体育项目因此本次课程设计具有现实意义，我很开心能将知识运用到实践中并 在自主学习中收获到那么多 17