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文档简介

1、毕业设计说明书毕业设计说明书 课题名称: 单片机秒表 专 业 机电一体化 摘要摘要 数字电子秒表具有显示直观、读取方便、精度高的优点,在计时中广 泛使用。本设计用单片机组成数字电子秒表,力求结构简单、精度高为目 标。设计中包括硬件电路的设计和系统程序的设计。其硬件电路主要有主 控制器,计时与显示电路和启动和停表电路等。主控制器采用单片机 at89c51。显示电路采用共阴极 led 数码管显示计时时间。文中设计了一种 以单片机为控制核心的数字秒表。该数字秒表采用汇编语言开发,通过数 码管显示计时结果 关键词关键词:at89c51 单片机;数字秒表;led 数码管显示 目目 录录 引 言.4 一

2、概述.5 1.1.设计意义.5 1.2.设计内容.5 二 硬件简介与电路设计.6 2.1.单片机 at89c51 介绍.6 2.2.复位和按键电路设计.6 2.3.显示电路的选择与设计.7 2.4.晶振电路与电源电路的设计.8 2.5.总电路图.9 三 软件程序设计.10 3.1.程序设计思想.10 3.2.程序设计.10 3.3.源程序.10 四 软件仿真.13 五 总结与展望.15 致谢.16 参考文献.17 引引 言言 单片微型计算机简称单片机,是典型的嵌入式微控制器,常用英文字母的 缩写 mcu 表示单片机,它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有 cpu 的专用处理器发展而来。

3、最早的设计理念是通过将大量外围设备和 cpu 集 成在一个芯片中,使计算机系统更小,更容易集成进复杂的而对体积要求严格 的控制设备当中。intel 的 z80 是最早按照这种思想设计出的处理器,从此以 后,单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。早期的单片机都是 8 位或 4 位的。 其中最成功的是 intel 的 8031,因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。 此后在 8031 上发展出了 mcs51 系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直 到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高,开始出现了 16 位单片机, 但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90 年代后随着消费电子产品大

4、发 展,单片机技术得到了巨大提高。随着 intel i960 系列特别是后来的 arm 系列 的广泛应用,32 位单片机迅速取代 16 位单片机的高端地位,并且进入主流市 场。而传统的 8 位单片机的性能也得到了飞速提高,处理能力比起 80 年代提高 了数百倍。目前,高端的 32 位单片机主频已经超过 300mhz,性能直追 90 年代 中期的专用处理器。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用,大 量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑 和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的 windows 和 linux 操作 系统。单片机比专用处理器更适合应

5、用于嵌入式系统,因此它得到了最多的应 用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每 件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电 子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有 1-2 部单片机。而个人电脑中 也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备 40 多部单片机,复杂的工业 控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作!单片机的数量不仅远超过 pc 机和其他计算的总和,甚至比人类的数量还要多。 本次毕业设计以单片机为核心,设计简单的电子秒表系统,使得系统能够 正确地运行,并且可以用数码管显示,在现实生活中应用广泛,具有现实意义。 一、一、概论

6、概论 1.1、设计意义 1.使学生掌握汇编语言程序设计的基本方法和技巧,能够运用汇编语 言编写应用程序。提高学生分析问题、解决问题的能力以及实际动手能力。 2.使学生基本掌握汇编语言程序设计的基本理论、方法和技巧、正确 的使用结构化、模块程序设计技术。培养学生良好的程序设计风格。 3.通过单片机的定时器、计数器定时的计数原理,设计简单的计时器 系统,拥有正确的计时、转换、复位功能,并同时可以用数码管显示,在 现实生活中广泛应用,具有现实意义。 1.2、设计内容 用单片机设计一台秒表,要求 3 位 led 数码显示“秒表” ,显示时间为 0099 秒,每秒自动加 1,另设计一个“开始”按键,和一

7、个“复位”按 键,一个转换键,可以将所计时间显示数字转换成分钟显示和秒显示,用 3 位 led 表示。功能可进行创新和改进。 xtal2 18 xtal1 19 ale 30 ea 31 psen 29 rst 9 p0.0/ad0 39 p0.1/ad1 38 p0.2/ad2 37 p0.3/ad3 36 p0.4/ad4 35 p0.5/ad5 34 p0.6/ad6 33 p0.7/ad7 32 p1.0 1 p1.1 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 p3.0/rxd 10 p3.1/txd 11 p3.2/int0 12 p3.

8、3/int1 13 p3.4/t0 14 p3.7/rd 17 p3.6/wr 16 p3.5/t1 15 p2.7/a15 28 p2.0/a8 21 p2.1/a9 22 p2.2/a10 23 p2.3/a11 24 p2.4/a12 25 p2.5/a13 26 p2.6/a14 27 u1 at89c51 2 2、硬件简介与电路设计硬件简介与电路设计 2.1 单片机 at89c51 介绍 本设计的最主要的元器件就是 at89c51 单片机。at89c51 单片机在一块芯 片上集成了 cpu,存储器 ram,rom 以及输入与输出接口电路,这种芯片习惯上 被称为单片微型计算机。 at8

9、9c51 单片机由 cpu,振荡器与时序 电路, 4 个 8 位的 i/o 端口 (p0,p1,p2,p3) ,串行口等组成。 p0 口有三个功能: 1、外部扩展存储器时,当作数据总线 (如图中的 d0d7 为数据总线接口) 。 2、外部扩展存储器时,当作地址总线 (如图中的 a0a7 为地址总线接口) 。 3、不扩展时,可做一般的 i/o 使用, 但内部无上拉电阻,作为输入或输出时应 在外部接上拉电阻。 p1 口只做 i/o 口使用:其内部有上拉 电阻。 p2 口有两个功能: 1、扩展外部存储器时,当作地址总线使用; 图 2-1:单片机 89c51 2、做一般 i/o 口使用,其内部有上拉电

10、阻; p3 口有两个功能: 除了作为 i/o 使用外(其内部有上拉电阻) ,还有一些特殊功能,由寄存器 来设置。 ale:地址锁存控制信号 psen:外部程序存储器读选通信号 ea/vpp:访问和序存储器控制信号 rst:复位信号 xtal1 和 xtal2 vcc:供电电压 gnd:接地 2.2 复位和按键电路设计 本方案采用 at89c51 单片机为中心器件,利用其定时器、计数器定时 和计数的原理,结合硬件电路如电源电路,晶振电路,复位电路,显示电 路,以及一些按键电路来设计计时器,将软件、硬件结合起来。设计中包 括硬件电路的设计和系统程序的设计。其硬件电路主控制采用单片机 at89c51

11、,显示电路采用二位共阳极 led 数码管显示计时时间。利用中断系 统使其能实现开始/暂停、复位和分/秒显示转换的功能。 初始状态下计时器显示 00,当按下开始/暂停键时,外部中断 int0 向 cpu 发出中断请求,cpu 转去执行外部中断 0 服务程序,即开启定时器 t0.计时采用定时器 t0 中断完成,定时溢出中断周期为 1s,当一处中断后 向 cpu 发出溢出中断请求,每发出一次中断请求就对计数器单元加一,达 到 1 次就对秒位进行加一,依次类推,直到 99 秒重新复位。在计时过程中, 只要按下继续/复位、分/秒显示转换。利用这四个键来实现秒表暂停键, 外部中断 tnt1 向 cpu 发

12、出中断请求,cpu 转去执行外部中断 1 服务程序, 即关闭定时器 t0,调用显示程序,实现暂停功能,同时将此次计时时间存 入中间缓冲区。再次按下继续/暂停键,定时器 t0 再次开启,调用中间缓 存区的数据,秒表继续加一。当秒表计时超过 99 时,则程序跳转从 0 开始。 在秒表暂停时,按下复位开关,中间缓存区的数据清零,程序回到开始。 而在秒表暂停时,按下分、秒显示转换开关,则将中间缓存区中的数据转 换为以分秒显示的状态送入显示区。根据要求秒表设计主要实现的功能是 计时和显示。因此设置了四个按键和二位数码管显示时间,四个按键分别 是开始、继续/暂停、的全部功能,而二位数码管则能显示最多 99

13、 秒的计 时。 图 2-2:按键电路 2.3 显示电路的选择与设计 对于数字显示电路,通常采用液晶显示或数码管显示。一般的段式液 晶屏,需要专门的驱动电路,而且液晶显示作为一种被动显示,可视性差, 不适合远距离观看:对于具有驱动电路和单片机接口的液晶显示模块,一 般多采用并行接口,对单片机的接口要求较高,占用资源多:另外, at89c51 单片机本身无专门的液晶驱动接口。而数码管作为一种主动显示器 件,具有亮度高、响应速度快、防潮防湿性能好、温度特性极性、价格便 宜、易于购买等优点,而且有远距离视觉效果,很适合夜间或是远距离操 作。因此,本设计的显示电路采用 8 段数码管作为显示介质。 图 2

14、-3:显示电路 2.4 晶振电路和电源电路的设计 系统总电路除以上的显示电路,按键电路和复位电路组成外,其次还剩 晶振电路和电源电路。再将单片机与以上各部分电路合理的连接就组成了系 统总电路。at89c51 单片机为主电路的核心部分,各个电路均为和单片机相 连接,由单片机统筹和协调各个电路的运行工作。 at89c51 单片机提供了 xtal1 和 xtal2 两个专用引脚接晶振电路,因此 只要将晶振电路接到两个专用引脚即可为单片机提供时钟脉冲,但在焊接晶 振电路时要尽量使晶振电路靠近单片机,这样可以为单片机提供稳定的时钟 脉冲。 图 2-4 震荡电路 3.5 总电路图 图 2-5:总电路图 三

15、、软件程序设计三、软件程序设计 3.1 程序设计思想 本设计采用了汇编语言编写,汇编语言由于采用了助记符号来编写程 序,比用机器语言的二进制代码编程要方便些,在一定程度上简化了编程 过程。汇编语言的特点是用符号代替了机器指令代码,而且助记符与指令 代码一一对应,基本保留了机器语言的灵活性。使用汇编语言能面向机器 并较好发挥机器的特性,得到质量较高的程序。 在程序设计过程中,为了有效的完成任务,把所有完成的任务精心的 分割成若干个相互独立但相互有仍可有联系的任务模块,这些任务模块使 得任务变得相对单纯,对外的数据交换相对简单,容易编写,容易检测, 容易阅读和维护。这种程序设计思想称为模块化程序设

16、计思想。模块化结 构程序的设计,可以使系统软件便于调试与优化,也使其他人更好的理解 和阅读系统的程序设计。程序的主要模块有:主程序、显示程序、定时溢 出中断服务程序、外部中断服务程序。 3.2 程序设计 因为秒表设计相对较为简单,因此在软件设计中我们一般采用模块化程序 设计的方法。模块是一个具有独立功能的程序,可以单独设计、调试与管理, 模块可分为功能模块和控制模块两类。我们通过模块化程序设计可按适当的原 则把一个情况复杂、规模较大的程序系统划分为一个个较小的、功能相关而又 相对独立的模块。每个小的模块完成一个确定的功能,在这些小的模块之间建 立必要的联系,互相协作完成整个程序要完成的功能。它

17、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,有利于程序的优化和分工,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。 其中的模块即为子程序,子程序是功能独立的程序段。子程序的基本思想 是编写一次,可以重复使用。子程序的形式可以是一个程序文件,也可以是一 个过程或函数。子程序总被其他程序调用而不单独执行,这与主程序相对。 这个主程序也是由多个子程序模块组成,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,复位,计数和显示等,在具体需要时调用相应的 模块即可。 3.3 源程序 org 0000h ljmp main o

18、rg 0030h main:mov ie,#82h mov tmod,#01h setb tr0 mov r0,#00h mov r1,#00h mov r2,#00h mov r3,#00h mov dptr,#tab lp:mov th0,#0d8h mov tl0,#0f0h mov a,r0 movc a,a+dptr mov p2,#01h mov p0,a ll:jbc tf0,dp sjmp ll dp:mov p1,#0feh jb p1.3,lk inc r2 cjne r2,#10,lk mov r2,#00h inc r0 cjne r0,#10,lk mov r0,#0

19、0h inc r1 cjne r1,#6,sa mov r3,#01h sa:cjne r1,#10,lk ljmp main lk:mov p1,#0feh jnb p1.4,main mov th0,#0d8h mov tl0,#0f0h mov p1,#0feh mov a,r1 jb p1.5,az cjne r3,#01h,az mov r5,#6 subb a,r5 az:movc a,a+dptr mov p2,#02h mov p0,a lr:jbc tf0,lq sjmp lr lq:mov th0,#0d8h mov tl0,#0f0h mov p2,#04h mov p0

20、,#0bfh kl:jbc tf0,hd sjmp kl hd:mov th0,#0d8h mov tl0,#0f0h mov p1,#0feh jb p1.5,sd mov a,r3 ajmp qw sd:mov a,r4 qw:movc a,a+dptr mov p2,#08h mov p0,a hk:jbc tf0,lp sjmp hk tab:db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h db 92h,82h,0f8h,80h,90h end 四四 软件仿真软件仿真 利用 keil 软件对源程序进行编译,编译成功后,把编译结果保存。然后根 据我们的软件在 proteus 中设计

21、出相应的硬件电路,并将该电路保存到与 wave 程序相同的文件夹中,最后将程序装载到单片机中,通过 isis7proteus 仿真, 看程序是否能够实现预想的功能。 仿真图如下所示: 五五 总结与展望总结与展望 本篇论文是利用单片机和接口外围电路组成的电子秒表电路。 整个电路由 硬件电路和软件程序两部分组成。硬件电路使用原件少,电路结构简单,功能 强;软件程序设计结构合理,思路清晰,利用询问程序对各种事件进行处理, 提高微处理器的工作效率。 硬件电路由单片机 at89c51、3 位 led 数码管显示电路、按键电路等构成。 系统总电路由以上设计的显示电路,时钟电路,按键电路和复位电路组成,只 要将单片机与以上各部分电路合理的连接就组成了系统总电路。at89c51 单片 机为主电路的核心部分,各个电路均和单片机相连接,由单片机统筹和协调各 个电路的运行工作。 通过以上设计

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