秒表单片机课程设计

1、中南林业科技大学课程论文0-99秒计时秒表 姓名 何明武 学号 20114622 班级 自动化二班 各项分值实得分值（1） 论文结构：50分A. 观点新颖，论题正确，论文层次分明，内容组织有序，4050分；B. 观点一般，论证基本正确，论文层次一般，内容组织一般，3039分；C. 论点陈旧，论证不正确，论文层次不合理，内容组织不合理，30分以下（2） 创新：30分A. 论文具有前瞻性，有教多的创新见解，2030分；B. 论文具有前瞻性，有教少的创新见解，1029分；C. 论文具有前瞻性，无创新，9分以下。（3） 论文格式：20分A. 格式规范，中英文摘要和参考文献符合要求：1620分；B. 格

2、式基本规范，中英文摘要和参考文献基本符合要求：1215分C. 格式不规范，中英文摘要和参考文献不符合要求：11分以下。 总分 任课老师周国雄 阅卷老师 目 录 摘要31 设计课题任务、基本原理及方案4 1.1 设计课题任务4 1.2 秒表定时的基本原理42 设计课题硬件系统的设计4 2.1设计课题硬件系统各主要器件简要介绍4 2.2设计课题硬件系统各模块功能简要介绍5 硬件电路连接图72.3 设计课题元器件清单103 设计课题软件系统的设计11 3.1 设计课题使用单片机资源的情况11 3.2 设计课题软件系统个模块功能简要介绍11 3.3 设计课题软件系统程序流程框图11 3.4 课程设计各

3、部分程序介绍144 课程设计结论、误差分析、心得体会19 4.1设计课题的设计结论19 4.2设计课题的误差分析19 4.3设计体会195 致谢206 参考文献20摘要近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断的走向深入。本文阐述了基于单片机的数字电子秒表设计。本设计主要特点是计时精度达到0.01s，解决了传统的由于计时精度不够造成的误差和不公平性，是各种体育竞赛的必备设备之一。 本设计的数字电子秒表系统采用8051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，结合显示电路、LED数码管以及外部中断电路来设计计时器。将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够实现五位LED显示，显示时

4、间为099.99秒，计时精度为0.01秒，能正确地进行计时，同时能记录一次时间，并在下一次计时后对上一次计时时间进行查询。其中软件系统采用汇编语言编写程序，包括显示程序，定时中断服务，外部中断服务程序，延时程序等，并在WAVE中调试运行，硬件系统利用PROTEUS强大的功能来实现，简单切易于观察，在仿真中就可以观察到实际的工作状态。关键词：动态秒表、89S51芯片、中断、四位一体数码管、099.99秒 1 设计课题任务、基本原理及方案介绍1.1 设计课题任务设计一个具有特定功能的秒表系统用AT89S51设计一个动态数码显示“秒表”，显示时间为00.0099.99秒，个位每秒自动加一。另设计一个

5、按键，一上电动态数码管显示四个0，按一下秒表开始计时，按第二下秒表停止计时保持动态数码管显示的值，按第三下秒表归零。1.2 秒表的基本原理本实验利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，结合LED数码管以及原理图上的按键来设计秒表计时。将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，数码管能够正确地显示时间。其中本实验设计了一个按键：按第一下按键秒表开始计时（本实验中当开关从1变为0时开始计时），按第二下按键秒表暂停计时，即秒表停留在原先的计时（本实验中当相应开关从1变为0时即停止计时），按第三下按键秒表归零（本实验中当相应开关从1变为0时即停止计时）。用AT89S51设计一个2位LE

6、D数码显示动态秒表，显示时间为00.0099.99秒。另设计一个按键，按键说明：第一次按下按键，秒表开始计数，数码管显示从00.00开始计时；第二次按下按键，秒表停止计时改为保持当时数码管上显示的数值；第三次按下按键，秒表归零，数码管再次显示00.00；第四次按下按键，秒表再次开始计数，数码管再次显示从00.00开始计时，以此循环。在具体处理中，定时器/计数器采用中断方式工作，对时钟的形成在在中断服务程序中实现。在主程序中只需要对定时器/计数器初始化、调用显示自程序和控制子程序。另外，为了使用方便，设计了简单的按键，可以通过按键实现对时、分的调整，这样在主程序中就要加入键盘设置的子程序。2 设

7、计课题硬件系统的设计2.1 设计课题硬件系统各主要器件简要介绍本设计的硬件系统主要采用以下电子元器件：单片机 AT89C51RC，四位一体数码管（共阳极），电阻，电容，晶振，按键。【1】单片机 AT 89C51RC为本次课程设计的核心器件。 图2.1 AT 89C51RC引脚图 在单片机 AT 89C51RC中，有4KB的片内数据存储器和8KB的片内程序存储器，因此在组建单片机的最小应用系统时，不需要在单片机的外部扩展片外存储器。4k 字节FLASH 闪速存储器，128 字节内部RAM，32 个I/O 口线，2 个16 位定时/计数器，一个5 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器

8、及时钟电路。同时，AT89C51 降至0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种可选的节电工作模式。空闲方式体制CPU 的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM 中的内容，但振荡器体制工作并禁止其他所有不见工作直到下一个硬件复位。单片机控制线介绍：RST：上电复位端，当单片机振荡工作时，在该引脚上出现两个机器周期的高电平，单片机就可实现复位操作，使单片机回到初始状态。XTAL1、XTAL2：外接晶振引脚。/EA：片外程序存储器选用端，低电平有效。本次实验中不需要扩张存储器，因此，在电路中此端口接高电平。/PSEN：片外程序存储器读选通信号输出端，低电平有效。

9、本次试验中无片外程序存储器，故此功能不需要，此端口接高电平或悬空。ALE：地址锁存信号输出端。本次试验中没有用到16位地址线，故此端口悬空处理。VCC：电源端，接+5V电源正端。GND：接地端，接+5V电源地端。【3】数码管（共阳极） 图2.4 数码管封装图a.码管通常有发光二极管（LED）数码管和液晶（LCD）数码管，本设计提供的为数码管。数码管是利用8个发光二极管，按一定规则连接制作成的数字、字符显示器件，使用时，只要在数码管的引脚上送入合适的电平，即能显示09、AF一系列不同的数字。LED数码管内部集结了8个条状发光二极管排列成“8”字图案，它有共阳极和共阴极之分，即当8个发光二极管的负

10、极接在一起时称之为共阴极数码管，正极接在一起时称之为共阳数码管，对于共阴极数码管，把阴极接低电平，其余8个输入端接高电平，数码管发光；对于共阳极数码管，将阳极接高电平，其余8个输入端接低电平，数码管发光。数码管内发光二极管的输出光谱决定其数码管发光颜色，利用不同发光颜色，可以制成发出红、黄、绿等不同颜色的数码管，使用LED数码管时，为保证适中的亮度，工作电流一般选10mA左右。b.动态显示驱动方式动态显示是把要显示的信息分时输出，轮流点亮各个数码管显示数字，同一时刻只能显示一个数字。它采用了一组共享的段选数据线将显示信息输出到所有数码管的ag端，再用一组为选信号线控制某一数码管显示当前数据线上

11、的信息。c.静态显示的驱动方式:静态显示是将显示的信号由缓冲器锁存静态驱动数码管显示.对于共阴数码管,公共端接地,数码管的ag引线端与译码/驱动电路的输出端相连,这时驱动电路的输出端输出高电平使相应笔段点亮,输出低电平熄灭相应笔段.d.LED数码管的特点LED数码管被广泛用在数字化仪器仪表数控装置中,也长用于微机的数显器件.它们有以下几个特点: （1）能被低电压,小电流驱动发光,普通的数码管每笔段工作电流5MA10Ma,导通正向压降约2V与TTL,COMS信号兼容。（2）发光响应时间小于0.1us,高频特性好,单色性好,亮度.（3）成本低,体积小,重量轻,抗冲击性能好.（4）寿命长,一般工作在

12、10万小时以上,有的可达100万小时.2.2 设计课题硬件系统各模块功能简要介绍本设计的硬件系统主要采用以下基本模块来实现：单片机最小系统模块，输入模块、输出模块。（1）单片机最小系统模块：包括单片机AT 89C51RC、复位电路、晶振电路。本本模块AT 89C51RC系统控制核心，单片机系统复位由复位电路完成，单片机内部有一个高增益、反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，其输出端位位引脚XTAL2。通过这两个引脚在芯片外并接石英晶体振荡器和两只电容。这样就构成一个稳定的自激振荡器。图2.5 晶振电路图2.6 复位电路当复位键K1未按下时，RST端是低电平。当复位键K1按下时，RST端瞬间

13、上升到电源电压，及为高电平，电路中电源对电容快速充电。当复位键弹起时，电容通过电阻向地端放电，RST端电压逐渐下降。在保证RST端能得到大于两个机器周期的高电平时，单片机完成复位初始化操作。 图2.7 单片机的最小系统（2） 输入模块：本模块共用到了1个按键独立式按键按一下秒表开始计时，按第二下秒表停止计时保持动态数码管显示的值，按第三下秒表归零。 图2.8 输入模块（3） 输出模块：本次设计显示为4位，采用四位一体式数码管（共阳极）作为显示窗口. 图2.9 输出模块 图2.10 硬件电路路2.3 设计课题元器件清单序号产品名称规格型号数量1单片机AT89C51RC12晶振12MHz13独石电

14、容30pF24电解电容47F25电解电容10F16按钮 27RJ电阻10K128LED数码管1 图2.11 元器件清单 3 设计课题软件系统的设计3.1 设计课题使用单片机资源的情况单片机资源使用的情况如下：P0口作为段码输出口，输出数码管显示的段码信号；P3.3口作为按键输入口，将按键上的信号输入到单片机内部；P2口作为位码输出口，输出数码管的位显示，输出数码管位选信号；晶振12M； 3.2 设计课题软件系统个模块功能简要介绍 本设计的软件系统模块大致分为：主程序模块，中断服务程序，数码驱动显示程序，键扫程序。主程序：用于对程序进行全局控制，包括信号的输入输出，调用各个功能的子模块，调配按键

15、的使用。中断服务程序：用于产生1S的脉冲信号。键盘扫描模块：用于及时校正计时状态。数码驱动模块：用于驱动数码管的正确显示计时。3.3 设计课题软件系统程序流程框图主程序执行流程如下图:主程序先对显示单元和定时器/计数器初始化，然后重复调用数码管显示模块和按键处理模块，当有按键按下，则转入相应的功能程序.开始显示单元清零T0、T1设为16位计数模式允许T0中断调用显示子程序按下键否？进入功能程序是否 图 3.1 定时器/计数器T0中断服务程序流程图如下图：开始定时中断服务器程序入口1MS位加一判断1MS位是否满101MS位清零，10MS位加一判断10MS位是否满1010MS位清零，100MS位加

16、一判断100MS位是否满10100MS位清零，1S位加一判断10S位是否满1010S位清零中断返回结束 图 3.2按键扫描部分流程图：按键K0的扫描流程图如下，单片机在工作的过程中部端的对按键K1经行扫描，一旦发现K1按下，就开始作出一系列的连续反应。按键K2的扫描方法与按键K1的方法相似，单片机中一个储存单元记录K1的按下的此时，K2对秒表状态进行调整。 3.4 课程设计各部分程序介绍/采用LED软件译码动态显示程序。/使用AT 89C51RC单片机，12MHz晶振。/按一下秒表开始计时，按第二下秒表停止计时保持动态数码管显示的值，按第三下秒表归零。汇编源程序ORG 00HAJMP MAIN

17、 ORG 0BH AJMP T0_SRV ORG 30HMAIN: MOV SP,#80H MOV TMOD,#1 MOV TH0,#0D8H MOV TL0,#0F0H ;10MS 中断一次 MOV DPTR,#TAB SETB EA SETB ET0 MOV P0,#0 MOV P2,#0 MOV 30H,#0 MOV 31H,#0 MOV 40H,#0 MOV 41H,#0 MOV 42H,#0 MOV 43H,#0LOOP: CALL DISP JB P3.3,LOOPLCALL DELAY JB P3.3,MAINJNB P3.3,$ ;等待开始 SETB TR0LOOP2: CAL

18、L DISP JB P3.3,LOOP2 LCALL DELAY JB P3.3,LOOP2 JNB P3.3,$ ;等待开始 CLR TR0LOOP3: LCALL DISP JB P3.3,LOOP3 LCALL DELAY JB P3.3,LOOP3 JNB P3.3,$ ;等待开始 SJMP MAINT0_SRV: MOV TH0,#0D8H MOV TL0,#0F0H ;10MS 中断一次 INC 30H MOV A,30H CJNE A,#100,NEXT1 MOV 30H,#0 INC 31H MOV A,31HCJNE A,#100,NEXT1 MOV 31H,#0NEXT1:

19、MOV A,30HMOV B,#10DIV ABMOV 40H,BMOV 41H,AMOV A,31HMOV B,#10DIV ABMOV 42H,BMOV 43H,ARETIDISP: MOV A,40H MOVC A,A+DPTR CPL A MOV P0,A MOV P2,#10H CALL DELAY2MS MOV P2,#0 MOV A,41H MOVC A,A+DPTR CPL A MOV P0,AMOV P2,#80H CALL DELAY2MS MOV P2,#0 MOV A,42H MOVC A,A+DPTR CPL A MOV P0,A CLR P0.7 MOV P2,#2

20、0H CALL DELAY2MS MOV P2,#0 MOV A,43H MOVC A,A+DPTR CPL A MOV P0,A MOV P2,#40H CALL DELAY2MS MOV P2,#0 RETDELAY2MS: PUSH 06 PUSH 04 MOV R4,#4 MOV R6,#250 DJNZ R6,$ DJNZ R4,$-4 POP 4POP 6 RETDELAY: PUSH 06 PUSH 05 MOV R5,#20MOV R6,#250 DJNZ R6,$ DJNZ R5,$-4 POP 5 POP 6 RET TAB:DB 3FH, 06H, 5BH, 4FH, 6

21、6HDB 6DH, 7DH, 07H, 7FH, 6FHEND 4 课程设计结论、误差分析、心得体会4.1 设计课题的设计结论本设计为基于单片机的电子钟的设计。本设计用1个共阳数码管做为显示器，它显示时间值；设计中有2个按键，其中K2为启动/停止，K0位复位键。上电之后，显示00.00通过按键K2可以开始计时、停止、复位，通过复位键K1可以让秒表重新开始，这样的结果与设计要求完全相符，本设计成功。完成了设计任务。4.2 设计课题的误差分析该秒表在运行中存在一定的误差，误差产生有三种可能：首先是采用的计时方案是软件计时的，计时优势利用中断来实现。而当电子钟运行时间1秒时，又得去执行中断程序，这个过程是需要时间的，所以就产生了一定的误差，当然这个误差是避免不了的；其次还有硬件系统也有一定的影响；第三，设计用到11.0592MHz的晶振，计算是满20次为一秒钟，但实际会慢很多。4.3 设计体会经过为期一周的忙碌，终于完成了单片机的课程设计实验。在此期间，我不仅把课堂上学习到的东西经行了巩固和强化，而且在实践过程中各方面的能力也有所提高。当然，这里少不了老师和小