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毕业设计论文
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电子跑表设计毕业设计,毕业设计论文
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电子跑表的设计 - 1 - 电子跑表 ABSTRACT ： Because of its extremely high performance-price ratio, the single-chip computer (SCC) has been paid great attention to ever since it came out in 1970s of 20th Century, and has gained an extensive applicable field and fast development. Among all kinds of SCCs, 51 SCC is the most typical and representative one. This design, adopting 80C51 chip as the core part with some necessary peripheral circuits, is a simple electronic clock which uses 5V DC as the power supply. In hardware aspect, besides the CPU, four seven-segment LED digi-tubes are used for display, which work in a dynamically scanning display mode and driven by 74SL245 chip. The LEDs can accurately indicate hour and minute and two buttons can be used to adjust the time. While in the software aspect, the programming language is assembly language. The whole electronic clock system has functions of time display, adjustment, stopwatch and reset, etc. This design enables me to have greater insight into the basic circuit of SCC, and the basic methods of timer control and interruption programming, so that is a training of my ability of learning, designing and developing software and hardward. KEY WORDS： 80C51 LED digi-tubes Electronic clock Stopwatch 摘要 ： 单片机自 20 世纪 70 年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快。而 51 单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。本次设计以 80C51 芯片为核心，辅以必要的外围电路，设计了一个简易的电子跑表 ，它由 5V 直流电源供电。在硬件方面，除了 CPU 外，使用 8 个七段 LED 数码管来进行显示， LED 采用的是动态扫描显示，使用74LS245 芯片进行驱动。通过 LED 能够比较准 确显示时、分。两个简单的按键实现对时间的调整。软件方面采用汇编语言编程。整个电子钟系统能完成时间的显示，调时，秒表计时，复位等功能。通过这次设计让我更深入了解单片机基本电路、如何控制和定时器和中断编程的基本方法，从而锻炼了我学习、设计和开发软、硬件的能力。 关键字 ： 80C51 LED 数码管 电子钟 跑表 一、设计目的 通过电子跑表的课程设计，巩固本学期学习的单片机知识； 通过过编写程序， 深刻 理解定时器 T0、 T1 的编程方法； 通过 PROTEUS 仿真系统的仿真，对软件仿真进一步的了解； 提高对 LED 数码管的更进一步的认识，以及其驱动电路的认识； 学习单片机和其外围电路的接口方法 ； 熟悉独立式连接键盘和矩阵式键盘的原理； 提高查阅资料的能力 以及知识之间相互联系的理解。 nts电子跑表的设计 - 2 - 二、 设计要求 利用 8051 或者 8031（ 2764）作为主控器，组成一个电子跑表，采用 6位 LED 显示器。 上电或 RESET 后 能启动当前时间（时：分：秒）；首次上电复位显示为0 时 0 分 0 秒，以后各次 RESET 均显示正确的当前时间。 当按下 START 键时，作为跑表使用，显示范围是 000.0 秒 999.9 秒，当按下 STOP 键时，跑表停止运行， 并保留所停位置的时间显示不变，当再按下 CLEAR 键时跑表清零，再按下 START 键时，跑表从 000.0开始计时，当跑到 999.9 时变成 000.0。当按下 SECOND 键时跑表回到电子时钟的状态，并显示正确的时间。 利用 SECOND 作为秒钟校正，即按下 SECOND（在时钟状态） 时，秒钟加 1，当加到 60 时，分钟加 1，秒钟变为 0。利用 MINUTE 作为分钟校正，即按下 MINUTE（在时钟状态）时，分钟加 1，当加到 60 时，时钟加 1，分钟变为 0，秒钟变为 0。利用 HOUR 作为秒钟校正，即按下 HOUR（在时钟状态）时，时钟加 1，当加到 24 时，时钟为 0，分钟为 0，秒钟为 0。 三、方案选择 方案 一 ：利用数字电子技术 利用 555 电路 组成作为时钟发生信号，让此脉冲作为一个计时电路的时钟信号，让计时电路产生的信号经过锁存驱动送到 LED 数码管显示。 方案二 ：可以利用 8031 芯片，但考虑到 8031 没有 ROM，而要添加一个 ROM，这样构成的电路会麻烦些。 方案三 ：利用 80C51 芯片，其内部有 4KB 的 ROM，对与设计电子跑表已经足够，同时其有两个定时器 T0、 T1 可以一个用来时钟定时，另外一个用来跑表计数，设置 T0、和 T1 中断。然后通过 74LS245 驱动 7段数码管动态显示 P0 口发过来的数据。 综上所述，考虑实际情况，此次课程设计选用方案三。 四、 仪器设备 80C51（一块）、 74LS245 驱动块一片、 7 段 LED 显示器 8 个、按键 6 个 五、 设计 原理 1、 工作 原理 T0 定时 50ms，产生中断一次，定义一个变量 TCNT，每次当 T0 中断 产生一次， TCNT 就加 1。当 TCNT 等与 20 即已经计时 1s 时，把 TCNT 清 零，分加 1。当分钟等于 60 时，分钟清 0，时钟加 1。当时钟等于 24 时， 时钟清零，分钟和表钟都清零。 TCNT 也清零。当按下 START 键，即进入 秒表时， T1 定时 50ms，定一个变量 TCNT1，当计时到 1s 时， SEOND1 加 1，当 SECOND1 加到 100 时， SECOND2 加 1，同时对 SECOND1 清零。当 SECOND2 加到 100 时，对其他边变量都清零。 2、 80C51 简介 nts电子跑表的设计 - 3 - 1） 基本组成 ： 单片机的结构特征是将组成计算机的基本部件集成 体芯片上，构成一台功能独特的微型计算机。 主要包括：中央处理器、 存 储器、并行 I/O 口、串行 I/O 口、定时 /计数器、定时电路及单元。 2） 引脚 及其 功能： MCS-51 是标准的 4 0 引脚双 列直插式集成电路芯片 。 a) P0.0P0.7 P0 口 8 位双向口线（在引脚的 3932 号端子）。 b) P1.0P1.7 P1 口 8 位双向口线（在引脚的 18 号端子）。 c) P2.0P2.7 P2 口 8 位双向口线（在引脚的 2128 号端子）。 d) P3.0P3.7 P2 口 8 位双向口线（在引脚的 1017 号端子）。 这 4 个 I/O 口具有不完全相同的功能 。 P0 口有三个功能 ： a) 外部扩展存储器时，当做数据总线 b) 外部扩展存储器时，当作地址总线 c) 不扩展时，可做一般的 I/O 使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时 ， 在外部接上拉 电阻。 P1 口只做 I/O 口使用 ：其内部有上拉电阻。 P2 口有两个功能 ： a) 扩展外部存储器时，当作地址总线使用 b) 做一般 I/O 口使用，其内部有上拉电阻； P3 口有两个功能： 除了作为 I/O 使用外（其内部有上拉电阻），还有一些特殊功能，由特殊寄存器来设置 。 在介绍这四个 I/O 口时提到了一个 “上拉电阻 ”那么上拉电阻又是 一个什么东东呢？他起什么作用呢？都说了是电阻那当然就是一个电阻 ，当作为输入时，上拉电阻将其电位拉高，若输入为低电平则可提供电流源；所以如果 P0 口如果作为输入时，处在高阻抗状态，只有外接一个上 拉电阻才能有效。 ALE/PROG 地址锁存控制信号：在系统扩展时， ALE 用于控制 P0 口的输出低 8 位地址送锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。 ALE 有可能是高电平也有可能是低电平，当 ALE 是高电平时，允许地址锁存信号，当访问外部存储器时， ALE 信号负跳变（即由正变负）将 P0 口上低 8 位地址信号送入锁存器。当 ALE 是低电平时， P0 口上的内容和锁存器输出一致。在没有访问外部存储器期间， ALE 以 1/6 振荡周期频率输出（即 6 分频），当访问外部存储器以 1/12 振荡周期输出（ 12分频）。从这里我们可以看到，当系 统没有进行扩展时 ALE 会以 1/6 振荡周期的固定频率输出，因此可以做为外部时钟，或者外部定时脉冲使用。 PORG 为编程脉冲的输入端：在 8051 单片机内部有一个 4K 或 8KB 的程序存储器（ ROM）， ROM 的作用就是用来存放用户需要执行的程序的，那么我们是怎样把编写好的程序存入进这个 ROM 中的呢？实际上是通过编程脉冲输入才能写进去的，这个脉冲的输入端口就是 PROG。 PSEN 外部程序存储器读选通信号 ：在读外部 ROM 时 PSEN低 平有效，以实现外部 ROM 单元的读操作。 nts电子跑表的设计 - 4 - a) 内部 ROM 读取时， PSEN 不动作； b) 外部 ROM 读取时，在每个机器周期会动作两次； c) 外部 RAM 读取时，两个 PSEN 脉冲被跳过不会输出； d) 外接 ROM 时，与 ROM 的 OE 脚相接。 EA/VPP 访问和序存储器控制信号 a) 接高电平时： CPU 读取内部程序存储器（ ROM） b) 扩展外部 ROM：当读取内部程序存储器超过 0FFFH（ 8051） 1FFFH（ 8052）时自动读取外部 ROM。 c) 接低电平时： CPU 读取外部程序存储器（ ROM）。 在前面的学习中我们已知道， 8031 单片机内部是没有 ROM 的，那么在应用 8031 单片机时，这个脚是一直接低电平的。 d) 8751 烧写 内部 EPROM 时，利用此脚输入 21V 的烧写电压。 RST 复位信号： 当输入的信号连续 2 个机器周期以上高电平时 为有效，用以完成单片机的复位初始化操作，当复位后程序计数器PC=0000H，即复位后将从程序存储器的 0000H 单元读取第一条指令码。 XTAL1 和 XTAL2 ：外接晶振引脚。当使用芯片内部时钟时， 二引脚用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。 VCC：电源 +5V 输入 VSS： GND 接地 。 3） 80C51 的引脚图如图一 所示： 图一 nts电子跑表的设计 - 5 - 3） LED 显示器 原理 显示块的控制： 数码管实际上是由 若干 个发光 二极 管组成 8 字形 成的，加上小数点就是 8 个。 一般的 8 字形显示块由 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、dp， 8 个发光二极组成，如图 二所示： 图二 每个发光二极管称、为一个字段。 8 字形显示块有共阴极 （如图 三 ） 和共阳极 （如图 四 ） 两种结构 。 nts电子跑表的设计 - 6 - 图三 图四 字型与字段： 为获得不同字形，显示块各段所加的电压也不同，因而编码也不一样，如表 一所示： 显示字符 g f e d c b a 字型码 共阴极 共阳极 0 0 1 1 1 1 1 1 3FH C0H 1 0 0 0 0 1 1 0 06H F9H 2 1 0 1 1 0 1 1 5BH A4H 3 1 0 0 1 1 1 1 4FH B0H 4 1 1 0 0 1 1 0 66H 99H 5 1 1 0 1 1 0 1 6DH 92H 6 1 1 1 1 1 0 1 7DH 82H 7 0 0 0 0 1 1 1 07H F8H 8 1 1 1 1 1 1 1 7FH 80H 9 1 1 0 1 1 1 1 6FH 90H A 1 1 1 0 1 1 1 77H 88H B 1 1 1 1 1 0 0 7CH 83H C 0 1 1 1 0 0 1 39H C6H D 1 0 1 1 1 1 0 5EH A1H E 1 1 1 1 0 0 1 79H 86H F 1 1 1 0 0 0 1 71H 8EH nts电子跑表的设计 - 7 - 动态显示原理： 动态显示 意思是，几位的数码管的段选都是并联的 。 由他们的位选位来控制哪一位的数码管来亮。动态扫描显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一。其接口电路是把所有显示器的 8 个笔划段 a-h 同名端连在一起，而每一个显示器的公共极 COM 是各自独立地受 I/O 线控制。 CPU 向字段输出口送出字形码时，所有显示器接收到相同的字形码，但究竟是那个显示器亮，则取决于 COM 端，而这一端是由 I/O 控制的，所以我们就可以自行决定何时显示哪一位了。而所谓动态扫描就是指我们采用分时的方法，轮流控制各个显示器的 COM 端， 使各个显示器轮流点亮。在轮流点亮扫描过程中，每位显示器的点亮时间是极为短暂的，但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位显示器并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。 4） 键盘 扫描原理： 键盘可以分为两类：独立式和矩阵式 。因为本设计用到的按键少，所以用的是独立式的键盘。一般情况下，所有的数据输入线都被连成高电平。当任何一个键按下时，与之相连的数据线被置成低电平，只要用位处理就可以判断是否有按键按下。这种键盘的优点是结构简单，使用方 便，但随着键数的增加，所占的 I/O 口线也增加。其原理图如图五所示： 图五 nts电子跑表的设计 - 8 - 六、流程图 开始 设置 TMOD T0 定时， T1 计数 初始化时钟 开 中断 设置 IP SETB TR0 调用时钟显示子程序 S_SET 按下否 M_SET 按下否 H_SET 按下否 START 按下否 秒加 1 分加 1 时加 1 Y Y Y N N N SETB TR1 秒表初始化 调用秒表显示子程序 STOP 按下否 CLR TR1 CLEAR 按下否 秒表清零 START 按下否 S_SET按下否 Y Y N N Y N N Y Y nts电子跑表的设计 - 9 - T0 重赋初值 T0 中断入口 TCNT+1 TCNT =20 否 秒 =60 否 分 =60 否 时 =24 否 TCNT=0TCNT+1 秒 +1 秒钟 =0 分钟 +1 分钟 =0 时钟 +1 秒钟 =0 分钟 =0 时钟 =0 TCNT=0 RETI N N N N Y Y Y Y T1 重赋初值 T1 中断入口 TCNT1+1 TCNT1 =20 否 TCNT=0TCNT+1 Y SECOND1+1 SCOND1=100？ SCOND1=0 SCOND2+1 SCOND2=0 SCOND1=0 N Y Y SCOND2=100？ TCNT=0TCNT+1 RETI N N nts电子跑表的设计 - 10 - 七、 调试 过程及现象 在本次课程设计调试的过程中，遇到最大的困难是数码管的显示，因为在仿真的时候，数码管出现的总是乱码，后来经过反复的思考，琢磨因为我选用的数码管是要经过驱动的，原先的电路图的时候数码管是直接连接到 P0 口上面，因此显示的是乱码，后 来我用 74LS245 驱动后就能真确显示。此外还有一个错误就是，在显示秒表的时候最高位不总是不能正确显示，后来经过单步调式，原来是在 DISPLAY1 显示子程序中少了有条语句（ DIV AB） ,导致出现了显示不正确的现象。 八、 硬件电路 以及仿真 时钟的仿真结果如图六 图六 Proteus 仿真时钟的仿真结果 秒表在 proteus 下面的仿真结果如图七所示 nts电子跑表的设计 - 11 - 图七 Proteus 仿真秒表的仿真结果 九、心得体会 课程设计是培养学生综合运用所学知识 ,发现 ,提出 ,分析和解决实际问题 ,锻炼实践能力的重要环节 ,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程 .随着科学技术发展的日新日异， 单片机 已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域， 在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握 单片机与接口技术是十分重要的 。 基于单片机 的重要性，我们这个学期开了单片机的课程，并进行了为期二 个星期的 单片机 课程设计，而我选的课题是用 电子跑表 。通过这个课程设计，提高了 自己的资料检索和编写程序的能力 知识之间相互联系的理解 ， 巩固 了 本学期学习的单片机知识；通过过编写程序，深刻理解定时器 T0、 T1 的编程方法；通过PROTEUS 仿真系统的 仿真，对软件仿真 有了 进一步的了解； 提高了对 LED 数码管的更进一步的认识，以及其驱动电路的认识；学习单片机和其外围电路的接口方法；更加熟悉独立式连接键盘和矩阵式键盘的原理； 回顾起 单片机 课程设 计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在整整 二 个多 星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合 起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力 。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重， 难免会遇到过各nts电子跑表的设计 - 12 - 种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处 ，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固， 比如说指令 的 运用 ， 对 编程 语言 编程 掌握得不好 通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。 最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时， 在 老师的身上我学得到很多实用的知识，在次我表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！ 同时我在这次课程设计中懂得了一个 道理：只有不断钻研，才能发现自己得不足，才会知道什么叫做太平洋！ 什么叫做珠穆朗玛！我会 更加努力的 ！ 附录： 程序 源代码 如下 ： S_SET BIT P1.0 ;数字钟秒控制位 M_SET BIT P1.1 ;分钟控制位 H_SET BIT P1.2 ;时钟控制位 START BIT P1.3 ;跑表计时开始 STOP BIT P1.4 ;跑表计时停止 CLEAR BIT P1.5 ;跑表清零 RETURN BIT P1.6 ;返回到时钟 SECOND EQU 30H ;保存秒钟变量 MINUTE EQU 31H ;保存分钟钟变量 HOUR EQU 32H ;保存时钟变量 SECOND1 EQU 35H ;保存跑表 变量 SECOND2 EQU 36H TCNT1 EQU 37H ;时钟定时器 TCNT EQU 34H ;跑表定时器 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0BH LJMP INT_T0 ORG 001BH LJMP INT_T1 MAIN: MOV P1,#0FFH MOV P0,#0FFH MOV DPTR,#TABLE MOV HOUR,#0 ;初始化 MOV MINUTE,#0 MOV SECOND,#0 MOV SECOND1,#50 MOV SECOND2,#99 MOV TCNT,#0 MOV TCNT1,#0 MOV TMOD,#01H MOV TH0,#(65536-50000)/256 ;定时 50 毫秒 MOV TL0,#(65536-50000)MOD 256 nts电子跑表的设计 - 13 - MOV TH1,#(65536-50000)/256 ;定 时 50 毫秒 MOV TL1,#(65536-50000)MOD 256 MOV IE,#10001010B SETB TR0 MOV IP,#00010000B ;* ;判断是否有控制键按下 ,是哪一个键按下 A1: LCALL DISPLAY A2: JNB START,SEC_WATCH ;判断是否是跑表计时开始 JNB STOP,STOP_WATCH JNB CLEAR,CLEAR_WATCH JNB S_SET,S1 ;判断设置时钟秒 JNB M_SET,S2 ;判断设置时钟分 JNB H_SET,S3 ;判断设置时钟时 LJMP A1 SEC_WATCH: SETB TR1 LCALL DELAY ;去抖 JB START,A1 A3: ACALL DISPLAY1 JNB STOP,STOP_WATCH ACALL DELAY JNB RETURN,A1 AJMP A3 STOP_WATCH: CLR TR1 ACALL DISPLAY1 JNB RETURN,A1 JNB CLEAR,CLEAR_WATCH JNB START,SEC_WATCH AJMP STOP_WATCH CLEAR_WATCH: MOV SECOND1,#0 MOV SECOND2,#0 JMP A3 ZHONG_ZHUAN_TIAO: ;中转跳 AJMP A1 S1: LCALL DELAY ;去抖动 JB S_SET,A1 INC SECOND ;秒值加 1 MOV A,SECOND CJNE A,#60,J0 ;判断是否加到 60 秒 MOV SECOND,#0 nts电子跑表的设计 - 14 - LJMP K1 S2: LCALL DELAY JB M_SET,A1 K1: INC MINUTE ;分钟值加 1 MOV A,MINUTE CJNE A,#60,J1 ;判断是否加到 60 分 MOV MINUTE,#0 LJMP K2 S3: LCALL DELAY JB H_SET,A1 K2: INC HOUR ;小时值加 1 MOV A,HOUR CJNE A,#24,J2 ;判断是否加到 24 小时 MOV HOUR,#0 MOV MINUTE,#0 MOV SECOND,#0 LJMP A1 ;* ;等待按键抬起 J0: JB S_SET,ZHONG_ZHUAN_TIAO LCALL DISPLAY SJMP J0 J1: JB M_SET,ZHONG_ZHUAN_TIAO LCALL DISPLAY SJMP J1 J2: JB H_SET,ZHONG_ZHUAN_TIAO LCALL DISPLAY SJMP J2 ;* ;定时器中断服务程序 ,对秒 ,分钟和小时的计数 INT_T0: MOV TH0,#(65536-50000)/256 MOV TL0,#(65536-50000)MOD 256 INC TCNT MOV A,TCNT CJNE A,#20,RETUNE ;计时 1 秒 INC SECOND MOV TCNT,#0 MOV A,SECOND CJNE A,#60,RETUNE INC MINUTE MOV SECOND,#0 MOV A,MINUTE CJNE A,#60,RETUNE INC HOUR nts电子跑表的设计 - 15 - MOV MINUTE,#0 MOV A,HOUR CJNE A,#24,RETUNE MOV HOUR,#0 MOV MINUTE,#0 MOV SECOND,#0 MOV TCNT,#0 RETUNE: RETI INT_T1: MOV TH1,#(65536-50000)/256 ;定时 50 毫秒 MOV TL1,#(65536-50000)MOD 256 INC TCNT1 MOV R1,TCNT1 CJNE R1,#20,EXIT MOV TCNT1,#0 INC SECOND1 MOV R1,SECOND1 CJNE R1,#100,EXIT MOV SECOND1,#0 INC SECOND2 MOV R1,SECOND2 CJNE R1,#100,EXIT MOV SECOND2,#0 MOV SECOND1,#0 MOV TCNT1,#0 EXIT: RETI ;* ;显示控制子程序 DISPLAY:PUSH ACC MOV A,SECOND ;显示秒 MOV B,#10 DIV AB CLR P3.6 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAY SETB P3.6 MOV A,
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