用LED数码管显示的秒表设计

1、用LED数码管显示的秒表设计单片机课程设计说明书用LED数码管显示的秒表设计专 业电气工程及其自动化学生姓名刘宁班级B电气081学号0810601114盐城工学院课程设计说明书（2011）指导教师张兰红完成日期2011年6月26日目录1、概述 22、课题方案设计 32.1系统总体设计要求 32.2系统模块结构论证 33、系统硬件设计 43.1总体设计 43.2单片机运行的最小系统 53.2.1 52 单片机最小系统电路介绍 53.2.2单片机的振荡电路与复位电路 73.3数码管介绍 93.4驱动电路 94、软硬件联调及调试结果 104.1软硬件调试中出现的问题及解决措施 104.2实物图 11

2、4.3调试结果 135、结束语 13参考文献 14附录 14附录1:基于单片机的秒表设计原理图 14附录2:基于单片机的秒表设计 PCB图 15附录 3： PROTEUS真图 16附录4:基于单片机的秒表设计 C语言程序清单 17附录5:基于单片机的秒表设计元器件目录表 191、概述21世纪是一个电子技术和电子元件有更大发展的世纪。回顾百年来电子技术和 电子工业发展的成就，举世瞩目。作为一个电气专业的大学生，我们不但要有扎实 的基础知识、课本知识，还应该有较强的动手能力。现实也要求我们既精通电子技 术理论，更要掌握电子电路设计、实验研究和调试技术。课程设计就是一个理论联 系实际的机会。本次设计

3、主要完成具备基本功能的电子秒表的理论设计，电子秒表是重要的记 时工具，广泛运用于各行各业中。作为一种测量工具，电子秒表相对其它一般的记 时工具具有便捷、准确、可比性高等优点，不仅可以提高精确度，而且可以大大减 轻操作人员的负担，降低错误率。在设计中应用到数码管，数码管主要用于楼体墙面，广告招牌、高档的DISCO、 酒吧、夜总会、会所的门头广告牌等。特别适合应用于广告牌背景、立交桥、河、 湖护栏、建筑物轮廓等大型动感光带之中，可产生彩虹般绚丽的效果。用护栏管装 饰建筑物的轮廓，可以起到突出美彩亮化建筑物的效果。事实证明，它已经成为照 明产品中的一只奇葩，绽放在动感都市。2、课题方案设计2.1系统

4、总体设计要求用AT89C52设计一个2位LED数码显示 秒表”显示时间为0059秒，每秒自 动加一。另设计一个 开始”按键和一个 复位”按键，一个 暂停”按键。接上电源后 从00开始计时，至59后再回到00,继续循环。2.2系统模块结构论证1. 单片机模块选择方案一：选用飞思卡尔单片机，飞思卡尔单片机功能强大，但是价格相对要 高，而且对此不熟悉。方案二：采用STC89系列单片机，其架构简单，相对熟悉，价格便宜，对 设计功能已经足够。焊接也是比较容易。因此，选择方案二。2. 电源模块选择方案一：采用交流220V/50HZ电源转换为直流5V电源作为电源模块。该方 案实施简单，电路搭建方便，可作为单

5、片机开发常备电源使用。方案二：采用干电池串并联到 5V作为电源模块。该方案实施简单，无需搭 建电路，但相对方案不够稳定，电池消耗快，带负载后电压降过高，可能无法使系 统稳定持续运行。方案三：采用USB接口电源，该方案简单方便，可以直接和电脑的 USB接 口相连。电脑的USB接口属于接口电源，要并联耦合电容进行缓冲。因此，选择的是方案三。3. 显示模块选择：方案一：采用8段LED数码管作为显示模块核心 方案二：采用LCD液晶显示器作为显示模块核心LED数码管节能环保，显示直观。因此选择方案一。4驱动模块选择：、一 方案一：用与非门逻辑电路作为驱动电 路主要兀件。一方案二：用PNP型三极管作为驱动

6、电路主要兀件。、与非门逻辑电路相对来说较为复杂， PNP三极管只有三个端口且价格也很便宜， 因此选 择方案二。3、系统硬件设计3.1总体设计利用单片机定时器/计数器中断设计秒表，从而实现秒的计时。用两个数码管来 显示秒表数据。增加一个清零按钮，计时结束后可以清零。通过采用proteus仿真软件来模拟实现。模拟利用 AT89C52单片机、LED数码管以及控件来控制秒表的计数 以及计数的开启/暂停/继续与复位。两位数码管用来显示数据，一位数码管显示个 位19,满十进一后显示十位的数码管的数字加一，并且个位显示清零重新从零计数。计秒数码管采用两位的数码管，当计数超过范围是所有数码管全部清零重新计数。

7、、软硬件设计是设计中不可缺少的，为了满足功能和指标的要求，资源分配如下：晶振采用11.0592MZ的外部晶振频率内存分配：P0 口与数码管个位和十位数据输入端相连，控制其段选信号，输出19不同字型。P3 口的P3.1、P3.2分别与秒表个位和十位数码管位选连接，控制秒表的计 数以及计数的开启/暂停/继续与复位清零。本设计包含有单片机最小系统模块、复位模块、放大器模块、LED数码管显示模块。其中最小系统模块由STC89C52电阻、电容和晶振电路等主要硬件组成。复位模块由二极管、电阻和复位开关组成。放大器模块由PNP三极管、电阻组成。LED数码管显示模块由两位八段数码管组成3.2单片机运行的最小系

8、统最小系统模块由STC89C52、电阻、电容和晶振电路等主要硬件组成。3.2.1 52 单片机最小系统电路介绍1. 52单片机最小系统复位电路的极性电容C1的大小直接影响单片机的复位时间，一般采用1030uF, 52单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。2. 52 单片机最小系统晶振 Y1也可以采用11.0592MHz在正常工作的情况下可以 采用更高频率的晶振，52单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速 度，频率越大处理速度越快。3. 52单片机最小系统起振电容 C2、C3一般采用1533pF,并且电容离晶振越近越 好，晶振离单片机越近越好4. P0 口为开漏输出，作为输出口时

9、需加上拉电阻，阻值一般为10k。设置为定时器模式时，加1计数器是对内部机器周期计数（1个机器周期等于12个 振荡周期，即计数频率为晶振频率的1/12 ）。计数值N乘以机器周期Tcy就是定时时 间t。设置为计数器模式时，外部事件计数脉冲由T0或T1引脚输入到计数器。在每个机器周期的S5P2期间采样TO、T1引脚电平。当某周期采样到一高电平输入，而下一 周期又采样到一低电平时，则计数器加1,更新的计数值在下一个机器周期的S3P1期间装入计数器。由于检测一个从 1到0的下降沿需要2个机器周期，因此要求被 采样的电平至少要维持一个机器周期。当晶振频率为12MHz时，最高计数频率不超过1/2MHz,即计

10、数脉冲的周期要大于 2 ms。标识符号地址寄存器名称P3 0B0H I/O 口 3寄存器PCON 87H电源控制及波特率选择寄存器SCON 98H串行口控制寄存器SBUF 99H串行数据缓冲寄存器TCON 88H定时控制寄存器TMOD 89H定时器方式选择寄存器TLO 8AH定时器0低8位TH0 8CH定时器0高8位TL1 8BH定时器1低8位TH1 8DH定时器1高8位P0J/AD1P02/AD2XTAL2PO.3/AD3RSTPO 4/AD4 PO 5/AD5 P0 6/AD6 P0.7IAJD7P2.0/A6P2 1/A9 P2 2XM0PSENP2 3XA11ALEP2 4/A12EA

11、P2 5/A13P1.0P26Zft14 P2 7/A15P3.Q/RXDPI .1 PI 2P3.mxoP3 2/lfr4TDPl 3P3 3MT1P1 4P3 4/TOP1 SP3 5/T：Fl JoP1Jnr图3-1 89C52系列单片机管脚图29_31_二记3453322124262720 1L1/13141789C52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

12、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

13、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：口管脚备选功

14、能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。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。XTAL1

15、:反向振荡放大器的输入及内部时 钟工作电路的输入。|P.匚!= 1匚C2miXTAL2 :来自反向振荡器的输出。3.2.2单片机的振荡电路与复位电路1振荡电路采用内部时钟方式时，如图所示。片内的高增益反相放大器通过XTAL1、XTAL2外接作为反馈元件的片外晶体振荡器（呈感性）与电容组成的并联谐振回路构成一个自激振荡器，向内部时钟电路提供振荡时钟。振荡器的频率主要取决于晶 体的振荡频率，一般晶体可在 1.212MHz之间任选，电容 C1、C2可在530pF 之间选择，电容的大小对振荡频率有微小的影响，可起频率微调作用。本电路选用的是内部振荡器方式，。选用内部振荡器比选用外部时钟电路简单 并且易

16、于实现。最重要的是此电路易于调试，而且精度高。2.复位电路图3-2振荡电路复位电路可分为上电复位和外部复位两种方式。通过某种方式，使单片机内各寄存器的值变为初始状态的操作称为复位。MCS52单片机在时钟电路工作以后，在 RST/VPD端持续给出2个机器周期的高电平 就可以完成复位操作（一般复位正脉冲宽度大于10ms）。复位分为上电复位和外部复位两种方式。Vcc单片机RST/VpdVssRL f单片机f-RST/VpdVssVcc图3-3 复位电路（a）上电复位电路（b）上电/外部复位电路上电复位是在单片机接通电源时，对单片机的复位。上电复位电路如图（a）所示。在上电瞬间RST/VPD端与VCC

17、电位相同，随着电容上电压的逐渐上升，RST/VPD 端电位逐渐下降。上电复位所需的最短时间是振荡器振荡建立时间加2个机器周期。复位电路的阻容参数通常由实验调整。图（a）参考电路中，电路参数 C取22uF，R 取1Kq，可在RST/VPD端提供足够的高电平脉冲，使单片机能够可靠地上电自动复 位。图（b）为既可进行上电自动复位，也可外部手动复位的电路示意图，R1可取200q左右。当需要外部复位时，按下复位按钮即可达到复位目的。本文采用的是上电/外部复位电路，如图（b）所示。上电/外部复位电路比上电 复位电路在应用上更加直观、方便、易于实现及切换。振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的

18、输入和输出。该反向放大器可以配置为 片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号 的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。3.3数码管介绍10?87 6nfGND atafbegcVdGND cDP|I11345LED图3-4 七段数码管引脚图八段数码管比七段数码管多一8个显示笔划1位、2位、4位等等数码管；共阳数码管是数码管按段数分为七段数码管和八段数码管， 个发光二极管单元(多一个小数点显示)数码管的 "a,b,c,d,e,f,g,dp"按能显示多少个“

19、 8可分为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。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，相应 字段就不亮。3.4驱动电路本设计中采用两个PNP三极管对电流进行放大，进而来驱动两位八段数码管图3-5驱动

20、电路4、软硬件联调及调试结果4.1软硬件调试中出现的问题及解决措施1、在一开始时，只是搞好了最小系统，可出现了有点时候连接到电脑上指示灯 亮，有的时候不亮，第一反应就是哪里虚焊了，于是就一点一点对比，一点一点找， 可检查了好多遍都没检查出虚焊。去请教会的同学，说可能是电容有问题，建议更 换一下电容，于是就去找了一个同样的电容换上，再次连接电脑，试了好多次果真 是电容的冋题。2、设计焊接好之后就去调试，却发现数码管显示的太暗了，在黑暗的时候还可 以勉强看清，可到了有光亮的地方就分辨不清了，而这些是在仿真图上体现不出来 的。上网查了一下，最终总结出是驱动电流太小了，要加一个放大电路。可参考书 上的

21、放大电路大多是非门控制，可元器件都是在网上买好了，而且时间也不允许，怎么办呢？和同学想了想，突然想起以前学习模拟电子时学习过的PNP三极管也是具有放大电流的作用，而且我们领的元器件里有三极管，有些同学用不到三极管， 可以借过来用一下，于是就设计了一个放大电路重新焊接，再次连接下载运行时就 可以很清楚的看清显示的结果。3、在运行时发现我的秒表走的有点慢，五秒过去了只显示到四，那就是程序 的问题了，再反过来检查程序，再经过一番计算，修改了一些延时参数，最终可以 准确的以秒运行。4.2实物图251!>. £ .h *. TH ¥ J亠 a- a_ 2一 申-4.3调试结果J

22、u J4JQJQEV4OI4.3机叭“駅X£vaQ - nlwaaaE0sluai厂 瓷ssttfH:*:!:. :瓷囂器誌;:算tr訂:强:u * +- »«J! 磅咗 " "V-* * a 6 Q 4 4 -V -« la9Q自 n*-耳二 12|>£*354勺二 9'D9IP p - '9Q<J4n 二4 0 4-937 :-*、JI i *>a*>A* dff > * * > 4A » i««»> P : «

23、1 * *» EJ «*»芒 04 * lpd#4 *占 '¥ * 4T»-T-F F"5、结束语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生来说掌握单片机的开发技术 是十分重要的。回顾起此次单片机课程设计，我仍感慨颇多，的确，从理论到实践，可以说是 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

24、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， 这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，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，比如说不 懂一些元器件的使用方法，对单片机 C语言掌握得不好通过这次课程设计后, 一定把以前所学过的知识重新温故。这次课程设计终于顺利完成了，在设计

25、中遇到了很多编程和硬件设计问题，最 后在张兰红老师的辛勤指导下，终于迎刃而解。同时，在张青青、叶相如那里我学 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！参考文献1 穆兰，单片微型计算机原理与接口技术M.北京机械工业出版社2 张毅刚，等.MSC-51单片机应用设计M.哈尔滨工业大学出版社3 蒋智勇，等.单片微型计算机原理与应用M.沈阳辽宁科技出版社4 何利民.单片机应用文集（1） M.北京航空航天大学出版社5 徐惠民、安德宁单片微型计算机原理接口与应用北京邮电大学出版社6 向继文，廖立新.基于AT89S51的电子钟系统设计J.电子工业出版

26、附录附录1:基于单片机的秒表设计原理图O.j.X7.UIST为心 EL.C： Ei沁 FO+.C 罚.口 為口KJAiPi?怛乩E4JU： KJJUJKflMPI'.U：畀t 芒1r用忑Ti itT fr4M 9曲甌瑣3M:：?=!7?丄：曲咂pli-玉附录2:基于单片机的秒表设计PCB图附录3: proteus仿真图1J4ZJ:JQPM nr.".HIB VAi - in : FQJVaIj PMKI- FUTAIf rrttJiM rz-if/s IF" P ： JVA.I - 叮m PZJMX 临-Wl.!-k-JULSE r 二/-?: i wsr ri i

27、iiT-k-jt- njJWrF3T.TE TrsnTH: hr- r-附录4:基于单片机的秒表设计C语言程序清单#in clude<reg51.h>#defi ne uchar un sig ned char#defi ne uint un sig ned intsbit kaishi=P1A0;sbit zantin g=P1Al；sbit dp=P0A0；sbit w1=卩2八6;sbit w2=P2A7;uchar temp1,temp2,temp3,aa,miaoshi,miaoge,fe nshi,fe nge,shishi,shige;uchar code table=0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,0x49,0x41,0x1f,0x01,0x09,0xfd; voi