【单片机的简易秒表设计8800字（论文）】

单片机的简易秒表设计目录TOC\o"1-2"\h\u22079单片机的简易秒表设计 1892摘要 116967Abstract 269260.引言 322320一、电子秒表简介 332153二、51单片机简介 4121303.可以真实仿真全部32条IO脚； 6191165.可以使用C51语言或者ASM汇编语言进行调试； 6183877.可选使用用户晶振，支持0－40MHZ晶振频率； 612414.仿真时监控和用户代码分离,不可能产生不能仿真的软故障； 61192351单片机功能限制 7890551单片机使用方法 7303752．将仿真器的串行电缆和PC机接好，打开用户板电源； 7965951单片机硬件说明 791931.设计背景及要求

794211.1.1嵌入式的定义与特点

758341.嵌入式系统的定义

7281682.嵌入式系统的特点

7325413.嵌入式系统的种类与发展

727674二．嵌入式系统的独立发展道路

7221132.方案论证

835903.总体设计思想

994973.2.1晶体振荡电路

93913.2.2按键操作电路

10133703.2.3显示电路

10320924.软件设计

1147925.小结与体会 12摘要随着科技的发展以及对体育事业的重视，机械秒表开始在早期的运动会上大放异彩，充当记录运动员成绩的工具。当然其仍存在很多不足。在发展就进入计算机对秒表的控制。其不仅可实现对时间自动化的精确控制，而且对运动员成绩的查询也更加方便。本设计的数字电子秒表系统采用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、LED数码管以及外部中断电路来设计计时器。将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够实现五位LED显示，显示时间为0～59.99秒，计时精度为0.01秒，能正确地进行计时，同时能记录一次时间，并在下一次计时后对上一次计时时间进行查询。其中软件系统采用汇编语言编写程序，包括显示程序，定时中断服务，外部中断服务程序，延时程序等，并在keil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。随着电力电子技术的发展，单片机得到了快速的发展和广泛的应用，单片机已经广泛应用于冶金、教育、交通、通信、国防、航空航天等领域。关键词：数字电路,单片机,软件,硬件Abstract

With

the

development

of

science

and

technology

and

attention

to

the

PE,

mecha-nical

stopwatch

began

in

the

early

days

of

the

sports

meeting,

huge

record

of

performance

athletes

as

a

tool.

Of

course

there

are

still

many

deficiencies

in

its.

In

the

development

of

a

stopwatch

control

into

the

computer.

Its

not

only

make

time

for

precise

control

of

the

automation,

and

performance

athletes

to

the

inquires

the

more

convenient

.The

design

of

the

digital

electronic

stopwatch

system

AT89C51

microcontroller

as

the

cent-er

and

use

the

timer

device/counter

timing

and

count

theory,

combined

with

show

circ-uit,

LED

digital

tube,

and

external

interruption

circuit

to

design

time.

The

soft

and

har-dware

organically,

the

system

can

realize

five

LED

display,

shows

the

time

is

0~59.99

seconds,

timing

precision

in

0.01

se-conds,

can

correctly

to

the

time,

at

the

same

time

to

record

a

time,

and

in

the

next

time

to

time

after

time

inquires

the

last

time.

Among

them

software

system

USES

assembly

language

program,

including

show

program,

timing

interrupt

service,

external

interrupt

service

routine,

delay

procedure,

etc,

and

in

the

production

operation,

keil

hardware

systems

use

PROTEUS

powerful

function

to

realize,

simple

and

easy

to

observe,

in

emulation

can

observe

the

actual

working

condition.

Along

with

the

development

of

the

power

electronic

technology,

microcontroller

obtained

fast

development

and

extensive

application

of

single

chip

has

been

widely

used

in

metallurgy,

education,

transportation,

communication,

national

defense,

aerospace

and

other

fields.

Keywords:

digital

circuit

microcomputer

引言一、电子秒表简介电子秒表是电器制造、电力、工业自动化控制、国防、实验室及科研单位理想的计时仪器,它广泛应用于各种继电器、电磁开关、控制器、延时器、定时器等的时间测试。目前所使用的电秒表大多是指针式或集成电路型的,结构相对复杂、测试功能单一。为此,我们利用当前比较流行的C51单片机,研制出了一种新型的智能电秒表。该电秒表设计思路新颖、结构简单、测试功能齐全,成本低廉。同时可利用C51单片机韵串行口方便地与上位计算机通讯,接受上位机的测试命令,并将测试结果发送给上位机。因此,我们所研制的电秒表,除了完成常规的时间测试任务外,还可与诸如继电保护测试装置等设备配套,作为时间测试元件使用,应用更加灵活。电子秒表是一种较先进的电子计时器，目前国产的电子秒表一般都是利用石英振荡器的振荡频率作为时间基准，采用6位液晶数字显示时间。电子秒表的使用功能比机械秒表要多，它不仅能显示分、秒，还能显示时、日、月及星期，并且有1/l00s的功能。一般的电子秒表连续累计时间为59min59.99s，可读到1/l00s，平均日差±0.5s。电子秒表配有三个按钮，如图所示。图中为秒表按钮，为功能变换按钮，为调整按钮，基本显示的计时状态为“时”、“分”、“秒”。电子秒表的基本使用方法如下：(1)在计时器显示的情况下，将按钮按住2s，即可出现秒表功能，如图（a）所示。按一下按钮开始自动计秒，再按一下按钮，停止计秒，显示出所计数据，如图（b）所示。按住两秒，则自动复零，即恢复到图（a）所示状态。(2)若要纪录甲、乙两物体同时出发，但不同时到达终点的运动，可采用双计时功能方式。即首先按住两秒钟，秒表出现如图（a）所示的状态。然后按一下，秒表开始自动计秒。待甲物体到达终点时再按一下，则显示甲物体的计秒数停止，此时液晶屏上的冒号仍在闪动，内部电路仍在继续为乙物体累积计秒。把甲物体的时间记录下后，再按一下，显示出乙物体的累积计数。待乙物体到达终点时，再按一下，冒号不闪动，显示出乙物体的时间。这时若要再次测量就按住两秒，秒表出现(a)所示的状态。若需要恢复正常计时显示，可按一下，秒表就进入正常计时显示状态，在图(c)中显示出9h17min18s。(3)若需要进行时刻的校正与调整，可先持续按往，待显示时、分、秒的计秒数字闪动时，松开，然后间断地按，直到显示出所需要调整的正确秒数时为止。如还需校正分，可按一下，此时，显示分的数字闪动，再间断地按，直到显示出所需的正确分数时为止。时、日、月及星期的调整方法同上。电子秒表二、51单片机简介51单片机是对所有兼容Intel8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的8004单片机，后来随着Flashrom技术的发展，8004单片机取得了长足的进展，成为应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。很多公司都有51系列的兼容机型推出，今后很长的一段时间内将占有大量市场。51单片机是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种。需要注意的是51系列的单片机一般不具备自编程能力。C51单片机原理图51单片机主要产品*Intel(英特尔)的：80C31、80C51、87C51，80C32、80C52、87C52等；*ATMEL(艾德梅尔)的：89C51、89C52、89C2051，89S51（RC），89S52（RC）等；*Philips(飞利浦)、华邦、Dallas(达拉斯)、Siemens(西门子)等公司的许多产品；STC(国产宏晶)单片机：89c51、89c52、89c516、90c516等众多品牌。（2）51单片机主要功能·8位CPU·4kbytes程序存储器(ROM)(52为8K)·128bytes的数据存储器(RAM)（52有256bytes的RAM）·32条I/O口线·111条指令，大部分为单字节指令·21个专用寄存器·2个可编程定时/计数器·5个中断源，2个优先级（52有6个）·一个全双工串行通信口·外部数据存储器寻址空间为64kB·外部程序存储器寻址空间为64kB·逻辑操作位寻址功能·双列直插40PinDIP封装·单一+5V电源供电CPU：由运算和控制逻辑组成，同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器；RAM：用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据；ROM：用以存放程序、一些原始数据和表格；I/O口：四个8位并行I/O口，既可用作输入，也可用作输出T/C：两个定时/记数器，既可以工作在定时模式，也可以工作在记数模式；五个中断源的中断控制系统；一个全双工UART（通用异步接收发送器）的串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信；片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微调电容需要外接。最佳振荡频率为6M—12M。 C51单片机功能结构图（3）实验设计之前应该怎样学习C51单片机实际上，其实不需要多少东西，会简单的C语言，知道51单片机的基本结构就可以了。一般的大学毕业生都可以了，自学过这2门课程的高中生也够条件。设备上，一般是建议购买一个仿真器，例如，的“双功能下载线”就具有良好的稳定性和较快的下载速度，上位机可扩展，可以下载更多的单片机及嵌入式芯片。通过实验，这样才可以进行实际的，全面的学习。日后在工作上，仿真器也大有用处。还有，一般光有仿真器是不行，还得有一个实际的电路，即学习板，如图，即为，单片机最小系统。学习板以强大的接口为主，单片机的学习分两方面，一方面是单片机的原理及内部结构，另一方面是单片机的接口技术。这些都是需要平时多积累，多动手，多思考，这样才能学好单片机技术。单片机学习的4个阶段1）整体了解要知道单片机是什么？单片机有何用？如何系统学习单片机？单片机系统设计的流程是怎样的，需要掌握哪些辅助软件？了解这些之后，我们的学习就有了目标和方向。2）揭秘单片机很难学，是因为其内部结构、编程语言抽象，且实际应用中与其他电子技术和元器件知识相互关联，需结合起来一起设计开发产品。所以，第二阶段要了解单片机的内部结构是怎样的？单片机开发经常会用到哪些电子技术和元器件知识？如何将一条条编程指令组合成一段段有效的程序？3）解密之所以单片机能成为控制核心，设计出包罗万象的应用系统来，是因为开发者利用了单片机提供的种种功能及各种外设。所以，第三阶段我们要掌握单片机的各种功能，再加上诸如传感器、模数转换、扫描显示、串行、中断的应用思维，结合更多的元器件、电子电路知识，逐个学习、体会实际的单片机系统的秘密。4）远航通过以上三个阶段，读者基本就可掌握单片机的应用了。但要设计出丰富的单片机系统，解决复杂的实际问题，还需要了解更多的外设知识及其与单片机的联系（如电动机、各类存储器、继电器、红外管等）。这些需要不断的学习和积累。有时候，接到一些开发任务，就需要你针对这个任务自觉地去搜集、学习相关知识，在实践中不断学习和提高。C51单片机实物图（4）C51单片机电脑仿真Proteus自从有了单片机也就有了开发系统，随着单片机的发展开发系统也在不断发展。keil是一种先进的单片机集成开发系统。它代表着汇编语言单片机开发系统的最新发展，首创多项便利技术，将开发的编程/仿真/调试/写入/加密等所有过程一气呵成，中间不须任何编译或汇编。51单片机功能特性1.可以仿真63K程序空间,接近64K的16位地址空间；2.可以仿真64Kxdata空间,全部64K的16位地址空间；3.可以真实仿真全部32条IO脚；4.完全兼容keilC51UV2调试环境,可以通过UV2环境进行单步,断点,全速等操作；5.可以使用C51语言或者ASM汇编语言进行调试；6.可以非常方便地进行所有变量观察,包括鼠标取值观察,即鼠标放在某变量上就会立即显示出它此的值；7.可选使用用户晶振，支持0－40MHZ晶振频率；8.片上带有768字节的xdata,您可以在仿真时选使用他们,进行xdata的仿真；9.可以仿真双DPTR指针；10.可以仿真去除ALE信号输出.；11.自适应300-38400bps的所有波特率通讯；12.体积非常细小,非常方便插入到用户板中.插入时紧贴用户板,没有连接电缆,这样可以有效地减少运行中的干扰,避免仿真时出现莫名其妙的故障；13.仿真插针采用优质镀金插针,可以有效地防止日久生锈,选择优质园脚IC插座，保护仿真插针，同时不会损坏目标板上的插座.；14.仿真时监控和用户代码分离,不可能产生不能仿真的软故障；15.RS-232接口不计成本采用MAX202集成电路,串行通讯稳定可靠,绝非一般三极管的简易电路可比。51单片机功能限制仿真器占用单片机串口及定时器2，与KeilC(PC)通讯，故不支持串口及定时器2的仿真功能。全速运行时单片机串口及定时器2可供用户使用。51单片机使用方法1．将仿真器插入需仿真的用户板的CPU插座中，仿真器由用户板供电；2．将仿真器的串行电缆和PC机接好，打开用户板电源；3．通过KeilC的IDE开发仿真环境UV2下载用户程序进行仿真、调试。51单片机硬件说明1、使用用户板的晶振：仿真器晶振旁有两组跳线用来切换内部晶振和用户板晶振，当两个短路块位于仿真器晶振一侧时，默认使用仿真板上的晶振（11.0592MHz）,当两个短路块位于电容一侧时，使用用户板的晶振。2、为便于调试带看门狗的用户板，仿真器的复位端未与用户板复位端相连；故仿真器的复位按钮只复位仿真器，不复位用户板；若要复位用户板，请使用用户板复位按钮。1.设计背景及要求

1.1

设计背景

1.1.1嵌入式的定义与特点

嵌入式系统的定义

按照历史性、本质性、普遍性要求，嵌入式系统应定义为：“嵌入到对象体系中的专用计算机系统”。“嵌入性”、“专用性”与“计算机系统”是嵌入式系统的三个基本要素。对象系统则是指嵌入式系统所嵌入的宿主系统。

嵌入式系统的特点

嵌入式系统的特点与定义不同，它是由定义中的三个基本要素衍生出来的。不同的嵌入式系统其特点会有所差异。与“嵌入性”的相关特点：由于是嵌入到对象系统中，必须满足对象系统的环境要求，如物理环境（小型）、电气/气氛环境（可靠）、成本（价廉）等要求。与“专用性”的相关特点：软、硬件的裁剪性；满足对象要求的最小软、硬件配置等。与“计算机系统”的相关特点：嵌入式系统必须是能满足对象系统控制要求的计算机系统。与上两个特点相呼应，这样的计算机必须配置有与对象系统相适应的接口电路。嵌入式系统的种类与发展

按照上述嵌入式系统的定义，只要满足定义中三要素的计算机系统，都可称为嵌入式系统。嵌入式系统按形态可分为设备级（工控机）、板级（单板、模块）、芯片级（MCU、SoC）。

有些人把嵌入式处理器当作嵌入式系统，但由于嵌入式系统是一个嵌入式计算机系统，因此，只有将嵌入式处理器构成一个计算机系统，并作为嵌入式应用时，这样的计算机系统才可称作嵌入式系统。

嵌入式系统与对象系统密切相关，其主要技术发展方向是满足嵌入式应用要求，不断扩展对象系统要求的外围电路（如ADC、DAC、PWM、日历时钟、电源监测、程序运行监测电路等），形成满足对象系统要求的应用系统。因此，嵌入式系统作为一个专用计算机系统，要不断向计算机应用系统发展。因此，可以把定义中的专用计算机系统引伸成，满足对象系统要求的计算机应用系统。嵌入式系统的独立发展道路

嵌入式系统虽然起源于微型计算机时代，然而，微型计算机的体积、价位、可靠性都无法满足广大对象系统的嵌入式应用要求，因此，嵌入式系统必须走独立发展道路。这条道路就是芯片化道路。将计算机做在一个芯片上，从而开创了嵌入式系统独立发展的单片机时代。

在探索单片机的发展道路时，有过两种模式，即“∑模式”与“创新模式”。“∑模式”本质上是通用计算机直接芯片化的模式，它将通用计算机系统中的基本单元进行裁剪后，集成在一个芯片上，构成单片微型计算机；“创新模式”则完全按嵌入式应用要求设计全新的，满足嵌入式应用要求的体系结构、微处理器、指令系统、总线方式、管理模式等。Intel公司的MCS-48、MCS-51就是按照创新模式发展起来的单片形态的嵌入式系统（单片微型计算机）。MCS-51是在MCS-48探索基础上，进行全面完善的嵌入式系统。历史证明，“创新模式”是嵌入式系统独立发展的正确道路，MCS-51的体系结构也因此成为单片嵌入式系统的典型结构体系。下面我就用51单片机来进行设计，仿真，从而了解嵌入式的基本含义。1.2设计要求

试用定时器/计数器或者单片机设计一个简单的秒表，能显示计时状态和结果。我设计的秒表分辨率为0.01秒，能实现暂停和复位的功能，当秒表记完60秒后又重新开始从零开始计时。

1.3设计任务

画出系统结构框图。

画出电路原理图。写出详细设计说明书，要求字迹工整，原理叙述正确，会计算主要元器件的一些参数，并选择元器件。

4）画图要求：画图规范化，图形清晰，符号大小统一，线条均匀，最好用PROTEL软件画图。

5）列出元件明细表附在说明书的后面。6）若选择采用单片机(任选)实现整个系统，则要求编写应用软件，附程序源代码；若选择采用电子电路实现，则软件不作要求。2.方案论证

秒表的设计可以用数字电路实现，也可以用单片机来实现。数字电路设计的电路在较早时候就已经有了相当成熟的技术，但是随着科技的发展，单片机的问世使得在单片机控制下的秒表不仅在精度上更优良，而且在计数能力上更加有优越性。基于单片机的秒表势必要取代数字电路为依托的秒表成为时代的主流。下面分别对两种方案进行比较论证。2.1数字电路的设计

秒表数字电路设计由启动、清零复位电路、多谐振荡电路、分频计数电路、译码显示电路等组成，原理框图如图2.1所示：图2.1数字电路方案原理图2.2单片机电路的设计

第二种设计是应用了单片机的集成效果。不需要复杂的数字电路，仅需要简单的接线就可以实现秒表的计时，而且精度更加高。2.3方案比较

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。数字电路虽然不需要进行软件编程，但是使用的硬件非常多，使用的空间很大，电路非常复杂，从经济上讲也不是很划算。在现有的技术基础上，如果还是选择运用数字电路，不仅成本上不经济，而且效果不佳。

基于单片机的数字秒表，利用了单片机的定时功能，仅需要少量的接线，再加上软件编程控制。这样不仅节省了花费，而且从技术上讲更加有技术含量，不仅提高了技术的精度，也很大程度上提高了秒表的可靠性以及适应性，使得秒表的计数范围更广，而且更容易修改，因为在修改时仅需要修改部分程序和部分接线就可以实现计数方式以及计数范围的改变。

通过比较发现单片机使用的硬件较少，而且计时的精度也很高，节省了大量的空间。综上可知单片机设计的秒表性能优越，这次简单秒表的设计应选择使用单片机设计的方案。总体设计思想

3.1

硬件框图

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。其中软件系统采用汇编语言编写程序，包括显示程序，中断，延时程序，按键消抖程序等，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。图3.1硬件结构框图3.2秒表组成电路设计

3.2.1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3.2振荡电路3.2.2按键操作电路

本设计共设计了开始、暂停键，复位键。这可以提高秒表的工作效率。在P1口通过接地处理，并在地与P1口之间加上一个点动的按钮，就可以用一个按钮实现两种功能，即既可以当作开始键又可以当作暂停键。这样一键多用，简化了电路而且不会影响电路的工作效果。

图3.3开始/暂停电路连接图采用上电+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。图3.4复位电路接线图3.2.3显示电路

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。图3.5显示电路接线图软件设计

为了便于程序的阅读和设计以及修改，将软件程序分为几个模块。在软件设计中，一般也会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性，使程序的结构层次一目了然。

4.1暂停子程序

JILU:MOV

A,20HMOV

@R1,

A

INC

R1DJNZ

50H,

HEREMOV

R1,

#71H

MOV

50H,

#04H

MOV

51H,

#04H

SJMP

STOP4.2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：STOP:

CLR

TR0CLR

TR1；关闭定时器0，1

ACALL

DISP；显示4.3显示子程序DISP:MOV

R0,#30HMOV

R3,

#0FEHMOV

A,

R3

PLAY:MOVP2,

A

MOV

A,@R0

MOV

DPTR,

#DSEG1MOVC

A,@A+DPTRMOV

P0,

ALCALL

DL1MOV

P2,

#0FFHMOV

A,

R3RL

AJNB

ACC.2,

LD1INC

R0MOV

R3,

A

LJMP

PLAYLD1:

RETDL1:

MOV

R7,

#05HDL:

MOV

R6,

#0FFHDL6:

DJNZ

R6,

$DJNZ

R7,

DL

RET4.4延时子程序DELAY10:MOV

R4,#14H

DL00:MOV

R5,

#0FFHDL11:DJNZ

R5,

DL11

DJNZ

R4,

DL00

RET4.5按键消抖程序L1:

JB

P1.1,L2

ACALL

DELAY10

JB

P1.1,

L2

JNB

P1.1,

$

LJMP

KJIAN5.小结与体会能力拓展训练使得我们又一次熟悉了已学的数字电路和先学的单片机的应用。通过这次能力拓展使我们的动手能得到了提升，而且学会了独立完成一