秒表系统设计

1、 电气信息学院单单片片机机技技术术课课程程设设计计报报告告课题名称课题名称 秒表系统的设计秒表系统的设计 专业班级专业班级 0909 电气班电气班 学学 号号 学生姓名学生姓名 指导教师指导教师 易先军易先军 评评 分分 2012 年年 6 月月 12 日至日至 6 月月 19 日日课程设计量化评分标准课程设计量化评分标准 指导老师评语：指标指标分值分值评分要素评分要素得分得分方案设计方案设计20方案选择合理，分析、设计正确，原理清楚，电路、程序流程图清晰，结构合理，程序简洁、正确。 设计报告设计报告20报告结构严谨，逻辑严密，论述层次清晰，语言流畅，表达准确，重点突出，报告完全符合规范化要求

2、，用计算机打印成文。 调试与结果调试与结果20过程清晰，调试方案设计合理，测试点选择适当，程序编写正确，调试步骤清楚。电路及程序运行结果正确，达到预期效果。 工作态度工作态度20工作量饱满程度，题目难度；工作态度，按时完成设计任务，是否独立完成等。 答辩成绩答辩成绩20思路清晰；语言表达准确，概念清楚，论点正确；分析归纳合理，结论严谨；回答问题有理论根据，基本概念清楚。 总总 评评 成成 绩绩 答辩记录1、例举设计过程中遇到的问题及其解决方法（至少两例） 。答：（1）问题说明： 解决方法：（2）问题说明： 解决方法：2、教师现场提的问题记录在此（不少于2个问题） 。答：单片机原理及应用课程设计

3、I摘 要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。本文阐述了基于单片机的数字电子秒表设计。本设计主要特点是计时精度达到 0.01s，解决了传统的由于计时精度不够造成的误差和不公平性，是各种体育竞赛的必备设备之一。本设计的数字电子秒表系统采用 8051 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、LED 数码管以及外部中断电路来设计计时器。将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够实现五位 LED 显示，显示时间为 099.9 秒，计时精度为 0. 1 秒。关键字关键字：单片机；数字电子秒表；仿真单片机原理及应用课程设计II Abstract With th

4、e rapid development of science and technology in recent years, SCM applications are constant-depth manner. In this paper, based on single chip design of digital electronic stopwatch. The main characteristics of this design timing accuracy of 0. 1s, to solve the traditional result of a lack accuracy

5、due to timing errors and unfair, and is a variety of sports competitions, one of the essential equipment. In addition the hardware part of the set View button on the stopwatch can be the last time to save time for user queries.The design of the multi-function stopwatch system uses STC89C52 microcont

6、roller as the central device, and use its timer counter timing and the count principles, combined with display circuit, LED digital tube, as well as the external interrupt circuit to design a timer. The software and hardware together organically, allowing the system to achieve two LED display shows

7、the time from 0 to 99. 9 seconds, Timing accuracy of 0. 1 seconds.Keyword：LED display；High-precision stopwatch；8051单片机原理及应用课程设计目目 录录摘摘 要要.IABSTRACT .II1 设计任务设计任务.12 设计方案设计方案.12.1 任务分析.12.2 方案设计.23 系统硬件设计系统硬件设计.33.1 时钟电路设计.33.2 复位电路设计.43.3 显示电路设计.43.4 嗡鸣电路设计.53.5 按键控制电路设计.64 系统软件设计系统软件设计.64.1 0.1S 定时

8、和 1S 定时.64.2 定时程序流程.64.3 秒表系统 T0 流程图.74.4 定时器 1 及中断响应.85 仿真与性能分析仿真与性能分析.91、系统仿真过程.92 仿真结果与分析.96 心得体会心得体会.11参考文献参考文献.13附录附录 1 程序清单程序清单.14单片机原理及应用课程设计11 设计任务设计任务1.实物参见下图，设计一个精度为 0.1s 的秒表系统。2.设计，启动按钮、暂停按钮及清零按钮。 3.设计每到一秒钟有声音提醒功能，可通过按钮打开及关闭该提醒音。2 设计方案设计方案2.1 任务分析任务分析这个课程设计是通过设计三个开关通过单片机控制液晶显像管的数字显示，从而做单片

9、机原理及应用课程设计2到每 0.1 秒显示个数字，而达到秒表的功能。使用三个按键停止，开始，清零，其中“开始”按键当开关由上向下拨时开始计时，此时若再拨“暂停”按键则数码管暂停；“清零”按键当开关由上向下拨时数码管清零，此时若再拨“开始”按键则又可重新开始计时，使用定时器中断。2.2 方案设计方案设计1.硬件方案根据设计的要求可知，系统的硬件原理框图如图 2.1 所示。图 2.1 系统的硬件原理框图单片机可选用 AT89C51，它与 8051 系列单片机全兼容，但其内部带有 4KB 的 FLASH ROM，设计时无需外接程序存储器，为设计和调试带来极大的方便。同时使用液晶显示屏使得接线简单明了

10、，非常易于分析。定时器中断产生为 50ms 的时间。2. 软件方案 根据设计要求，程序框图如图 2.2 所示。主函数单片机液晶显示屏开关上电程序开始初始化 LCD1602设置 T0，T1单片机原理及应用课程设计3图 2.2 主程序流程图软件由 C 语言完成，软件设计可以分为以下几个功能模块：主程序：完成程序中断，清零。计时程序模块：为定时器的中断服务子程序，完成 0.1 秒。显示程序模块：是显示最下 0.1s 的时间。 3 系统硬件设计系统硬件设计3.1 时钟电路设计时钟电路设计按键扫描开始声音提示停止清零显示数值单片机原理及应用课程设计4 图3.1 单片机时钟电路 如图3.1所示，采用内部时

11、钟产生方式，在XTAL1 和XTAL2 两端跨接晶体或陶瓷振荡器，与内部反相器构成稳定的自击震荡。其发出的时钟脉冲直接送入片内定时控制部件。3.2 复位电路设计复位电路设计 如图3.2所示，采用上电+按钮电平复位方式，当按下按钮时，RST 管脚高电平触发。为保证复位可靠，RC 时间常数应大于两个机器周期，电容取33uf，电阻取200 欧。 图 3.2 单片机复位电路3.3 显示电路设计显示电路设计 如图3.4所示，是液晶显示电路的接线方法，P2.0到P2.7接D0到D7，VDD接高电平，VEE接下拉电阻，VSS接地，RS接P1.7，RW接地，E接P1.6。这样连接使得LCD能显示小数点后一位的

12、数字。单片机原理及应用课程设计5图3.3 液晶显示电路3.4 嗡鸣电路设计嗡鸣电路设计3.4 嗡鸣电路图当计时到达一秒时，P1.0 段给出一个脉冲，使得形成通路，从而使嗡鸣电路开始工作。单片机原理及应用课程设计63.5 按键控制电路设计按键控制电路设计3.5 按键输入电路图 如图3.5所示，开关控制由三个连接到单片机的控制按钮组成。通过软件编程，按下start开关开始计时工作，显示的最小精度为0.1秒，在按start按钮，系统暂停，按下stop系统停止运行，按下clear按键，显示屏上的数字清零。 4 系统软件设计系统软件设计4.1 0.1S 定时和定时和 1S 定时定时 以在系统中要实现准确

13、的0.1s和1s定时。采用89C51内部的定时计数器T0，工作在方式1，定时时间计算公式为：z(216-计数初值)晶振周期x12或扛(2-6-计数初值)机器周期其最大定时时间为131ms，离0.ls还差很远。因此把秒计时用硬件和软件计数相结合的方法实现。即把定时器的定时时间定为50ms，这样计数溢出2次就可得到0.1S在中断中计数，进入一次加1，达到2次，便是0.1s. 用定时器T1计数，初值与T0一致，计数20次，便是1s.4.2 定时程序流程定时程序流程(1)T0定时主程序流程定时主程序的主要功能是进行定时器，计数器的初始化编程，然后通过反复调用显示子程序的方法，等待0.1s定时中断的到来

14、。（2）T1定时器主程序没经过1s产生一个脉冲信号。单片机原理及应用课程设计74.3 秒表系统秒表系统 T0 流程图流程图 系统的程序结构流程图如图 4.1 所示。 系统软件中，使用了一个定时器（T0）资源产生秒信号。系统在上电或复位后进入系统初始化。图 4.3定时器 0 中断处理流程图单片机原理及应用课程设计84.4 定时器定时器 1 及中断响应及中断响应图 4.2 定时器 0 中断处理流程图单片机原理及应用课程设计95 仿真与性能分析仿真与性能分析1、系统仿真过程、系统仿真过程 图 5.1 xxxx 图2 仿真结果与分析仿真结果与分析当点击仿真按钮， lcd1602 显示 0000.0。按

15、下“start”键， ，lcd1602 显示开始计时，精确到 0.1s。并每 1s 伴随响声。按下“stop”键，lcd1602 显示数值停止计数。响声也停止。按下“clear”键，lcd1602 显示数值呗清零。单片机原理及应用课程设计10图 5.2 系统仿真结果单片机原理及应用课程设计116 心得体会心得体会 做了两周的课程设计，让人感受颇深，有关于单片机知识的，但更多是团队和合作。我们小组一共 3 个人，人多，分工就显得很重要，在我们的集体的讨论之下，我得到了设计硬件电路和总体调试的任务，当时让我感到很有压力。因为我们平时接触的都是纯粹理论的东西，做实验也是雾里看花，对硬件的认识是很缺乏

16、的。通过 7 天的努力，我们小组终于完成了单片机的课程设计。我觉得作为一名自动化专业的学生，单片机的课程设计是很有意义的。更重要的是如何把自己平时所学的东西应用到实际中。虽然自己对于这门课懂的并不多，很多基础的东西都还没有很好的掌握，觉得很难，也没有很有效的办法通过自身去理解，但是靠着这一个多礼拜的“学习”，在小组同学的帮助和讲解下，渐渐对这门课逐渐产生了些许的兴趣，自己开始主动学习并逐步从基础慢慢开始弄懂它。我认为这个收获应该说是相当大的。一开始我们从参考书上找来了课题，但是毕竟是参考书，做到后来发现很多程序都是不完整的，这让我们伤透了脑筋。看着别的小组都弄得有模有样了，可是我们连一个课题都

17、还没有定好。好不容易又找到了课题，可是结果还是很不尽人意。程序接线什么的都弄好了，调试也没有问题，可是就是无法达到预期想要的结果。眼看 2 个礼拜就快结束了，别的小组都准备要答辩了。无奈下我们不得不第三次改了课题。参考书毕竟只是一个参考，设计这种东西最后还是要靠自己动脑筋。然后我们大家一起齐心协力，从平时做的实验老师上课的举例书本上的知识以及老师的辅导和其他同学的帮助下终于完成了。应该说这是通过我们小组成员的共同努力和动脑完成的，虽然内容并不是很复杂，但是我们觉得设计的过程相当重要，学到了很多，收获了很多。我觉得课程设计反映的是一个从理论到实际应用的过程，但是更远一点可以联系到以后毕业之后从学

18、校转到踏上社会的一个过程。小组人员的配合相处，以及自身的动脑和努力，都是以后工作中需要的。所以我认为这次的课程设计意义很深，和其他 4 位同学的共同学习配合努力的过程也很愉快，另外还要感谢老师的耐心辅导。单片机原理及应用课程设计12很感谢学校和老师给我们安排了这次课程设计，让我真正感受到的是合作的重要，许多时候都是组员的讨论，老师的指导中的一句半句启发了我，就出现的让人欣喜的结果；理论知识同样很重要，有些问题都是由于基础知识掌握不好才出现的。单片机原理及应用课程设计13参考文献参考文献1 郑毛祥.单片机应用基础.人民邮电出版社，2006.6：21-422 李邓化，彭书华，许晓飞智能检测技术及仪

19、表科学出版社，2007：194-2013 戴佳. 单片机 C51 语言应用程序设计. 电子工业出版社， 2006.7:168-1694 朱民雄.计算机语言技术. 北京航空航天大学出版社，2002.1:103-1055 李鸿. 单片机原理及应用. 湖南大学出版社. 2004:8:72-736 刘建清. 单片机技术. 国防工业出版社， 2006.8: 104-105 7 杨宁，胡学军单片机与控制技术北京航空航天大学出版社，2005-03:306-3228 马忠梅等单片机 C 语言应用程序设计北京航空航天大学出版社，1997:201-2119 Kai E, Sawata S, Lkebukuro K

20、 et al. Detection of PCR product in solution using surface plasmon resonance .Analytical Chemistry, 1999.7.1 :796800 单片机原理及应用课程设计14附录附录 1 程序清单程序清单#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar code table=0123456789; /定义数组uint u=0,v,w,x,y,z;sbit lcden=P16; /lcd1602 的位定义sbit lcdrs=

21、P17;sbit beep=P10; /蜂鸣器的位定义sbit key_start=P11; /位定义开始按钮sbit key_stop=P12; /位定义停止按钮sbit key_clear=P13; /位定义清零按钮 void delay(uint); /声明延时函数void init(); /申明 lcd1602 的初始化函数void write_com(uchar); /写指令void write_data(uchar);/写数据 void key_scan(); /申明按键扫描函数/*主函数*/void main()beep=0; /防止上电瞬间 P1.0 口默认高电平，蜂鸣器接通发

22、声init(); /初始化 lcd1602TMOD=0X11; /T0，方式 1;T1,方式 1TH0=0X3C; /T0，T1 均装初值 50msTL0=0XB0;TH1=0X3C;单片机原理及应用课程设计15TL1=0XB0;EA=1; /开总中断ET0=1; /开定时器 0/TR0=1; /启动定时器 1ET1=1; /开定时器 1while(1)key_scan(); /按键扫描是否有按键按下write_com(0 x80); /定位在 lcd1602 上的显示位置write_data(tablev); /写千位delay(5);write_data(tablew); /写百位dela

23、y(5);write_data(tablex); /写十位delay(5);write_data(tabley); /写个位delay(5);write_data(.);/写小数点delay(5);write_data(tablez); /写十分位delay(5); write_data(s);/*/void delay(uint ms) /ms 延时函数uchar i;while(ms-)单片机原理及应用课程设计16for(i=0;i123;i+);void write_com(uchar com) /lcd1602 写指令函数lcdrs=0;P2=com;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void write_data(uchar dat) /lcd1602 写数据函数lcdrs=1;P2=dat;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void init() /lcd1602 初始化函数lcden=0;write_com(0 x3