单片机课程设计——电子秒表

安徽科技大学电子电气工程学院单片机原理与应用设计课程设计设计规格标题：秒表姓名(学生编号)* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *专业贸易：电气工程和自动化:级133指讲师：*2016年5月9日内容.1关键字.1第一章硬件的选择和设计.1第二章软件设计.9第三章调试结果.19参考.20秒表在这个课程设计中，我们组设计了一个秒表。利用AT89C51单片机，设计了一个2位LED数字显示器作为“秒表”:显示时间为00-99秒，每秒自动加1。此外，设计了“开始计时/时间锁定”键和“复位”键。时钟的时间/停止通过扫描键盘来控制。定时器T0用作项目的定时器，每10毫秒中断一次，每100次中断一秒。在此期间，如果按下“开始计时/时间锁定”键，程序将TR0设置为1，从而打开中断，秒表将开始计时，如果再次按下“开始计时/时间锁定”键，TR0将设置为0，秒表将停止计时；如果按下“复位”键，程序将TR0设置为0，同时复位存储时间变量，从而停止中断并实现复位。我们设计的秒表已经完成了准确的计时和当前时间的显示。程序软件由Keil uvison4编写，proteus仿真，最后调试完成课程设计。关键词：秒表51单片机MAX7219计时第1章硬件选择和设计1.芯片简介(1) 8051单片机MCS-51是美国Inter公司生产的一系列单片机。该系列单片机包括8031、8051、8751、8032、8052、8752等。其中，8051是最早、最典型的产品。该系列的其他单片机都是以8051为核心开发的，具有8051的基本结构和软件功能。8051单片机包含微型计算机所需的基本功能部件。每个组件都独立集成在一个芯片上。其基本功能特征如下：8位中央处理器；32条双向独立可寻址输入/输出线；4KB的程序存储器，可以从外部扩展到64KB；12KB数据存储器，外部可扩展至64KB；E.两个16位定时/计数器；F.五个中断源；g、全双工串行通信端口；具有布尔运算能力。引脚排列如下：Pin描述：VCC:电源电压。GND:地面。P0端口：P0端口是一个8位漏极开路双向输入/输出端口，每个引脚可以吸收8TTL栅极电流。当P1端口的引脚首次写入1时，它被定义为高阻抗输入。P0可用于外部程序数据存储，可定义为数据/地址的低八位。当FIASH被编程时，P0端口被用作原始代码输入端口。当检查FIASH时，P0输出原始代码。此时，P0的外侧必须拉高。P1端口：P1端口是一个内置上拉电阻的8位双向输入/输出端口。P1端口缓冲器可以接收和输出4TTL栅极电流。P1端口引脚写入1后，内部上拉，可用作输入。当P1端口从外部拉低至低电平时，它将输出电流，这是由于内部上拉。在闪存编程和验证期间，P1端口被接收为第八个地址。P2端口：P2端口是一个带有内部上拉电阻的8位双向输入/输出端口。P2端口缓冲器可以接收和输出4个TTL门电流。当P2端口写入“1”时，其引脚被内部上拉电阻拉高并用作输入。作为输入，P2端口的引脚从外部拉低，这将输出电流。这是由于内部上拉。当P2端口用于访问外部程序存储器或16位地址外部数据存储器时，P2端口输出地址的高8位。当给出地址“1”时，它利用内部上拉优势。当读写外部8位地址数据存储器时，P2端口输出其特殊功能寄存器的内容。在闪存编程和验证期间，P2端口接收高八位地址信号和控制信号。P3端口：P3端口的引脚是8个带内部上拉电阻的双向输入/输出端口，可以接收和输出4个TTL栅极电流。当P3端口写有“1”时，它们被内部拉高并用作输入。作为输入，由于外部下拉电压较低，P3端口将因上拉而输出电流(ILL)。P3端口也可以作为AT89C51的一些特殊功能端口，如下表所示：别针P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7交错函数RXD(串行输入)TXD(串行输出)/INT0(外部中断0)/INT1(外部中断1)T0(定时器0的外部输入)T1(定时器1的外部输入)/WR(外部数据存储器写选通)/RD(外部数据存储读取选通脉冲P3端口同时接收一些用于闪存编程和程序验证的控制信号。RST:重置输入。当振荡器复位器件时，在两个机器周期内保持RST引脚高电平。访问外部存储器时，数据锁存器允许的输出电平用于锁存地址的状态字节。该引脚用于在闪存编程期间输入编程脉冲。正常情况下，ALE端子以恒定频率周期输出正脉冲信号，该频率周期为振荡器频率的1/6。因此，它可以用作外部输出脉冲或用于计时目的。然而，应该注意的是，每当ALE脉冲被用作外部数据存储器时，它将被跳过。/PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器提取期间，/PSEN在每个机器周期内有效两次。然而，当访问外部数据存储器时，这两个有效/PSEN信号将不会出现。/EA/VPP:当/EA保持低电平时，在此期间外部程序存储器(0000-FFFFH)，不管是否有内部程序存储器。当注意加密方法1时，/EA会将内部锁定为复位；当/EA端子保持高电平时，这里是内部程序存储器。该引脚还用于在闪存编程期间施加12V编程电源(VPP)。XTAL1:反向振荡放大器的输入和内部时钟操作电路的输入。XTAL2:反向振荡器的输出。(2) MAX7219芯片MAX7219是一个7段共阴极发光二极管显示驱动器，以三线串行模式与8051通信。该芯片集成了BCD码到b码解码器，多路扫描电路，LED场和字位驱动电路和随机存储器。MAX7219可驱动8个7段共阴极发光二极管显示器，所有发光二极管的段电流可通过约10K的外部电阻设置。MAX7219具有低电压保持功能，只要外部电压超过2V，就可以保持数据。典型DIP封装中的MAX7219如图所示。每个引脚的功能如下：A.did0 did7: 8现场驱动引脚；SEGA-G、dp:7段驱动和小数点驱动输出；C.SEG dp:小数点驱动输出；CLK:时钟输入，最大时钟频率为10兆赫兹；串行数据输入。在CLK时钟的上升沿，串行数据被移入最高位在前的MAX7219内部移位寄存器。f，DOUT:串行数据输出。DIN的数据输入在16.5个时钟周期后的DOUT有效。数据在CLK的下降边缘被移出；ISET:峰值电流设置。峰值电流可由10K上拉电阻设置。加载：加载输入数据。LOAD信号必须同时或在第16个上升沿之后，但在时钟的下一个上升沿之前变为高电平，否则数据将丢失。I、v: 5v外部电源；GND:接地，两个GND引脚必须接地。2.硬件电路设计(1)硬件原理图(2)硬件电路设计微控制器最小系统作为整个系统的控制部分，微控制器最小系统包括晶振电路、复位电路、电源等。外部晶振通过两个30pF电容接地，采用手动复位和上电复位两种复位模式。该电路可以实现复位和编程操作的基本功能。MAX7219驱动电路MAX7219是一款七段共阴极发光二极管显示器驱动器，可以驱动八个七段共阴极发光二极管显示器。这里，它用于驱动一个2位的发光二极管数码管，所有发光二极管段电流可以通过一个约10K的外部电阻来设置。ADP分别驱动数码管的七段，DIG0和DIG1分别驱动发光二极管数码管的两位，即一位和十位。数码管显示器两位数字数码管用于显示0-99秒的数字。独立密钥用两个独立的键分别启动计时、时间锁定和复位，实现秒表计时。(4)总电路图见下页。第二章软件设计软件设计包括MAX7219芯片初始化、向MAX7219芯片写入指令功能、MAX7219驱动数码管显示功能、定时器初始化、中断等。一、MAX7219寄存器和软件功能介绍(1) MAX7219相关寄存器和数据格式对于MAX7219芯片，串行数据以16位数据包的形式从DIN引脚串行输入，并在CLK的每个上升沿逐位馈入内部16位移位寄存器。无论LOAD引脚的状态如何，LOAD引脚必须在CLK第16个上升沿的同时或之后、CLK下一个上升沿之前变为高电平，否则移位的数据将会丢失。16位数据包的格式如下：D15D14D13D12D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0地址寄存器地址注册数据1.MAX7219的内部寄存器和地址通过对D11D8的4位地址位解码，芯片可以寻址14个内部寄存器，即8个显示位寄存器、5个控制寄存器和1个空操作寄存器。如表1所示：表1 MAX7219内部寄存器及其地址注册地址D15D12D11D8十六进制代码空指令00000x0数字管000010x1数字管100100x2数码管200110x3数码管301000x4数字管401010x5数码管501100x6数字管601110x7数码管710000x8解码模式寄存器10010x9显示亮度寄存器10100xA扫描范围寄存器10110xB停止寄存器11000xC显示测试寄存器11110xF2.五个控制寄存器(1)解码模式寄存器在MAX7219的解码模式寄存器中，每个位对应一个数字位。如果相应的位处于逻辑高电平，则表示该位使用b代码解码，而逻辑低电平表示该位未解码，如表2所示：表2解码模式寄存器意义D7D0十六进制代码0-7不解码00H0比特被转换成B码，7-1比特不被解码。01H.b解码用于0-3位，4-7位不解码。0FH.使用b解码0-7位familial benign hypercalcemia 家族性良性高钙学症(2)亮度寄存器MAX7219的亮度寄存器用于调节发光二极管的显示亮度。在实际电路中，外部电阻器R连接在ISET和电源的正电极之间，以控制显示亮度。r可以是固定电阻，也可以是最小值为9.25 k的可变电阻。亮度寄存器中的值表示亮度，总共有16级