单片机多功能秒表课程设计报告.doc

1、 单 片 机 课 程 设 计课 程 设 计 任 务 书20 17 20 18 学年 第 一 学期 第 17 周 18 周 注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。2、课程设计结束后与“课程设计小结” 、 “学生成绩单”一并交院教务存档。题目 基于 51 单片机控制的多功能秒表系统内容及要求1.设计制作一个秒表系统，可用多位数码管显示时间。2.可用开关控制并用多位数码管显示当前时间。3.可以进行计时并能清零重新计时。进度安排1.布置任务、方案论证 1 天 2.硬件制作、程序编写、仿真调试 3 天 3.检查、整理、写设计报告、小结 2 天4.答辩 1 天学生姓名

2、： 许乐 郭利铂指导时间： 12 月 23 日 12 月 29 日 指导地点： F 楼 403 室任务下达 2017 年 12 月 23 日 任务完成 2017 年 12 月 29 日考核方式 1.评阅 2.答辩 3.实际操作 4.其它指导教师 蒋沅 系（部）主任 王长坤2摘 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 向 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

3、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 的 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 显 示

4、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 显 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 八 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

5、， 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 ： 许 乐 ， 郭 利 铂小 组 分 工 ：小 组 成 员 ： 讨 论 并 确 定 秒 表 要 实 现 哪 些 功 能许 乐 ： 硬 件 电 路 的 设 计 仿 真 ， 查 阅 资 料郭 利 铂 ： 编 写 程 序 ， 撰 写 实 验 报 告

6、3目 录 1.概 述 41.1 设 计 目 的 41.2 设 计 要 求 41.3 设 计 意 义 42 系 统 总 体 方 案 及 硬 件 设 计 .42.1 系 统 总 体 方 案 .42.2 硬 件 设 计 52.2.189C51 单 片 机 .52.2.2 晶 体 振 荡 电 路 .62.2.3 复 位 电 路 .72.2.5 显 示 电 路 82.2.6 系 统 电 路 图 .93.软 件 设 计 .93.1 设 计 特 点 93.2 设 计 思 路 .103.2.1 程 序 流 程 图 .103.2.2 程 序 104.PROTEUS 软 件 仿 真 134.1 仿 真 134.2

7、 仿 真 结 果 描 述 .144.3 结 论 及 进 一 步 设 想 .155.元 器 件 清 单 166.课 程 设 计 体 会 .167.参 考 文 献 .1841.概 述 1.1 设 计 目 的 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 示 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

8、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 00:0059.99（ 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 个 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 部 结 构 和 工 作 原理 ， 了 解 单 片 机 应

9、 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 机 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

10、 能 ,并 能 同 时 记 录 多 个 相 对 独 立 的 时 间 利 用 翻 页 按钮 查 看 多 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 。52 系 统 总 体 方 案 及 硬 件 设 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 一 些 按 键 电路 等 来 设 计 计 时

11、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 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 。 单片机 外 围 电 路电 路 电 源电 路 电 路 显 示 电 路 键 盘 电 路 图 1 系 统 电 路 原 理2.2 硬 件 设 计2.2.189C51 单

12、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） CPU： 89C51 的 CPU 是 8 位 的 ， 另 外 89C51 内 部 有 1 个 位 处 理 器（ 2） R0M:4KB 的 片 内 程 序 存 储 器 ， 存 放 开 发 调 试 完 成 的 应 用 程 序（ 3） RAM:256B 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

13、 口 线（ 5） 中 断 系 统 ： 共 5 个 中 断 源 ， 3 个 内 部 中 断 ， 2 个 外 部 中 断6（ 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 :89C51 单片机引脚图2.

14、2.2 晶 体 振 荡 电 路789C51 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 稳定 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3

15、3PF。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 持续一段时间的高电平，从而实现上电加按键复位的操作。2.2.4 按键电路8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，且系统是一个小系统，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，

16、P1.3 下翻，P1.4 清零。对于按键的设计，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。当按键被按下时，相应的引脚被拉低，经扫描后，获得键值，并执行键功能程序，因此按下不同的按键，将执行不同的功能程序。92.2.5 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。我们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；动态显示所使用的端口比较少，可以节省单片机的I

17、/O 口。在设计中，我们采用 LED 动态显示，用 P0 口驱动显示。由于 P0 口的输出级是开漏电路，用它驱动时需要外接上拉电阻才能输出高电平。102.2.6 系 统 电 路 图3.软 件 设 计3.1 设 计 特 点在软件设计中，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划分为若干个简单的、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，使程序的结构层次一目了然。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：计数、延时、和显示等，在具体需要时调用相应的模块即可

18、。11开始初始化P1.0=0?P1.1=0?P1.2=0?P1.3=0?P1.4=0?停止下翻上翻够8个 ？N暂停记录NNNNN清零开 始 初 始 化化P1.0=0?P1.1=0?P1.2=0?P1.3=0?P1.4=0?停 止下 翻上 翻够 8 个个 ？N记 录NNNNNY清 零功能描述：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3.2.1 程 序 流 程 图123.2.2 程 序程序如下：/*1、

19、程 序 目 的 ： 使 用 定 时 器 学 习 秒 表 计 时 ， 记 录 8 组 数 据 ， 通 过 上 翻 、 下 翻 键 查 看 记录 的 数 据2、 硬 件 要 求 ： 数 码 管 、 晶 振 12M*/#include code unsigned char tab=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; /共 阴数 码 管 0-9 code unsigned char tab1=0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef ;/共阴 数 码 管 0-9带 小 数 点sb

20、it key1 = P10; /开 始 、 暂 停sbit key2 = P11; /记 数sbit key3 = P12; /上 翻sbit key4 = P13; /下 翻sbit key5 = P14; /清 零static unsigned char ms,sec;static unsigned char Sec8,Ms8;static int i ,j;void delay(unsigned int cnt) /延 时 程 序while(-cnt);void main()unsigned char key3_flag=0,key4_flag=0;TMOD |=0x01;/定 时 器

21、0 10ms in 12M crystal 用 于 计 时TH0=0xd8;TL0=0xf0;ET0=1;TR0=1;TMOD |=0x10; /定 时 器 1用 于 动 态 扫 描TH1=0xF8;TL1=0xf0;ET1=1;TR1=1;EA =1;sec=0; /初 始 化ms=0;P1=0xff;i=0;13j=0;while(1) if(i=8) i=0;start: /开 始 、 暂 停if(!key1) /判 断 是 否 按 下delay(50); /去 抖if(!key1)while(!key1) /等 待 按 键 释 放;TR0=!TR0; /记 录if(!key2) /判

22、断 是 否 按 下delay(50); /去 抖if(!key2)while(!key2) /等 待 按 键 释 放;if(i=8) /8组 数 据 记 录 完 毕TR0=0; goto start;Seci= sec; /将 数 据 存 入 数 组Msi= ms;i+;/上 翻if(!key3)delay(50);if(!key3) while(!key3);TR0=0;key3_flag=1; /按 键 3标 志if(j=i)goto start;elseif(key4_flag)j+=2;key4_flag=0;14sec=Secj;ms=Msj;j+; /下 翻if(!key4)del

23、ay(50);if(!key4)while(!key4);TR0=0;key4_flag=1; /按 键 4标 志if(j=100)ms=0;/等 于 100时 归 零sec+;/秒 加 1if(sec=60)sec=0;/秒 等 于 60时 归 零4.PROTEUS 软 件 仿 真4.1 仿 真将以上程序清单导入先前做好的 Proteus 仿真电路，汇编之后，开始进行仿16真。仿真结果如下：显示清零功能：按下开始键后显示按下清零键后显示4.2 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，17秒表记录时间，共可记录八个数值；按上翻下翻键，可查看这

24、八个不同的计时值。4.3 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，还可以进行多项的扩展，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的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.元器件清单元件名称 型号 数量/个单片机 AT89C52 1晶振 12MHZ 1电容 22pF 2电解电容 10uF 1电源 5V 1数码管 HS-3461AS 1电阻 1K

25、/10K 5/8按键开关 66.课 程 设 计 体 会通过本次课程设计，我们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，实际动手操作能力的不足等。 这次的单片机课程设计是理18论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计出方案并完成设计。本次课程设计我主要负责硬件电路的焊接，写程序和查阅相关资料。单片机课程早已结束，相关的知识已经很模糊，导致我们在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践操作。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

26、表的设计，慢慢地我们开始了解其中原理，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。这次的课程设计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、每一个细节都经过我们自己的思考，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对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，我们不断地探索，设计出了不一样的硬件电路图，写过了不一样的程序，正如设计中如何能使

27、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工作原理，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在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。197.参考文献1万福君. 单片微机原理系统设计与应用. 合肥:中国科技大学出版社,2005 2杨光友. 单片微型计算机原理与接口技术. 北京:水利水电出版社,20023胡耀辉. 单片机系统开发实例经典. 北京:冶金工业出版社,20064刘守义、杨宏丽. 单片机应用技术. 西安：西安电子科技大学出版社，20035姜武中、姜春霞. 片机原理与接口技术. 大连：大连理工大学出版社，20026李朝青. 单片机原理及其接口技术. 北京:北京航空大学出版社，19987肖玲妮. Protel99SE 印刷电路板设计教程. 北京:清华大学出版社，2003 20