基于51单片机的数字秒表设计

1、单片机系统课程设计成绩评定表设计课题：数字秒表学院名称：电气工程学院专业班级：自动1204学生姓名：学 号：指导教师：王黎设计地点：31-630设计时间： 2013-12-29 2013-1-9指导教师意见：成绩：签名：年 月 日理由3本次摩单片机系统课程设计课程设计名称：数字秒表专业班级：自动1204学生姓名：学 号：指导教师：王黎课程设计地点：31-630课程设计时间： 2013-12-292013-1-9单片机系统课程设计任务书学生姓名专业班级自动1204学号题目数字秒表设计课题性质工程设计课题来源自拟指导教师王黎主要内容（参数）设一个基于单片机的数字秒表，具体要求如下。1、最大计数值为

2、：99分59.99秒。2、系统采用2个按键控制输入，其中一个按键用作系统清0,另一个按键用作秒表的启动/停止。3、系统采用6个共阴LED数码管实现计时显示。任务要求（进度）第1-2天：熟悉课程设计任务及要求，查阅技术资料，确定设计方案。第3-4天：按照确定的方案设计单元电路。要求画出单元电路图，元件及 元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。第5-6天：软件设计，编写程序。第7-8天：实验室调试。第9-10天：撰写课程设计报告。要求内容完整、图表清晰、文理流畅、 格式规范、方案合理、设计正确，篇幅合理。主要参考资料1张迎新.单片微型计算机原理、应用及接口技术（第 2版）M.北京：国

3、防工业出版社，20042伟福LAB6000系列单片机仿真实验系统使用说明书3阎石.数字电路技术基础（第五版）.北京：高等教育出版社，2006审查意见系（教研室）主任签字：年 月 日 TOC o 1-5 h z 1绪论3 HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 2系统概述4 HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 数字式秒表的设计意义4 HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 设计要求与分析 5 HYPERLINK l bookmark19 o Current Do

4、cument 3硬件电路设计6 HYPERLINK l bookmark21 o Current Document 基准脉冲的获取 6键盘及控制电路1.2计数、译码及显示电路 1.44数字秒表系统软件设计1.6主程序软件设计 1.6中断服务程序设计 175调试与仿真1.9软件调试与烧写 1.9硬件仿真2.06.结论21参考文献：23附录24附录一 系统原理图 24附录二源程序代码251绪论21世纪，单片机的发展非常的迅速。单片机是把主要计算机功能部件都集 成在一块芯片上的微型计算机。它是一种集计数和多种接口于一体的微控制器， 被广泛应用在智能产品和工业自动化上，而 51单片机是个单片机中最为典

5、型和 最有代表性的一种。51单片机是对所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统 称。该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机，后来随着Flash rom技术的发 展，8031单片机取得了长足的进展，成为应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是Atmel的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。很多公司都有 51系列的兼容机型推出，今后很长的一段时间内将占有大量市场。本次的设计任务是一个数字秒表，而秒表与普通的钟表不同，它的目的是对从某一时刻到另一时刻的时间问隔进行计时秒表的数字化常给人们的生活带来极大的方便，它广泛应用于社会的各个领域通过对数字式秒表的设计，我们可以清楚的了解

6、到它的工作原理，进而也了解了数字钟表的工作原理。在翻阅相关资料后，我们把秒表的设计分成了三大部分：基准脉冲产生部分； 控制部分和计数、译码、显示部分。本设计的数字电子秒表系统采用STC89C51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数码管以及独立键盘来设计秒表，将软、硬件有机地结合起来。基准脉冲产生部分由石英振荡器和由计数器组成的分频器构成。在石英振荡器中，石英晶体的固有频率是1M Hz,即振荡器的输出为1M Hz的矩形脉冲。 而分频器将1M Hz分频为100 Hz的基准脉冲。控制部分可由基本RS触发器和相应的开关组成。计数、译码、显示部分中， 将使用同

7、步四位二进制加法计数器 74LS161来计数。74LS48是BCD-7段译码器 /驱动器，专用于驱动LED七段共阴极显示数码管。关键字：基准脉冲 计数译码数字显示2系统概述数字式秒表的设计意义秒表的数字化常给人们的生活带来极大的方便， 它广泛应用于社会的各个领 域。通过对数字式秒表的设计，我们可以清楚的了解到它的工作原理， 进而也了 解了数字钟表的工作原理。在秒表的设计中，我们对数字电子技术基础中所学到的知识有了更深刻 的认识。比如：555多谐振荡器的应用、计数器、译码及显示器的应用。总之，数字秒表的设计让我们体会了学以致用的乐趣设计要求与分析设计要求如下：$ 秒表的最大计时值为99分59.9

8、9秒；$ 6位数码管显示，分辨率为0.01秒士 具有清零、启动计时、暂停及继续计数等控制功能；士控制操作键不超过二个。首先，秒表的分辨率为0.01秒，故要获得频率为100 Hz的基准毫秒脉冲； 其次，分、毫秒计数器为100进制计数器，秒计数器为60进制计数器；最后， 用一个控制键实现秒表的启动/暂停/继续计数功能，用另一个控制健实现秒表的 清零功能。分别实现以上模块功能，即可设计出符合要求的数字秒表。设计方案论证：即为数字式秒表，那么必须有数字显示。按设计要求，须用数码管来做显示 器。题目要求最大记数值为99分59.99秒，那则需要六个数码管。要求计数分 辨率为0.01秒，那么我们需要相应频率

9、的信号发生器。选择信号发生器时，有 两种方案：一种是用晶体震荡器，另一种方案是采用集成电路555定时器与电阻 和电容组成的多谐振荡器。秒表核心部分使用六个74161计数器采用串联方式构成，这种连接方式简单，使用元器件数量少。因为对秒表的精度要求高，故 CP脉冲是由石英振荡器产生的，而没有用 555构成的多谐振荡器。总体设计方案框图及分析：通过以上的分析，查阅相关资料后，得数字式秒表的原理方框图如图1所示图1数字秒表的原理方框图本电路由启动、清零复位电路、多谐振荡电路、分频计数电路、译码显示电 路等组成，整体上是按照基准脉冲产生部分，控制部分和计数、译码、显示部分 这三大部分来设计的。3硬件电路

10、设计硬件电路由启动、清零复位电路、多谐振荡电路、分频计数电路、译码显示 电路等组成，整体上是按照基准脉冲产生控制部分和计数、译码、显示部分这三 大部分来设计的3.1基准脉冲的获取.方案一：由555构成多谐振荡器555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件，它的 电源电压范围宽，可在4.5V16V工作，输出驱动电流大约为200mA,因而它的输出可与 TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以 实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。 它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制 等方面

11、。555定时器的内部电路框图和外引脚排列R如图1.2所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3和2VCC /3。555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5脚悬空时，则电压比较 器C1的同相输入端的电压为2VCC /3 , C2的反相输入端的电压为 VCC/3。若触发输入端 TR的电压小于 VCC /3,则比较器 C2的输出为0,可 使RS触发器置1,使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH的电压大于 2VCC/3,同时 TR端的电压大于

12、 VCC /3 ,则 C1的输出为 0, C2的输出 为1,可将 RS触发器置 0,使输出为 0电平。由555定时器构成的多谐振荡器如图1.3 (a)所示，图1.3(b)为其工作波 形。图2 555构成的多谐振荡器其工作原理如下：接通电源后， VCC经R1、 R2给电容C充电。由于电容上电压不能突变，电源刚接通时u C32/】*f打开宴件用c：i相即加理:始则11皿I 雌卓TS 9打？Ht件精智中即ngTi/gff交刑15 fs户打舁国拿Fi到峥： 1 J r: I M尹日虹三三三D3RII，工,0欣eL-选等 门口晶士虫性车rffli !霞高是将工|1丽口司岩田探禽用麻F本飙将G牵泪仲T 上

13、日可招事：府丁七川步乐icnwjficrn 国酎中as而仙的串4M日/诉后藩 L QT阵if4IZL/后来箱离轴丈用瑞益广I，工EUH 府flJI 10.Tig 做悚,JMKi鼠木赛的SSfffiMMi I屋4M.DLKQ屋Jf QJL I与丁*fcXK广馨手。时司R州.土业等卜内瞬WMEI蔺广的1访询 棺就1ttlft即野JU牲不寸不拿阚白施同履15H措施法n电讣国一用5算T后-V3如总警盥此骅3等,TKI湍茏 匚1匚 c !_l t LJ 亡广-F, LJ 口- e 匚 1 l_j 故lllBfilm 国由M-BMmsolIJiEMffllllnr tnDD- 芋 nr 中nFMmnrin

14、ggllfDJnriulg mftlmtngfng 罂密备E罂雷 o D h- D D D n D D D n- D M- D D D n- n I TJ 3 J D n J n p -J 5 n J c D . J u 口 8EUOO盅 BEB38 忖 BEffiooEm ft B ft ft- J tt B ft ft- ft- tt 5 ft ft- rt- tt Q D n n nd Q D o Q n- n o D D D-n D- w*txkrr二llE*F o-noDDnuDBDn-DUDGDDn tDQOOQOnoo?Dt9D99D mEumEdaBESooEMBESWEB o

15、 Qn-DQnonnDn n unHUDOn o Dn-DQD H DDDn D n-DEDn-D 3B8oaBgooB8atJB 凿 E9SEB d o c o D 9 A- f D B fi fi- 0 Q b- c c I- c I c c cl n c I r c I r c o Dn-DUDODDDn Oonnon-D .H u-shis-灯川 gm 灯 M E-CC-町 BEB0O8 2 BEB38IXIE 的Ixllxlm 3 BDDOOB m BoncoMEBm E SDom 皿 MgDODDBDa恒 mEOlnBmwlnIID Bm洸审制*k。向1山【套 七占丁忖刊邺呢*上咫

16、&庶沙国;（jTW；l ，Jw-i21Vg天根L同次下就比干彳就己打开7?里冲区/年方国武带用r当目相艮四苣生丧生后自动调立件，井鼻鼻哀法F58的告SJi | 日下也 | bitlL- Hl girv也& | sjjiM | r MKJlt/!顼rfY-CSLK/IUttMBS岸4J=M 或关用户蜘tJSJHEP守门为后广只内,WTJtj 19 ft侬逋门由F3 D/Sd. n. L/TkP区/号 SCftojUl fl f 中胖机上EH*ft镇亚TLT.tJ U/LJlE-4B5/毙 o牺IHTW俱fllhLdtiherrU.r =下工士WR fllVanE3T STM幕时斗如1（示忘 ns

17、 - T檎丽frl. ay -J .二J |w*wgz MCU-Mnior7 coin 酸聿叁金好式2胭Hl班*鼎干：7er IT#图12烧写过程硬件仿真Proteus软件是英国 Labcenter electronics 公司出版的 EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它 EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的 EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机

18、与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086 和 MSP430 等，2010 年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：multisim ）的功能。比如：原理 布图；PCB自动或人工布线；SPICE电路仿真；互动的电路仿真 ；用户

19、甚至可 以实时采用诸如 RAM, ROM,键盘，马达，LED, LCD, AD/DA ,部分SPI器件， 部分IIC器件。6.结论单片机可以应用于各个领域，而单片机本身也是融合了各个领域的知识。我 们可以通过单片机去实现很多的电子产品，因为它的应用领域非常的广泛，所以 发展很迅速。本次设计，先通过 KEIL软件对软件进行编辑、调试、编译，通过 此次长达数天的编辑，对单片机 C语言编写应用的更加熟练；然后通过 STC-ISP 软件学习如果在单片机种下载程序代码；通过 proteus软件，对数字秒表的硬件 进行仿真。本次设计时以单片机为中心进行设计， 但是仅仅有单片机的知识还不够，同 时还需要具有

20、硬件的知识和软件的知识，并将它们有机的结合起来。首先要通过 硬件知识去设计整个电路，然后通过 C语言去写数字秒表的C语言设计。同时， 由于STC89C52单片机的ROM只有8KB,所以还要注意内存的应用；还要注意 如何设计硬件和软件，去增加运行速度和计数精度。本次设计的数字秒表结构简单，但是对以后来说却是很好的经历参考文献:1阎石.数字电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2006年5月第5版2胡健，刘玉宾，朱焕立等.单片机原理及接口技术M.北京：机械工业出版社,2009年7月第一版3郭天祥.51单片机C语言教程M.北京：电子工业出版社，2009年12月第一版4谭浩强.C程序设计M.北京：清华

21、大学出版社，2005年7月第三版.附录附录一系统原理图START: LJMP MAINORG000BHSTART: LJMP MAINORG000BHU185VVCC1/100sA OO OO OOU13U33A7400NVCCVDD；?LS48AB CD7400NRA,?；CL NN L EEC1612VCCJ3R410k Q KeyU191/10sABC DE F G OOO OO OOU7B /IBB74LS48AB CD7400NR AL OTPC LNNEE1274C161VDDVDDVDDU201sU2110so O O OOO GU14/B|74LS48ABC D7400NRA

22、tp74L C L N NLE ECO OOO O O G7400NO IU4RA74LSCL NN L E E CABC Q Q Q61NABCA OO OO OOOO OO OO OU17OTB74LS48B R L A B C Drd 74L O T P I C L NN L E E CQ B CJ5SI61NABCU 2A7400N附录二源程序代码ORG 0000HLJMP KEY00LJMP PDJW*;系统监控程序区ORG0030HMAIN: MOVPSW,#00HMOVSP,#7FH;确立堆栈区MOVR0,#20H;RAM区首地址MOVR7,#96;RAM区单元个数MOV TMO

23、D, #01HSETB EASETB ET0ML:MOVR0,#00HINCR0DJNZR7,MLTSF:MOVDPTR,#DISBH;系统初始化后提示符“P.字符代码表首地址MOVR5,#08HMOVR0,#78HDISPTSF:CLRAMOVCA,A+DPTRMOVR0,AR0INCINC DPTRDJNZ R5, DISPTSFKEY0: LCALL DISPLCALL KEY TOC o 1-5 h z JB20H.0,K1JB20H.1,K2JB20H.2,K3LJMPKEY0KEY00: LCALL KEYLCALL DISPJB 20H.2, K3LJMP KEY00K1:JB

24、22H.1, KEY0 ;如果此时为暂停状态，本次按键 K1无效CPL22H.0JB22H.0, K01;高电平则计时CLR TR0;低电平则停止LCALL DISPK01:MOV7AH,#12HMOV7DH,#12HMOV7FH,#10HMOV78H,#00HMOV79H,#00HMOV7BH,#00HMOV7CH,#00HMOV7EH,#00HMOV7FH,#00HLCALLDISPMOVTH0,#0D8HMOVTL0,#0F0HSETBTR0LJMPKEY0K2:JB22H.0,K21状态则此次按键无效LJMPKEY0;从零开始计时;启动定时器;判断秒表是否启动，如不是启动K21:CPL

25、 22H.iJB22H.1,K22CLRRS0CLRRS0SETBTR0继续计时;只有当停止是，清零键才有效;秒表清零;定时器以工作方式1工作;设定组号为2组LJMP KEY0K22:CLR TR0LCALL DISPLJMP KEY0K3: JB 22H.0, KEY0MOV R0,#79HLCALL CLR00MOVR0,#7CHLCALL CLR00MOVR0,#7FHLCALL CLR00LJMP KEY0PDJW: PUSH PSWPUSH ACCMOV TMOD, #01HSETB RS1MOV TH0,#0D8HMOV TL0,#0F0HMOV R0,LCALL ADD01CJN

26、E R2,MOV R0,LCALL ADD01CJNE R2,LCALL CLR00MOV R0,LCALL ADD01CJNE R2,LCALL CLR00#79H#99,RETT#7CH#60,RETT#7FH#60H, RETT;判断1秒到没;判断60毫秒到没;判断60分到没RETT: POPACCPOPPSWRETI*;常数表格区;系统初始化后提示符“P.”字符代码表；DISBH: DB 10H,10H,10H,10H,10H,10H,10H,11H ;提示符 P.” 字符序号 ；显示字符段选码表（共阳极代码）TAB: DB 0C0H, 0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,8

27、2H,0F8H,80H; 0-8DB 90H, 88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,0FFH,0CH,0BFH ; 9,A,B,C,D,E,F,灭,p.,-*;子程序区； TOC o 1-5 h z ADD01: MOV A,R0DEC R0SWAPAORLA,R0ADDA,#01HDAAMOVR2,AANLA,#0FHMOVR0, AMOVA,R2ANLA,#0F0HSWAPAINCR0MOV R0, ARETCLR00: MOVR0,#00HCLR00: MOVR0,#00HDEC R0MOV R0,#00HRET;键扫描子程序KEY: LCALL KEYCHULIJZ EXITLCALL DISPL