河南理工大学单片机控制的多功能秒表系统设计(共24页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上摘要本设计是设计一个单片机控制的多功能秒表系统。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，同时带动着传统控制检测日新月异更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面的知识是不够的，还要根据具体的硬件结构，以及针对具体的应用对象的软件结合，加以完善。秒表的出现，解决了传统的由于人为因素造成的误差和不公平性。本设计的多功能秒表系统采用AT89C51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、电源电路、LED数码管以及键盘电路来设计计时器。将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够实现两

2、位LED显示，显示时间为0099秒，每秒自动加1，能正确地进行加、减（倒）计时，快加，快减，可以同时记录4个相对独立的时间，通过上翻下翻来查看这4个不同的计时值，可谓功能强大。其中软件系统采用汇编语言编写程序，包括显示程序，加减计数程序，快加快减程序，中断，延时程序，按键消抖程序等，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。 关键字：单片机，多功能秒表，设计目录1 概述1.1设计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计时器。将软、硬件有机

3、地结合起来，使得系统能够正确地进行加、减（倒）计时，数码管能够正确地显示时间。1.2设计要求1.能同时记录四个相对独立的时间并分别显示。 2.两位LED显示，显示时间为0099秒。3.每秒自动加1。 4.一个开始按键、一个复位按键、一个暂停按钮和一个快加按钮（每10ms快速加一）。 5.用上翻页按钮查看四个不同的计时值。6.添加下翻页按钮，并实现快减功能。 2 系统总体方案及硬件设计2.1系统总体方案本系统采用AT89C51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，以及一些按键电路等来设计计时器，将软、硬件有机地结合起来。其中

4、软件系统采用汇编语言编写程序，包括显示程序，加减计数程序，快加快减程序，中断，延时程序，按键消抖程序等，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。 单片机 外围 电路 电源 电路 显示电路 键盘电路 图1 系统电路原理2.2硬件电路设计本系统中，硬件电路主要有电源电路，晶振电路，复位电路，显示电路，以及一些按键电路等（1）单片机简介本系统设计采用AT89C51单片机。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业

5、标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容（由于在微机原理中学过C-51的具体知识，这里不再详细说明）。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是一种高效的微控制器。（2）电源电路电源电路是系统最基本的部分，任何电路都离不开电源部分，由于三端集成稳压器件所组成的稳压电源线路简单，性能稳定，工作可靠，调整方便，已逐渐取代分立元件，在生产中被广泛采用，由于是小系统，我们采用7809电源提供+5V稳压电压。（3）晶体振荡电路MCS-51单片机内部的振荡电路是一个高增益反相放大器，引线 XTAL1和XTAL2分别为反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入和来自反

6、向振荡器的输出，该反向放大器可以配置为片内振荡器。这里，我们选用51单片机12MHZ的内部振荡方式，电路如下：电容器C1，C2起稳定振荡频率，快速起振的作用，C1和C2可在20-100PF之间取,这里取30P，接线时要使晶体振荡器X1尽可能接近单片机。 图2 晶体振荡电路（4）复位电路采用上电+按键复位电路，上电后，由于电容充电，使RST持续一段高电平时间。当单片机已在运行之中时，按下复位键也能使用使RST持续一段时间的高电平，从而实现上电加开关复位的操作。这不仅能使单片机复位，而且还能使单片机的外围芯片也同时复位。当程序出现错误时，可以随时使电路复位。电路图如下： 图3 复位电路（5）显示电

7、路显示电路既可以选用液晶显示器，也可以选用数码管显示。我们采用的是数码管显示电路。用2个共阳极LED显示，LED是七段式显示器，内部有7个条形发光二极管和1个小圆点发光二极管组成，根据各管的亮暗组合成字符。在用数码管显示时，我们有静态和动态两种选择，静态显示程序简单，显示稳定，但是占用端口比较多；动态显示所使用的端口比较少，可以节省单片机的I/O口。在设计中，我们采用LED动态显示，用P0口驱动显示。由于P0口的输出级是开漏电路，用它驱动时需要外接上拉电阻才能输出高电平。电路图如下所示：图4 显示电路（6）键盘电路在按键电路中，我们可以在I/O口上直接接按键，或者通过I/O口设计一个键盘，然后

8、通过键盘扫描程序判断是否有键按下等。键盘扫描电路节省I/O口，但编程有些复杂，在这里，由于我们所用的按键较少，且系统是一个小系统，有足够的I/O口可以使用，为了使程序简化，我们采用按键电路，用部分P1口做开关，P1.0停止，P1.1快减，P1.2快加，P1.3暂停记录，P1.4下翻，P1.5上翻，用外中断INT0开始，另外用软件法消除抖动。电路图如下所示：图5 键盘电路3 软件设计4.1软件设计概述在软件设计中，一般采用模块化的程序设计方法，它具有明显的优点。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

9、性，使程序的结构层次一目了然。应用系统的程序由包含多个模块的主程序和各种子程序组成。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，如：加计数、减计数、延时、快加、快减，计数和显示等，在具体需要时调用相应的模块即可。功能描述：用2位LED数码显示"秒表"，显示时间为0099秒,每秒自动加1；一个"开始"键,一个"复位"键,一个"暂停"键，一个“快减”键，一个“快加”键；一个“记录”键，可同时记录四个相对独立的时间；一个“上翻”键，一个“下翻”键，查看四个不同的计时值。4.2程序流程图（1）主程序：这里采用分支

10、结构，通过对按键的扫描，判断要实现什么功能。如下所示： 开始 初始化P1.0=0?P1.1=0?P1.2=0?P1.3=0?P1.4=0?P1.5=0?停止快减快加下翻上翻够4个？P1.0=0?N暂停记录NNNNNNP1.0=0?NN（2）加1程序（20H） A进位清零做加法到100？（20H）清零个位十位分开返回Y （3）定时器1程序用定时器0实现定时1秒，定时器1实现定时10毫秒，定时初值都是0D8F0H，这里只写定时1秒的流程图，如下所示：压栈保护赋定时初值到1秒？调用加1程序调用显示程序中断返回Y4.3子程序模块设计（1）停止子程序按键后，使秒表停止，即关闭定时器0，1，程序如下：ST

11、OP: CLR TR0 CLR TR1；关闭定时器0，1 ACALL DISP；显示（2）暂停记录子程序 按键结束后，将此时显示内存中的数送寄存器中保存，并通过条件转移指令判断是否存够4个数，若存够则停止，否则继续。JILU : MOV A,20H MOV R1, A INC R1 DJNZ 50H, HERE；是否够四个数？ MOV R1, #71H MOV 50H, #04H MOV 51H, #04H SJMP STOP；够4个数停止（3）加1子程序此程序只为简单的加1，并判断是否到100？到则从0开始，否则继续，另外将显示内存中的数个位十位分开，以便于动态显示。JIA1: MOVA,2

12、0H ;CLR CINC ACJNE A, #100, GO1；是否加到100？MOV 20H, #00H RETGO1: MOV 20H, A；将个位十位分开显示 MOV B, #0AH DIV AB MOV 31H, A MOV 30H, B RET（4）显示子程序，采用动态显示DISP: MOVR0,#30H MOVR3, #0FEH MOVA, R3PLAY: MOV P2, A MOV A,R0 MOV DPTR, #DSEG1 MOVC A,A+DPTR MOV P0, A LCALL DL1 MOV P2, #0FFH MOV A, R3 RL A JNB ACC.2, LD1

13、INC R0 MOV R3, A LJMP PLAYLD1: RETDL1: MOVR7, #05HDL: MOVR6, #0FFHDL6: DJNZR6, $ DJNZR7, DL RET（5）延时子程序例如延时10ms程序：DELAY10:MOV R4,#14H DL00: MOV R5, #0FFHDL11: DJNZ R5, DL11 DJNZ R4, DL00 RET（6）按键消抖程序延时10ms再次判断该位的状态，若仍是0则说明该键被按下，弹起后去执行该按键功能；若为1，则说明是抖动则继续向下判断。L1: JB P1.1,L2 ; P1.1=0，快减 ACALL DELAY10 J

14、B P1.1, L2 JNB P1.1, $ LJMP KJIAN（5）中断服务程序 用外部中断1实现开始，定时器0定时1S，定时器1定时10ms 。4 Proteus软件仿真4.1功能简介功能描述如下：连通电源后，按开始键，秒表正常运行；按暂停记录键，记录4个数，上翻下翻键可以查看记录的4个数；停止键可使暂停；快加快减键可以实现快加快减功能，至停止键被按下；复位键可使系统复位。4.2 WAVE编译将所编写的汇编语言程序另存为 秒表.ASM 文件，并在WAVE中运行，显示结果如下： 图6 运行结果4.3 PROTEUS仿真用PROTEUS将编译生成的 秒表.HEX 文件下到单片机中，点击运行按

15、相应的操作键即可看到下图的效果： 图7 部分仿真结果A图7 部分仿真结果B5课程设计体会经过一个星期的课程设计，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时激情高涨到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。在老师的指导下，我顺利完成了课程设计。心得体会如下：1、将学习的理论知识通过实验融会贯通，让我对它的理解更加深刻。对程序的编译过程了解透彻。2、本次课程设计以自己设计为主，因此培养了学习的积极性，让我能够独立去分析问题、发现问题、解决问题，更增强我与老师同学交流沟通和合作完成任务的能力。3、由于这次课程设计不仅设计编程方面的知识，还涉及了其它学科的知识，例如

16、PROTEUS和WAVE等的基本知识。程序是用汇编语言来编写的，这次课程设计让我在编程能力方面得到了提高。4、由于水平有限，实验程序运行有一定的限制，望见谅。总之，通过这次课程设计，不仅加深了我对单片机理论方面的理解，将理论更好的运用的实践方面，而且锻炼了我们各方面的能力，培养了坚强的毅力和做事的耐心和细心，认识合作的重要性，虽然程序可能有一定的浪费资源，且较罗嗦，但这需要在实践中慢慢提高，还希望老师能够多多指导，促进我不断的进步。参考文献1 余发山主编.单片机原理及应用技术.徐州：中国矿业大学出版社.20032 杨凌霄编著.微型计算机原理及应用.徐州：中国矿业大学出版社，20043 李群芳主

17、编.单片机原理、接口及应用.北京：清华大学出版社，2005附1.源程序代码ORG0000HLJMP MAINORG000BHLJMPTIME1ORG 0013HLJMP ZHDUANORG001BHLJMPTIME10ORG0100HMAIN: MOV SP, #50H MOV TMOD, #11H MOVTH1,#0D8H ;定时10msMOVTL1, #0F0H MOVTH0,#0D8H ;定时10msMOVTL0, #0F0HMOV20H, #00H ; BIN SECOND MOV30H, #00H ; SECOND MOV31H, #00HMOV40H, #100 MOV 71H,#

18、00H ;记录暂存区 MOV 72H, #00H MOV 73H, #00H MOV 74H, #00H MOV 50H, #04H MOV 51H, #04H MOV R1, #71H SETB EA SETB EX1 SETB ET1 SETB ET0 CLR PT0 CLR PT1 SETB PX1 SETB IT1 MOVP0, #0FFH CLRTR0 CLRTR1 CLR 7FHML1:ACALLDISPSTART: JB P1.0,L1 ; P1.0=0，停止 ACALL DELAY10 JB P1.0, L1 JNB P1.0, $ LJMP STOPL1: JB P1.1,L

19、2 ; P1.1=0，快减 ACALL DELAY10 JB P1.1, L2 JNB P1.1, $ LJMP KJIANL2: JB P1.2,L3 ; P1.2=0，快加 ACALL DELAY10 JB P1.2, L3 JNB P1.2, $ LJMP KJIAL3: JB P1.3,L4 ; P1.3=0，暂停记录 ACALL DELAY10 JB P1.3, L4 JNB P1.3, $ LJMP JILUL4: JB P1.4,L5 ; P1.4=0，下翻 ACALL DELAY10 JB P1.4, L5 JNB P1.4, $ LJMP XFANL5: JB P1.5,L

20、; P1.5=0，上翻 ACALL DELAY10 JB P1.5, L JNB P1.5, $ LJMP SHFANL: SJMP HERESTOP: CLR TR0 ;停止程序 CLR TR1 ACALL DISP SJMP HEREJILU : MOV A,20H ;暂停记录程序 MOV R1, A INC R1 DJNZ 50H, HERE MOV R1, #71H MOV 50H, #04H MOV 51H, #04H SJMP STOPXFAN: MOV A,R1 ;下翻程序 MOV 20H, A MOV B, #0AH DIV AB MOV 31H, A MOV 30H, B L

21、CALL DISP INC R1 DJNZ 50H, HERE MOV R1, #71H MOV 50H, #04H SJMP HERESHFAN: MOV A,R1 ;下翻程序 MOV 20H, A MOV B, #0AH DIV AB MOV 31H, A MOV 30H, B LCALL DISP DEC R1 DJNZ 50H, HERE MOV R1, #74H MOV 50H, #04H SJMP HEREKJIAN: SETB TR1 ;快减程序 CLR TR0 HEE1: JNB TF1, HEE1 CLR TF1 ACALL JIAN1 ACALL DISP JNB P1.0

22、, STOP SJMP HEE1KJIA: SETB TR1 ;快加程序 CLR TR0HEE: JNB TF1, HEE CLR TF1 ACALL JIA1 ACALL DISP JNB P1.0, STOP SJMP HEEHERE: LJMP ML1ZHDUAN: SETB TR0 ;启动定时器0 CLR TR1 RETITIME1:PUSH ACC ;定时1秒 PUSH PSW MOVTH0, #0D8H MOVTL0, #0F0H DJNZ40H, RET0 LCALL JIA1 LCALL DISPMOV40H, #100RET0: POP PSW POP ACC RETITIME10: PUSH ACC