单片机课程设计 电子秒表.docx

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1、邓州科技学院电子综合设计实训题目电子秒表姓名季军专业电子科学与技术学号2031006指导教师李大海前言错误!未定义书签。1电子秒表总体设计51.1 课程设计的目的51.2 任务要求51.3 任务分析51.4 方案设计及论证61.4.1 方案设计61.4.2 方案确定71.5 设计步骤82系统的硬件电路92.1 时钟电路92.2 复位电路102.3 显示模块设计112.4 按键电路113软件设计133.1 主要模块流程图133.2 程序的主要模块144仿真与调试154.1 仿真分析154.2 硬件调试15结论17参考文献18附录19电子秒表的设计摘要本次设计是基于AT89C51单片机的电子秒表的

2、设计，单片机控制秒表是集于单片机技术、模拟电子技术、数字技术为一体的机电一体化高科技产品，具有功耗低，安全性高，使用方便等优点。本次设计内容为以AT89C51单片机为核心的秒表，采用两个4位1ED数码管显示以及外部中断电路来实现数字秒表的基本功能。它采用键盘输入，单片机技术控制。设计内容以硬件电路设计，软件设计和PCB板制作三部分来设计。利用单片机的定时器/计数器定时和计数的原理，用集成电路芯片、1ED数码管以及按键来设计计时器。将软、硬件有机地结合起来，使他拥有正确的计时、暂停、清零、并同时可以用数码管显示计时。本次课程设计主要完成具备基本功能的电子秒表的理论和实践设计，电子秒表是重要的记时

3、工具，广泛运用于各行各业中。作为一种测量工具，电子秒表相对其它一般的记时工具具有便捷、准确、可比性高等优点。提高了精确度，而且可以大大降低错误率。因此电子秒表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。关键词：AT89C51单片机；电子秒表；数码管近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断的走向深入，同时带动着传统控制检测日新月异更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面的知识是不够的，还要根据具体的硬件结构,以及针对具体的应用对象的软件结合，加以完善。人们在日常生活中，有很多时候要精确地计算时间，但往往因为人为因素造成人们不愿

4、意看到的误差。本设计利用AT89C51单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，使其能精确计时。计时精度达到0.01s,P1口P2口接数码管显示功能，P3.4、P3.5、P3.6、P3.7分别接四个按钮开关，分别实现开始、暂停、清零、保存、读取的功能。显示电路由两个四位共阴极数码管组成。电子秒表精确度的提高，使它的运用越来越广泛，它解决了传统的由于计时精度不够造成的误差和不公平性是各种体育竞赛的必备设备之一。1电子秒表总体设计1.1课程设计的目的(1)掌握51单片机的基本使用方法和相关电子器件的应用。(2)掌握键盘的使用，灵活运用中断。(3)掌握PROEUS的仿真与调试。(4)秒表具有启动/停止

5、、保存、读取、复位功能。(5)单片机为控制核心，实现方案设计、电路的设计、程序设计，并在PROTEUS电子设计平台实现仿真。1.2 任务要求1、设计基于AT89C51数码管显示的电子秒表。2、通过按键控制开始、清零、暂停和停止能够准确计时并显示。3、开始显示Oo-OO-(X)。4、方便做出实物。5、最大计时59-59-99、最大精确到0.01秒。1.3 任务分析基于设计要求，我们做出合理的分析和选择。首先要显示00-00-00,那么就要用一个八位一体的共阳极数码管或者两个四位一体的共阳/阴极数码管，但是共阳极市场上比较少，为了方便设计实物制作和降低成本，我们决定采用两个四位一体共阴极数码管进行

6、显示。用741S04的非门芯片来代替所需的共阳极数码管。要达到0.01的验证所设计的电子秒表是否合理正确，单单靠理论说明还不够充分，我就相应地制作了硬件实物，这对理论就有精确度，可以用定时器定时IOmS作为基数，计时就可以在这个基础上累加起来。并把秒和小数后两位的数据用两个单元暂存，然后通过处理程序来处理两个单元，并送到I/O来显示,这样就能够显示到001秒。四个按钮来实现开始/暂停、清零、保存、读取功能。1.4 方案设计及论证1.4.1 方案设计(1)在性价比满足应用系统要求的基础上，选择更可靠、更熟悉的单片机，缩短研制周期。(2)尽可能选择较成熟的典型应用电路，以提高系统的可靠性。(3)单

7、片机内部的资源与外部扩展资源应在满足应用系统设计要求的基础上留有余地，为进一步升级和扩展其功能提供方便。(4)应充分结合软件方案统筹考虑硬件结构，通常硬件功能较完善，其相应的软件就简单，但硬件成本较高；而硬件功能略低,其相应的软件就复杂。实际中应尽量以软件替代硬件来降低成本。(5)整个系统的相关器件应尽可能做到性能匹配，如电平、速度的匹配等。(6)充分考虑整个系统的抗干扰设计，如选择具有抗干扰设计的单片机并充分筛选芯片与器件，在电路中采取隔离和屏蔽措施等。1.4. 2方案确定秒表的设计可以用模拟电子技术或数字电子技术进行设计，但是这两种设计方案的电路图比较复杂，并且准确度不高等缺点，而用单片机

8、进行了秒表的设计就较大克服了以上缺点。如果单片机选用有擦除重写功能的芯片，则拥有了随时更新改进的功能，从而更大程度上的提高准确度。通过分析与比对，我们选用较熟悉的具有内部程序存储器的AT89C51单片机作为主控电路。选用时钟电路、复位电路和AT89C51单片机组成最小控制系统，再通过按键电路控制显示电路来组成的硬件电路。总体设计案如图1-1所示：1、选好方案之后，在PrOU1eS仿真软件中找到所需元器件，连接好电路。2、在KeiI编程软件中进行编写程序，生成HEX文件。3、把编写好的程序加载到仿真软件的单片机中，开始仿真。电路仿真图如图1-2所示。4、仿真成功之后，购买元器件，然后进行元件测试

9、。5、焊接电路，接入到5V电压源上，开始检测，直所有功能至功能全部实现。AT89C512系统的硬件电路2.1时钟电路单片机属于数字电路，其工作实在统一的时钟电路脉冲控制下一拍一拍地进行，这个脉冲是由单片机振荡电路和控制器中的时序电路电路发出的。单片机内部有一个高增益反向放大器，用于构成振荡器，但要形成时钟脉冲，外部还需要附加电路。STC89C51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚RXD和TXD分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式的时钟电路如图21所示，在RXD和TXD引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和

10、电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在550MHZ之间选择，电容值在22pF之左右，电容值的大小可对频率起微调的作用。C1d22p02HF22pX1CRYSTA1XTA11XTA12ASTP0.AD0P0.1AD1P02AQ2P0.AD3P0.4,AD4PosAD5PO.A06P07AD7PSENA1E笛P1.OT2P11.,T2P2.QA8P2.1A9P2.2,A1OP2.3A11P2.4A12P2$供13P26A14P2.77A15P3XXRXDP3.1TXDP3.20P3.357fTP3.40P35,T1P3.GWRP3.7.RDg1-BhBt=1Jo1-I1Hst=2.2复位电路复

11、位时单片机的初始化操作。复位电路有两种:上电复位和上电加键复位。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，在电路加电工作业后，系统处在正常工作状态，且振荡器工作稳定以后，在RST端维持2个机器周期以上的高电平，单片机就可完成复位操作。只要电源VeC的上升时间不超过1ms,就可以实现自动上电复位，即接通电源就成了系统的复位初始化。上电加键复位是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的，而按键脉冲复位则是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的。当复位按键弹起后，电源通过电阻对电容重新充电，RST引脚端出现复位正脉冲。其维持时间取决于RC电路的时间常数。2. 此次设计采用上电复位电路，其电路

12、图如图2-2所示：3. 3显示模块设计显示模块是2个4位一体的共阴极数码管，用于显示秒表记录的数据，显示模块电路如图2-3所示:4. 图2-3显示模块5. 4按键电路按键是常开的按键开关，每个按键都被赋予一个代码，称为键码。按键的开关状态通过一定的电路转换为高、低电平状态。按键闭合过程在相应的I/O端口形成一个负脉冲。闭合和释放过程都要经过一定的过程才能达到稳定，这一过程是处于高、低电平之间的一种不稳定状态，称为抖动。抖动持续时间的长短与开关的机械特性有关，一般在510ms之间。本设计中是用软件程序来去除抖动。由于系统使用到的按键数并不多，所以不选用矩阵键盘而选用独立式按键电路。直接用I/O线

13、构成单个按键电路，每个按键占用一条I/O口线，每个按键的工作状态不会产生互相影响。P3.4接开始/暂停按键，P3.5接复位按键，P3.6接保存按键，P3.7接读取按键，然后按键都与地相接。按键电路图如图2-4所示：U1i-JXTA11PO.(X,ADORO.1.,AD1PO.2AD2XTA12PO.3/AD3P0.4/AD4P0.5AD5PO6AD6RSTPO.7/AD7P2.a,A8P2.VA9P22A10PSENP2.3/A11A1EP24A12EAP2.WA13P2.GA14P2.7/A15P1.0P3.RXDP1.1P3.1/TXDP1.2P3.24NTOP1.3P33,iNTTP1.

14、4P34DP1.5P3.5tP1.6P3.6WRAT9C51图2-4按键电路P1.7P3.7TO3软件设计3.1主要模块流程图主程序流程图如图3-1所示:6. 2程序的主要模块本程序主要分为四部分：主程序模块、显示模块、按键中断模块、定时模块。(1)主程序分析：主程序负责整个程序的调用和转跳，实现启动与暂停、复位、保存、读取之间的切换。程序开始时进行系统初始化，之后显示“00-00-00”,接着等待“启动”按键触发。(2)显示模块分析：显示模块负责把分、秒、毫秒通过8位数码管显示出来，中间通过隔开。首先根据定时器用来保存分、秒、毫秒的寄存器的值，判断得知每个数字的段码，把分的高位送到数码管的第

15、一位，再把分的低位送到数码管的第二位，接着把的段码送到数码管的第三位，同样的方法把秒和微秒送到数码管，然后循环扫描每一位把时间显示出来。(3)按键中断服务程序分析：产生外部中断时，进行按键判断，程序采用3次条件转跳进行按键判断，每个按键都标志相应的值：“启动/停止”时把定时器开放或与停止，“复位”时，把用来保存时间的寄存器清0，“保存”时，把用来保存时间的寄存器的值保存到连续的单元中，“读取”时把保存时间的单元依次读取出来放回到用来保存时间的寄存器里。(4)定时程序分析：当按了“启动”键时，开放定时，以IOMS作为一个计时单位，每计1()()个10毫秒(即1秒)，就进一位，用(INCR6)实现，R6加了60次之后，R7就加1,表示“分”加Io4仿真与调试4.1仿真分析proteus仿真测试结果及分析如下：7.