1、序号（学号）：110310102吉林建筑大学城建学院51 单片机数字秒表设计报告姓 名 张肖肖系 别 电气信息工程系专 业 测控技术与仪器班 级 测控 11-12014 年 5 月 30 日目录摘要 .IABSTRACT.II第一章 引言 .11.1 秒表的概述 .11.2 本设计任务 .11.3 系统主要功能 .2第二章 硬件设计 .32.1 总体方案的设计 .32.2 单片机的选择 .42.3 各部分电路设计 .52.3.1 系统时钟电路的设计 .52.3.2 系统复位电路的设计 .62.3.3 按键与按钮电路设计 .72.4 显示电路的选择与设计 .72.4.1 数码管的内部结构 .82
2、.4.2 数码管的外部结构 .82.5 系统总体电路的设计 .9第三章 软件设计 .113.1 主程序设计 .113.2 中断程序设计 .12第四章 系统调试 .16第五章 总结 .17参考文献 .18摘要近年来随着科学技术的发展，单片机的应用正在不断发展。本文阐述了基于 51 单片机的数字秒表的设计。计时秒表是一种先进的电子计数器，较多的应用在教学器材、比赛计时等，而且采用数字显示，具有直观、读取方便、功能方便等诸多优点。本设计是由硬件电路和软件程序两部分组成，硬件电路由 AT89C51 单片机、按键控制电路、数码显示电路、晶振电路以及复位电路组成，它使用元件少，电路结构简单，功能强大；软件
3、采用 C 语言程序设计，使用 keil 编译源程序，产生的可执行性文件能够让单片机快速执行。该设计充分利用单片机内部资源，通过程序利用定时器中断服务程序对计时秒表开始、暂停、清零等操作进行处理，提高单片机的工作效率，使得系统能实现 099 秒的计时。关键字：51 单片机 ；秒表；定时器；中断服务程序ABSTRACTadvanced electronic counter, more application in teaching equipment, timing, etc., and adopts digital display, intuitive, easy to read, conven
4、ient features, and many other advantages. This design is consists of two parts, hardware circuit and software program, the hardware circuit is controlled by AT89C51, key circuit, digital display circuit, crystals circuit and reset circuit, it USES less component, the circuit structure is simple, pow
5、erful; Software using C language program design, use the keil compiler source code, can let the enforceability file microcontroller rapid execution. This design make full use of the single chip microcomputer internal resources, through the application using the timer interrupt service routine for ti
6、ming stopwatch start, pause, reset operations such as processing, improve the work efficiency of the single chip microcomputer system can realize the timing of 0 99 seconds.Key words: 51 single chip， microcomputer A stopwatch，The timer， Interrupt service routin第一章 引言20 世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几
7、乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。时间对于我们每个人来说都是很宝贵的，市场上出现的各式个样的钟表都很受消费者的欢迎和喜爱，钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，满足大家的需求，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、定时启闭电路、定时开关烘箱、通断动力设备，甚至各种定时电气的自动启用等等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。本秒表设计就是利用单片机体积小、成本低、抗干扰能力强、面向控制、可以实现分机各分布式控制等优点，采用目前
8、市场上性能价格比较高的 MCS-52单片机设计而成的最小系统。1.1 秒表的概述秒表是电器制造，电国，工业自动化控制、国防、实验室及科研单位理想的计时仪器，它广泛应用于各种继电器、电磁开关，控制器、廷时器、定时器等的时间测试。目前所使用的电秒表大多是指针式或集成电路型的，结构相对复杂、测试功能单一。但我们这次设计的秒表比较简单，所以使用很简单。1.2 本设计任务利用 AT89C51 单片机来制作一个手动计数器，在 AT89C51 单片机的 P3.5 管脚接一个轻触开关，作为手动计数的按钮，用单片机的 P0.0P0.7 接两个共阳数码管，作为 0099 计数的位显示。（1）按下开始键后，开始计时
9、。（2） 按下暂停键后，计时停止。（3） 按下清零键后，计时归零。1.3 系统主要功能99 秒计时器主要是用在精确计时方面。比如：学校里的校运会、答题倒计时等方面。它通过一个按键来控制它的开和停，它能及时有效的记录瞬间时间。而且它在我们生活中运用很广泛，希望我们做的这个计时器对以上方面有所帮助。它也许比较简单，而且有可能达不到很多人的要求，但我相信通过我们过一步的学习，我们一定会制造出更好的系统，为社会大众服务。第二章 硬件设计2.1 总体方案的设计数字秒表具有显示直观、读取方便、精度高等优点，在计时中广泛应用。本设计中用单片机和数码管组成数字秒表力求结构简单。设计中包括硬件电路的设计和系统程
10、序的设计。硬件电路主要有主控制器、控制按钮与显示电路组成。主控制器采用单片机 AT89S52，显示电路采用两位共阳极数码管显示计时时间。本设计利用 AT89S52 单片机的定时器，使其能精确计时。利用中断系统使其实现启动和暂停的功能，P0 口输出段码数据，P2.0P2.1 连上译码器作为位选，P3.2 和 P3.3 接口的两个按钮分别实现启动和暂停功能。设计的基本要求是正确性。硬件电路按下图 2-1 进行设计。AT89C52单片机控制开关两位数码管位控制图 2-1 硬件设计总框图计时器采用 T0 中断实现，定时溢出中断周期为 1ms，当溢出中断后向 CPU发出溢出中断请求，每发出 1000 次
11、中断请求就对 1s 位（即最后一位）加1，1s 位加到 10 就对 10s 位加 1，以此类推，直到 99s 为止。再看按键的处理。两个按键采用中断的方法，设置外部中断 0 和外部中断1 位脉冲边沿触发方式，这样一来每当按键按下时便会触发中断，从而实现启动和暂停。2.2 单片机的选择本设计在选取单片机时，充分借鉴了许多成型产品使用单片机的经验。并根据自己的实际情况，选用了 ATMEL 公司的 AT89S52。ATMEL 公司的 89 系列单片机以其卓越的性能、完善的兼容性、快捷便利的电擦写操作、低廉的价格完全替代了 87C51/62 和 8751/52，低电压、低功耗，有 DIP、PLCC、Q
12、FP 封装，是目前性能最好、价格最低、最受欢迎的单片机之一。AT89S52 为 40 脚双列直插封装的 8 位通用微处理器，采用工业标准的 C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的 8XC52 相同，其主要用于汇聚调整时的功能控制。功能包括对汇聚主 IC 内部寄存器、数据 RAM 及外部接口等功能部件的初始化，汇聚调整控制，汇聚测试图控制等。 AT89S52 单片机采用 40 脚的 DIP 封装，如下图 2-2 所示。图 2-2 80C51 引脚图（1）主电源引脚 Vss 和 VccVss 接地Vcc 正常操作时为+5V 接地，外接晶振引脚 XTAL1 和 XTAL2a、XTAL1 内部振荡
13、电路反相放大器的输出端，是外接晶体的一个引脚。当采用外部振荡时，此引脚接地。b、XTAL2 内部振荡电路反相放大器的输出端，是外接晶体的的另一端。当采用外部振荡时，此引脚接外部振荡源。（2）控制或与其他电源复用引脚a、RST/VPD 当振荡器运行是，在此引脚上出现两个机器周期的高电平（由低到高跳变） ，将使单片机复位在 Vcc 掉电期间，此引脚可接上备用电源，由VPD 向内部提供备用电源，以保持内部 RAM 中的数据。b、ALE/PROG 正常操作时为 ALE 功能（允许地址锁存）提供把地址的低字节锁存到外部存储器，ALE 引脚以不变的频率（振荡器频率的 1/6）周期性的发出正脉冲信号。因此，
14、它可以用作对外输出的时钟，或用于定时目的。c、PSEN 外部程序存储器读选通信号输出端，在从外部程序存储取指令（或数据）期间，PSEN 在每个机器周期内两次有效。d、EA/Vpp 内部程序存储器和外部程序存储器选择端。当 EA/Vpp 位高电平时，访问内部程序存储器，当 EA/Vpp 为低电平时，则访问外部程序存储器。对于 EPROM 编程期间，此引脚上加 21VEPROM 编程电源（Vpp） 。（3）输入/输出引脚 P0.0P0.7，P1.0P1.7，P2.0P2.7，P3.0P3.7。a、P0 口（P0.0P0.7）是一个 8 位漏极开路型双向 I/O 口，在访问外部存储器时，它是分时传送
15、的低字节地址和数据总线，P0 口能以吸收电流的方式驱动八个 LSTTL 负载。b、P1 口（P1.0P1.7）是一个带有内部上拉电阻的 8 位准双向 I/O 口。能驱动四个 LSTTL 负载。c、P2 口（P2.0P2.7）是一个带有内部上拉电阻的 8 位准双向 I/O 口，在访问外部存储器时，它输出高 8 位地址。P2 口可以驱动四个 LSTTL 负载。d、P3 口（P3.0P3.7）是一个带有内部上拉电阻的 8 位准双向 I/O 口。能驱动四个 LSTTL 负载。2.3 各部分电路设计2.3.1 系统时钟电路的设计80C52 单片机内有一个高增益反相放大器，其频率范围为1.2MHz12MH
16、z，XTAL1 和 XTAL2 分别为放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式或外部方式产生。80C52 内部方式时钟电路如图 2-3（a）所示。在 XTAL1 和 XTAL2 引脚上外接定时元件，就能构成自激振荡电路。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振电路。电容器 C1 和 C2 主要起频率微调作用，电容值可选取为 30pF左右（外接晶体时）或 40pF 左右（外接陶瓷谐振器时） 。80C52 外部方式时钟电路如图 2-3（b）所示。XTAL1 接外部振荡器，XTAL2悬空。对外部振荡信号无特殊要求，只要保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz 的方波信号。图 2-3 80C51 单片机的时钟电路2.3.2 系统复位电路的设计电路中 C3、R15 组成复位电路，该电路采用的是上电复位，即整个系统从新开始工作。复位电路有很多种，分别可由不同的元件组成，可靠性也各有不同，本设计采用简单的上电复位。如图 2-4 所示。图 2-4 复位电路
