单片机简易秒表课程设计报告

..-..-可修遍-单片机课程设计题目：简易秒表系部：机电工程系专业：机电一体化班级：094班姓名：三学号：2009044056指导教师：富强目录TOC\o"1-3"\h\u22363一摘要 121370二绪论 29062.1单片机的开展 25122.2MCS-51系列单片机介绍 49951三设计任务及要求 513040四工作原理 5195514.1七段数码管概述 5291524.2MCS--51的引脚及相关功能 73242五简易秒表电路图 99771六流程图 1025055七源程序1014142八系统硬件设计 1211008九总结 1315688十课程设计心得 138756参考文献 14..-..-可修遍-一摘要单片机自70年代问世以来得到蓬勃开展，目前单片机功能正日渐完善:单片机集成越来越多资源，部存储资源日益丰富，用户不需要扩大资源就可以完成工程开发，不仅是开发简单，产品小巧美观，同时抗干扰能力加强,系统也更加稳定，使得它更加适合工业控制领域，具有更加广阔的市场前景；提供在线编程能力，加速了产品的开发进程，为企业产品上市赢得珍贵时间。此外单片机具有性能高、速度快、体积小、价格低、稳定可靠、应用广泛、通用性强等突出优点。单片机的设计目标主要是增强"控制〞能力，满足实时控制的需要。本文的主要容是掌握各种单片机的构造、接口、片上外设的特点，并利用自行制作的单片机最小系统，完成一个简单应用〔简易秒表〕的设计与软件及硬件设计制作，让读者掌握数字单片机最小系统的设计及单片机系统的应用方法。二绪论当前社会信息化建立在各地蓬勃开展，作为信息发布的终端显示设备，LED显示屏己经广泛应用于工作和生活的各个方面，主要用于显示文字、图像、动画等。LED显示屏的应用涉及社会的许多领域，主要包括：金融证券、体育场馆、道路交通、邮政电信、商场购物中心等效劳领域的业务宣传及信息显示。LED是发光二极管的简称(LightEmittingDiode)。由于它具有亮度高、响应速度快、低电压、功耗小、耐震动、寿命长等优点，使其成为室外信息显示终端的主要发光器件。LED显示屏是20世纪90年代出现的新型平板显示器件，由于其亮度高、画面清晰、色彩鲜艳，使它在公众多媒体显示领域一枝独秀，因此市场空间巨大。LED显示屏的开展可分为以下几个阶段：第一阶段为1990年到1995年，主要是单色和16级双色图文屏。用于显示文字和简单图片，主要用在车站、金融证券、银行、邮局等公共场所，作为公共信息显示工具。第二阶段是1995年到1999年，出现了64级、256级灰度的双基色视频屏。视频控制技术、图像处理技术、光纤通信技术等的应用将LED显示屏提升到了一个新的台阶。LED显示屏控制专用大规模集成电路芯片也在此时由国企业开发出来并得以应用。第三阶段从1999年开场，红、纯绿、纯蓝LED大量涌入中国，同时国企业进展了深入的研发工作，使用红、绿、蓝三原色LED生产的全彩色显示屏被广泛应用，大量进入体育场馆、会展中心、广场等公共场所，从而将国的大屏幕带入全彩时代。2.1单片机的开展单片机也被称为微控制器〔Microcontroller〕，是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片仅有CPU的专用处理器开展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的开展便分道扬镳。单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格廉价、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与构造的最正确选择。单片机部也用和电脑功能类似的模块，比方CPU，存，并行总线，还有和硬盘作用一样的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影！它主要是作为控制局部的核心部件。它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的本钱，这也是和离线式计算机的〔比方家用PC〕的主要区别。单片机是靠程序运行的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些那么是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板！但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像；不仅可以用于室环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比较的优点。LED之所以受到广泛重视而得到迅速开展，是与它本身所具有的优点分不开的。这些优点概括起来是：亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。LED的开展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向开展。2.2MCS-51系列单片机介绍单片机的全称是单片微型计算机〔SingleChipMicroputer〕。为了使用方便，它把组成计算机的主要功能部件：中央处理器〔CPU〕、数据存储器〔RAM〕、程序存储器〔ROM、EPROM、E2PROM或FLASH〕、定时/计数器和各种输入/输出接口电路等都集成在一块半导体芯片上，构成了一个完整的计算机系统。与通用的计算机不同，单片机的指令功能是按照工业控制的要求设计，因此它又被称为微控制器〔Microcontroller〕。MCS51系列单片机是美国Intel公司于1980年推出的一种8位单片机系列。该系列的根本型产品是8051、8031和8751。这3种产品之间的区别只是在片程序存储器方面。8051的片程序存储器〔ROM〕是掩膜型的，即在制造芯片时已将应用程序固化进去；8031片没有程序存储器；8751部包含有用作程序存储器的4KB的EPROM。由于8051的编程需要制造商的支持，8751的价格昂贵，因此8031获得了更为广泛的使用。MCS51系列单片机优异的性能/价格比使得它从面世以来就获得用户的认可。Intel公司把这种单片机的核，即8051核，以出售或互换专利的方式授权给一些公司，如Atmel、Philips、ADI等。这些公司的这类产品也被称为8051兼容芯片，这些8051兼容芯片在原来的根底上增加了许多特性。本书应用电路中采用了Atmel公司的AT89S51芯片，它与MCS51单片机指令集兼容，同时它的部包含用作程序存储器的4KB的基于FLASH技术的只读存储器。采用这款芯片既克制了采用8031需要添加外部程序存储器导致电路复杂的缺点，又克制了采用8751导致电路制作本钱高的缺点。三设计任务及要求1、掌握数码管显示控制系统的显示原理，学习数码管显示数字和字符的编程方法.2、试设计一简易秒表，使得七段符显示管的a-g分别接在单片机的P口上，输出低电平时，显示管点亮，要求从数字"0〞显示到数字"9〞，延时间隔为1秒。四工作原理4.1七段数码管概述七段数码管是单片机系统中常用的显示器元件，可以用来显示单片机系统的工作状态、运算结果等各种信息。单个七段数码管的外形如图4-1所示。七段数码管有八个LED发光二极管分别构成其7个字段和一个小数点，通过不同的字段和小数点亮灭组合可以显示数字0—9、字符A—F、H、L、P、R、U、Y、"—〞符号以及小数点".〞等图形。组成七段数码管的八个LED发光二极管的连接方法通常是将其其中一极接在一起形成一个公共极，剩下一个极作为个字段的控制极。将八个LED发光二极管的阳极连在一起构成的公共极的七段数码管称为共阳极七段数码管，其部构造如下图，而将这八个LED发光二极管的阴极连在一起构成的公共极称为共阴极七段数码管。要点亮共阳极数码管对应的字段，需要公共极接高电平，同时对应段控制极接低电平，同时对应段控制极接高电平。通常应用中将a—g、dp控制极依次有地位接到高位控制线，由此我们可以得到共阳极、共阳极数码管的字型码，如图6-1所示。让七段数码管对应段可控制极得到表6—1中所示的高电平，那么在数码管上就会显示对应字符，这是单片机控制七段数码管显示的核心。单片机控制单个七段数码管的最简单方法就是直接使用一个并口的八个I/0引脚分别接数码管的八个端控制极，然后编写单片机程序通过此并口给数码管对应引脚提供相应电平，就可以在其显示容了。需要注意的是，因各段的发光二极管额定电流一般为10mA左右，所以需要保护数码管。表4-1共阳极、共阴极数码管的字符码表字符共阳极数码管共阴极数码管dpgfedcba字型码dpgfedcba字型码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熄灭11111111FFH0000000000H图4-1七段数码管外形图与引脚图4.2MCS--51的引脚及相关功能40个引脚按引脚功能大致可分为4个种类：电源、时钟、控制和I/O引脚。如右图⒈〕电源:注：用万用表测试单片机引脚电流一般为0v或者5v，这是标准的TTL电平，但有时候在单片机程序正在工作时候测试结果并不是这个值而是介于0v-5v之间，其实这之是万用表反映没这么快而已，在某一个瞬间单片机引脚电流还是保持在0v或者5v的。⒉〕时钟：XTAL1、XTAL2-晶体振荡电路反相输入端和输出端。⒊〕控制线：控制线共有4根，⑴ALE/PROG：地址锁存允许/片EPROM编程脉冲①ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址②PROG功能：片有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。⑶RST/VPD：复位/备用电源。①RST〔Reset〕功能：复位信号输入端。②VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。⑷EA/Vpp：外ROM选择/片EPROM编程电源。①EA功能：外ROM选择端。②Vpp功能：片有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。⒋)I/O线80S51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号〔属控制总线〕五简易秒表电路图六流程图开场开场赋初值宏定义运算，查表输出P1输出数字变量自增运算Second<10是返回开场否七源程序SecondEQU30H；定义变量Second的存储地址为30H单元ORG0000H；指定程序起始地址为0000HLJMPMAIN；跳到MAIN程序段执行ORG0030H；指定MAIN程序段的起始地址为0030HMAIN:MOVSecond,#00H；给Second变量赋初值为00HNEXT:MOVA,Second；将Second变量放累加器A中MOVDPTR，#TABLE；把TABLE表的表头地址赋给DPTR，准备查表MOVCA,A+DPTR；用查表法得到字段码MOVP2,A；将字段码送到P2口，显示数字LCALLDELAY；调用DELAY延时程序段，实现1秒延时INCSecond；Second自变量增加1MOVA,Second；将新的Second变量送到累加器ACJNEA,#10,NEXT；用CJNE语句判断累加器A中的Second变量是否到达10，如果未到达10，那么返回NEXT处，显示新的Second变量值LJMPMAIN；如果Second变量到达10，那么返回START让其变为零DELAY:MOVR5,#10；实现1秒延时的延时程序段D2:MOVR6,#20D1:MOVR7,#248DJNZR7,$DJNZR6,D1DJNZR5,D2RET；返回调用DELAY程序段的语句处TABLE:；共阴极数码管0-9字段码表DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,6FHEND；程序完毕八系统硬件设计一个单片机应用系统的硬件电路设计包含两局部容：一是系统扩展，即单片机部的功能单元，如ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时，必须在片外进展扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。二是系统的配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、A/D、D/A转换器等，要设计适宜的接口电路。系统的扩展和配置应遵循以下原那么：1、尽可能选择典型电路，并符合单片机常规用法。为硬件系统的标准化、模块化打下良好的根底。2、系统扩展与外围设备的配置水平应充分满足应用系统的功能要求，并留有适当余地，以便进展二次开发。3、硬件构造应结合应用软件方案一并考虑。硬件构造与软件方案会产生相互影响，考虑原那么是：软件能实现的功能尽可能由软件实殃，以简化硬件构造。但必须注意，由软件实现的硬件功能，一般响应时间比硬件实现长，且占用CPU时间。4、系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配。如选用CMOS芯片单片机构成低功耗系统时，系统中所有芯片都应尽可能选择低功耗产品。5、可靠性及抗干扰设计是硬件设计必不可少的一局部，它包括芯片、器件选择、去耦滤波、印刷电路板布线、通道隔离等。6、单片机外围电路较多时，必须考虑其驱动能力。驱动能力缺乏时，系统工作不可靠，可通过增设线驱动器增强驱动能力或减少芯片功耗来降低总线负载。7、尽量朝"单片〞方向设计硬件系统。系统器件越多，器件之间相互干扰也越强，功耗也增大，也不可防止地降低了系统的稳定性。随着单片机片集成的功能越来越强，真正的片上系统SoC已经可以实现，如ST公司新μPSD32××系列产品在一块芯片上集成了80C32核、大容量FLASH存储器、SRAM、A/D、I/O、两个串口、看门狗、上电复位电路等等。九总结单片机是当前流行的控制技术，使用简单、功能强大、本钱也很低，对于我们以后的工作有很大用处，这次课设我们用单片机来完成不仅提高了我们对单片机的兴趣，而且使我们所学知识在实际中得到应用，提高了我们的应用能力。课设使用了点阵，我们上课并没有学习这方面的容，通过我们查资料，很快领会了点阵的使用方法，课设使用了多种软件帮助设计，让我们对设计方法有了进一步了解，而且我们设计了不同的显示容，让我们对点阵的显示有了根本的掌握，我们感觉很有成就感。我在这个学期做了一个单片机的小工程，对单片机已经比较熟悉，这次课设并没用感觉到很难，我们小组分工明确，各负其责，我主要负责软件的设计与调试。经过我们三个的共同努力，很快便将仿真结果做了出来。作出的结果可能不能让教师十分满意，但我们已经为我们的成果欢呼雀跃了。这只是一次简单的课设，在实际中的应用还会更难，这都需要我们不断的学习新的技术，不断提高自己的应用能力。十课程设计心得二十一世纪，一个信息的时代。至改革开放以来全国经历了几次全国性计