秒高分辨力秒表设计——

1、 单片机原理与应用课程设计说明书 题 目： 0.01S分辨力高精度秒表设计 系 部： 信息与控制工程学院 专 业： 测控技术与仪器 班 级： 2011级1班 学生姓名: 王茂杰 学 号: 指导教师: 吴萍 2013年 12 月 6 日目 录设计任务与要求- 2 -.设计任务- 2 -.设计要求- 2 -.设计结果- 2 -设计方案- 3 -.设计思路- 3 -.方案选择- 3 -.按键方式选择- 3 -.计时分辨力选择- 3 -.主要器件及芯片- 4 -.本设计主要器件清单- 4 -.单片机STC89C51RD- 4 -.74HC164芯片- 5 -.- 6 -.- 6 -.数码管LED-SP

2、41056- 7 -硬件电路设计- 9 -.硬件电路图设计说明- 9 -软件设计- 10 -.程序流程图- 10 -.主要参数计算与分析- 10 -.定时初值计算- 10 -.按键初值分析- 10 -.段码计算- 10 -.定时器及按键初始化程序- 11 -.PROTEUS仿真结果- 11 -调试过程- 12 -结论- 12 -附录：- 13 -实物图- 13 -器件清单- 14 -参考文献：- 15 -设计任务与要求秒表计时器常常用于体育竞赛及各种其他要求有较精确时间的各领域中。单片机具有体积小，成本低，抗干扰能力强，面向控制，可以实现分机各分布式控制等优点。本秒表/时钟设计采用目前市场上性

3、能价格比较高的STC52单片机设计而成的系统。.设计任务设计一个秒表计时器，能够实现以秒计时，并设置复位和启/停开关，复位开关用来使计时器清0，并作好清0准备。启/停开关的使用方法与传统的机械计时器相同，即按一下启/停开关，启动计时器开始计时，再按一下启/停开关计时暂时。清零开关可以在任何情况下使用，在计时过程中，只要按一下清零开关，计时器清零。.设计要求1.了解秒表计时器的工作原理； 2.掌握STC-51系列单片机的基本结构和特性；3.手动开关，具有起停与清零控制作用；4分辨力0.1S； 5.计时范围00.099.9S；.设计结果1. 双按键控制开始/暂停、清零；2. 分

4、辨力：0.01S；3. 计时最大范围：0.00秒；设计方案.设计思路本设计可利用单片机的内部定时器/计数器定时和记数的功能来实现计时，为了让时间显示更加醒目，可采用LED数码管显示，为了节省端口的使用，段码的输出可以串行输出，通过接一个串入并出移位寄存器74HC164来并行输出到LED数码管段选端。按键为满足设计要求可采用单按键方式或双按键方式任一种。对于秒表的分辨率与量程，在满足要求的前提下可以尝试提高一下分辨力，加大量程。在设计时首先采用PROTEUS仿真来模拟实现，最后进行焊接调试。.方案选择.按键方式选择 根据设计要求，可选择单按键或双按键两种方式来控制启动停止和清零功能，按键的使用方

5、法与传统的机械计时器相同。 方式一：一个按键控制，即按一下按键，启动秒表计时器开始计,再按一下按键，秒表计时器停止计时，并显示计时时间。如果再按一下按键，秒表计时器显示屏复位并重新开始计数。本方式的优点是可以仅用一个按键来实现所有功能，节省费用与端口。本方式的缺点是不能进行累计计时，只能进行一次性计时。 方式二： 本方案有两个按键，按键一的功能为清零。按键二的功能为启动暂停：按下按键二后，秒表计时器开始工作，若再按一下按键二，秒表计时器停止计数并记录下计数时间，如果再按一下按键二，秒表计数器继续计数，具有累计计数功能。本方式的优点是可以累加计时。本方式的缺点是占有端口多。考虑到计时时有可能在暂

6、停后继续计时，为使秒表功能达到最优，决定采用双按键设计。.计时分辨力选择根据设计要求，分辨力要求达到0.1S,在本设计中可以有以下两种分辨力选择：0.1S分辨力：本方案计时时间量程能达到6小时，但精度稍低。0.01S分辨力：本方案计时精度较高，但最大计时量程1小时。但可通过外接几个发光二极管来间接加长计时时间，当满量程1小时1次时，第一个发光二极管亮，第2次时，第2个发光二极管亮本硬件中共有3只发光二极管，故可间接把量程提高到（3+1）*1小时=4小时。综合考虑，秒表计时时间一般不会超过1小时，选择0.01S分辨力的方案。.主要器件及芯片.本设计主要器件清单 1、单片机最小系统：单片机STC8

7、9C51RD、STC89C51RD芯片座、排电阻、晶振12MHZ、晶振座、瓷片电容、看门狗芯片MAX813 、MAX813芯片座；2、串口下载电路：串口芯片MAX232、MAX232芯片座、独石电容、串口；3、电源：保险丝、保险丝座、自锁电源开关、电源指示灯、电源输入接口、电阻。 4、显示电路：串并转换芯片74HC164、74HC164芯片座 、色环电阻、数码管LED-SP41056、数码管座、色环电阻、三极管9105； 5、LED灯：LED指示灯、色环电阻； 6、按键：轻触开关 ；.单片机STC89C51RD 单片机STC89C51RD是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内

8、含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元， STC89C51RD单片机在电子行业中有着广泛的应用。图1 单片机STC89C51RD单片机最小应用系统.74HC164芯片74HC164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

9、高电平，一定不要悬空。其真值表如下：图 2 74HC164真值表74HC164时钟每次由低变高时，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。内部结构如下图：图 3 74HC164内部逻辑结构图.MAX818在本设计中可作为复位电路的一部分，当低于时可产生稳定的脉冲，起到了保护系统数的功能，其时序图如下：图时序图.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

10、现计算机与单片机之间的串行通信。其封装图及外围电路如下：图封装图及外围电路.数码管LED-SP41056 由于74HC164与数码管之间连接规律不确定，特把数码管LED-SP41056的管脚图及内部结构图在此简要介绍，图片如下：图 6 数码管LED-SP41056内部结构图图 7 数码管LED-SP41056显示及引脚位置图硬件电路设计.硬件电路图设计说明各主要器件及芯片的总线连接线路图如下：图 8 硬件电路总图软件设计.程序流程图开始定时器初始化，按键初始化清零键按下关闭TR0，中止计时启/停键次数计时计数值清零YNO偶奇图 9 双按键秒表程序设计流程图.主要参数计算与分析.定时初值计算 因

11、为选用了0.01的分辨力，选择定时方式1，所以最小位应0.01S跳变一次，即定时10mS完成一次中断，故可算得定时初值TH0=（65536-10000）/256; TL0=(65536-10000)%256。.按键初值分析要求在秒表上电后计时显示为零，等待按键，所以按键初值应为偶数（可参考软件设计流程图），本设计中赋初值为0。.段码计算通过数码管LED-SP41056的结构及与74HC164之间的连接关系，可以算出段码表 dis_code10= 0xe7, 0xa0, 0x97, 0xb5, 0xf0, 0x75, 0x77, 0xa1, 0xf7, 0xf5；连接关系如下图：图 10 数码管

12、与74HC164之间的连接关系图.定时器及按键初始化程序void INIT() TMOD = 0x01; /定时方式1 TH0 = (65536-10000)/256; /定时器T0的初值 TL0 = (65536-10000)%256; key1_times =0; /记录K1按键的次数。 doc=0; /计时初值 IE = 0x82; /EA=1,ET0=1 mm=0; /分钟数初始化 zm=0; /一小时次数.PROTEUS仿真结果下图为PROTEUS与KEIL的联合仿真图，图示时间为28分40秒88，满足设计各项要求。图 8 PROTEUS仿真结果图调试过程结论 本次课程设计老师首先和

13、我们一起分析了设计任务，然后按照分析的结果提出了设计要求，接下来就要我们利用自身的知识，以及查找相关资料进行设计了。设计的过程经过了反复的试验才得出最终的结果，所以这期间也付出了很多精力，但是有结果就证明付出是值得的。经过了这一次单片机课程设计，我感触最深的就是在遇到难题时要换个角度想问题，不要进入大脑误区，静下心来找解决问题的办法。网络能够帮助我们解决很多问题，在遇到一些没有见过的芯片或有什么不懂的地方可以到网上查找相关的资料，我在设计时就查找了一些芯片的手册，对设计的进行有很大帮助。在做这个设计之前自己曾想过几个方案，但在开始做的时候又进行了很多的改变，有些方案认为不可实施，但当在进行实验

14、后也许会发现是可以的，而有些方案认为可以实施，却不一定能成功。总之，在进行设计前要做好改变方案的打算，而且在这设计期间也要不断优化方案，使其最终达到最优。通过了这一次的课程设计，我对单片机也有了一个系统的了解，熟练了基本的设计方法，在今后会继续努力学习，学习更多的设计，不断提高自己！附录：实物图器件清单1、单片机最小系统： 单片机STC89C51RD 1个STC89C51RD芯片座 1个 排电阻103 4个 晶振12MHZ 1个晶振座 1个瓷片电容30P 2个看门狗芯片MAX813 1个MAX813芯片座 1个2、串口下载电路： 串口芯片MAX232 1个MAX232芯片座 1个独石电容104

15、 5个串口 1个3、电源： 保险丝 1个保险丝座 1个自锁电源开关 1个电源指示灯 1个电源输入接口 1个电解电容 1个 电阻222 1个 4、显示电路： 串并转换芯片74HC164 1个74HC164芯片座 1个色环电阻331 8个数码管LED-SP41056 1+1个数码管座 1+1个色环电阻302 3+3个三极管9105 3+3个5、LED灯： LED指示灯 3个（红、绿、黄各1）色环电阻202 3个6、按键： 轻触开关 4个参考文献：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年 2 阎石：数字电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2008年3 何桥：单片机原理及应用M.北京：中国铁道出版社，2007年 4 李朝青：单片机原理及接口技术M.北京：北京航空航天大学出版社，1999年5 张鑫，华臻，陈书谦：单片机原理及应用M.电子工业出版社，2005.86 杨光友，朱宏辉：单片微型计算机原理及接口技术M.水利水电出版社2002.97 杨文龙：单片机原理及应用M.西安电子科技大学出版社1993,68 梅丽凤,王艳秋,汪