基于单片机的秒表系统设计论文

1、目录0 前言 11 总体方案设计 12 系统硬件设计 23 软件设计 43.1 软件设计概述 43.2 程序框图 43.3 子程序模块设计 64 系统调试及结果分析 94.1 软件调试 94.2 硬件调试 105 结论及进一步设想 11参考文献 12课程设计体会 13附录 1 元件清单 14附录 2 系统电路图 14附录 3 源程序 15基于单片机的秒表系统设计班雷 沈阳航空航天大学自动化学院 摘要：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 数码管以及键盘电路来设计 计时器。将软、硬件有机地结合起来

2、，使得系统能够实现两位LED显示，显示时间为00 99秒，每秒自动加 1，能正确地进行加 1 计时。其中软件系统采用 C语言编写程 序，包括显示程序，计数程序，中断程序，延时程序等，硬件系统利用PROTEU强S 大的功能来实现，简单切易于观察，在仿真中就可以观察到实际的工作状态。关键字 ：单片机；计时秒表； LED数码管0 前言近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断的走向深入，同时带动着传统 控制检测日新月异更新。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

3、。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， 本文就是利用 AT89C51单片机与数码管设计一个简单的秒表 系统。1 总体方案设计本系统采用 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，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 C语言编写程序，包括显示程序，中断程序，延时 程序，按键消抖程序等，并在 Keil 中调试运行，硬件系统利用 proteus 强大的功能来 实现，简单切易于观察，在仿真中就可以观察到实际的工作状态。图 1 系统电路原理2 系统硬件设计本系统中，硬件电

4、路主要有电源电路，显示电路，以及一些按键电路等（1）单片机简介本系统设计采用 AT89C51单片机。AT89C51是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器。该器件采用 ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51指令集和输出管脚相兼容（由于在微机原理中学过 C-51 的具体知识，这里不再 详细说明）。由于将多功能 8 位 CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中， ATMEL的 AT89C51 是一种高效的微控制器。（2）电源电路电源电路是系统最基本的部分， 任何电路都离不开电源部分， 由于三端集成稳压器 件所组成的稳压电源线路简单，

5、 性能稳定，工作可靠， 调整方便，已逐渐取代分立元件， 在生产中被广泛采用，由于是小系统，我们采用 7809电源提供 +5V稳压电压。图 2 电源电路（3）显示电路 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 2 个共阳极 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

6、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。电路图如图所示：图 3 显示电路（4）键盘电路 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 P3口做开关， P3.6 停止， P3.5 开始， P3.4 暂停记录，用外中断 INT0 开始，另外用软件延时法消除抖动。电路图如图 所示：图4 键盘电路3 软件设计3.1 软件设

7、计概述 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， 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。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。功能描述：用2位LED数码显示秒表 ，显示时间为 0099秒,每秒自动加 1，具有 开始、暂停和停止按键，可记录独立的时间。3.2 程序框图（1）主程序： 采用分支结构，通过对按键的扫描，判断要实现什么功能，然后通过调用子程序来实现所需要的功能主程序图 5 主程序结构

8、框图2）加 1 程序图 6 加 1 程序流程图(3)定时器 1 程序用定时器 0 实现定时 1 秒，定时器 1 实现定时 10 毫秒，定时初值分别是 TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;这里只写定时 1 秒的流程图，如图所示：图 7 定时 1 秒流程图3.3 子程序模块设计(1)停止子程序 按键后，使秒表停止，即关闭定时器 0， 1，程序如下：STOP:unsigned char led=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90; unsigned char temp;TMOD=0x0

9、1;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;P3=0xff;while(1)P2=0x01;P1=ledsec%10;delay(10);P2=0x02;P1=ledsec/10;delay(10);temp=P3;if(temp=0xdf)TR0=0;sec=0;msec=0;(2) 暂停记录子程序 按键结束后，将此时显示内存中的数送寄存器中保存 POR:unsigned char led=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;unsigned char tem

10、p;TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;P3=0xff;while(1)P2=0x01;P1=ledsec%10;delay(10);P2=0x02;P1=ledsec/10;delay(10);temp=P3;if(temp=0x7f)TR0=0;(3) 加 1 子程序此程序只为简单的加 1，并判断是否到 100？到则从 0 开始，否则继续，另外将显 示内存中的数个位十位分开，以便于动态显示。G01： msec+;if(msec=20)msec=0;sec+;if(sec=100) /定义到 99

11、秒后归零sec=0;RETGO2: unsigned char led= 0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;unsigned char temp;TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;RET(4) 显示子程序，采用动态显示MAIN: unsigned char led= 0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90; unsigned char temp;TMOD=0x01; TH0=(65536-5000

12、0)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;P3=0xff; while(1)P2=0x01;P1=ledsec%10;delay(10);P2=0x02;P1=ledsec/10;delay(10);RET(5) 延时子程序例如延时 10ms程序：DELAY:P2=0x01;P1=ledsec%10;delay(10);P2=0x02;P1=ledsec/10;delay(10);RET( 6)中断服务程序用外部中断 1 实现开始，定时器 0 定时 1S，定时器 1 定时 10ms 。4 系统调试及结果分析4.1 软件调试用 PROTEUS将编译生成的秒表

13、 .HEX 文件下到单片机中，点击运行按相应的操作键 即可看到下图的效果：图 8 仿真结果经 proteus 软件仿真后，系统运行良好，结果正确。4.2 硬件调试在 Keil 中调试运行，硬件系统利用 proteus 强大的功能来实现，简单切易于观察， 在仿真中就可以观察到实际的工作状态。本系统设计采用 AT89C51单片机。而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 2 个共阳极 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

14、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。用部分 P3 口做开关， P3.6 停止， P3.5 开始， P3.4 暂停记录，用外中断 INT0开始，另外用软件延时法消除抖动。 硬件仿真如图所示：图 9 硬件仿真5 结论及进一步设想根据实验要求，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 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

15、容性可以更好的为我们服务，通过查阅各种资料，多了解一些单片机的有 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。参考文献1 余发山主编 .单片机原理及应用技术 . 徐州：中国矿业大学出版社， 2003.2 杨凌霄编著 .微型计算机原理及应用 . 徐州：中国矿业大学出版社， 2004.3 李群芳主编 . 单片机原理、接口及应用 . 北京：清华大学出版社， 2005.4 陈忠平，曹巧媛等，单片机原理及接口 . 北京：清华大学出版社， 2007.5 刘同法，陈忠平等，单片机基础与最小系统实践 . 北京：北京航空航天大学出版社， 2007.6 吴金戌，沈庆阳，郭庭吉 .8051 单片机实践与应

16、用 . 北京：清华大学出版社， 2002.7 窦振中.单片机外围器件实用手册存储器分册 . 北京：北京航空航天大学出版社， 1998.8 张靖武，周灵彬 . 单片机系统的 Proteus 设计与仿真 . 北京：电子工业出版社， 2007.9 林志琦，郎建军，李会杰等 .基于 Proteus 的单片机可视化软硬件仿真 .北京：北 京航空航天大学出版社， 2006.10 李刚民，曹巧媛等 .单片机原理及实用技术 . 北京：高等教育出版社， 2005.课程设计体会经过一个星期的课程设计，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我也失落过，也曾一 度热情高涨。从开始时激情高涨到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无

17、不令我回味无 长。在胡立夫老师的指导下，我顺利完成了课程设计。让我学到了以下几点：1、将学习的理论知识通过实验融会贯通，让我对它的理解更加深刻。对程序的编译 过程了解透彻。2、本次课程设计以自己设计为主，因此培养了学习的积极性，让我能够独立去分析 问题、发现问题、解决问题，更增强我与老师同学交流沟通和合作完成任务的能力。3、由于这次课程设计不仅设计编程方面的知识，还涉及了其它学科的知识，例如 PROTEU和S Keil 等的基本知识。 程序是用 C语言来编写的， 这次课程设计让我在编程能 力方面得到了提高。4、由于水平有限，实验程序运行有一定的限制，以后会加强改进。 总之，通过这次课程设计，不

18、仅加深了我对单片机理论方面的理解，将理论更好的 运用的实践方面，而且锻炼了我们各方面的能力，培养了坚强的毅力和做事的耐心和细 心，认识合作的重要性，虽然程序可能有一定的浪费资源，且较罗嗦，但这需要在实践 中慢慢提高，还希望老师能够多多指导，促进我不断的进步。最后再一次感谢胡老师对 我的悉心指导和无私帮助。2013 年7月 12日完成附录 1 元件清单元件名称型号数量单片机AT89C511发光 LED7SEG-MPX21开关3电阻3附录 2 系统电路图附录 3 源程序#include unsigned char msec,sec; void delay(unsigned char i) unsigned int j,k; for(k=0;ki;k+) for(j=0;j255;j+);void To_INT(void) interrupt 1 TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256; msec+;if(msec=20) msec=0;sec+;if(sec=100) / 定义到 99 秒后归零 sec=0;void main()unsigned charled=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99