1、单 片 机 原 理 与 应 用 课 程 设 计 说 明 书题 目： 秒表计时器 系 部： 信息与控制工程学院 专 业： 自动化 班 级： 学生姓名: 学 号: 指导教师: 2011 年 12 月 8 日单片机/ 微机接口课程设计说明书目 录1 设计任务与要求12 设计方案23 硬件电路设计74 软件设计85 结论12参考文献14单片机/ 微机接口课程设计说明书01 设计任务与要求11 课程设计的目的1.1.1 根据单片机课程所学内容，结合其他相关课程知识，设计电子秒表，以加深对单片机知识的理解，锻炼实践动手能力，为以后的毕业设计和工作打下坚实基础；1.1.2 熟悉汇编语言或 C 语言的程序设计
2、方法，熟悉 51 系列单片机的使用；1.1.3 掌握单片机的内部功能模块的应用，如定时器/计数器、中断、I/O 口、串行口通讯等功能；1.1.4 掌握单片机应用系统的软硬件设计过程、方法及实现。12 课程设计的任务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计时器。基本要求：用 AT89C51 设计一个 2 位 LED 数码显示“秒表” ， 显示时间为0099 秒，每秒自动加一。当按“开始”按键，开始计数，数码管显示从 00 开始每秒自动加一；按“暂停”按键，系统暂停计数，数码管显示当时的计数；按“复位”按键，系统清零
3、，数码管显示 00。13 课程设计的要求1.1.1 利用单片机内部定时器设计一个秒表, 要求能实现秒表的启动、停止和复位。1.1.2 焊接电路，编制程序，实现秒表计时器的基本功能，并完成课程设计说明书。1.1.3 课程设计期间遵守纪律，注意安全，爱护设备，合理分工，加强合作。单片机/ 微机接口课程设计说明书12 设计方案21 设计方案介绍及工作原理说明该实验要求进行计时并在数码管上显示时间，则可利用 pretues 仿真软件设计电路并仿真 STC89C51。使用 STC89C51 单片机作为核心控制部件，采用 12M 晶体振荡器及微小电容构成振荡电路；用两个四位一体共阳极或共阴极数码显示管作为
4、显示部分，构成数字式秒表的主体结构，配合独立式键盘和复位电路完成此秒表的计时、清零、停止各项功能。对于时钟，它有两方面的含义：一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间，是用软件实现，即用单片机内部的可编程定时/计数器来实现，但误差很大。LED 数码显示器有如下两种连接方法：共阳极接法：把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极，使用时公共阳极接+5V，每个发光二极管的阴极通过电阻与输入端相连。共阴极接法：把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极，使用时公共阴极接地。每个发光二极管的阳极通过电阻
5、与输入端相连。键盘部分方案：键盘控制采用独立式按键，每个按键的一端均接地，另一端直接和 P1 口相连，在按键和 P1 口之间通过 10K 电阻与+5V 电源相连。键盘通过检测输入线的电平状态就可以很容易地判断哪个键被按下了，这种方法操作速度高而且软件结构很简单，比较适合按键较少或操作速度较高的场合，这种独立式接口的应用很普遍。显示部分方案：显示部分采用动态显示。数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的 8 个显示笔划“a,b,c,d,e,f,g,dp“的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极 COM 增加位选通控制电路，位选通由各自独立的 I/O
6、线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通 COM 端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM 端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。动态显示是利用人眼视觉暂留特性来实现显示的。事实上，显示器上任何时刻只有一个数码管有显示。由于各数码管轮流显示的时间间隔短、节奏快，人的眼睛反应不过来，因此看到的是连续显示的现象。为防止闪烁延时的时间在 1ms 左右，不能太长，也不能太短。单片机/ 微机接口课程设计说明书2通过编写程序
7、使用单片机的定时计数器，以及软件延时，中断资源来实现秒计时和相关控制。22 数字式秒表硬件系统各模块功能简要介绍2.2.1 七段数码管简介 七 段 数 码 管 与 段 位 控 制 代 码3FH071HF 79HE 5EHd39HC 7CHb 7HA6FH9 7FH8 07H77DH6 6DH5 6H44FH3 5BH2 06H1a bcdef g显示控制过程：如第一个数码管显示数字1，数字1对应的 16 进制显示码为 0xf9。1、 首先将显示码送到单片机的 PA 口: PORTA=0XF9;2、然后使能第一个数码管的位码：单片机的 PC0 口置 1-PORTC|=(1PC0);3、延时 执行
8、上述过程将在第一个数码管上显示数字1。重复上述过程，就可以依次点亮每一个数码管轮流点亮每个数码管的时间是及其短暂的，只有几毫秒。如果出现闪烁现象，说明上面第三步的延时时间过长。改变延时时间，加快扫描的频率。2.2.2 STC89C51 简介STC89C51 是一种低功耗、高性能的片内含有 4KB 快闪可编程/擦除只读存储器（FPEROM-Flash Programmable and Eraseable Read Only Memory）的 8 位 CMOS 微控制器，使用高密度、非易失存储技术制造，并且与 80C51 引脚和指令系统完全兼单片机/ 微机接口课程设计说明书3容。主要性能： 与 M
9、CS-51 微控制器产品系列兼容。 片内有 4KB 可在线重复编程的快闪擦写存储器 存储数据保存时间为 10 年 宽工作电压范围：Vcc 可为 2.7V 到 6V 全静态工作：可从 0Hz 至 16MHz 程序存储器具有 3 级加密保护 128*8 位内部 RAM 32 条可编程 I/O 线 两个 16 位定时器/计数器 中断结构具有 5 个中断源和 2 个优先级 可编程全双工串行通道 空闲状态维持低功耗和掉电状态保存存储内容2.2.3 74LS164 简介74LS164 为 8 位移位寄存器,其主要电特性的典型值如下：54/74164 185mW 54/74LS164 80mW当清除端（CL
10、EAR）为低电平时，输出端（ QAQH）均为低电平。 串行数据输入端（A，B）可控制数据。当 A、B 任意一个为 低电平，则禁止新数据输入，在时钟端（CLOCK）脉冲上升沿作用下 Q0 为低电平。当 A、 B 有一个为高电平，则另一个就允许输入数据，并在 CLOCK 上升沿作用下决定 Q0 的状态。 引脚功能：CLOCK ：时钟输入端CLEAR： 同步清除输入端（低电平有效） A，B ：串行数据输入端QAQH： 输出端单片机/ 微机接口课程设计说明书42.2.3 MAX232 简介MAX232芯片是专门为电脑的 RS-232标准串口设计的接口电路, 使用+5v 单电源供电。内部结构基本可分三个
11、部分：第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v 两个电源，提供给 RS-232串口电平的需要。第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚（R1IN） 、12脚（R1OUT） 、11脚（T1IN） 、14脚（T1OUT）为第一数据通道。8脚（R2IN） 、9脚（R2OUT） 、10脚（T2IN） 、7脚（T2OUT）为第二数据通道。TTL/CMOS 数据从 T1IN、T2IN 输入转换成 RS-232数据从 T1OUT、T2OUT 送到电脑 DP9插头；DP9插头的 RS-232数据从 R1
12、IN、R2IN 输入转换成 TTL/CMOS 数据后从R1OUT、R2OUT 输出。第三部分是供电。15脚 DNG、16脚 VCC（+5v） 。单片机/ 微机接口课程设计说明书52.2.4 MAX813L 引脚及功能 引脚功能及工作原理(1)手动复位输入端（ ）当该端输入低电平保持 140 ms 以上，MAX813L 就输出复位信号.该输入端的最小输入脉宽要求可以有效地消除开关的抖动。 与 TTL/CMOS 兼容。(2)工作电源端（VCC）：接+5V 电源。(3)电源接地端（GND）：接 0 V 参考电平。(4)电源故障输入端（PFI）当该端输入电压低于 125 V 时，5 号引脚输出端的信号
13、由高电平变为低电平。(5)电源故障输出端（ )电源正常时，保持高电平，电源电压变低或掉电时，输出由高电平变为低电平。(6)看门狗信号输入端（WDI）程序正常运行时，必须在小于 16 s 的时间间隔内向该输入端发送一个脉冲信号，以清除芯片内部的看门狗定时器。若超过 16 s 该输入端收不到脉冲信号，则内部定时器溢出，8 号引脚由高电平变为低电平。(7)复位信号输出端（RST）上电时，自动产生 200 ms 的复位脉冲；手动复位端输入低电平时，该端也产生复位信号输出。(8)看门狗信号输出端（ ）正常工作时输出保持高电平，看门狗输出时，该端输出信号由高电平变为低电平。3 硬件电路设计单片机/ 微机接
14、口课程设计说明书6123456ABCD654321D C B ATitleNumberRevisionSize BDate:28-Nov-2011Shet of File:C:Documentsand SettingsAdministrator一一一一一.DDBDrawnBy:SB6SB1SB2SB3SB4SB5LED1LED5LED3KA1KA2一一一A0A1A2GNDVCWPSCLSDA1 2348765AT24C02GNDDQVDD123DS18B20VCC2VCC1GNDX1 X2SCLKI/ORST1 2 3 45678DS1302一一一一1 202140STC89C51RDDIP4
15、0R1 222R3 222R5 222+5VP2.1P2.2P2.3901590159015+5VR7 331R8 331R9 331R10 331R11 331R12 331R13 331R14 331 ABQAQBQCQDGNDCLOCKCLEARQEQFQGQHVCC1234567 89101112131474LS16474LS164ABP2.4R16 302R17 302R18 302P0.0P0.1P0.2R19 103R20 103R21 103R22 103R23 103R24 103+5VP1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 GND+5vP3.6 P3.7
16、GNDR25 103R26 103GND+5vR27 512P0.6+5VR28 222R29 222LED7LED8D2D1R349015R359015GNDR36 202R37 202P1.6 P1.7R39 2029015+5V GNDIN4148P2.03.6V/60mA 一一 32.768MHZ11.059210UF/25V+5VR46512R47512R48512P0.5 P0.4 P0.3DI SCKCSDOAGNDREFOUTVCC1 2 3 45678TLC5615472 472+5V OUTP3.2 P3.31 2 3 45678CS CH0 CH1 GNDDID0CLKV
17、CCADC083210K+5VGND P3.5 P3.4103103103GND103X31234567891011213141516C1+V+C1- C2+C2- V- T2OUTR2INR2OUTT2INT1INR1OUTR1INT1OUTGNDVCCMAX232104 104104 104TXDRXD+5V GND1 2 3 4 56 7 8 9 DB9一一一一一一一一一GND104 一P3.0一P3.1一一一一一12345678MRVCGNDPF1PFOWD1RESETWDOMAX813RST+5V GND10432966一一一一一 一 一一一一一一一一一一一一P2.5一一3一一一一一
18、一一一一一一一一P2.6 P2.7P0.7BFCG DPDEA4 软件设计单片机/ 微机接口课程设计说明书741 数字秒表工作流程图开始系统初始化数码管显示按键判断定时启动位取反按键 2关闭定时器时间清零按键 1NYYN电子时钟工作整体流程图单片机/ 微机接口课程设计说明书8开始T0 初始化程序处理退出中断定时中断42 STC51 单片机实现数字秒表工作源程序CLK EQU P2.5 SIN EQU P2.4S1 EQU P0.0S2 EQU P0.1S3 EQU P0.2S4 EQU P2.6S5 EQU P2.7S6 EQU P0.7SB EQU P1.0CLR_S EQU P1.1TIM
19、ER_ON EQU 20HORG 0000HSJMP STARTORG 000BHLCALL T0_SRETIORG 0030H单片机/ 微机接口课程设计说明书9START: /0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,/段码MOV 60H,#0E7HMOV 61H,#05HMOV 62H,#0E9HMOV 63H,#0ADHMOV 64H,#00FHMOV 65H,#0AEHMOV 66H,#0EEHMOV 67H,#85HMOV 68H,#0EFHMOV 69H,#0BFH MOV 6AH,#08H/6 暂存MOV 70H,#0AH
20、MOV 71H,#0AHMOV 72H,#00HMOV 73H,#00HMOV 74H,#0AHMOV 75H,#0AHCLR S1CLR S2CLR S3CLR S4CLR S5CLR S6MOV 30H,#12HCLR TIMER_ONMOV TMOD,#01HMOV TH1,#00HMOV TL1,#00HSETB ET0SETB EACLR TR0MAIN:JB CLR_S,NOT_CLR /是否按下清零键MOV 73H,#00HMOV 72H,#00HCLR TIMER_ONCLR TR0NOT_CLR:JB SB,SKIP /开始与停止,是否按下 SB,是向下执行，否跳到 skip
21、JB TIMER_ON,OFF /是否开启，为 0 位没有开启，向下执行开启。否则关单片机/ 微机接口课程设计说明书10闭SETB TIMER_ONSETB TR0SJMP SKIPOFF: CLR TIMER_ONCLR TR0SKIP:MOV R1,#70HCLR S1;LCALL DIS_NINC R1SETB S1;CLR S2;LCALL DIS_NINC R1SETB S2;CLR S3;LCALL DIS_NINC R1SETB S3;CLR S4;LCALL DIS_NINC R1SETB S4;CLR S5;LCALL DIS_NINC R1SETB S5;CLR S6;LC
22、ALL DIS_NINC R1SETB S6;SJMP MAINDIS_N:MOV A,#0FFH /clearLCALL PRINT_BYTEMOV A,R1 /获取暂存器内数值ADD A,#60H/获取码值地址MOV R0,AMOV A,R0 /获取码值CPL A /根据数码管 共阴共阳情况 是否取反LCALL PRINT_BYTE /send dataLCALL DELAYRET单片机/ 微机接口课程设计说明书11/向一位寄存器写于一字节PRINT_BYTE:MOV R0,#08H /8 个字节RLA: RLC A /右移 1 位CLR CLKMOV SIN,CSETB CLKDJNZ
23、R0,RLARETDELAY: MOV R0,#0FFHDE1: DJNZ R0,DE1RETT0_S: /T0 中断程序MOV TH1,#00HMOV TL1,#00HDJNZ 30H,OUT_T0 /定时器是否跑完设定变数 ，是就向下执行，没有只是各位家 1MOV 30H,#12H /初始化遍数MOV A,73HCJNE A,#09H,INC_G /各位是否为九MOV 73H,#00H /清零个位INC 72H /十位加 1SJMP OUT_T0INC_G:INC 73HOUT_T0:RETEND5 结论本文主要从硬件方面说明设计的总体思路和设计的实现过程，预期的设计目的是：能够实现秒表的
24、基本功能，正常显示.在设计过程中，曾经遇到很多的障碍，设计图经过许多次的修改最后才定下来，但在调试的过程中又出现了问题；并不没有想象中的那么容易；再焊接过程中稍不注意就会出现管脚的错位，有些在硬件测试过程中才检查出来。在设计中有好多问题都是因为理论知识不扎实，在有些管脚的置零置一上,概念的模糊,这使作者明白要把所学到的理论转化为实践需要一段努力学习的过程；在做一个设计的过程中，一定要注意理论和实践同步进行，光有理论知识还是远远不够的，要用时间去检验理论，用理论指导实践。刚开始接到课程设计任务，认为挺简单的，然而真正开始动手制作时才知道并单片机/ 微机接口课程设计说明书12不是那么简单，从初期的
25、资料收集以及原理图的绘制都受到了老师以及同学的帮助，在遇到困难时请教老师和同学都能得到耐心的解答,帮助我们少走弯路。感谢我的老师，以及我的同学，在整个硬件电路的设计与制作过程中，他们都给了我很大的支持，是我从此次课程设计过程中获益匪浅，本人对设计过程中给予了通力合作，以及精神的支持，的老师和同学深表感谢。如果没有他们我想我的设计不会这样顺利的完成。由于本人水平有限，在技术指标和论文写作中可能存在一些缺陷，恳请各位老师和同学们批评指教。单片机/ 微机接口课程设计说明书13参考文献1 吴金戎，沈庆阳，郭庭吉. 8051 单片机实践与应用M. 北京：清华大学出版社，2002 2 楼然苗，李光飞 .
26、51 系列单片机设计实例M. 北京：航空航天大学出版社，2003 4 李鸿. 单片机原理及应用M. 湖南：湖南大学出版社，20045 何立民. 单片机高级教程M 第 1 版北京：北京航空航天大学出版社，20016 徐惠民、安德宁 单片微型计算机原理接口与应用M 第 1 版 北京：北京邮电大学出版社，19967 肖洪兵. 跟我学用单片机M. 北京：北京航空航天大学出版社,2002.88李广第 单片机基础M 第 1 版北京：北京航空航天大学出版社，1999 9 赵晓安. MCS-51 单片机原理及应用M. 天津：天津大学出版社，2001.310何立民从 Cygnal 80C51F 看 8 位单片机发展之路 M 单片机与嵌入式系统应用，2002 年，第 5 期：P58 11夏继强. 单片机实验与实践教程M. 北京：北京航空航天大学出版社, 2001单片机/ 微机接口课程设计说明书14指导教师评语：成绩：指导教师签字： 年 月 日
