单片机课程设计报告-基于51单片机控制的多功能秒表系统.doc

单片机课程设计 课程设计任务书 20 17 20 18 学年 第 一 学期 第 17 周 18 周 注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份 备查。 2、课程设计结束后与“课程设计小结” 、 “学生成绩单”一并交院教务存档。 题目基于 51 单片机控制的多功能秒表系统 内容及要求 1.设计制作一个秒表系统，可用多位数码管显示时间。 2.可用开关控制并用多位数码管显示当前时间。 3.可以进行计时并能清零重新计时。 进度安排 1.布置任务、方案论证 1 天 2.硬件制作、程序编写、仿真调试 3 天 3.检查、整理、写设计报告、小结 2 天 4.答辩 1 天 学生姓名： 指导时间： 12 月 23 日 12 月 29 日指导地点： F 楼 403 室 任务下达2017 年 12 月 23 日任务完成2017 年 12 月 29 日 考核方式1.评阅 2.答辩 3.实际操作 4.其它 指导教师蒋沅系（部）主任王长坤 2 摘摘要要 本设计是设计一个单片机控制的多功能秒表系统。 近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动着 传统控制检测日新月异的更新。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。秒表的出现，解决 了传统的由于人为因素造成的误差和不公平性。 本设计的多功能秒表系统采用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、电源电路、 LED 数码管以及按键电路来设计 计时器。将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计数，并且结合相 应的显示驱动程序，使数码管能够正确地显示时间，暂停和中断。我们设计的秒表 可以同时记录八个相对独立的时间，通过上翻下翻来查看这八个不同的计时值，可 谓功能强大。其中软件系统采用汇编语言编写程序，包括显示程序，计数程序，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 单且易于观察，在仿真中就可以观察到实际的工作状态。 关键字：单片机，多功能秒表 小组成员：许乐，郭利铂 小组分工： 小组成员：讨论并确定秒表要实现哪些功能 许乐：硬件电路的设计仿真，查阅资料 郭利铂：编写程序，撰写实验报告 3 目录 1.概述.4 1.1 设计目的.4 1.2 设计要求.4 1.3 设计意义.4 2系统总体方案及硬件设计.4 2.1 系统总体方案.4 2.2 硬件设计.5 2.2.189C51 单片机.5 2.2.2 晶体振荡电路.6 2.2.3 复位电路.7 2.2.5 显示电路.8 2.2.6 系统电路图.9 3.软件设计.9 3.1 设计特点.9 3.2 设计思路.10 3.2.1 程序流程图.10 3.2.2 程序.10 4.PROTEUS 软件仿真.13 4.1 仿真.13 4.2 仿真结果描述.14 4.3 结论及进一步设想.15 5.元器件清单 16 6.课程设计体会.16 7.参考文献 .18 4 1.概概述述 1.1设设计计目目的的 设计一个单片机控制的秒表系统。利用单片机的定时器 /计数器定时和记数的原 理，结合显示电路、 LED 数码管以及按键来设计秒表。将软、硬件有机地结合起来， 使得系统能够正确地进行计时，同时具有开始 /暂停，记录，上翻下翻，清零等功能。 1.2设设计计要要求求 （1）共四位LED 显示，显示时间为00:0059.99 （2）共五个按键，分别是开始 /暂停，记录，上翻，下翻，清零键 ; （3）能同时记录多个相对独立的时间并分别显示 ; （4）翻页按钮查看多个不同的计时值 ; 1.3设设计计意意义义 （1）通过本次课程设计可以使我们进一步熟悉和掌握单片机内部结构和工作原 理，了解单片机应用系统设计的基本步骤和方法。 （2）通过利用AT89C51 单片机，理解单片机在自动化仪表中的作用以及掌握单 片机的编程方法。 （3）通过设计一个简单的实际应用输入及显示模拟系统，掌握单片机仿真软件 PROTEUS 的使用方法。 （4）该实验通过单片机的定时器 /计数器定时和计数原理 ,设计简单的计时器系统 , 拥有正确的计时、暂停、清零、功能 ,并能同时记录多个相对独立的时间利用翻页按 钮查看多个不同的计时值 ,该种秒表在现实生活中应用广泛 ,具有现实意义。 5 2系系统统总总体体方方案案及及硬硬件件设设计计 2.1系系统统总总体体方方案案 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，计数，中断，延时，按键消抖程序等，并在编程软件中调试运 行， 硬件系统利用PROTEUS 强大的功能来实现，简单且易于观察，在仿真中就可以观 察到实际的工作状态。 单单 片片 机机 外外围围 电电路路 电电路路 电电源源 电电路路 电电路路 显显示示电电路路 键键盘盘电电路路 图1 系统电路原理 2.2硬硬件件设设计计 2.2.189C51 单单片片机机 MCS-51 系列单片机是8 位单片机产品，89C51 是其中的典型代表，基本模块包 括以下几个部分： （1）CPU：89C51 的CPU 是8 位的，另外89C51 内部有1 个位处理器 （2）R0M:4KB 的片内程序存储器，存放开发调试完成的应用程序 （3）RAM:256B 的片内数据存储器，容量小，但作用大 （4）I/O 口：P0-P3，共4 个口32 条双向且可位寻址的I/O 口线 （5）中断系统：共5 个中断源，3 个内部中断，2 个外部中断 6 （6）定时器/计数器：2 个16 位的可编程定时器/计数器 （7）通用串行口：全双工通用异步接收器 /发送器 （8）振荡器：89C51 的外接晶振与内部时钟振荡器为CPU 提供时钟信号 （9）总线控制：89C51 对外提供若干控制总线，便于系统扩展 89C51 的引脚图如下: 89C51 单片机引脚图 2.2.2 晶晶体体振振荡荡电电路路 7 89C51 芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。引线 XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出， 两端跨接石英晶体及两个电容就可构成稳 定的自激振荡器。 这里，我们选用51 单片机12MHZ 的内部振荡方式，电容器C1，C2 起稳定振 荡频率，并对振荡频率有微调作用， C1 和C2 可在20-100PF 之间取值,这里取 33PF。 2.2.3 复复位位电电路路 采用上电加按键复位电路，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 RST 持续一段时间的高电平， 从而实现上电加按键复位的操作。 2.2.4 按键电路 8 在按键电路中，我们可以在 I/O 口上直接接按键，或者通过 I/O 口设计一个 键盘，然后通过键盘扫描程序判断是否有键按下等。键盘扫描电路节省 I/O 口， 但编程有些复杂，在这里，由于我们所用的按键较少，且系统是一个小系统，有 足够的 I/O 口可以使用，为了使程序简化，我们采用按键电路，用部分 P1 口做 开关，P1.0 开始/暂停，P1.1 记录，P1.2 上翻，P1.3 下翻，P1.4 清零。对于按 键的设计，采用了防抖动的程序设计，使系统的性能得到进一步的提升。当按键 被按下时，相应的引脚被拉低，经扫描后，获得键值，并执行键功能程序，因此 按下不同的按键，将执行不同的功能程序。 9 2.2.5 显显示示电电路路 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。用四个共阴极 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。 10 2.2.6 系系统统电电路路图图 3.软软件件设设计计 3.1设设计计特特点点 在软件设计中，一般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，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。 应用系统的程序由包含多个模块的主程序和各种子程序组成。各程序模块都 要完成一个明确的任务，实现某个具体的功能，如：计数、延时、和显示等，在 具体需要时调用相应的模块即可。 11 开 始 初 始 化 P 1 . 0 = 0 ? P 1 . 1 = 0 ? P 1 . 2 = 0 ? P 1 . 3 = 0 ? P 1 . 4 = 0 ? 停 止 下 翻 上 翻 够 8 个？ 暂 停 记 录 清 零 开始 初始化 化 P1.0=0? ? P1.1=0? ? P1.2=0? ? P1.3=0? ? P1.4=0 ? 停止 下翻 上翻 够8 个 个？ N 记录 N N N N N Y 清零 功能描述：用四位 LED 数码管显示时间。一个开始/暂停键,一个复位键,一 个“记录”键，可同时记录八个相对独立的时间；一个“上翻”键，一个“下翻” 键，查看八个不同的计时值。五个按键分别通过五个端口控制秒表的五个功能。 3.2设设计计思思路路 3.2.1 程程序序流流程程图图 12 3.2.2 程程序序 程序如下：程序如下： / /* * 1 1、程程序序目目的的：使使用用定定时时器器学学习习秒秒表表计计时时，记记录录8 8 组组数数据据，通通过过上上翻翻、下下翻翻键键查查看看记记 录录的的数数据据 2 2、硬硬件件要要求求：数数码码管管、晶晶振振1 12 2M M * */ / #include code unsigned char tab=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f; /共阴 数码管 0-9 code unsigned char tab1=0 xbf,0 x86,0 xdb,0 xcf,0 xe6,0 xed,0 xfd,0 x87,0 xff,0 xef ;/共 阴数码管0-9 带小数点 sbit key1 = P10; /开始、暂停 sbit key2 = P11; /记数 sbit key3 = P12; /上翻 sbit key4 = P13; /下翻 sbit key5 = P14; /清零 static unsigned char ms,sec; static unsigned char Sec8,Ms8; static int i ,j; void delay(unsigned int cnt) /延时程序 while(-cnt); void main() unsigned char key3_flag=0,key4_flag=0; TMOD |=0 x01;/定时器0 10ms in 12M crystal 用于计时 TH0=0 xd8; TL0=0 xf0; ET0=1; TR0=1; TMOD |=0 x10; /定时器1 用于动态扫描 TH1=0 xF8; TL1=0 xf0; ET1=1; TR1=1; EA =1; sec=0; /初始化 ms=0; P1=0 xff; i=0; 13 j=0; while(1) if(i=8) i=0; start: /开始、暂停 if(!key1) /判断是否按下 delay(50); /去抖 if(!key1) while(!key1) /等待按键释放 ; TR0=!TR0; /记录 if(!key2) /判断是否按下 delay(50); /去抖 if(!key2) while(!key2) /等待按键释放 ; if(i=8) /8 组数据记录完毕 TR0=0; goto start; Seci= sec; /将数据存入数组 Msi= ms; i+; /上翻 if(!key3) delay(50); if(!key3) while(!key3) ; TR0=0; key3_flag=1;/按键3 标志 if(j=i) goto start; else if(key4_flag) j+=2; key4_flag=0; 14 sec=Secj;ms=Msj; j+; /下翻 if(!key4) delay(50); if(!key4) while(!key4) ; TR0=0; key4_flag=1; /按键4 标志 if(j=60) sec=0;/秒等于60 时归零 4.PROTEUS 软软件件仿仿真真 4.1仿仿真真 将以上程序清单导入先前做好的 Proteus 仿真电路，汇编之后，开始进行仿 16 真。仿真结果如下： 显示清零功能： 按下开始键后显示 按下清零键后显示 4.2仿仿真真结结果果描描述述： 按“开始”键，秒表开始计时；按“暂停”键，秒表暂停计时；按记录键， 17 秒表记录时间，共可记录八个数值；按上翻下翻键，可查看这八个不同的计时值。 4.3结结论论及及进进一一步步设设想想 ： 根据实验要求，本次课设基本完成了设计要求，由于秒表系统并不一定仅仅 局限于计时，定时等功能，还可以进行多项的扩展，可以利用 AT89C51 强大的扩 展功能，进一步丰富秒表的功能,例如可设定计时时间，倒计时等等众多功能。 单片机以其强大的功能和良好的兼容性可以更好地为我们服务，通过查阅各种资 料，多了解一些单片机有关知识，可以为以后的工作和学习生活创造更多的便利 条件。 5.5.元器件清单元器件清单 元件名称型号数量/个 单片机 AT89C521 晶振 12MHZ1 电容 22pF2 电解电容 10uF1 电源 5V1 数码管 HS-3461AS1 电阻 1K/10K5/8 按键开关 6 6.课课程程设设计计体体会会 通过本次课程设计，我们深刻地认识到自己有很多不足之处，比如在自主学 习能力方面的不足，实际动手操作能力的不足等。 这次的单片机课程设计是理 18 论与实践相结合的范例。该设计从头到尾都要自己参与进来，熟悉了整个设计流 程才能更快地设计出方案并完成设计。 本次课程设计我主要负责硬件电路的焊接，写程序和查阅相关资料。单片机 课程早已结束，相关的知识已经很模糊，导致我们在设计硬件电路中遇到了不少 麻烦。首先是不知从何入手。虽然小组讨论后确定了秒表要实现的功能，可是没 有相关理论知识的熟知和实践操作。查阅了与 89C51 单片机相关的资料也阅读了 其他人单片机数字秒表的设计，慢慢地我们开始了解其中原理，一步步设计出了 硬件电路的各个部分，如晶体振荡电路，复位电路，按键电路，显示电路。完成 设计后需要运用 PROTEUS 软件进行设计仿真。 这次的课程设计同学进行了交流和讨论，我们分工进行设计，从搜索资料到 硬件、软件的调试，每一步、每一个细节都经过我们自己的思考，我们共同讨论 各方案的比较