基于单片机的秒表设计单片机课程设计

基于单片机的秒表设计单片机课程设计内容摘要：

器 T0。 计时采用定时器 T0中断完成，定时溢出中断周期为 1ms，当一处中断后向 CPU 发出溢出中断请求，每发出一次中断请求就对毫秒计数单元进行加一，达到 10 次就对十毫秒位进行加一，依次类推，直到 秒重新复位。 本论文 主要内容包括三部分：第一部分介绍硬件部分设计思路及方案；第二部分介绍了软件部分的设计思路和设计；最后一部分则是整个系统的安装与调试过程。 通信 102班，姓名 青瓜 基于单片机的秒表设计 3 第 2 章 系统总体 设计 总体方案的设计 数字电子秒表具有显示直观、读取方便、精度高等优点，在计时中广泛使用。 本设计用单片机组成数字电子秒表，力求结构简单、精度高为目标。 设计中 包括硬件电路的设计和系统程序的设计。 其硬件电路 主要有 主控制器， 计时与 显示电路和 回零、启动和停表电路 等。 主控制器采用单片机 AT89C51，显示电路采用共 阴 极 LED 数码管显示 计时时间。 利用定时器 /计数器定时和记数的原理 ，使其能精确计时。 利用中断系统使其能实现开始暂停的功能。 P0 口输出段码数据， 口作列扫描输出， 、 、 、 、 分别接五个按钮开关，分别实现开始 /暂停、清零和可增加的拓展功能。 电路原 理图设计最基本的要求是正确性，其次是布局合理，最后在正确性和布局合理的前提下力求美观。 硬件电路图按照图 进行设计。 控 制 开 关 位 驱 动六 位 数 码 管8 0 5 1 单 片 机 控制 器 图 21 数字秒表硬件电路基本原理图 根据要求知道秒表设计主要实现的功能是计时和显示。 计时 部分 采用定时器 T0 中断完成，定时溢出中断周期为 1ms，当一处中断后向 CPU 发出溢出中断请求，每发出一次中断请求就对毫秒计数单元进行加一，达到 10 次就对十毫秒位进行加一，依次类推，直到 秒重新复位。 再看按键的处理， 通常对于按键的处理 有中断和扫描两种方法。 本设计的这五 个键则是采用扫描的方法来识别。 复位键的 功能在于数值复位， 而开始和停止键则是用于对时间的锁定， 因此 可以对复位 、暂停 /开始按键采取扫描的方式。 系统总电路的设计 系统总电路由以上设计的显示电路，时钟电路，按键电路和复位电路组成，只要将单片机与以上各部分电路合理的连接就组成了系统总电路。 系统总电路图附录 B 所示。 AT89C51 单片机为主电路的核心部分，各个电路均和单片机相连接，由单片机统筹通信 102班，姓名 青瓜 基于单片机的秒表设计 4 和协调各个电路的运行工作。 AT89C51 单片机提供了 XTAL1 和 XTAL2 两个专 用引脚接晶振电路，因此只要将晶振电路接到两个专用引脚即可为单片机提供时钟脉冲，但在焊接晶振电路时要尽量使晶振电路靠近单片机，这样可以为单片机提供稳定的始终脉冲。 复位电路同晶振电路，单片机设有一个专用的硬件复位接口，并设置为高电平有效。 显示电路由四位数码管组成，采用动态显示方式，因此有八位段控制端和四位位控制端，八位段控制接 P0 口， ~ 分别控制数码显示管的 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、dp 显示，单片机的 P0 口没有集成上拉电阻，高电平的驱动能力很弱，所以需要接上拉电阻来提高 P0 的高电平驱动能力。 四位位控制则由低位到高位分别接到 ~ 口，当 ~ 端口任意一个端口为高电平时，对应的数码管导通显示。 通过以上设计已经将各部分电路与单片机有机的结合到一起，硬件部分的设计基本完成，剩下的部分就是对单片机的编程，使单片机按程序运行，实现数字电子秒表的全部功能。 通信 102班，姓名 青瓜 基于单片机的秒表设计 5 第 3 章 系统硬件设计 单片机的选择 本课题在选取单片机时，充分借鉴了许多成形产品使用单片机的经验，并根据自己的实际情况，选择了 ATMEL 公司的 AT89C51 型单片机。 图 31 AT89C51单片机引脚图 AT89C51 单片机采用 40 引脚的双列直插封装方式。 图 22 为引脚排列图， 40 条引脚说明如下： 主电源引脚 Vss 和 Vcc 1. Vss 接地 2. Vcc 接 +5 伏电源 外接晶振引脚 XTAL1 和 XTAL2 1. XTAL1 内部振荡电路反相放大器的输入端，是外接晶体的一个引脚。 当采用外部振荡器时，此引脚接地。 2. XTAL2 内部振荡电路反相放大器的输出端。 是外接晶体的另一端。 当采用外部振荡器时，此引脚接外部振荡源。 控制或与其它电源复用引脚 RST/VPD， ALE/PROG ， PSEN 和 EA /Vpp 通信 102班，姓名 青瓜 基于单片机的秒表设计 6 1. RST/VPD 当振荡器运行时，在此引脚上出现两个机器周期的高电平（由低到高跳变），将使单片机复位在 Vcc 掉电期间，此引脚可接上备用电源，由 VPD 向内部提供备用电源，以保持内部 RAM 中的数据。 2. ALE/PROG 正常操作时为 ALE 功能（允许地址锁存）提供把地址的低字节锁存到外部锁存器， ALE 引脚以不变的频率（振荡器频率的 1/6）周期性地发出正脉冲信号。 因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。 对于 EPROM 型单片机，在 EPROM编程期间，此引脚接收编程脉冲（ PROG 功能） 3. PSEN 外部程序存储器读选通信号输出端，在从外部程序存储取指令（或数据）期间， PSEN 在每个机器周期内两次有效。 PSEN 同样可以驱动八 LSTTL 输入。 4. EA /Vpp、 EA /Vpp 为内部程序存储器和外部程序存储器选择端。 当 EA /Vpp 为高电平时，访问内部程序存储器，当 EA /Vpp 为低电平时，则访问外部程序存储器。 对于 EPROM 型单片机，在 EPROM 编程期间，此引脚上加 21 伏 EPROM 编程电源（ Vpp）。 输入 /输出引脚 ， ， ， 1. P0 口（ ）是一个 8 位 漏极开路型双向 I/O 口，在访问外部存储器时，它是分时传送的低字节地址和数据总线， P0 口能以吸收电流的方式驱动八个 LSTTL负载。 2. P1 口（ ）是一个带有内部提升电阻的 8 位准双向 I/O 口。 能驱动 (吸收或输出电流 )四个 LSTTL 负载。 3. P2 口（ ）是一个带有内部提升电阻的 8 位准双向 I/O 口，在访问外部存储器时，它输出高 8 位地址。 P2 口可以驱动 (吸收或输出电流 )四个 LSTTL 负载。 4. P3 口（ ）是一个带有内部提升电阻的 8 位准双向 I/O 口。 能驱动 (吸收或输出电流 )四个 LSTTL 负载。 显示电路的选择与设计 对于数字显示电路，通常采用液晶显示或数码管显示。 本设计的显示电路采用 7段数码管作为显示介质。 数码管显示可以分为静态显示和动态显示两种。 由于本设计需要采用四 位数码管显示时间，如果静态显示则占用的口线多，硬件电路复杂。 所以采用动态显示。 动态显示是一位一位地轮流点亮各位 数码管 ，这种逐位点亮显示器的方式称为位扫描。 通常各位 数码管 的段选线相应并联在一起，由一个 8 位的 I/O 口控制；各位的公共阴极位选线由另外的 I/O 口线控制。 动态方式显示时，各 数码管 分时轮流选通，要使其稳定显示必须采用扫描方式，即在某一时刻只选通一位 数码管 ，并送出相应的段码，在另一时刻选通另一位 数码管 ，并送出相应的段码，依此规律循环，即可使各位 数码管 显示将要显示的字符，虽然这些字符是在不同的时刻分别显示，但由于人眼存在视觉暂留通信 102班，姓名 青瓜 基于单片机的秒表设计 7 效应，只要每位显示间隔足够短就可以给人同时显示的感觉。 图 32 显示电路基本原理图 数码显示管分为共阳数码管和共阴数码管两种 共阳极数码管的 8 个发光二极管的阳极（二极管正端）连接在一起，如图 （ b），通常，公共阳极接高电平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出端。 当某段驱动电 路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。 此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额。