基于51单片机-数字秒毕业设计

1、物理与电子工程学院数字式秒表课程设计报告书 设计题目：设计题目： 数字式秒表 专专 业：业： 自动化 班班 级级： xxx 接本 学生姓名学生姓名: xxxx 学学 号号: 201xx343xxx 指导教师指导教师： xxxxx 2015 年 6 月 14 日物理与电子工程学院课程设计任务书学生姓名xxx学号xx03431xx课程名称单片机原理与接口技术设计题目基于单片机的数字式秒表设计目的、主要内容（参数、方法）及要求数字式秒表是一种常用的计时工具，以其价格低廉、走时准确、使用方便、功能多而广泛用于体育比赛中，下文介绍了如何利用中小规模集成电路和半导体器件进行数字式秒表的设计。本设计中数字秒

2、表的最大计时是 9.9 秒，也就是说分辨率是 0.1 秒，最后计数结果用数码管显示，需要实现清零、启动计时、暂停计时、继续计时等功能。当计时停止的时候，由开关给出一个清零信号，使得所有显示管全部清零 在本次实验中由六片 74LS160 构成两个 100 进制计数器和一个 60 进制计数器来实现秒表的计数功能。由于需要比较稳定的信号，我们用 555 定时器与电阻和电容组成的多谐振荡器产生 100HZ 的信号，用六个数码管显示计时，最后在电路中加入了两个控制开关一个控制电路的启动和暂停；另一个控制电路的清零。工作量2 周时间，每天 3 学时，共计 42 学时进度安排第 1 天：收集材料第 2-3

3、天：单元电路与分析第 4-5 天： 系统综述第 6-7 天：总体电路图设计第 6-7 天：作出总电路图第 8-10 天：电路图仿真第 11-12 天：调整错误改善电路第 13 天：让老师检阅批改主要参考资料1谢维成.单片微型计算机原理及应用M.北京:清华大学出版社，2009 2余锡存，曹国华.单片机原理及接口技术M.西安:西安电子科技大学出版社，20113雷丽文，等著.微机原理与接口技术M.北京:电子工业出版社，19974吴黎明，王桂棠，洪添胜等著.单片机原理及应用技术M.北京:科学出版社，20055韩克，柳秀山等著.电子技能与 EDA 技术M.福建:暨南大学出版社，20046张毅坤.单片微型

4、计算机原理及应用M.西安:西安电子科技大学出版社，1998指导教师签字教研室主任签字摘 要数字式秒表是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，无机械装置，具有较长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字式秒表从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。本次实验所做数字式秒表由信号发生系统和计时系统构成。由于需要比较稳定的信号，所以信号发生系统 555 定时器与电阻和电容组成的多谐振荡器构成，信号频率为 100HZ。计时系统由计数器、译码器、显示器组成。计数器由 74 LS160 构成，由十进制计数器组成了一百进制和六十进制计数器，采用异步进位方式。译码器由 74LS48

5、 构成，显示器由数码管构成。具体过程为：由晶体震荡器产生 100HZ 脉冲信号，传入计数系统，先进入计数器，然后传入译码器，将 4 位信号转化为数码管可显示的 7 位信号，结果以“秒”、 “毫秒”依次在数码管显示出来。该秒表最大计时值为 9.9 秒。关键词：关键词：数字式秒表；计时；精度；计数器；显示器目 录1 设计目的 .11.1 设计目的 .11.2 设计内容和要求 .11.3 设计思路 .12 设计原理分析 .12.1 十秒秒表系统设计 .12.2 十秒秒表系统的功能要求 .12.3 十秒秒表系统的基本构成及原理 .23 系统硬件电路的设计 .43.1 系统硬件总电路构成及原理 .43.

6、2 主控制部分AT89C51 单片机简介.43.3 其它器件 .63.4 十秒秒表系统原理图 .73.5 运行步骤 .74 系统软件程序的简单设计 .84.1 程序框图 .84.2 仿真结果图.9总 结 .11参考文献 .12附 录 .13物理与电子工程学院 2014 级本科课程设计11 设计目的1.1 设计目的通过单片机课程设计，熟练掌握单片机 C 语言的编程方法，将理论联系到实践中去，提高我们的动脑和动手的能力。通过定时/计数器控制两个 LED 数码管显示器显示 10 秒秒表系统的设计，掌握定时/计数器和 LED 数码管显示器的使用方法，同时掌握简单程序的编写，最终提高我们的逻辑抽象能力。

7、1.2 设计内容和要求 内容：设计一个开关控制两个 LED 数码管显示器显示 10 秒秒表的模拟系统。 要求：利用单片机的定时/计数器定时，使两个 LED 数码管显示器分别显示秒位和毫秒位。1.3 设计思路先熟悉实验原理，同时了解定时/计数器的运作，和 LED 数码管显示器显示0 到 9 数字的原理。其次，绘制电路原理图，编写基本程序，并进行仿真，实现两个 LED 数码管显示器显示 0 到 9 数字的功能。进一步完善程序，并进行仿真，使第二个 LED 数码管显示器每 100 毫秒（即 0.1 秒）显示一个数字，使第一个LED 数码管显示器每 1 秒显示一个数字。2 设计原理分析2.1 十秒秒表

8、系统设计通过编写程序，实现对 LED 数码管显示器的控制，进行十秒的计时。使第二个 LED 数码管显示器每 100 毫秒（即 0.1 秒）显示一个数字，使第一个 LED数码管显示器每 1 秒显示一个数字。采用单片机内部的 I/O 口上的 P0 口和 P2 口控制两个 LED 数码管显示器，用 P3.7 引脚来接收按钮的控制。2.2 十秒秒表系统的功能要求本设计能模拟基本的十秒秒表显示系统，是用中断的方式计数和控制 LED数码管显示器显示数字。 2.2.1 计时显示定时/计数器工作方式寄存器存入定时/计数器工作方式，定时器采用 T0 定时器 0 工作于模式 1：16 位计数范围。 2.2.2 中

9、断设置每累计 2 次定时器中断就相当于执行了 0.1 秒，每累计 20 次定时器中断就相当于执行了 1 秒。物理与电子工程学院 2014 级本科课程设计22.3 十秒秒表系统的基本构成及原理单片机晶振复位电路LED 数码管显示器 1LED 数码管显示器 2开关 图图 2.1 系统的总体框图系统的总体框图2.3.1 LED 数码管显示器的结构与原理LED 数码管显示器是由发光二极管按一定的结构组合起来的显示器件。在单片机应用系统中通常使用的是 8 段式 LED 数码管显示器，它有共阴极和共阳极两种结构，如下图 2.2 所示。图图 2.2 8 段式段式 LED 数码管结构数码管结构其中图（a）为共

10、阴极结构，8 段发光二极管的阴极端连接在一起，阳极端分开控制，使用时公共段接地，要使哪根发光二极管亮，则对应的阳极端接高电平；图（b）为共阳极结构，8 段发光二极管的阳极端连接在一起，阴极端分开控制，使用时公共端接电源，要使哪根发光二极管亮，则对应的阴极端接地。图（c）为引脚图，从 adp 引脚输入不同的 8 位二进制编码，可显示不同的数字或字符。通常把控制发光二极管的 8 位二进制编码称为字段码。此系统使用的共阴极结构，物理与电子工程学院 2014 级本科课程设计3“0”“9”数字的共阴极对应的字段码如表 2.1 所示。表表 2.1 “0”“9”数字对应数字对应显示字符显示字符共阴极字段码共

11、阴极字段码显示字符显示字符共阴极字段码共阴极字段码03FH56DH106H67DH25BH707H34FH87FH466H96FH2.3.2 LED 数码管的显示方式LED 数码管在显示时，通常有静态显示方式和动态显示方式两种，本系统采用的是静态显示方式。LED 静态显示时，其公共端直接接地，各段选线分别与 I/O 接口线相连。要显示字符，直接在 I/O 线发送相应的字段码，如图 2.3 所示。两个数码管的共阴极端直接接地，如果要在第一个数码管上显示数字 1，只要在 I/O（1）发送 1 的共阴极字段码；如果要在第二个数码管上显示 2，只要在I/O（2）发送 2 的共阴极字段码。图图 2.3

12、两位数码管静态显示两位数码管静态显示物理与电子工程学院 2014 级本科课程设计43 系统硬件电路的设计3.1 系统硬件总电路构成及原理实现本设计要求的具体功能，可以选用 AT89C51 单片机及外围器件构成最小控制系统，2 个 LED 数码管显示器和 1 个按钮等。主要器件的选择：表表 3-1 元器件表元器件表器件器件个数个数LED 数码管显示器2晶振（11.0592）1排阻1电容3按钮13.2 主控制部分AT89C51 单片机简介89C51 是一种带 4K 字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Mem

13、ory）的低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器，俗称单片机。AT89C2051 是一种带 2K 字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 1000 次。该器件采用ATMEL 高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。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器，AT89C2051 是它的一种精简版本。AT89C 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C51 单片机为 40 引脚双列直插芯片，有 4 个 I/O 口：P0、

14、P1、P2、P3，单片机的最小系统如图所示，18 引脚和 19 引脚接时钟脉冲电路，XTAL1 接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是振荡器反相放大器的输入，XTAL2 接外部晶振和微调电容的另一端，在片内它是振荡器反相放大器的输出端，第 9 引脚为复位输入端，接上电容，电阻及开关后构成上电复位电路，20 引脚为接地端，40 引脚为电源端。如图所示：物理与电子工程学院 2014 级本科课程设计5图图 3.1 晶振与单片机的连接晶振与单片机的连接3.2.1 AT89C51 的内部结构功能中央处理器： 中央处理器（CPU）是整个单片机的核心部件，是 8 位数据宽度的处理器，能处理 8 位二进制数据

15、或代码，CPU 负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。数据存储器（内部 RAM）： 数据存储器用于存放变化的数据。AT89C51 中数据存储器的地址空间为256 个 RAM 单元，但其中能作为数据存储器供用户使用的仅有前面 128 个，后128 个被专用寄存器占用。程序存储器（内部 ROM）： 程序存储器用于存放程序和固定不变的常数等。通常采用只读存储器，且其有种类型，在 89 系列单片机中全部采用闪存。AT89C51 内部配置了 4KB 闪存。定时/计数器（T0）： 定时/计数器用于实现定时和计数功能。AT89C51 共有 2 个 16 位定时/计数器

16、。并行输入输出（I/O）口： 8051 共有 4 组 8 位 I/O 口（P0、P1、P2、P3） ，用于对外部数据的传输。每个口都由 1 个锁存器和一个驱动器组成。它们主要用于实现与外部设备中数据物理与电子工程学院 2014 级本科课程设计6的并行输入与输出，有些 I/O 口还有其他功能。全双工串行口：A89C51 内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。时钟电路： 时钟电路的作用是产生单片机工作所需要的时钟脉冲序列。中断系统： 中断系统的作用主要是对外部或内部的终端请求进行管 AT89C51 共有5 个中断源，其中

17、有 2 个外部中断源和 3 个内部中断源。3.2.2 51 单片机的串行接口工作方式51 单片机的串行接口有四种工作方式。方式 0 是将 SBUF 作为 8 位同步移位寄存器使用（固定波特率） ；方式 1 是 10 位异步通信方式（可变波特率） ；方式2 是 11 位异步通信方式（固定波特率） ；方式 3 是 11 位异步通信方式（可变波特率） 。图图 3.2 串行接口与单片机的连接串行接口与单片机的连接3.3 其它器件LED 数码管显示器根据本设计的特点，采用 LED 数码管显示器，它是由发光二极管按一定的结构组合起来的显示器件，在单片机应用系统中通常使用的是 8 段式 LED 数码管显示器

18、，它有共阴极和共阳极两种结构。本系统设计采用的是共阴极结构，如下图 3.3 所示。物理与电子工程学院 2014 级本科课程设计7图图 3.3 LED 数码管显示器数码管显示器3.4 十秒秒表系统原理图本系统以单片机为核心，系统硬件电路由单片机、排阻、LED 数码管显示器、按钮等组成。如下图所示：图图 3.4 系统原理系统原理0 口、P2 口、LED 数码管显示器、按钮、定时器 T0。硬件分配：（1）P0 口、P2 口：各连接一个 LED 数码管显示器。（2）定时/计数器 T0：用来产生 50 毫秒的定时。（3）按钮：用来对秒表器开始、暂停、清零。3.5 运行步骤1、按硬件图接线，为了确保 LE

19、D 数码管显示器能够正确显示，P0 口和 P2口和两个数码管显示器连接应该注意。按钮接 P3.7 引脚。2、开始运行，点击按钮观察两个 LED 数码管显示器显示是否与程序设计思路对应，如果有偏差，则单步运行或断点运行，进行调试，直至满足设计要求。3、整体运行，点击按钮观察两个 LED 数码管显示器显示是否都符合要求，物理与电子工程学院 2014 级本科课程设计8如果不符合，则再调试，直至满足要求。3.5.1 软件调试软件调试是通过对用户程序的汇编、连接、执行来发现程序中存在的语法错误与逻辑错误并加以排除纠正的过程。编辑程序后，查看程序是否有逻辑错误。4 系统软件程序的简单设计系统软件程序的简单

20、设计4.1 程序框图开始初始化， LED 数码管显示“0”调用键盘扫描子函数按键是否改变LED 显示NY按键是否按下发声延时YN图图 4.1 程序框图程序框图物理与电子工程学院 2014 级本科课程设计94.2 仿真结果图图图 4.2 初始化图初始化图图图 4.3 按下按钮开始运行图按下按钮开始运行图物理与电子工程学院 2014 级本科课程设计10图图 4.4 再次按下按钮暂停图再次按下按钮暂停图图图 4.5 再次按下按钮清零图再次按下按钮清零图物理与电子工程学院 2014 级本科课程设计11总总 结结在这次课程设计中，我们组完成了基于单片机的定时/计数器控制两个 LED数码管显示器显示 10

21、 秒秒表系统的设计与模拟。包括 LED 数码管显示器显示“0”-“9”的设计，系统的硬件开发、软件编程与仿真调试等。总体上说，在本次课程设计过程中，我不仅完成了老师交给我们的任务，还进一步增加了许多关于单片机方面的知识，同时也增强了我的思维能力。我了解到了单片机 C 语言程序和通用 C 语言程序的区别，对我编写单片机 C 语言程序有了进一步的提高。在完成这次课程设计后，使我对单片机方面又有了一定的认识，丰富了我的程序开发经验，提高了程序的编写水平，加深了在课堂中、书本上学到的知识和理论，并使其在实际开发中得到运用，同时通过编写课程设计报告，掌握了软件文档的书写和书写格式。物理与电子工程学院 2

22、014 级本科课程设计12参考文献1谢维成.单片微型计算机原理及应用M.北京:清华大学出版社，2009 2余锡存，曹国华.单片机原理及接口技术M.西安:西安电子科技大学出版社，20113雷丽文，等著.微机原理与接口技术M.北京:电子工业出版社，19974吴黎明，王桂棠，洪添胜等著.单片机原理及应用技术M.北京:科学出版社，20055韩克，柳秀山等著.电子技能与 EDA 技术M.福建:暨南大学出版社，20046张毅坤.单片微型计算机原理及应用M.西安:西安电子科技大学出版社，199813附附 录录课程设计中的程序如下：#include #define uchar unsigned char#de

23、fine uint unsigned intsbit K1 = P37; /设置一位 K1 来接收按钮/设置一个变量 i 来计算中断的次数，设置一个 Second_Counts来计数，再设置一个 Key_Flag_Idx 来计算按下按钮的次数uchar i,Second_Counts,Key_Flag_Idx; bit Key_State; /设置一个变量判断是否按下按钮uchar DSY_CODE= /设置共阴极结构数码管显示的数字“0”-“9” 0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f;void DelayMS(uint ms) /定义一个延迟函数 uchar t;while(ms-) for(t=0;tx80%)中等(80%x70