计时秒表课程设计计时秒表系统的设计

1、课 程 设 计 说 明 书 系 别： 机电学院 专 业： 电气控制及其自动化 学生姓名： 设计题目： 计时秒表系统的设计 起讫日期： 12月24日1月4日 设计地点： 学校 指导教师： 刘世林 目 录一 、设计目的及要求p3二、单片机的发展概况p4三、系统硬件电路设计p61、计时秒表电路设计2、整体设计框图1）振荡电路2）复位电路3）显示电路4）按键电路四、程序设计说明p13五、程序流程图p14六、程序清单p15七、仿真结果p18八、收获与致谢p19一 、设计目的及要求1.本次课程设计目的：通过本次课程设计，让学生掌握所学的微型计算机的应用系统硬件设计、程序设计与调试、重要可编程芯片的工作过程

2、，加深对微型计算机工作原理的理解，并学会将所学的知识应用到实际中，达到在应用中掌握知识的目的。2.本课程设计课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术参数、设计要求等）：本题要求以8086/单片机为CPU,设计制作一个计时用秒表。1、 可以实现计时秒表的功能，包括开始计时、停止、清零等。2、 能对计时时间进行数码显示。3、 设计控制器的硬件，并编写相应的软件。3.对本课程设计工作任务及工作量的要求（包括课程设计计算说明书（论文）、图纸、实物样品等）：1、 搭建微机应用系统硬件，编写相应的软件程序，并进行综合调试，完成满足设计要求的小型微机应用系统；2、 提供设计说明书一份，应包括封面、设计课题、

3、目的与要求、方案论证、设计过程说明等；3、 附设计原理图一张（最好使用Protel作图）；4.主要参考文献： 1 戴梅萼，史嘉权，微型计算机技术及应用。北京：清华大学出版社，2003 年 2 微型计算机系统原理及应用（第四版），周明德，清华大学出版社，2002年 3 80x86微型计算机组成、原理及接口，顾滨，机械工业出版社，2001年4 16/32位微机原理、汇编语言及接口技术（第2版），钱小捷，机械工业出版社，2005年5 微型计算机原理及应用（第三版），郑学坚，清华大学 2001年 二、单片机的发展概况单片机以其高可靠性、高性价比、低电压、低功耗等一系列优点，近几年得到迅猛发展和大范围推

4、广，广泛应用于工业控制系统，数据采集系统、智能化仪器仪表，及通讯设备、日常消费类产品、玩具等。并且已经深入到工业生产的各个环节以及人民生活的各层次中，如车间流水线控制、自动化系统等、智能型家用电器（冰箱、空调、彩电）等。管脚图如图AT89C51单片机引脚图(1) 电源地组Vcc和Vss；VCC(40)脚接+5V电压；VSS(20)脚接地(2) 时钟电路组XTAL1和XTAL2(3) 控制信号组RST/ALE/PSEN和EA(4) I/O端口P0, P1, P2和P3近来，单片机的发展尤为迅猛，并且趋于高智能化、存储器大量化、更多的外围电路内装化以及工艺上的多元化等方向，广泛应用于单机应用领域、

5、多机应用领域、自动控制领域和智能化控制领域等。单片机应用系统的结构通常分为三个层次，即单片机、单片机系统和单片机应用系统。单片机通常指应用系统主处理机，即所选择的单片机器件等。单片机系统指按照单片机的技术要求和嵌入对象的资源要求而构成的基本系统。时钟电路、复位电路和扩展存储器等与单片机共同构成了单片机系统。单片机应用系统指能满足嵌入对象要求的全部电路系统。在单片机系统的基础上加上面向对象的接口电路，如前向通道、后向通道、人机交互通道(键盘、显示器、打印机等)和串行通信口(RS232)以及应用程序等。单片机应用系统层次关系如图1.2所示。单片机向后通道单片机系统单片机应用系统向前通道人机交互通道

6、应用程序串行通信口单片机应用系统三个层次的关系三、系统硬件电路设计1、计时秒表电路设计数字电子秒表具有显示直观、读取方便、精度高等优点，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，计时与显示电路和回零、启动等。主控制器采用单片机AT89C51，显示电路采用四位共阳极LED数码管显示计时时间。由于本实验有四位数码管，如果采用静态显示要占用全部的I/O端口，所以本次试验采用动态显示，共使用12个引脚，即简化了电路又节省了原料。本设计利用AT89C51单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，使其能精

7、确计时。利用中断系统使其能实现开始和复位的功能。P2口输出段码数据，74LS245用作驱动，P3口接三个按钮开关，分别实现开始、暂停、清零功能。电路原理图设计最基本的要求是正确性，其次是布局合理，最后在正确性和布局合理的前提下力求美观。2、整体设计框图本硬件设计总共包括五部分电路：显示电路、振荡电路、复位电路、电源电路、按键电路。总体设计框图如图所示。AT89C51单片机振荡电路复位电路电源电路电源电路显示电路按键电路1）振荡电路本模块用了一个12MHZ的晶振外加两个33pf的电容，电路图用如图所示2）复位电路复位电路图如图所示，其中C1是两个为10微法的电解电容，R1是阻值为10K的电阻。3

8、）显示电路LED数码管的外形结构如图外部有12个引脚，其中4个引脚为公共端也称位选端，其余8个引脚称为段选端，当要使某一位数码管显示某一数字(0-9中的一个)必须在这个数码管的段选端加上与数字显示数字对应的8位段选码(也称字形码)，在位选端加上高电平即可。LED有共阴极和共阳极两种。如图所示。共阴极共阳极LED数码管结构原理图二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地，而共阳极则将发光二极管的阳极连接在一起，接入+5V的电压。一位显示器由8个发光二极管组成，其中7个发光二极管构成字型“8”的各个笔划（段）ag，另一个小数点为dp发光二极管。当在某段发光二极管施加一定的正向电压时，该段笔划即亮；

9、不加电压则暗。为了保护各段LED不被损坏，需外加限流电阻。图3.6 LED数码管引脚图使用LED显示器时，要注意区分这两种不同的接法。为了显示数字或字符，必须对数字或字符进行编码。七段数码管加上一个小数点，共计8段。因此为LED显示器提供的编码正好是一个字节。 LED字形显示代码表字型共阳极段共阴极段字型共阳极段共阴极段0C0H3FH990H6FH1F9H06HA88H77H2A4H5BHB83H7CH3B0H4FHCC6H39H499H66HDA1H5EH592H6DHE86H79H682H7DHF84H71H7F8H07H空白FFH00H880H7FHP8CH73H本设计的显示电路采用动态

10、显示。动态显示，是指无论任何时刻只有一个LED数码管处于显示状态。即单片机通过“扫描”方式控制各个数码管轮流显示。若要各个数码管能同时显示出与本位相应的显示字符，就必须采用动态的“扫描显示方式”。即在某一时刻，只让某一位的位选线处于选通状态，而其它各位的位选线处于关闭状态，同时，段码线上输出相应位要有显示的字符的段码，这样，在同一时刻，4位数码管中只有被选通的那一位显示出字符。如此循环下去就可以显示出要显示的字符。虽然这些字符是不同时刻显示的，但由于LED数码管的余辉和人眼的“视觉暂留”作用，只要每位显示间隔足够短，则可以造成“多位同时亮的假象”，达到同时显示的效果。动态显示的优点是硬件电路简

11、单，显示器越多，优势越明显。本次设计的显示电路有二部分组成：驱动电路、LED数码管显示电路。其中驱动电路用的是芯片74LS245，74LS245是我们常用的芯片，用来驱动LED或者其他的设备，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。74LS245还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。当AT89C51单片机的P0口总线负载达到或超过P0最大负载能力时，必须接入74LS245等总线驱动器。 当片选端/CE低电平有效时，DIR=“0”，信号由 B 向 A 传输；（接收） DIR=“1”D1）。(1).P0口：P0.0-P0.7作为数码管显示器的段控。(2).P2口：P2.0-P2.

12、3分别控制数码管LED0-LED7的位控码驱动。(3).定时/计数器：使用定时器1工作模式1实现数字式计数器的运行。(4).专用寄存器：定时器控制寄存器TCON，通过设置该寄存器TR0位的状态来控制定时/计数器1的启动/停止；中断允许寄存器IE，通过设置该寄存器EA/ET0位的状态来设置定时/计数器1中断允许/禁止；定时/计数器工作方式寄存器TMOD，设置定时/计数器1的工作方式。4）按键电路设计中有三个按键，分别本实现开始、暂停、和清零功能。这三个键可以采用中断或是查询的方法来识别。对于开始键，主要功能在于开始计时和实时显示所经历的时间，而暂停键主要用于停止计时并显示从开始到当前时刻的时间，

13、对清零键采用查询的方式，而对于开始和暂停键采用外部中断。按键电路中由于采用了外部中断，所以需要用到P3口的第二功能。本实验开关START和PAUSE按下时触发两个对应的中断，所以两个按键接到外部中断0和外部中断1管脚上。按键电路秒表原理图如下图所示。四、程序设计说明当打开电源后，进入待机状态，程序开始运行，给p0口送入0C0H,同时给p2送入高电平选中四位数码管，数码管将显示数字“0”，在程序开头初始化各个数据，缓存区71H,72H,73H，74H清零,等待中断来临。开中断及开T1计数器,当按下开始键时，电子秒表开始计时，由于采用方式1，定时时间选50ms，经过两次中断后，100ms位加1，这

14、时字位码选中最低位，同时查表字形码显示，当100ms位记满10次后，字位码向前移动一位，同时秒位加1，这时字形码的最高位取反，查表显示数字及小数点，当记满10此后，字位码向前移动一位，十秒位加1，查表显示当前数字，当记满10次后，清零，重新开始计时，依次循环，当按下暂停键时，暂停计时。在动态显示程序运行前，首先判断清零按键有没有按下，即P3.4是否为高电平，若为0，则继续运行下去，若为1，则跳出程序，返回到待机状态。五、程序流程图中断服务程序流程图主程序流程图开始初始化进入待机画面中断来临？调用动态显示子程序是否清零键跳出赋计数初值入口到1秒？（73H）=（73H）+1（73）=10？（73H

15、）=0（72H）=（72H）+1（72）=10？（72H）=0（71H）=（71H）+1（71H）=10？（71H）=0返回（74H）=0是是是是否否否否六、程序清单ORG 0000HAJMPMAINORG0003HLJMPSTARTORG0013HLJMPPAUSEORG001BHLJMPZHONGDUAN;初始化程序MAIN: MOVTMOD,#10HMOVTH1,#3CHMOVTL1,#0B0HSETBEX0SETB EX1SETBET1SETBIT0SETBIT1SETB EASETB PT1SETBPX1MOVR4,#2;待机画面程序LOOP: MOVP0,#0C0HMOV71H,#

16、00HMOV72H,#00HMOV73H,#00HMOV 74H,#00HMOV R1,#0FHMOVA,R1MOVP2,AMOVA,R0MOVDPTR,#TABSJMP LOOP;开始计时子程序START: SETBTR1ACALLDISPRETI;暂停计时子程序PAUSE: CPLTR1RETI;LED动态显示子程序DISP: JNB P3.4,EXITMOV R0,#71HMOV R1,#01HDISP1: MOVA,R1MOVP2,AMOVA,R0MOVDPTR,#TABMOVCA,A+DPTRJNBP2.2,DOTDOT: MOVP0,AACALLDELAYINC R0MOVA,R1

17、RLAMOV R1,AJBACC.5,DISPAJMPDISP1TAB: DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99HDB92H,82H,0F8H,80H,90HDELAY: MOVR7,#02HDELAY1: MOVR6,#0FFHDELAY2: DJNZR6,DELAY2DJNZR7,DELAY1EXIT: RET;定时器中断服务程序ZHONGDUAN: DJNZ R4,NEXTINC74HMOVR3,74HCJNER3,#10,NEXT1MOV74H,#00HMOVR3,#00HINC73HMOVR6,73HCJNER6,#10,NEXT1MOV 73H,#00HMOV R6,#0

18、0HINC 72HMOV R5,72HCJNER5,#10,NEXT1MOV 72H,#00HMOV R5,#00HINC 71HMOV A,71HCJNEA,#10,NEXT1MOV71H,#00HMOV72H,#00HMOV73H,#00HMOV74H,#00HNEXT1: MOVR4,#2NEXT: MOVTH1,#3CHMOVTL1,#0B0HRETIEND七、仿真结果1、计时效果图2、清零效果图八、 收获与致谢在本次课程设计过程中，我学到了很多东西，也遇到了很多麻烦。在开始做课程设计之前，授课老师就向我们说本次设计要用到单片机，让我们了解一下相关的知识信息。但当开始设计时还是手忙脚乱，主要是因为我们对单片机不太了解，比如它的功能、连接方式等。然后是电路图的设计，我们平时做实验的时候也接触到类似的电路，我们只是稍加修改了一番便可以使用了。最后是程序