单片机秒表设计

PAGEPAGE19毕业设计姓名：杨东专业：机电一体化班级：机电0701指导教师：雷正红电子信息工程系印制二○○九年十一月毕业设计题目：秒表设计毕业设计目的：秒表系统设计——用AT89C51设计一个6位ED数码显示“秒表”，显示时间为000000～235959秒，每秒自动加一。另设计一个“开始”按键和一个“复位”按键。）毕业设计任务：该设计1.秒表由6位七段LED显示器显示，其中六位显示000000～235959，显示分辩率为1s2.计时最大值为235959;

3.计时误差不得超过1s;具有清零、启动计时、暂停计时及继续计时等控制功能；

4.主要单元电路和元器件参数计算、选择；

5.画出总体电路图。6.编写程序

7.调试电路毕业设计主要技术数据：输出电压4.5-8.5V2、输出电流500Ma3、输出纹波电压<=5mV毕业设计工作量要求：电路原理图印刷版图绘制美观，布局合理。论文字数不少于6000字。参考文献8篇。毕业设计进度计划：毕业设计应完成的技术资料：1、电路图纸参考文献：教研室主任意见：系主管领导意见：任务下达日期2008年11月23日规定完成日期2008年12月26日前言二十多年来，电子计算机技术已广泛应用于测试领域中。电子计算机对人类社会的进步和发展有着阶层的飞跃，它是现代化社会的象征，是人们工作、学习、生活不可缺少的。在近几年发展起来的智能仪器，无论是在测量的灵敏度、准确度、可靠性、功能等方面，还是在解决测试技术问题的深度及广度方面都有了巨大的发展，它以一种崭新的面貌展现在人们的面前。随着大规模集成电路及计算机技术的迅速发展，智能仪器将会有更广阔的应用前景。而单片机以其高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠而得以在智能仪器中被广泛的应用。

本次设计是用51系列单片机中的AT89S51制作简易电子钟。电子钟是智能化仪器仪表的一种，它可广泛应用于工业、农业、日常生活等领域。它以微控制器为核心，与传统钟表相比较，它具有高精度、高可靠性、操作方便、价格便宜、智能化等特点，是钟表发展的新方向，具有一定的实用价值。本次采用的AT89S51是一种低功耗，高性能的CMOS8位微型计算机，与工业上标准的80C51和8051的指令系统及引脚兼容，片内Flash集成在一个芯片上，可用与解决复杂的问题，且成本较低。正因为它有这么多特点，所以在实现本次设计的简易电子钟系统中不需外部资源扩展。

简易电子钟能正确反映实际时间值，能完成时、分、秒的显示调整。本次简易电子钟课程设计采用ASM51软件完成用汇编语言编写。通过本次设计能让我们对专业的电子画图软件（AUTOCADl）、51系列单片机的工作原理、对汇编语言编写程序有更深刻的了解。

本次设计由于时间仓促以及设计者水平有限，难免存在着一些不足和错漏之处，诚肯和大家一起研究探讨，在此特别感谢老师提出的宝贵意见和一直以来的耐心指导。

绪论电子秒表在生活中的应用,它可广泛应用于对运动物体的速度、加速度的测量实验,还可用来验证牛顿第二定律、机械能守恒等物理实验,同时也适用于对时间测量精度要求较高的场合.测定短时间间隔的仪表。有机械秒表和电子秒表两类。机械秒表与机械手表相仿，但具有制动装置，可精确至百分之一秒；电子秒表用微型电池作能源，电子元件测量显示，可精确至千分之一秒。广泛应用于科学研究、体育运动及国防等方面在当今非常注重工作效率的社会环境中，定时器能给我们的工作、生活以及娱乐带来很大的方便，充分利用定时器，能有效的加强我们的工作效率，计数器是一个用以实现计数功能的时序部件,它不仅可用来计脉冲数,还常用作数字系统的定时,分频和执行数字运算以及其它特定的逻辑功能.计数器种类很多.按构成计数器中的各触发器是否使用一个时钟脉冲源来分,有同步计数器和异步计数器.根据计数制的不同,分为二进制计数器,十进制计数器和任意进制计数器.根据计数的增减趋势,又分为加法,减法和可逆计数器.还有可预置数和可编程序功能计数器等等.目前,无论是TTL还是CMOS集成电路,都有品种较齐全的中规模集成计数器.使用者只要借助于器件手册提供的功能表和工作波形图以及引出端的排列,就能正确地运用这些器件.第二章设计要求用89C51设计一个4位LED数码显示秒和分，显示秒数、分数分别为0~60每秒自动加1，且秒数计满60自动向分数位进1，分数计满则显示“FFFF”,另设计一个“开始”按钮（既复位按钮）一个“停止”按钮，按“开始”键（相当于复位功能）此时显示时间为“0000”，按“停止”键，保持实时时间，停止计时第三章设计原理(1)硬件设计：依据设计要求及结合实际情况，用一个89C51去实现位数码显示，而要显示一位数字需用8个LED，而实际89C51只有P1P2共16个I/O用来驱动数码管显示数字远远不够，故此借助89C51，P0端口的另一个特殊功能－－分时复位功能，即由P0端口的8个I/O口通过数据总线驱动4个HC373，再由4个HC373模块区别驱动，4个LED显示秒数，而P0端口何时向哪个HC373输送数字，具体由P2端口的4个I/O驱动对应的HC373模块来实现。(2)依据分秒计时器的计数原理，最大计数为3599，计数器16位计数最大值63336，而秒和分是以60为进制的，介于以上两特点，我决定采用以下程序，即借助89C51的定时器(50ms定时)和初位为20的N位完成1s定时，1s到时向计数器发生内部计数脉冲，促使计数器完成加1功能，然后从计数器1中取出该数，用60去除，依据秒和分之间是以60为进制的特点，可得到整数部分为显示的分数（两位数），而余数既位显示的秒数部分，然后分别将两个两位数，依据分数十位、分数个位、秒数十位、秒数个位的顺序转换为BCD码，再借助DPTR及DOT表格完成BCD的对应的LED显示码的转换，然后再通过MOV转送指令，将4个显示码按顺序传送P0端口，其门对P20的对应I/O进行的，对应HC373芯片显示数字。备注1：在硬件设计中，P0端口的8个I/O通过数据总线与四个HC373芯片，而HC373驱动4个LED完成，采用共阳接法即在每个HC373连接的LED上端提供3v电压，其对应的串联一个电阻220欧的电阻构成高电位，然后在P0的每个I/O口上串联一个10千欧的电阻，并提供3v并联电压于上端对比构成低电平，从而P0供应P2将数据传到HC373，显示对应数值。第四章元件介绍提纲：1主要介绍对象：(1)89C51(2)HC373(3)LED2主要介绍内容：(1)89C51的主要功能，结构特点，及各端口特点(以本设计所用端为例)(2)8951的使用注意事项(3)HC373的主要作用及使用方法(4)LED的闪亮原理及使用注意事项3备注：以为89C51重点（一）AT89C51的简介AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM-FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。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。引脚说明VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉LED数码显示管的工作原理LED数码管分共阳极与共阴极两种，其工作特点是，当笔段电极接低电平，公共阳极接高电平时，相应笔段可以发光。共阴极LED数码管则与之相反，它是将发光二极管的阴极(负极)短接后作为反映出半导体材料的特性。常见管芯材料有磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)、磷砷化镓(GaAsP)、氮化镓(GaN)等，其中氮化镓可发蓝光。发光颜色不仅与管芯材料有关，还与所掺杂质有关，因此用同一种管芯材料可以制成发出红、橙、黄、绿等不同颜色的数码管。其他颜色LED数码管的光谱曲线形状与之相似，仅入，值不同。LED数码管的产品中，以发红光、绿光的居多、这两种颜色也比较醒目。

LED数码管等效于多只具有发光性能的PN结。当PN结导通时，依靠少数载流子的注人及随后的复合而辐射发光，其伏安特性与普通二极管相似。在正向导通之前，正向电流近似于零，笔段不发光。当电压超过开启电压时，电流就急剧上升，笔段发光。因此，LED数码管属于电流控制型器件，其发光亮度L(单位是cd／m2)与正向电流IF有关，用公式表示：

L=KIF

即亮度与正向电流成正比。LED的正向电压U，则与正向电流以及管芯材料有关。使用LED数码管时，工作电流一般选10mA左右／段，第五章电路图第六章程序流程图程序法分析：本程序T0作50ms定时，T1用作计数由T0与N(需定义；初位为20)配合完成1s定时，1s时间到向T1发出计数脉冲，然后读T1中的数字用60整，将所行商余数分别成BCD码转换，因此全部程序包括起始定义语句，主程序4中断服务程序，3个子程序。a、主程序内容：为显示初始化，定时/计数器初始化，中断初始化。b、定时/计数器1中断服务程序：T1中断表示计数器溢出，计数超时3559，实现显示4个“F”然后返回。c、定时器/计数器0中断服务程序：T0中断表示50s时间到，首先重置初位，然后判断(N)－1是否为0，若不为0，则1秒时间未到，返回主程序；若为0，读取T1计数器内容送DH、DC，重新给T0、T1置初位，然后调用NBCD16(提供转换为BCD码),TBFLLN(将BCD码转化为显示码)，DISPLAY(三个子程序)。d、外部中断0服务程序：执行外中断0中断，表示“停止”键按下，停止计时，维持原显示数据后返回。e、外中断1服务程序：执行外中断1中断，表示“开始、复位”键按下，则表示00；即返回到原程序头重新执行。备注2：软件设计中：在程序设计中，需涉及以下几个方面的特殊情况：1中断的响应：(1)定时器0中断的响应，即当定时器完成1s时，CPU储存中断，而执行子程序的T1计数器加1，及读取BCD码的转换，以及BCD码转换显示码，和显示数字等子程序。(2)外中断：即T0在完成50ms定时还始终要对外部中断信号(以脉冲形式出现)，开始(复位)、停止按钮对应的I/O接口完成检测，若检测到开始(复位)，则需到执行中断程序了，即促使LED显示0000，若检测到停止程序，则程序停止执行PC指针作空循环，(3)内部中断：当计到3659时，因已最大计数，此时T1计数器应发出溢出标志，执行T1计数器的中断服务程序即显示FFFF。2初始化：在此程序中应涉及三方面：(1)系统初始化即开始时显示0000，(2)定时器I/O计数器的工作方式，及初位的设定，注：定时器0每完成一次50ms定时都必重新进行1次初位设定，计数器1一样。流程图第七章程序ORG0000H走始汇编程序部分AJMPMIANORG0003H中断使用步骤1AJMPINTPROG0转入外中断O服务程序ORG0013HAJMPINTPROG1转入外中断1服务程序ORG000BH转入定时/计数O中断服务程序AIMPCTPROG0ORG001BH转入定时/计数1中断服务程序NEQu5FHBCD1EQu5EHBCD2EQu5DHBCD3EQu5CHBCD4EQu5RHCRTN1EQu4FHCRTN2EQu4EHCRTN3EQu4DHCRTN4EQu4CHORG0030H执行主程序MAIN:MOVSP,#60H确定栈底MOVN,#20HMHIN:MOVPO,#060HCLRP2.0SETBP2.0MOVP0#0C0HCLRP2.1SETBP2.1MOVP0#0C0HCLRP2.2SETBP2.2MOVP0#0C0HCLRP2.3SETBP2.3MOVTMOD#41HMAIN:MOVDPTR#15536MOVTL0DPLMOVTH0DPHMOVDPTR#4663MOVTL1DPLMOVTH1DPHSETBET0开放T0中断SETBET1开放T1中断SETBEX0开放外部中断0SETBEX1开放外部中断1SETBEASETBTR1SETBTR0COOP:MOVR7OFFHNOPCOOP1:DJNER7COOP1SJMPCOOPT1CTPROG1:MOVP0,#8FHCLRP2.0SETBP2.0MOVP0#8FHCLRP2.1SETBP2.1MOVP0,#8FHCLRP2.2SETBP2.3MOVP0,#8FHCLRP2.3SETBP2.3MOVDPTR#15536MOVTL0MOVTH0DPHMOVDPTR#4663MOVTL1DPCMOVTH1DPHCT01:RETI;T0的50ms定时中断服务程序CTPROG0:MOVDPTR#15536MOVTL0DPCMOVTH0DPHDJNENCT011s未到，返回CLRP3.5向T1发出计数脉冲SETBP3.5ACALLCOOP2执行子程序，完成读数ACALLMBCDBCD码转换ACALLTBFCINBCD码转换显示码ACALLDISPCAY显示码进行显示MOVN,#20RETLINTPROG0:CCREA外中断O服务程序，“停止”RETL键按下时，关闭总中断，停止计时INTPROG1:ACACCMAIN1外中断1服务程序，“开始/复位”键按下时，跳转执行程序MAIN1，即显示’0000重新开始计时COOP1:MOVA,TH1将T1计数传读到A中ADDA,TL1MOVB,#60(分)数的划条分数分在A中，（秒）数放在B中DIVA,BRETNBCD:CLRACCLRCADDA#1DAAMOVN,AANLA,#OFHMOVBCD1;A（分）数的个位送 BCD1MOVA,NSWAPANLA,OFHMOVBCD2,A（分）数的十位送BCD2MOVA,BADDA,#1对（秒）数进行BCD码转换DAAMOVN,AANLA,#OFH(秒)数个位送BCD3MOVBCD3AMOVA,NSWAPAANLA,OFH(秒)数十位送BCD4MOVBCD4RETTBFLLN:MOVA,BCD1MOVDPTK,#DPT(分)数个位BCD码转换为显示码MOVCA,@A+DPTRMOVCKTN1,AMOVA,BCD2MOVCA,@A+DPTR(分)数十位BCD码转换为显示码MOVCKTN2,AMOVA,BCD3MOVCA,@A+DPTR(秒)数个位BCD码转换为显示码MOVA,BCD4MOVCA@A+DPTR(秒)数十位BCD码转换为显示码RETDOT:DBOCOH,OA4H,OBOH0.123456789ABCDEF99H,92H,82H,OF8H80H,90H,40H,79H24H,30,86H,8EHDISPCAY;MOVP0,CRTN1CLRP2.0（分）个位送显示SETBP2.0MOVP0CRTN2SCRP2.1（分）十位送显示SETBP2.1MOVP0CRTN3CLRP2.2（秒）个位送显示SETNP2.2MOVP0CRTN4CLRP2.3（秒）十位送显示SETNP2.3RET第八章总结通过对这次设计项目的完成，使我有以下几点体会：首先对单片机AT89C51有了更加详细的了解，它的P0端口具有两个功能，不接片外存储器时，可以双向输入/出接口，在接片外存储器或扩展I/O接口时，P0分时复用低8位地址和双向数据总线，而依据任务书要求要显示4位数，若直接将二极管管脉冲连在89C51上面明显会出现89C51管脚不够用的难点，故此可完全借助P0口的第二功能来解决这一问题，把4个数码显示管所要显示的数字以1分时送出。其次：为了提高单片机运行速度，防止CPU太忙、太累，使定时/计数器能独立工作，从而减轻CPU负担，因此提出采用CPU中断系统。即在正常情况下让CPU处于等待休息状态定时器、计数器独立工作。当外界或定时器计数器产生中段信号时，CPU执行相应的中断服务程序，执行完后再跳回去让CPU处于等待地位。再次：通过这次对设计任务的完成不单单使我对AT89C51有了了解而且使我学会了完成一个设计任务的基本步骤，为以后完成类似的设计任务打下了一定的基础致谢在本次论文设计过程中，雷正红老师对该论文从选题，构思到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导,使我得以最终完成毕业论文设计。在设计期间中,老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模，导师高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将永远激励着我。值此论文完成之际，心中充满了一片感激之情，在整个论文完成的过程中得到了我的导师雷正红老师的精心指导，在此要向他致以最崇敬的感谢。雷正红总是在百忙之中抽出时间来为我们解答论文设计过程中的疑惑，由于牟老师平易近人的生活作风和高深的学术造诣，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。再次向牟老师献上诚挚的谢意。在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意！最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人论文答辩的各位老师表示感谢基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现单片机嵌入式以太网防盗报警系统基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现单片机监测系统在挤压机上的应用MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用\t"_blan