基于定时器计数器的秒表仿真和C语言开发.doc

武汉理工大学能力拓展训练说明书目 录摘要11 Proteus软件和Keil软件简介21.1 Proteus软件简介21.2 Keil软件简介22设计方案42.1方案介绍42.2设计原理43.系统硬件方案设计53.1 AT89C52单片机简介53.2单片机的连接电路73.3 数码管的显示电路83.4按键接口电路93.5总体设计仿真电路104.软件设计114.1程序流程图114.2源程序码115.仿真结果及分析175.1仿真结果175.2结果分析226.心的体会237.参考文献24本科生能力拓展训练成绩评定表2525基于定时器计数器的秒表仿真和C语言开发摘要本设计采用AT89C51作为主控芯片控制数码管，主要实现的功能是通过按键来控制数码管的显示，达到秒表的基本功能。按键一共有五个有效按键，分别表示数码管显示的开始/暂停、记录、上翻、下翻、清零，而数码管的位选、段选、以及按键的控制是连接到单片机的I/O口上的。通过数码管的动态扫描来进行计数和显数。记时秒表，精确到0.01秒，可以计时到分钟，能记录8组数据，通过上翻，下翻键能在数组管上读出8组数据。 关键字：AT89C51，数码管，动态扫描，8组数据1 Proteus软件和Keil软件简介 1.1 Proteus软件简介PROTEUS是英国LabCenter Electronics公司开发的电路分析与实物仿真软件。PROTEUS不仅是模拟电路、数字电路、模/数混合电路的设计与仿真平台，更是目前世界上最先进的、最完整的多种型号微控制器系统的设计与仿真平台。它真正实现了在计算机上完成从原理图设计、电路分析与仿真、单片机代码及调试与仿真、系统测试与功能验证到形成PCB的完整的电子设计、研发过程。PROTEUS从1989年问世至今。经过了近20年的使用、发展和完善，功能越来越强，性能越来越好。PROTEUS该软件具有以下特点：实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC系列、Z80系列以及各种外围芯片。提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C51等软件。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。1.2 Keil软件简介本次编程所用到的C编译器为Keil C51。Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。 Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。 单片机的C语言采用C51编译器（简称C51）。由C51产生的目标代码短、运行速度高、所需存储空间小、符合C语言的ANSI标准，生成的代码遵循INTEL目标文件格式，而且可与A51汇编语言目标代码混合使用。应用C51编程具有以下优点：（1）C51管理内部寄存器和存储器的分配，编程时，无需考虑不同寄存器的寻址和数据类型等细节问题。（2）程序由若干函数组成，具有良好的模拟结构。（3）有丰富的子程序可直接引用，从而大大减少用户编程的工作量。（4）C语言和汇编语言可以交叉使用，汇编语言程序代码短、运行速度快，但复杂运算编程耗时。如果用汇编语言编写与硬件有关的部分程序，用C语言编写与硬件无关的运算部分程序，充分发挥两种语言的长处，可以提高开发效率。2设计方案2.1方案介绍设计中的微处理器模块使用AT89C51。本次设计用到两个定时器，定时器0和定时器1，其中定时器1用来动态扫描,定时器0用来计时。P0,P2口分别用来接数码管的段选和位选。P1口用来接按键，用于控制计时。2.2设计原理此次设计要求进行计时并在数码管上显示时间，则可利用MCS-51系列单片机的芯片AT89C51的P1.0,P1.1,P1.2,P1.3,P1.4作为按键的入口；定时器T0作为每0.01秒加一的定时器；定时器T1作为动态扫描的定时器。其中“开始/暂停”按键当按下时开始计时，此时若再次按下“开始/暂停”则数码管暂停计时；“清零”按键按下时数码管显示清零，此时若再按下“开始/暂停”按键则又可重新开始计时。在计时的过程中，若按下“记录”按键，则可以记下此时的时间，最多可记录8组数据。可以通过“上翻”、“下翻”按键查看记录的时间。设计框图如下图：按键开关AT89C51单片机数码管显示 图1秒表设计框图3.系统硬件方案设计3.1 AT89C52单片机简介 图2 AT89C51单片机管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。/static/js/ls.html?from=&cdnversion=201206203.2单片机的连接电路单片机能够完成工作所需要的是将XTAL1和XTAL2与晶振和电容连接，对应的晶振的频率为11.0592或12M，这样才能使单片机起振工作，而RST需要连接复位电路，EA在工作的时候需要接电源，这样才能够构成单片机的基本电路。图3单片机的连接电路3.3 数码管的显示电路 在本设计中采用的6段共阳数码管，数码管是由八段LED连接而成，一个数码管要让它显示需要将位选接电源或者是接地，而八个段选则需要接在单片机的I/O口上，根据数码管的特点，到底是共阴还是共阳为其输送高低电平，对于本设计所采用的数码管来说，需要将数码管的位选接5V的电源，而另外的8段段选则需要送低电平，这样才能和单片机的I/O口形成通路，单片机在默认状态下处于高电平状态。 这样形成通路之后数码管就会出现8这样的字符，要让它显示数字还需要对数码管建库，就是建一个能够显示0-9这样的数字的字库，对于一个数码管每一个段与单片机的每一个位相连接，要让数码管显示我们所需要的数字则需要控制单片机的输出，如果让数码管输出0，则需要a,b,c,d,e,f这五个段所对应的单片机的I/O送低电平。，这样这几个段才会亮，而出现的就是0这个字符。根据这个原理就可以建立一个库，要输出的时候这接调用就行了。 图4 数码管3.4按键接口电路5个按键分别于P1.0,P1.1,P1.2,P1.3,P1.4，用于秒表计时控制， P接P1.0用于“开始/暂停”，接P1.1用于“记录”，接P1.2用于“上翻”，接P1.3用于“下翻”，接P1.4用于“清零”。图5 按键接口电路 3.5总体设计仿真电路 数码管的段选由单片机的P0口控制，位选由P2口进行控制，按键控制则是连接在单片机的P1口，通过对单片机的控制就可以对数码管显示进行控制，以实现秒表的功能。 图6 总体电路4.软件设计4.1程序流程图图7 程序流程图4.2源程序码#include code unsigned char tab=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; /共阴数码管 0-9 code unsigned char tab1=0xBF,0x86,0xDB,0xCF,0xE6,0xED,0xFD,0x87,0xFF,0xEF ;/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,min;static unsigned char Sec8,Ms8,Min8;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 |=0x01;/定时器0 10ms in 12M crystal 用于计时TH0=0xd8;TL0=0xf0;ET0=1;TR0=0; TMOD |=0x10; /定时器1用于动态扫描TH1=0xF8;TL1=0xf0;ET1=1;TR1=1; EA =1;sec=0; /初始化ms=0;min=0; P1=0xff;i=0;j=0;start: while(1) /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;Mini=min;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; elseif(key4_flag)j+=2;key4_flag=0; sec=Secj;ms=Msj;/显示数组里的内容 min=Minj;j+; /下翻 if(!key4) delay(50);if(!key4)while(!key4);TR0=0;key4_flag=1; /按键4标志if(j0) goto start;else if(key3_flag) j-=2;key3_flag=0;sec=Secj;ms=Msj;min=Minj; /显示数组里的内容j-; /清零 if(!key5) delay(50);if(!key5)while(!key5);TR0=0;ms=0;sec=0;min=0;for(i=0;i8;i+) Mini=0;Seci=0;Msi=0;i=0; /*/* 定时中断1 */*/void time1_isr(void) interrupt 3 using 0/定时器1用来动态扫描 static unsigned char num; TH1=0xF8;/重入初值TL1=0xf0;switch(num)case 0:P2=0xfe;P0=tabmin/10;break;/显示分十位case 1:P2=0xfd;P0=tab1min%10;break;/显示分个位 case 2:P2=0xfb;P0=tabsec/10;break;/显示秒十位 case 3:P2=0xf7;P0=tab1sec%10;break; /显示秒个位 case 4:P2=0xef;P0=tabms/10;break;/显示十位 case 5: P2=0xdf;P0=tabms%10;break; /显示个位 default:break;num+;if(num=6)num=0;/*/* 定时中断0 */*/void tim(void) interrupt 1 using 1TH0=0xd8;/重新赋值TL0=0xf0; ms+;/毫秒单元加1 if(ms=100) ms=0;/等于100时归零 sec+;/秒加1 if(sec=60) sec=0;/秒等于60时归零 min+; if(min=60) min=0; /分等于60时归零 5.仿真结果及分析5.1仿真结果1.按下仿真按键，准备仿真。图8 启动仿真按键时的仿真图2.按下“开始/暂停”键，开始计时，再次按下“开始/暂停”键，停止计时。图9 暂停时的仿真图3.按下“开始/暂停”键后记录的一系列时间点。图10 计时到秒个位时的仿真图图11 计时到秒十位时的仿真图图12 计时到分个位时的仿真图图13 计时到分十位时的仿真图4.通过“上翻”、“下翻”按键找到记录的几个时间点。图14 记录计时到分十位时的仿真图图15 记录计时到分个位时的仿真图图16 记录计时到秒十位时的仿真图图17 记录计时到秒个位时的仿真图5.按下“清零”键后的仿真图。图18 清零时的仿真图5.2结果分析此设计可以计时到分钟，精确到0.01秒，通过仿真，很容易看到。通过记录一系列的时间点，可以知道该秒表可以很好进行计时。同时，可以通过“记录”键记录一系列的时间点，最多可以记录8组数据。通过“上翻”、“下翻”键可以对记录的数据进行查询。通过“清零”键可以对数据进行清理。由于精确到0.01秒，仿真的时候看见毫秒的个位几乎没变，总是显示8。6.心的体会通过这次的课程设计，使我对单片机程序设计的方法、要求有了初步的了解并且积累了一些实践经验，对软件的应用有了更进一步的了解，相信对以后进一步学习单片机知识，这对自己无论是在感性上还是理性上都会有一定的帮助，而且通过这次的设计，激发了我对单片机课程浓厚的兴趣，增强了我对书本理论的运用。虽然现在对所涉及的知识和要求的综合分析能力较为复杂，可这其中体现了创新思想和知识的结合应用，今后我将更广泛地涉及这方面的知识，希望能在这一领域有所成就。同时，也使自己深刻的认识到自己的很多不足之处，在实际动手操