电子秒表课程设计报告

1、Xi邮电大学控制系统课程设计报告部门名称：信息和控制部学生姓名：XXX专业名称：测控技术与仪器班级级别：测量和控制XXXX时间：2010年9月13日至2010年9月26日电子秒表的设计一、设计要求设计了一种电子秒表，它类似于普通的秒表，具有启动、暂停、复位等按键。计时长度为300秒，需要显示百分之几秒。二、设计方案分析1.方案设计数字电子秒表因其显示直观、读数方便、精度高而被广泛应用于计时。本设计中，数字电子秒表由单片机组成，旨在结构简单、精度高。该系统以C51系列单片机为核心器件，利用其定时器/计数器计时和计数原理，结合电源电路、晶振电路、复位电路、显示电路等硬件电路和一些关键电路设计定时器

2、，将软件和硬件有机结合。软件系统采用汇编语言编写程序，硬件系统采用PROTEUS强大的功能来实现。该方法简单易行，可以在仿真中观察到实际的工作状态。本设计利用了单片机的定时器/计数器计时和计数原理，使其能够精确计时。利用中断系统，可以实现启动暂停的功能。根据要求，我们知道秒表设计的主要功能是计时和显示。因此，设置了两个按钮和液晶显示时间，这两个按钮分别是启动、停止和复位按钮。秒表的所有功能都是通过这两个设备实现的，而液晶显示器可以显示最长4.59.99秒的计时。电路原理图设计最基本的要求是正确性，其次是合理布局，最后是在正确性和合理布局的前提下力求美观。硬件电路图按照图1.1设计。AT89C5

3、1单片机控制器重接电路开关电路液晶显示器图1.1数字秒表硬件电路基本示意图在该设计中，由数字管显示的数据存储在存储单元31H-33H中。分变量存储在31H中，第二个变量存储在32H中，10ms的计数值存储在33H中，即，存储毫秒数据，并且每个地址单元是十进制BCD码。由于采用软件动态扫描来实现数据显示功能，显示用的BCD码数据的相应段码存储在只读存储器表中。显示时，首先从31h到33h取出某个地址的数据，然后查找相应的显示位，从P1端口输出，即可显示该地址单元的数据值。时序由中断完成，时序溢出中断周期为1毫秒。当中断发生时，溢出中断请求被发送到中央处理器。每次发送中断请求时，毫秒计数单位都会增

4、加，10毫秒位会增加10倍，依此类推，直到它在4.59.99秒内复位。看看钥匙的处理。这两个键可以通过中断或扫描来识别。复位键的主要功能在于数字复位，时间要求不是很严格。启动和停止键用于锁定时间，需要精确控制。因此，可以扫描重置按钮。同时启动和停止键从外部中断。设计包括硬件电路设计和系统程序设计。其硬件电路主要包括主控制器、显示电路和归零电路、启动电路、检测电路和秒表电路。主控制器采用单片机ATC89C51，显示电路采用液晶显示定时时间，两个按钮采用接触式按钮。2.背景知识介绍2.1供应链管理相关知识在本课题中，在选择单片机时，我们充分借鉴了单片机在许多成型产品中的使用经验，并根据自己的实际情

5、况选择了ATC89S51。ATC89C52单片机采用40引脚双列直插式封装。图1.2是引脚排列图，40个引脚描述如下：主电源引脚Vss和Vcc Vss接地正常运行时，Vcc为5伏电源外部晶体振荡器引脚XTAL1和XTAL2xtal1内部振荡电路反相放大器的输入端是外部晶体的引脚。当外部图1.2 STC 89 c 52单片机引脚图控制或多路复用引脚RST/VPD、ALE/和/Vpp与其他电源(1) RST/VPD当振荡器运行时，该引脚上出现两个机器周期高电平(从低到高跳变)，这将在Vcc掉电期间复位微控制器。该引脚可以连接备用电源，VPD为内部提供备用电源，以维护内部内存中的数据。(2)ALE/

6、在正常操作期间，ALE功能(允许数据锁存)用于将地址的低位字节锁存到外部锁存器，ALE引脚以恒定频率(振荡器频率的1/6)周期性地发出正脉冲信号。因此，它可以用作外部输出或计时的时钟。然而，应该注意的是，每次访问外部数据存储器时，都会跳过一个ALE脉冲，ALE端子可以驱动(吸收或输出电流)八个LSTTL电路。对于EPROM微控制器，该引脚在EPROM编程期间接收编程脉冲(功能)。(3)在从外部程序提取指令(或数据)期间，外部程序存储器读取选通信号输出端子在每个机器周期内有效两次。您也可以驱动LSTTL输入。 /Vpp和/Vpp是内部程序存储器和外部程序存储器的选择端子。当/Vpp为高电平时，访

7、问内部程序存储器，当/Vpp为低电平时，访问外部程序存储器。对于EPROM型单片机，在EPROM编程过程中，21伏EPROM编程电源(Vpp)加到此引脚上。输入/输出引脚P0.0-P0.7、P1.0-P1.7、P2.0-P2.7、P3.0-P3.7端口P0 (P0.0-P0.7)是一个8位漏极开路双向输入/输出端口。当访问外部存储器时，它是以分时方式传输的低字节地址和数据总线。P0端口可以通过吸收电流来驱动八个LSTTL负载。P1端口(P1.0-P1.7)是一个8级双向输入输出端口，具有内部升级阻力。可以驱动(吸收或输出电流)四个LSTTL负载。端口P2 (P2.0-P2.7)是一个具有内部提

8、升电阻的8位双向输入/输出端口，它在访问外部存储器时输出一个8位高地址。P2港可以驱动(吸收或输出电流)四个LSTTL负载。P3端口(P3.0-P3.7)是一个8级双向输入输出端口，具有内部升级阻力。可以驱动(吸收或输出电流)四个LSTTL负载。AT89C51具有以下标准功能：8kb闪存、256 bb内存、32位输入/输出端口线、看门狗定时器、2个数据指针、3个16位定时器/计数器、6矢量2级中断结构、全双工串行端口、片内晶振和时钟电路。此外，AT89C52可以降低到0Hz静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节能模式。在空闲模式下，中央处理器停止工作，允许随机存取存储器、定时器/计数器、串行端口

9、和中断继续工作。在断电保护模式下，内存内容被保存，振荡器被冻结，微控制器的所有工作停止，直到下一次中断或硬件复位。中央处理器是单片机的核心部件。它由运算单元和控制器组成。(1)算术单元算术单元的功能是执行算术和逻辑运算。它可以处理半字节(4位)和单字节等数据。例如，它可以完成算术运算，如加、减、乘、除、加1、减1、BCD码十进制调整、比较，以及逻辑运算，如与、或、异或、补码、循环等。操作结果的状态信息被发送到状态寄存器。AT89C51运算单元还包含一个布尔处理器，用于处理位操作。它以进位标志位C为累加器，可以进行置位、复位、反置、等于1、等于0、等于1、清零、进位标志位与其它可寻址位之间的数据

10、传输，以及进位标志位与其它可移位可寻址位之间的逻辑“与”或运算。(2)程序计数器程序计数器PC用于存储要执行的指令的地址，该地址有16位，可以直接寻址64K程序存储器。执行指令时，电脑内容的低8位通过P0端口输出，高8位通过P2端口输出。(3)订单登记簿指令寄存器存储指令代码。当中央处理器执行指令时，从程序存储器中读取的指令代码被发送到指令寄存器，解码后，定时和控制电路发出相应的控制信号，完成指令功能。本设计采用ATMEL的AT89C51微处理器，主要基于以下因素： AT89C51是一个51核，具有丰富的仿真和调试软硬件资源。性价比高，货源充足。功耗低、功能强、灵活性高。 DIP40封装体积小

11、，便于产品小型化。 EEPROM程序存储介质，擦除周期超过1000次，便于编程和调试。工作电压范围宽：2.7V-6V，便于交流和DC供电。2.2 TC1602液晶显示器的结构是液晶放在两个平行的玻璃之间，两个玻璃之间有许多垂直和水平的细线。棒状晶体分子可以通过通电或不通电来控制改变方向，光线可以折射产生图像。它比阴极射线管好得多，但更贵。1)液晶显示器的特点低压微功耗平板结构被动显示类型(无眩光、对人眼无刺激、无眼睛疲劳)显示信息很大(因为像素可以做得很小)易于着色(可以在色谱中非常精确地复制)无电磁辐射(对人体安全，有利于信息保密)长寿命(该器件几乎没有老化问题，因此其寿命极长，但液晶背光的

12、寿命有限，但背光部分可以更换)1602的引脚功能第三，硬件设计在该系统中，硬件电路主要包括电源电路、晶振电路、复位电路、显示电路和一些关键电路。1.单片机简介本系统设计采用C51系列单片机。ST89C51是一款低电压、高性能的8位微处理器，配有4K字节闪存可编程可擦除只读存储器。该器件采用ATMEL高密度非易失性存储器制造技术制造，与工业标准MCS-51指令集和输出引脚兼容(因为我在微机原理中学习了C-51的具体知识，在此不再详细解释)。ST89C51是一款高效的微控制器，因为它将多功能8位处理器和闪存集成在一个芯片中。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。由三端集

13、成稳压器件组成的稳压电源电路简单、性能稳定、运行可靠、调节方便，逐渐取代分立元件，在生产中得到广泛应用。因为它是一个小系统，我们使用7809电源提供5V稳定电压。3.晶体振荡电路MCS - 51单片机中的振荡电路是一个高增益反相放大器。引线XTAL1和XTAL2分别是反相放大器的输入、内部时钟工作电路的输入和反相振荡器的输出。反相放大器可以配置为片内振荡器。在这里，我们选择51单片机在12兆赫兹的内部振荡模式。电路如下：电容器C1和C2起稳定振荡频率和快速启动振荡的作用。C1和C2可以在20-100PF之间，这里是30P，晶体振荡器X1布线时应该尽可能靠近单片机。图2晶体振荡电路4.重接电路采

14、用上电按钮复位电路。通电后，由于电容器充电，RST持续一段高电平时间。当单片机已经运行时，按复位键也可以使用保持RST一段时间的高电平，从而实现上电和开关复位操作。这不仅可以复位单片机，还可以使它单片机外围芯片同时复位。当程序出错时，电路可以随时复位。电路图如下：图3复位电路5.显示电路显示电路可以是液晶显示器或数码管显示器。我们使用数码管显示电路。两个普通的阳极发光二极管用于显示。发光二极管是一个七段显示器，由七个条形发光二极管和一个点状发光二极管组成。根据每个管的亮组和暗组来合成字符。当用数码管显示时，我们有两种选择：静态和动态。静态显示程序简单稳定，但占用端口较多；动态显示使用较少的端口

15、，可以节省单片机的输入输出端口。在设计中，采用了发光二极管动态显示和P0端口驱动显示。因为P0端口的输出级是一个开漏电路，所以它需要一个ext在按键电路中，我们可以直接连接输入输出端口上的按键，或者通过输入输出端口设计一个键盘，然后通过键盘扫描程序判断按键是否被按下。键盘扫描电路节省了输入输出端口，但编程有点复杂。这里，因为我们使用较少的密钥，并且系统是一个小系统，所以有足够的输入/输出端口可以使用。为了简化程序，我们使用关键电路，使用一些P3端口作为开关，P3.3启动和停止，P3.4清除，使用外部中断INT1启动，并使用软件消除抖动。电路图如下：图5键盘电路硬件主电路图设计使用pretues

16、绘制其硬件的主电路图如下：第四，软件设计4.1软件设计概述在软件设计中，一般采用模块化的编程方法，具有明显的优势。将一个多功能、复杂的程序分成几个简单的、单功能的程序模块，有利于程序设计和调试、程序优化和分工，提高程序的可读性和可靠性，使程序的结构层次一目了然。应用系统的程序由包含多个模块和各种子程序的主程序组成。每个程序模块应该完成特定的任务，实现特定的功能，并在需要时调用相应的模块。功能描述：液晶显示器“秒表”，显示时间为0.00.004.59.99秒，每秒自动加1；“开始”“暂停”键和“重置”键。4.2主程序流程图这里，序列结构用于确定通过扫描按键实现哪些功能。如下所示：分配初始值开始液

17、晶显示器1602复位键3.3是否被按下检查键P3.3是否按了两次调用最终缓冲区数据进行显示不是是不不是检查是否按下了键3.4液晶显示器清晰V.测试数据和设计结果1.当按下INT1引脚的开关时，显示数据，如下图所示2.当T0引脚的开关被按下时，数据被清除，如下图所示六.调试中的错误及解决方法(1)实验中遇到的问题及解决方法问题：液晶显示器模糊原因：VEE接高电平，液晶对比度太低，数据无法正常显示。解决方案：接地电压提高了液晶显示器的对比度，使数据显示清晰。(2)实验经验XXX当我收到这个话题时，我发现它是关于电子秒表的设计。首先，我查阅了一些关于网上电子秒表设计的资料，熟悉了设计思路和工作原理，具体分析了单片机和数码管显示器的工作过程，并从理论上分析了工作过程。在了解了系统的工作原理并完成了电路图的设计和仿真之后，我们开始焊接电路板。