计算机控制技术与应用课程设计-数字式秒表的设计.doc

计算机控制技术与应用课程设计 课题：数字式秒表的设计 专业：电气工程与自动化 计算机控制技术课程设计 题目：数字式秒表的设计1、 设计目的（1） 熟练掌握计算机控制系统的设计方法。（2） 设计并实现一个简易数字秒表。2、 设计说明1） 秒表由6位7段led显示器显示，其中2位显示分钟，4位显示秒，其中分辨率为0.01秒。2） 计时最大值为99分钟59.99秒。3） 计时误差不得超过0.01秒。4） 具有清零、启动计时、暂停计时及继续计时功能。3、 设计要求（1） 方案论证按系统功能实现要求，决定控制系统的实现方案，选择芯片，作出系统框图。（2） 硬件电路设计。按控制系统的实现方案，做出硬件原理图。（3） 系统程序设计。对系统内存进行划分，采用模块化设计方法，作出初始化程序、主程序、显示子程序和模/数转换子程序。（4） 调试及仿真。（5） 用keil+proteus进行软件、硬件联合仿真和调试。 具体设计过程一、硬件设计1、 总体方案的设计数字秒表具有显示直观、读取方便、精度高等优点，在计时中广泛应用。本设计中用单片机和数码管组成数字秒，表力求结构简单。设计中包括硬件电路的设计和系统程序的设计。硬件电路主要有主控制器、控制按钮与显示电路组成。主控制器采用单片机at89c52，显示电路采用四位共阴极数码管显示计时时间。本设计利用at89c52单片机的定时器，使其能精确计时。利用中断系统使其实现启动和暂停的功能，p0口输出段码数据，p2.0p2.5作为位选，p3.2和p3.3接口的两个按钮分别实现启动和暂停功能。设计的基本要求是正确性。硬件电路按下图进行设计。 at89c52单片机控制开关六位数码管位控制 计时器采用t0中断实现，定时溢出中断周期为1ms，当溢出中断后向cpu发出溢出中断请求，每发出10次中断请求就对10ms位（即最后一位）加一，达到100次就对100ms位加一，以此类推，直到99.99s为止。 再看按键的处理。两个按键采用中断的方法，设置外部中断0和外部中断1位脉冲边沿触发方式，这样一来每当按键按下时便会触发中断，从而实现启动和暂停。2、 单片机的选择 本设计在选取单片机时，充分借鉴了许多成型产品使用单片机的经验。并根据自己的实际情况，选用了atmel公司的at89c52。 atmel公司的89系列单片机以其卓越的性能、完善的兼容性、快捷便利的电擦写操作、低廉的价格完全替代了87c51/62和8751/52，低电压、低功耗，有dip、plcc、qfp封装，是目前性能最好、价格最低、最受欢迎的单片机之一。 at89s52为40脚双列直插封装的8位通用微处理器，采用工业标准的c51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52相同，其主要用于汇聚调整时的功能控制。功能包括对汇聚主ic内部寄存器、数据ram及外部接口等功能部件的初始化，汇聚调整控制，汇聚测试图控制等。3、单片机外部结构at89s52单片机采用40脚的dip封装，如下所示。（1）主电源引脚vss和vcca、 vss接地b、 vcc正常操作时为+5v接地外接晶振引脚xtal1和xtal2a、xtal1内部振荡电路反相放大器的输出端，是外接晶体的一个引脚。当采用外部振荡时，此引脚接地。b、xtal2内部振荡电路反相放大器的输出端，是外接晶体的的另一端。当采用外部振荡时，此引脚接外部振荡源。（2）控制或与其他电源复用引脚a、rst/vpd 当振荡器运行是，在此引脚上出现两个机器周期的高电平（由低到高跳变），将使单片机复位在vcc掉电期间，此引脚可接上备用电源，由vpd向内部提供备用电源，以保持内部ram中的数据。b、ale/prog 正常操作时为ale功能（允许地址锁存）提供把地址的低字节锁存到外部存储器，ale引脚以不变的频率（振荡器频率的1/6）周期性的发出正脉冲信号。因此，它可以用作对外输出的时钟，或用于定时目的。c、psen 外部程序存储器读选通信号输出端，在从外部程序存储取指令（或数据）期间，psen在每个机器周期内两次有效。d、ea/vpp 内部程序存储器和外部程序存储器选择端。当ea/vpp位高电平时，访问内部程序存储器，当ea/vpp为低电平时，则访问外部程序存储器。对于eprom编程期间，此引脚上加21veprom编程电源（vpp）。（3）输入/输出引脚p0.0p0.7，p1.0p1.7，p2.0p2.7，p3.0p3.7。a、p0口（p0.0p0.7）是一个8位漏极开路型双向i/o口，在访问外部存储器时，它是分时传送的低字节地址和数据总线，p0口能以吸收电流的方式驱动八个lsttl负载。b、p1口（p1.0p1.7）是一个带有内部上拉电阻的8位准双向i/o口。能驱动四个lsttl负载。c、p2口（p2.0p2.7）是一个带有内部上拉电阻的8位准双向i/o口，在访问外部存储器时，它输出高8位地址。p2口可以驱动四个lsttl负载。d、p3口（p3.0p3.7）是一个带有内部上拉电阻的8位准双向i/o口。能驱动四个lsttl负载。4、显示电路的选择与设计对于数字显示电路，通常采用液晶显示或数码管显示。对于一般的段式液晶屏，需要专门的驱动电路，而且液晶显示作为一种被动显示，可视性差，不适合远距离观看；对于具有驱动电路和单片机接口的液晶显示模块，一般多采用并行接口，对单片机的接口要求较高，占用资源多；另外，at89c52单片机本身没有专门的液晶驱动接口。而数码管作为一种主动显示器件，具有亮度高、响应速度快、价格便宜、易于购买等优点，而且有远距离视觉效果，很适合夜间或者远距离操作。因此在本设计中，我们采用7段数码管作为显示介质。数码管显示可以分为静态显示和动态显示两种。由于本设计需要采用六位数码管显示时间，如果静态显示则占用的口线多，硬件电路复杂，所以采用动态显示。动态显示是一位一位地轮流点亮各位数码管，这种逐位点亮显示器的方式称为位扫描。通常各位数码管的段选线相应并联在一起，由一个8位的i/o口控制；各位的公共阴极位选线由另外的i/o口线控制。动态方式显示时，各数码管轮流选通，要使其稳定显示必须采用扫描方式，即在某一时刻只选通一位数码管并送出相应的段码，在另一时刻选通另一数码管，并送出相应的段码，依次规律循环，即可以使各位数码管显示将要显示的字符，虽然这些字符是在不同时刻分别显示，但由于人眼存在视觉暂留效应，只要每位显示间隔足够短就可以给人同时显示的感觉，其系统框图如下所示；at89c52段驱动位驱动六位数码管5、系统总体电路的设计系统总体电路如下图所示at89c52单片机为主电路的核心部分，各个电路均与单片机相连，由单片机统筹协调各个电路的运行工作。开始键和暂停键使用了外部中断，所以需要连到单片机的p3.2和p3.3引脚上，这两个i/o口的第二功能是单片机的外部中断0端口和外部中断1端口。显示电路由六位数码管组成，采用动态显示方式，因此有8位段控制和六位位控制，8位段接控制接p0口，p0.0p0.7分别控制数码管的a b c d e f g dp显示，位控制接在p2.0p2.5六个口实现位控制。系统的硬件原理图如下所示； 二、软件设计1、主程序设计本系统程序主要模块由主程序、定时中断服务程序、外部中断0服务程序和外部中断1服务程序组成。其中主程序是整个程序的主体。可以对各个中断程序进行调用。协调各个子程序之间的关系。主程序主要是设置定时器大的工作模式，对定时器赋初值，开总中断、两个外部中断以及定时器溢出中断。并设置外部中断为脉冲边沿触发方式。2、中断程序设计本方案中用到了三个中断:外部中断0、外部中断1和定时器t0溢出中断。cpu在响应中断时，先处理高级中断，后处理低级中断，若有多个同级中断时，则应按自然优先顺序处理。例如当cpu正在处理一个中断申请时，又出现了另一个优先级比它高的中断请求，这时，cpu就暂停对当前优先级较低的中断源的服务，转去响应优先级比它高的中断请求，并为其服务。待服务结束，再继续执行原来较低级的中断服务程序。而当cpu为级别高的中断服务程序服务时，如果级别低的中断发出中断请求，此时cpu是不会响应的，所以为了避免开始和暂停两个按键中的一个出现没有响应的情况，在进行编程是要注意中断的使用，避免出现中断的嵌套。合理分配中断对本设计是很重要的。（1）外部中断0服务程序外部中断0服务程序结合外部p3.2键实现数字秒表的启动功能。流程如下图所示。外部中断0入口启动定时器t0 tr0=1中断返回（2）外部中断1服务程序 外部中断1服务程序结合外部p3.3键实现数字秒表的停止功能。 流程图如下所示。外部中断1入口停止计时tr1=0 中断返回（3）清零的实现 系统清零运用at89c52单片机复位功能清零的，在振荡器正在运行的情况下，复位是靠在rest/vpd或rst引脚处至少保持2个机器周期（24个振荡器周期）的高电平而实现的。在rst断出现高电平后的第2个周期，执行内部复位，以后每个周期重复一次，直至rst端变低。复位后，除了特殊寄存器外，其他寄存器状态都位00h或者0000h，因此运用at89c52单片机的复位功能可以实现清零功能，系统的清零部分电路图（复位功能电路图）如下图所示； （4）定时器t0中断服务程序当t0一处后，向cpu发出中断请求信号。cpu跳转到定时中断程序执行，具体流程如下；定时器中断入口重装计数初值中断次数加1中断次数到10吗中断次数清零，0.01秒位加一0.01秒位到10吗0.01秒位清零，0.1秒位加一0.1秒位到10吗0.1秒位清零，1秒位加一1秒位到10吗1秒位清零，10秒位加一10秒位到10吗10秒位清零中断返回3、程序清单#includeunsigned int data table=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90; unsigned int data table1=0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10;unsigned int i,j,k,l,o,n,m,count;void delay(unsigned int z) unsigned int x,y;for(x=z;x!=0;x-)for(y=110;y!=0;y-);void main()tmod=0x01; th0=(65536-100)/256; tl0=(65536-100)%256; ea=1; ex0=1;ex1=1;et0=1;it0=1; it1=1; while(1) p2=0x01;p0=tableo;delay(1);p2=0x02;p0=table1n;delay(1);p2=0x04;p0=tablem;delay(1);p2=0x08;p0=table1l;delay(1); p2=0x10;p0=tablek;delay(1); p2=0x20;p0=tablej;delay(1);void ex0() interrupt 0 tr0=1; void ex1() interrupt 2 tr0=0; void timer0() interrupt 1 th0=(65536-100)/256; tl0=(65536-100)%256;count+; if(count=10)count=0;i+; if(i=10)i=0; j+;if(j=10)j=0; k+;if(k=10)k=0; l+; if(l=10) l=0; m+; if(m=6) m=0; n+; if(n=10) n=0; o+; if(o=10) o=0; count=0; 三、系统调试proteus isis是英国labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件，它可以仿真、分析各种模拟器件和集成电路。该软件的主要特点为：实现了单片机仿真和spice电路仿真相结合的功能，支持目前主流单片机系统的仿真，提供了软件调试的功能，具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和spice分析于一身的仿真软件，功能极其强大。在电子领域中起到了很大的作用，它的出现仿真不需要先焊接电路板，可以先仿真调试通过之后再焊接电路，节省了不少在硬件调试上花费的时间。打开已经画好的proteus dsn文件，双击图中的at89s52芯片，就弹出一个窗口，在program file项中通过路径选择在keil中生成hex文件，双击选中后确定，这样仿真图中的at89s52芯片就已经读取了本设计中的hex文件。然后进行仿真，仿真图如下所示。系统运行时的情况： 1、秒表运行图2、秒表清零图四 总结报告本设计的数字秒表是由at89s52单片机、共阴极数码管和控制按键等器件组成的，设有六位计时显示。计时精度能达到0.01s。系统设计合理，线路简单，性能稳定、程序简单。给出了较为详尽的电路设计方法。本系统以单片机为核心，但仅单片机方面的知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软硬件结合，以作完善。 本次课程设计，按照设计要求