单片机原理与应用课程设计说明书

单 片 机 原 理 与 应 用 课 程 设 计 说 明 书 题 目： 基于 51 单片机的秒表设计 系 部： 信息与控制工程系 专 业： 测控技术与仪器 班 级： 11 级 1 班 学生姓名: xxx 学 号: xxxxxxxxxx 指导教师: xx 2013 年 12 月 12 日 目 录 1 设计任务与要求 .1 1.1 设计任务 .1 1.2 设计要求 .1 2 设计方案 .1 2.1 设计思路 .1 2.2 使用器件、芯片 .1 2.2.1 微控制器 stc89c52 .1 2.2.2 移位寄存器 74ls164 2 2.2.3 共阳极数码管 3 2.2.4 看门狗芯片 MAX813 .3 2.2.5 串口下载芯片 MAX232 .4 3 硬件电路设计 .5 3.1 显示电路 .5 3.2 复位电路 .5 3.3 串口下载电路 .6 4 主要参数计算与分析 .6 4.1 定时初值计算 .6 4.2 段码对照 .7 5 软件设计 .7 6 调试过程 .8 6.1 软件仿真 .8 6.2 硬件调试 .8 7 结论 .8 8 附录 .9 9 参考文献 .14 单片机/ 微机接口课程设计说明书 1 1 设计任务与要求 1.1 设计任务 利用 51 单片机的定时计数器设计一个秒表，其中设有一个按键，定时器工作在 方式 1。当第一次按下按键时，定时器开始计时。第二次按下按键时，停止计时并 计算两次按键的时间间隔，送显示器显示。第三次按下按键时定时器清零，等待下 一次按键。 1.2 设计要求 设计三位数码管最长显示 59.9s，设置一个按键式开关能够实现上述三次按键 功能。 2 设计方案 2.1 设计思路 根据设计要求，实验电路可由 89c52 单片机内部定时器/计数器定时和记数的功能来 实现计时，并由 74ls164 作为串入并出的数据输出驱动 3 位 LED 数码管段选端。 对 52 单片机进行程序烧录时还需使用 max232 作为串行接口通信的电平转换芯 片。 根据设计内容，需要单片机时钟频率转换到秒的单位，以及对按键输入产生对 应的反应和 3 位数码管输出位的显示及位选显示的延迟。因此程序应由按键读取和 输出段码转换及延迟程序组成。 2.2 使用器件、芯片 2.2.1 微控制器 stc89c52 STC89C52 是一种带 8K 字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能 COMOS8 的微处 理器，俗称单片机。该器件采用 ATMEL 搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业 标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。 图2-1 stc89c52管脚图 2.2.2 移位寄存器 74ls164 74ls64 是 8 位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据，然后并行输出。数据 通过两个输入端（DSA 或 DSB）之一串行输入；任一输入端可以用作高电平使能端， 控制另一输入端的数据输入。两个输入端或者连接在一起，或者把不用的输入端接 高电平，一定不要悬空。时钟 (CP) 每次由低变高时，数据右移一位，输入到 Q0， Q0 是两个数据输入端（DSA 和 DSB）的逻辑与，它将上升时钟沿之前保持一个建立 时间的长度。主复位 (MR) 输入端上的一个低电平将使其它所有输入端都无效，非 同步地清除寄存器，强制所有的输出为低电平。 图2-2 74ls164管脚图 单片机/ 微机接口课程设计说明书 3 表2-1 74ls164管脚说明 2.2.3 共阳极数码管 3 位八段共阳极数码管作为显示，其中只需第二位显示小数点，其余两位所有 计时段小数点不显示。 图2-3 数码管 LED-SP41056内部结构图 2.2.4 看门狗芯片 MAX813 看门狗电路的应用，使单片机可以在无人状态下实现连续工作，其工作原理是: 看门狗芯片和单片机的一个 I/O 引脚相连，该 I/O 引脚通过程序控制它定时地往看 门狗的这个引脚上送入高电平（或低电平） ，这一程序语句是分散地放在单片机其他 控制语句中间的，一旦单片机由于干扰造成程序跑飞后而陷入某一程序段进入死循 环状态时，写看门狗引脚的程序便不能被执行，这个时候，看门狗电路就会由于得 不到单片机送来的信号，便在它和单片机复位引脚相连的引脚上送出一个复位信号， 使单片机发生复位。即程序从程序存储器的起始位置开始执行，这样便实现了单片 机的自动复位。 （1）工作电源端（VCC）：接+5V 电源。 （2）电源接地端（GND）：接 0 V 参考电平。 （3）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。 图2-4 max813管脚图 2.2.5 串口下载芯片 MAX232 芯片的作用是将单片机输出的电平转换成机能接收的 电平，将机输出的电平转换成单片机能接收的电平，实现 计算机与单片机之间的串行通信。 单片机/ 微机接口课程设计说明书 5 图2-5 MAX232管脚图 3 硬件电路设计 3.1 显示电路 图3-1 显示电路 3.2 复位电路 图3-2 复位电路 3.3 串口下载电路 图3-3 串口下载电路 4 主要参数计算与分析 4.1 定时初值计算 晶振频率采用 fosc=12MHZ，Tcy=1（121000000）12=1us。选定定时器 T0。 数码管为三位，前两位设为秒计时，最低一位计时满 100ms 变化一次数，数字从 0- 9 循环显示。当计时满 1s 时，第二位开始显示，数字依然是从 0-9 循环显示。第二 位满 10 时，最高位开始从 0-5 显示，满 6 时，最多显示 60s。此处选择工作方式 1。 单片机/ 微机接口课程设计说明书 7 方式 1 的定时时间为 65.536ms，选择定时器 T0，方式 1，设定 T0 的定时时间 为 10ms,每隔 10ms 中断一次，中断 10 次即为 0.1s。 确定计算初值： X=65536-10000； TH0=(65536-10000)/256; TL0=(65536-10000)%256。 4.2 段码对照 无小数点位 0-9 对应码表 0x18,0x5F,0x68 ,0x4A,0x0F,0x8A,0x88,0x5E, 0x08,0x0A 有小数点位 0-9 对应码表 0x10,0x57,0x60,0x42,0x07,0x82,0x80,0x56,0x00,0x02 5 软件设计 开始 定时器初始化， 设定计数初值 判断是否计数达 到 10ms Y 执行中断服务程序 判断中断是否执行了 10 次/是否计时 60s Y 中断执行次数清零/计 时清零 N 6 调试过程 6.1 软件仿真 单片机/ 微机接口课程设计说明书 9 6.2 硬件调试 首先先对整个焊接电板进行整体检查，寻找是否有虚焊点和漏焊点，以及焊接 不牢固等。再将程序通过串口下载到单片机中。最后将电路接上 5V 稳压电源。此时 数码管能够正常显示，但在老师的指导下发现有半亮情况，即“影” ，通过在段选给 值前对数码管输入“0xff”进行消影。得到了最终的完成电路。 7 结论 通过接近两个周的课程设计，我们一项项的参与了从设计、画板、编程、焊板 到调试的整个过程，从中我们收获了最直接的就是付出努力取得成果的喜悦。在这 个过程中，我们不仅巩固了从单片机到 protues 等学科的知识，还通过动手学习并 掌握了焊接的知识和技巧，通过一步步的绘制到元器件的焊接，了解了各器件的功 能和用法，在编程时又将自己薄弱的程序知识补充了不少。 但是在这个过程我也发现了非常多的不足。专业课学的并不够扎实是最大的问 题，很多时候都会遇上几个人还无法解决的问题，所以要重新将基础知识抓牢，只 有这样才能在需要的时候不至于手足无措。 通过这次课程设计，我们不但复习了过去所学，并且学到了一些新东西。更重 要的是通过这一次切身实践，才使我们真正将理论与实际结合起来，并且遇到了很 多实实在在的需要我们亲自解决的问题。通过解决这些问题，我们处理实际问题的 能力有了很大提高，积累了我们的实践经验，以便为以后打下牢固的基础。还让我 们在学习中更能分清主次，了解自己的不足，在接下来的学习中能够更好的掌握必 须掌握的知识，技能，这是我们这两周的巨大收获。 在这次的课设中，我们同样明白了团结合作的重要性，每个人都不可能样样精 通，在更多的时候团队的力量是巨大的，在这次这个并不算简单的课程设计中不仅 了解了自己的不足还知道了借助他人的力量才能更好的共同成功。 在最后，再次感谢指导老师和同组的同学。 8 附录 #include /包含 52 单片机头文件 #define uchar unsigned char /宏定义 #define uint unsigned int sbit simuseri_CLK=P25; /声明 P2 口第六位，作为 74LS164 的时钟 信号 sbit simuseri_DATA=P24; /声明 P2 口第五位，作为 74LS164 的串行 输入 sbit a0=ACC0; uint temp,aa,count,dd,bai,shi,ge; uchar code table1=0x18,0x5F,0x68 ,0x4A,0x0F,0x8A,0x88,0x5E, 0x08,0x0A; uchar code table2=0x10,0x57,0x60,0x42,0x07,0x82,0x80,0x56,0x00,0x02;/共阳极数码 管码表 void display(uint bai,uint shi,uint ge);/声明子函数 void delay(uint z); /声明子函数 void init(); /声明子函数 uint key1times; sbit key1=P13; /位声明 void keyscan() /按键扫描执行函数 if(key1times=0) temp=0; if(key1=0) delay(5); /按键消抖 if(key1=0) while(!key1); /等待按键释放 单片机/ 微机接口课程设计说明书 11 start:key1times+;/累计按键的次数 switch(key1times)/多分支选择语句 case 1: temp=0; break; case 2: TR0=TR0; break; case 3: temp=0; break; case 4: TR0=1; break; case 5: key1times=1; goto start; /- - / 函数名称：out_simuseri / 输入参数：data_buf / 输出参数：无参 / 功能说明：8 位同步移位寄存器，将 data_buf 的数据逐位输出到 simuseri_DATA /- - void out_simuseri(uchar data_buf) uchar i; i=8; ACC=data_buf; do simuseri_CLK=0; simuseri_DATA=a0; simuseri_CLK=1; ACC=ACC1; while(-i!=0); /*/ void main() init(); while(1) /大循环 keyscan(); display(bai,shi,ge); /调用显示函数 /*/ void delay(uint z) /延时函数 uint x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-); /*/ void display( uint bai,uint shi,uint ge)/显示函数 bai=temp/100%10; shi=temp/10%10; ge=temp%10; 单片机/ 微机接口课程设计说明书 13 P0=0xFF; /消影 out_simuseri(table1bai);/调用 out_simuseri 函数 P0=0xFE; delay(1); P0=0xFF; out_simuseri(table2shi); P0=0xFD; delay(1); P0=0xFF; out_simuseri(table1ge); P0=0xFB; delay(1); /*/ void init() /初始化函数 key1times=0; temp=0; aa=0; TMOD=0X01; TH0=(65536-10000)/256; /设定定时器初值 TL0=(65536-10000)%256; EA=1; /开总中断 ET0=1; /允许 T0 中断 TR0=1; /启动 T0 中断 /*/ void timer0() interrupt 1 /定时器 T0 中断服务子程序 TH0=(65536-10000)/256; TL0=(65536-10000)%256; aa+; /中断次数加 1 if(aa=10) /计时 100ms aa=0; temp+; if(temp=600) temp=0; 单片机/ 微机接口课程设计说明书 15 9 参考文献 1 张兰红，邹华，刘纯利 著：单片机原理及应用M.北京：机械工业出版 社， 2012. 2 阎石：数字电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2008 年 3 华成英、童诗白，模拟电子技术基础，北京：高等教育出版社，2008 年 4 何桥，单片机原理及应用，北京：中国铁道出版社，2