微机综合实践课程设计说明书-00-60秒表设计说明书.doc

此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 微机综合实践课程设计说明书 题题 目 目 0 0 0 0 6 6 0 0 秒秒 表表 设设计计 院院 系 系 建建筑筑与与交交通通工工程程学学 院院 姓姓 名 名 一一头头大大象象 学学 号 号 0 0 8 8 0 0 0 0 1 1 4 4 0 0 2 2 0 0 8 8 专专 业 业 建建筑筑环环境境与与设设备备工工 程程 指导老师 指导老师 X XX XX X 20112011 年年 1212 月月 1616 日日 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 目录目录 一 设计任务 1 二 总体方案设计 1 2 1 硬件方案 1 2 2 软件方案 1 三 系统硬件设计 1 3 1 硬件总体设计方案 1 3 2 并行 I O 口 P0 P3 结构与设计 1 3 3 复位电路设计 3 3 4 电源开关设计 3 3 5 晶振输入电路设计 4 四 相关硬件说明 4 4 1 LED8 段数码显示管结构与原理 4 4 2 AT89S52 部分系统功能与引脚说明 5 五 系统软件设计 10 5 1 软件总体设计方案 10 5 2 程序流程图 11 5 3 程序清单 13 5 4 程序运行分析 14 六 元件清单 14 七 硬件制作步骤 15 八 总结 15 参考文献 17 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 一 设计任务一 设计任务 00 60 秒表设计 用 AT89S52 单片机的定时 计数器 T0 产生一秒的定时时间 作为秒计数时间 当一秒产生时 秒计数加 1 秒计数到 60 时 自动从 0 开始 二 总体方案设计二 总体方案设计 2 1 硬件方案 2 1 1 制作一个 AT89S52 最小系统 2 1 2 采用两个 LED 七段数码显示管分别显示秒表的个位和十位 2 1 3 P1 口输出十位段码 P2 口输出个位段码 2 2 软件方案 2 2 1 因为当晶振频率为 12MHz 时 定时 计数器最大计时时间为 65536ms 所以应根据计 时 2 2 2 时间设定定时 计数器定时时间 累计合适中断次数后执行刷新显示子程序 2 2 3 每隔 1s 秒计数加 1 秒计数到 60 自动从 0 开始 循环不止 三 系统硬件设计三 系统硬件设计 3 1 硬件总体设计方案 最小系统应符合以下要求 引出 4 个 I O 端口 便于硬件拓展 同时接入排阻以满足更多的使用要求 在上电自动复位的基础上添加按键复位功能 以提高系统的可控性 采用按钮开关 继电器与稳压二极管构成电源电路 以提高系统的稳定性 具有专门的编程端口 采用内部时钟电路 3 2 并行 I O 口 P0 P3 结构与设计 3 2 1 P0 口 P0 0 P0 7 P0 口是一个 8 位漏极开路型双向 I O 端口 P0 口可做通用 I O 口使用 但在端 口进行输入操作前 应先向端口的输出锁 存器写 1 在 CPU 访问片外存储器时 P0 口自动作为地址 数据复用总线 在编程时 由 P0 口输入指令字节 而在验证程序时 P0 口输出指令字节 验证时应外接上拉电阻 P0 口能以吸收电流的方式驱 动 8 个 LS 型 TTL 负载 图 1 P0 口结构图 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 3 2 2 P1 口 P1 0 P1 7 P1 口是一个内部带上拉电阻的 8 为 准双向 I O 端口 当 P1 输出高电平是 能向外部提供 拉电流负载 因此 不需再外接上拉电阻 当端口用作输入时 也应先向端口的输出 锁存器写入 1 在编程和验证程序时 P1 口用来输入低 8 位地址 P1 口能驱动 4 个 LS 型 TTL 负载 图 2 P1 口结构图 3 2 3 P2 口 P2 0 P2 7 P2 口也是一个内部带上拉电阻的 8 位 准双向 I O 端口 当 CPU 访问外部存储器时 P2 口自 动用作输出高 8 位地址 与 P0 低 8 位地址 一起形成外部存储器的 16 位地址总线 此 时 P2 口不再作为通用 I O 口使用 P2 口可驱动 4 个 LS 型 TTL 负载 在编程和验证程序时 P2 口用作接收高 8 为地址 图 3 P2 口结构图 3 2 4 P3 口 P3 0 P3 7 P3 口是一个内部带上拉电阻的 8 位多 功能双向 I O 端口 P3 口除了作通用 I O 端口外 其主要 功能是它的各位还具有第二功能 无论 P3 口作通用输入框还是作第二输入功能口使 用 相应位的输出锁存器和第二输出功能 段都应置 1 P3 口能驱动 4 个 LS 型 TTL 负载 P3 口作为第二功能使用时各引脚定义 如下 P3 0 RXD 串行口输入端 P3 1 TXD 串行口输出端 图 4 P3 口结构图 P3 2 INT0 外部中断 0 请求输入端 P3 3 INT1 外部中断 1 请求输入端 P3 4 T0 定时 计数器 0 外部信号输入端 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 P3 5 T1 定时 计数器 1 外部信号输入端 P3 6 WR 外 RAM 写选通信号输出端 P3 7 RD 外 RAM 读选通信号输出端 为便于硬件拓展以及满足更多的使用有求 在 P0 P2 口处分别接 1K 和 2 2K 的上拉 电阻 并在每个端口出添加 VCC 和 GND 引脚 各端口原理图如下 图 5 P0 口外围电路原理图 图 6 P1 口外围电路原理图 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 图 7 P2 口外围电路原理图 图 8 P2 口上拉电阻原理图 图 9 P3 口外围电路原理 图 3 3 复位电路设计 本设计中 AT89S52 是采 用上电自动复位和按键复位两 种方式 复位电路如图所示 上电瞬间 电路充电 RST 引线端出现正脉冲 只要 RST 端保持 10ms 以上的高电 平 就能使单片机有效地复位 其中 R4 和 R5 分别选择 100 和 4 7K 的电阻 电 容器一般选择 10 F 3 4 电源开关设计 本设计采用按钮开关 继电器以及稳压二极管构成的电路 以提高系统稳定性 各元件规格如 图 图 10 复位电路原理图 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 图 11电源开关电路原理图 3 5 晶振输入电路设计 AT89S52 单片机内部的振荡电路是一个高增益反向 放大器 引线 XTAL1 和 XTAL2 分别是放大器的输入 端和输出端 单片机内部虽然有振荡电路 但要形成时 钟 外部还需附加电路 AT89S52 的时钟产生方式有两 种 内部时钟电方式和外部时钟方式 由于外部时钟方 式用于多片单片机组成的系统中 所以此处选用内部时 钟方式 即利用其内部的振荡电路在 XTAL1 和 XTAL2 引线上外接定时元件 内部振荡电路产生自激振荡 最 常用的是在 XTAL1 和 XTAL2 之间接晶体振荡器与电 路构成稳定的自激振荡器 如图电路所示为单片机最常 用的时钟振荡电路的接法 其中晶振可选用振荡频率为 12MHz 的石英晶体 电容器一般选择 20PF 左右 图 12 晶振输入电 路原理图 四 相关硬件说明四 相关硬件说明 4 1 LED8 段数码显示管结构与原理 按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管 共阳数码管是指将所有发光二 极管 的阳极接到一起形成公共阳极 COM 的数码管 共阳数码管在应用时应将公共极 COM 接到 5V 当某一字段发光二极管的阴极为低电平时 相应字段就点亮 当某一字段的阴极为高电平时 相应字段就不亮 共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极 COM 的数码管 共阴数码管在应用时应将公共极 COM 接到地线 GND 上 当某一字段发光二极管的阳极为高电平 时 相应字段就点亮 当某一字段的阳极为低电平时 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 图 13 LED8 段数码显示管原理图 引脚图 相应字段就不亮 LED 数码管段码如下表 表 1八段 LED 数码管段码表 显示数码共阴型段码共阳型段码显示数码共阴型段码共阳型段码 03FHC0HA77H88H 106HF9Hb7CH83H 25BHA4HC39HC6H 34FHB0HD5EHA1H 466H99HE79H86H 560H92HF71H8EH 670H82H 707HF8H 87FH80H 96FH90H 本设计采用共阳静态显示 其中 P2 口输出个位段码 P1 口输出十位段码 仿真图如图 12 所 示 4 2 AT89S52 部分系统功能 与引脚说明 AT89S52 是一种低功耗 高性能 CMOS8 位微控制器 具有 8K 在系统可编 程 Flash 存储器 使用 Atmel 公司高密度非 易失性存储器技术制造 与工业 80C51 产 品指令和引脚完全兼容 片上 Flash 允许程 序存储器在系统可编程 亦适于常规编程器 在单芯片上 拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系 统可编程 Flash 使得 AT89S52 为众多嵌入 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 式控制应用系统提供高灵活 超有效的解决方案 AT89S52 具有以下标准功能 8k 字节 Flash 256 字节 RAM 23 位 I O 口线 看门狗定时器 2 个数据指针 三个 16 位定时器 计数器 一个 6 向量 2 级中断结构 全双工串行口 片内晶振及时钟电路 另外 AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作 支持 2 种软件可选 择节电模式 空闲模式下 CPU 停止工作 允许 RAM 定时器 计数器 串口 中断继续工作 掉电保护方式下 RAM 内容被保存 振荡器被冻结 单片机一切工作停止 直到下一个中断或硬件复位为止 RST 复位输入 当振荡器工作时 RST 引脚出现两 个机器周期以上高电平将是单片机复位 ALE PROG 当访问外部程序存储器或数据存储器时 ALE 地址锁存允许 输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字 节 一般情况下 ALE 仍以时钟振荡频率的 1 6 输出固定 的脉冲信号 因此它可对外输出时钟或用于定时目的 要 注意的是 每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲 对 FLASH 存储器编程期间 该引脚还用于输入编 程脉冲 PROG 如有必要 可通过对特殊功能寄存器 SFR 区中的 8EH 单元的 D0 位置位 可 禁止 ALE 操作 该位置位后 只有一条 MOVX 和 MOVC 指令才能将 ALE 激活 此外 该引脚会 被微弱拉高 单片机执行外部程序时 应设置 ALE 禁止位无效 PSEN 程序储存允许 PSEN 输出是外部程序存储器的读选通信号 当 AT89S52 由外部程 序存储器取指令 或数据 时 每个机器周期两次 PSEN 有效 即输出两个脉冲 在此期间 当访 问外部数据存储器 将跳过两次 PSEN 信号 EA VPP 外部访问允许 欲使 CPU 仅访问外部程序存储器 地址为 0000H FFFFH EA 端 必须保持低电平 接地 需注意的是 如果加密位 LB1 被编程 复位时内部会锁存 EA 端状态 如 EA 端为高电平 接 Vcc 端 CPU 则执行内部程序存储器的指令 FLASH 存储器编程时 该引 脚加上 12V 的编程允许电源 Vpp 当然这必须是该器件是使用 12V 编程电压 Vpp XTAL1 振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端 XTAL2 振荡器反相放大器的输出端 4 2 1 AT89S52 定时 计数器详细介绍 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 定时 计数器基本结构 定时器 计数器的控制字 定时器 计数器有 4 种工作模式 由 TMOD 设置并由 TCON 控制 工作方式寄存器 TMOD 的地址为 89H 它不能位寻址 在设置时一次写入 其功能为确定定时器的工作 方式及功能选择 格式如下 图 17TMOD 的各位定义 1 GATE 门控位 0 定时器 计数器仅受 TR 的控制 1 只有 INT 为高电平 且 TR 1 时 定时器 计数器才工作 2 C T 功能选择位 0 定时功能 1 计数功能 3 M1M0 工作方式选择位 00 方式 0 13 位定时计数器 TH 高 8 位和 TL 低 5 位 01 方式 1 16 位定时 计数器 10 方式 2 自动重装入初值的 8 位定时 计数器 11 方式 3 T0 分成两个独立的 8 位计数器 T1 无方式 3 定时器控制寄存器 TCON 除可字节寻址外 各位还可以位寻址 格式为 图 18TCON 的各位定义 功能为 TR1 TR2 控制定时 计数器的启动与停止 IT1 IT2 控制溢出中断的允许与屏 蔽 当标志位 TF0 TF1 采用软件查询时应禁止中断 且需要以软件的方式将标志位清 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 0 若采用中断方式查询标志位 返主后由硬件自动清 0 定时 计数器工作原理 1 模式 0 定时 计数器 TH0 或 TH1 的高 8 位和 TL0 或 TL1 的低 5 位组成的一个 13 位定时器 计数器 此种方式与 MCS 48 系列兼容 如果不是为了兼容的目的 一般不用方式 0 方式 0 的全部功能 方式 1 都可以代替 图 19T0 工作模式 0 逻辑结构框图 2 模式 1 该模式对应的是一个 16 位的定时器 计数器 THx8 位和 TLx8 位组成 16 位加 1 计数 器 最大计数脉冲个数 1 65536 216 最长定时时间 晶振 12MHz T 1 s 为 65536 s 图 20T0 工作模式 1 逻辑结构框图 3 模式 2 模式 2 把 TL0 或 TL1 设置成一个可以自动重装载的 8 位定时器 计数器 用于需 要重复定时和计数的场合 最大计数值 256 28 最大定时时间 晶振 12MHz 时 T 1 s 256 s 自动恢复初值 8 位定时 计数器 TLx 为 8 位加 1 计数器 THx 为 8 位初值暂存 器 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 图 21T0 工作模式 2 逻辑结构框图 4 模式 3 TL0 和 TH0 被分成为两个相互独立的 8 位计数器 TL0 占用 T0 控制位 C T TR0 TF0 GATE TH0 占用 T1 控制位 TR1 和中断标志位 TF1 T1 不能使用方式 3 工作 图 22T0 工作模式 3 逻辑结构框图 T0 工作于模式 3 时 T1 仍可设置为模式 0 2 此时 仅使用 T1 控制位 C T 切换其定 时或计数器工作方式 寄存器 8 位 13 位 16 位 溢出时 只能将输出送入串行口或用 于不需要中断的场合 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 图 23T0 模式 3 下的 T1 逻辑结构框图 定时器 计数器初始化步骤 1 确定工作模式 是计数还是定时 工作方式和启动控制方式 并将其写入 TMOD 寄存器 2 设置定时或计数器的初值 可直接将初值写入 TH0 TL0 或 TH1 TL1 中 16 位 计数初值必须分两次写入对应的计数器 3 根据要求决定是否采用中断方式 直接对 IE 位赋值 开放中断时 对应位置 1 采用程序查询方式时 IE 位应清 0 以进行中断屏蔽 4 启动定时器工作 可使用 SETB TRi 启动 五 系统软件设计五 系统软件设计 5 1 软件总体设计方案 5 1 采用查表方式输出段码 使程序更为简练 节约存储空间 5 2 AT89S52 单片机的定时 计数器在四种工作模式中 其最大定时时间 TF 溢出周期 为 表 2AT89S52 定时 计数器最大定时时间表 工作模式0123 最大定时时间 8192 s65536 s256 s256 s 因定时时间为 1s 可选用模式 1 每隔 50ms 中断一次 中断 20 次为 1s 5 3 每隔 20 个中断执行一次刷新显示子程序 5 4 六十进制 个位刷新显示子程序每执行十次 执行一次十位刷新显示子程序 同时个位 显示 0 达到个位逢十进一的目的 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 5 5 十位刷新显示子程序执行六次后 重新初始化 数码管显示 00 5 2 程序流程图 5 2 1 主程序流程图 N Y 开始 各工作寄存器 指针赋初值 设定计数器 0 为工作 模式 1 计数器赋初值 7 段数码管显示 00 开中断 启动计数器 等待中断 R5 1 0 等待时 间足够 1S 输出计时时间 图 24 5 2 2 中断服务子程序流程图 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 N Y N Y N Y 保护断点 计数器重新赋值 R5 1 0 循环计时 50ms是否够 20 次 循环计时计数器 R5 重新赋值 查表去段码 输出个位数 个位指针指向下一段码 R6 1 0 个位满 10 查表取段码 输出十位数 个位输出 0 十位 输出计数器 R3 1 R4 1 0 计时满 60 各计数器 指针 工作寄存器 端口初始化 返回主程序 图 25 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 5 3 程序清单 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP INT T0 ORG 0100H MAIN MOVTMOD 01H SETBET0 SETBEA SETBTR0 MOV R5 14H 循环计时计数器 循环 20 次 MOV R6 0AH 个位显示计数器 逢 10 进 1 MOV R3 00H 十位数段码指针 MOVR4 06H 十位显示计数器 满 6 清零 MOVDPTR BIAO MOVA 0C0H 将 0 段码输出显示 MOVP2 A MOVP1 A MOVTH0 3CH MOVTL0 0B0H 定时 50MS SJMP 等待中断 INT T0 MOVTH0 3CH MOVTL0 0B0H 重新赋值 DJNZ R5 GO 循环不足 20 次 不够 1S 返回等待 MOV R5 14H 循环计时计数器重新赋值 CLR A MOVC A A DPTR MOV P2 A 显示个位 INC DPTR 指向下一段码 DJNZ R6 GO 个位不满 10 跳过十位显示 MOV R6 0AH 个位显示计数器重新赋值 MOV A R3 MOV DPTR BIAO 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 MOVC A A DPTR MOVP1 A 显示十位 MOV A 0C0H MOV P2 A INC R3 DJNZ R4 GO 十位不满 6 跳过初始化 MOV A 0C0H 初始化 MOVP1 A MOVP2 A MOV R5 14H MOVR6 0AH MOVR3 00H MOV R4 06H MOVTH0 3CH MOVTL0 0B0H MOVDPTR BIAO GO RETI BIAO DB 0F9H 0A4H 0B0H 99H 92H 82H 0F8H 80H 90H 0 9 段码 共阳 END 5 4 程序运行分析 因定时 计数器的定时时间为 50ms 中断 20 即 1s 后执行一次刷新显示子程序 程序只考虑 硬件延时 并没有将中断服务子程序的运行时间计算在内 所以在秒表运行时 会出现计时显示时 间滞后于标准时间的现象 据中断服务子程序以及指令周期表可知 刷新显示子程序运行时间最小的情况为 不带进位的 秒计数加 1 运行时间最大的情况为 满 60 自动从 0 开始 据此可推算其最大最小运行时间分别 为 196 s 和 169 s 经 proteus 仿真测试 运行一小时将会出现大约 1s 的误差 且随着时间推移 误差将会累积增大 在实际的计时中 也会因环境以及设备的不完善 影响计时的精确性 在对秒计时影响不大的情况下 适当增大定时 计数器初值 以及提高制板工艺的方法尽可能 的减小误差 六 元件清单六 元件清单 表 3元件清单表 序号元件名称规格备注 1 电阻 1K 1 个 2 电阻 10 1 个 3 电阻 100 1 个 4 电阻 4 7K 1 个 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 5 CPU 插座 CON40 1 个 6 单片机 AT89S52 1 个 7 继电器 HK4100F DC5V SHG 1 个 8 牛角座 CON10 1 个 9 按钮 4 脚2 个 10 发光二级管 1 个 11 电容 10uF 1 个 12 电容 470uF 1 个 13 电容 20pF 2 个 14 排阻 1K 1 排 15 排阻 2 2K 1 排 16 晶振 12MHz 1 个 17 稳压管 5819 1 个 18 LED 七段数码显示管红色 共阳2 个 19 排针 若干 20 导线 若干 21 最小系统电路板 1 块 七 硬件制作步骤七 硬件制作步骤 1 在 protel 99 SE 中编辑原理图 生成 PCB 文件 打印 2 将用于腐蚀的电路板抛光 以便保证印刷电路板的熨烫效果 3 将印刷电路熨烫在电路板上 待油墨充分粘附于板上后 撕下喷墨菲林片 4 腐蚀掉电路板多余的铜 进行第二次抛光 将多余的油墨清洗掉 按照电路图在 电路板上钻孔 5 将元器件焊接在板上并检测各焊点是否接触可靠 6 烧录程序 调试 直至成功运行 八 总结八 总结 出于对单片机和电路板制作的浓厚兴趣以及自身知识的匮乏 我在做这课设的时候感 觉既困扰又欣慰 通过这次课程设计 我拓宽了知识面 锻炼了动手能力 特别是 proteus 软件的使用 通过整个电路设计与制作的过程 我掌握了实物硬件的连接和组装 与调试的方法 熟悉了小规模集