基于单片机的秒表设计

基于单片机的秒 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 设计 课程设计报告 题 目: 基于单片机的秒表设计 学生姓名: 王中宝 学生学号: 1008050237 系 别: 电气信息工程 专 业: 电子信息科学与技术 届 别: 2014 指导教师: 韩芳 电气信息工程学院制 2013年3月 淮南师范学院电气信息工程学院2014届电子信息科学与技术专业课程设计报告 基于单片机的秒表设计 学生:王中宝 指导教师:韩芳 电子信息科学与技术专业 电气信息工程学院 1 课程设计的任务与要求 1.1 课程设计的任务 本设计主要是应用Proteus软件和C语言编程工具，结合单片机原理及应用。强化和巩固专业理论基础，掌握Proteus仿真的技巧和C语言编程工具，提高单片机开发能力。 1.2 课程设计的要求 用定时器/计数器设计一个简单的秒表，能显示计时状态和结果以及清零和暂停。要求进行电路仿真实验，并使用C语言进行程序的开发。 2 秒表系统 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的制定 本系统使用STC89C52芯片作为控制芯片，复位电路和时钟电路构成单片机最小系统。利用P0口8个引脚接上拉电阻，然后与两个2个74HC573的D0~D7相连，分别实现段选和位选，其中一个74HC573的Q0~Q7连接六位共阴极数码管段选段即连接共阴极数码管的A~DP脚，另一个74HC573的Q0~Q7再与数码管的位选端1—6脚连接，实现秒表的显示。利用P3.4和P3.5分别连接了2个按键，分别用来控制秒表开始/暂停、复位，秒表系统框图见图1。 图1 秒表系统框图 3 系统方案设计 3.1各单元模块功能介绍及电路设计 第1页 淮南师范学院电气信息工程学院2014届电子信息科学与技术专业课程设计报告 本设计主要分时钟电路模块，复位电路模块，显示模块和控制模块。 1. 时钟模块 图2 时钟电路 89C52单片机的时钟信号通常用内部振荡方法得到，在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器，就构成了内部振荡方法。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。晶振通常选择6MHz、12MHz、24MHz。本设计采用11.0592MHz晶振。图中电容C1、C2起到稳固振荡频率、快速起振的作用。电容值一般为5~30pF。本设计选用22pF电容，时钟模块功能主要为单片机工作提供时钟频率，电路图详见图2。 2. 复位电路模块 单片机复位分手动复位和上电复位，在本设计中采用的是手动复位，即提供一个复位按键，每按一次复位按键，单片机都会复位一次。而上电复位则是在电源开启是进行复位。 图3复位电路 复位操作完成电路的初始化，使单片机从一种确定的状态开始运行。 复位模块式单片机最小系统重要组成部分。本设计采用常用的上电且开关复位电路。上电后，由于电容的充电，使RST持续一段高电平时间。当单片机已在运行中时，按下复位键也能使RST持续一段时间的高电平，从而实现上电且开关复位的操作。此处，C3电容取1uF，R2=10K，详见图3。 第2页 淮南师范学院电气信息工程学院2014届电子信息科学与技术专业课程设计报告 3. 控制模块 图4 控制电路 单片机检测按键的原理是:单片机的I/O口既可作为输出也可作为输入使用，当检测按键时，用的是它的输入功能，我们把按键的一端接地，另一端与单片机的某个I/O口相连，开始时先给该I/O口赋一高电平，然后让单片机不断的检测该I/O口是否变为低电平，当按键闭合时，即相当于该I/O口通过按键与地相连，变成低电平，程序一旦检测到I/O口变为低电平则说明按键被放下，然后执行相应的指令。 1个独立按键a1接到P3口的P3.4端，a1键即既可以当作开始键又可以当作暂停键。同时借助于复位电路中按键也可以实现秒表的复位，当需要秒表重新计时，利用a2键清零，当程序出现错误时，可以随时使电路复位，详见图4。 4. 显示模块 图5 显示模块电路图 第3页 淮南师范学院电气信息工程学院2014届电子信息科学与技术专业课程设计报告 显示电路我们采用的是数码管显示电路。用1个六位共阴极LED显示，LED是七段式显示器，内部有7个条形发光二极管和1个小圆点发光二极管组成，根据各管的亮暗组合成字符。 在用数码管显示时，我们有静态和动态两种选择，静态显示程序简单，显示稳定，但是占用端口比较多;动态显示所使用的端口比较少，可以节省单片机的I/O口。在设计中，我们采用LED动态显示，用P0口驱动显示。由于P0口的输出级是开漏电路，用它驱动时需要外接上拉电阻才能输出高电平。U2锁存器实现动态显示的段选，U3锁存器实现动态显示的位选，详见图5。 3.2电路参数的计算及元器件的选择 本设计中单片机P0口必须外接的上拉电阻，其取值一般为4.7~10k，为了便宜定时器初值的计算，晶振频率选择11.0592mhz。 元器件选择:STC89C52RC芯片、22pf瓷片电容、1uf电解电容、电阻、排阻、按键、74HC573锁存器、6位共阴极数码管。 3.3 特殊器件的介绍 1. STC89C52芯片简介 图6 STC89C52封装图 本设计选择采用STC89C52单片机为核心。STC89C52是一个低电压、高性能CMOS8位单片机带有64K字节的可反复擦写的程序存储器。和128字节的存取数据存储器RAM，这种器件采用ATMEL公司的高密度、不容易丢失存储技术生产，并且能 第4页 淮南师范学院电气信息工程学院2014届电子信息科学与技术专业课程设计报告 够与MCS-52系列的单片机兼容。片内含有8位中央处理器和闪烁存储单位，有较强的功能的STC89C52单片机能够被应用到控制领域中，封装图见图6。 STC89C52提供以下的功能标准:4K字节闪烁存储器，128字节随机存取数据存储器，32个I/O口，2个16位定时/计数器，1个5向量两级中断结构，1个串行通信口，片内振荡器和时钟电路。另外，STC89C52还可以进行0HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件的节电模式。闲散方式停止中央处理器的工作，能够允许随机存取数据存储器、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。 2. 74HC573锁存器简介 八进制 3 态非反转透明锁存器，74HC573高性能硅门CMOS器件，SL74HC573 跟，LS/AL573的管脚一样的器件。SL74HC573跟LS/AL573的管脚一样。器件的输入是和标准CMOS输出兼容的，加上拉电阻他们能和LS/ALSTTL输出兼容，封装图见图7。 图7 74HC573封装图 输入是和标准 CMOS 输出兼容的;加上拉电阻，他们能和 LS/ALSTTL 输出兼容。 当锁存使能端LE为高时，这些器件的锁存对于数据是透明的(也就是说输出同步)。当锁存使能变低时，符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。1脚三态允许控制端低电平有效，1D~8D为数据输入端，1Q~8Q为数据输出端，LE为锁存控制端，OE为使能端。 3. 数码管简介 数码管也称LED数码管，数码管按段数可分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元(多一个小数点显示);按能显示多少个“8”可分为1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位等数码管;按发光二极管单元连接方式可分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是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 第5页 淮南师范学院电气信息工程学院2014届电子信息科学与技术专业课程设计报告 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，封装见图8。 图8 数码管封装图 静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×8=40根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢:)，实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。 数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是哪个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1,2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。 3.4 系统整体电路图 第6页 淮南师范学院电气信息工程学院2014届电子信息科学与技术专业课程设计报告 图9 系统整体电路图 3.5 程序流图 主程序流程图见图10，在主程序中先进行一些必要的初始化工作，然后进入一个不断循环的过程，在循环中一方面不断去检测有没有按键按下，若有按键按下则进入按键处理程序，另一方面不断调整六位共阴级数码管的显示。 图10 主程序流程图 中断子程序流图见图11，定时/计数器选择定时/计数器T0，工作于工作方式1，即16位定时/计数器。利用定时器定时中断，每定时10ms即产生一次中断。每发生一次中断即定时0.01s，每发生100次中断即定时1s。每发生一次中断，CPU响应中断执行相应的中断函数并保护现场，当中断函数执行完后再返回现场，在此中断函数中每过10ms、100ms、1000ms、1s、10s、1min、10min让相应的变量加一，数码管就是靠这些变量来显示数据的，并且判断相应变量有无超过 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 值，若超过了，则对其进行清零。 第7页 淮南师范学院电气信息工程学院2014届电子信息科学与技术专业课程设计报告 图11 中断程序流程图 第8页 淮南师范学院电气信息工程学院2014届电子信息科学与技术专业课程设计报告 按键检测子程序(见图12)，当有键按下时，先进行消抖处理，屏蔽掉其他因素干扰，当检测到的确有按键按下时则执行相应的按键处理程序，P3.4口为秒表启动/暂停控制按键，在键值处理子程序中，每检测到一次低电平，秒表启动或暂停。P3.5口为秒表清零控制按键，每检测到一次低电平，秒表停止计时，显示恢复为00.00.00。 图12 按键检测程序流程图 3.6 主要程序代码 #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit du=P2^6; sbit we=P2^7; sbit key1=P3^4; sbit key2=P3^5; uint numt0,numt1,numt2,numt3,numt4,numt5; //10ms、100ms、秒、十秒、百秒 uchar code table[]={ 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f }; 第9页 淮南师范学院电气信息工程学院2014届电子信息科学与技术专业课程设计报告 //延时函数声明 void delay(uint); 显示函数 // void display(uint t0,uint t1,uint t2,uint t3,uint t4,uint t5) {…… } //延时函数 void delay(uint xms) { uint i,j; for(i=xms;i>0;i--) for(j=110;j>0;j--); } //按键检测函数 void keyscan() {…… } //初始化函数 void init() { TMOD=0x01; TH0=0xdc; TL0=0x00; EA=1; ET0=1; TR0=0; 第10页 淮南师范学院电气信息工程学院2014届电子信息科学与技术专业课程设计报告 } //主函数 void main() {…… } //中断函数 void zhongduan() interrupt 1 {…… } 4 秒表系统仿真和调试 4.1 Keil简介 Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境(uVision)将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。 Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。 4.2 Keil与Protues联调 联调设置步骤如下: 1. C:\Program Files\Labcenter Electronics\Proteus 6 Professional\MODELS\目录下的 VDM51.dll文件复制到 C:\Keil\C51\BIN文件夹下。(目录名都是默认的，你可 以根据你实际安装的目录进行复制。) 可能会没有这个VDM51.dll 楼主需要网 上下一个，再放到BIN里面。 2. 用记事本(其它的编辑软件也可以,如Ultra Edit)打开Keil 根目录下的 TOOLS.INI 文件，在[C51]栏目下加入 TDRV8=BIN\VDM51.DLL ("Proteus 第11页 淮南师范学院电气信息工程学院2014届电子信息科学与技术专业课程设计报告 VSM Monitor-51 Driver") 。 3. 打开Proteus，画出相应电路，在Proteus的“Debug”菜单中选中“Use Remote Debug Monitor(远程监控)”。 4. 进入Keil的Project菜单Option for Target„工程名?。在Debug选项中右栏上部 的下拉菜单选中Proteus Driver。再进入Settings，机子IP设为127.0.0.1，端口 号为8000。 5. 在Keil中进行debug，同时在Proteus中查看直观的结果。这样就可以像使用仿 真器一样调试程序了。 4.3 仿真实现 双击图标进入Keil uVision4编程环境，输入程序。返回桌面双击图标，进入PROTEUS仿真环境，点击左上角选项P后根据设计的电路图调出所需元件画好硬件原理图如图4.1所示。然后按照4.1节所写步骤，设置keil和proteus的工作环境，实现keil和proteus的连调。 设置完成后，程序开始执行即可看到数码管显示初始值00.00.00。按下a1一次，秒表开始计时，再按下a1，秒表暂停，依次循环操作。按下a2键秒表又恢复至00.00.00，停止计时，再按下a2键才能重新开始计时，仿真图见图13。 图13 软件仿真图 5 硬件实现 第12页 淮南师范学院电气信息工程学院2014届电子信息科学与技术专业课程设计报告 5.1 程序下载步骤 连接硬件:将串口下载线一头与计算机串口相连，另一头与学习板串口相连，注意此时不要给学习板上电。 运行STC下载软件——STC_ISP_V4.83，出现如图14界面: 图14 STC_ISP_ V4.83运行界面 第一步:选择单片机型号STC89C52。 第二步:打开要下载的HEX文件(可在keil中编译生成)。 第三步:选择串口和波特率。波特率请选用默认值。 第四步:点击下载按钮。 由此完成程序的下载。 5.2 硬件调试 给目标板上电复位，即可按电源开关键数码管显示00.00.00，按下a1一次，秒表开始计时，再按下a1，秒表暂停，依次循环操作。按下a2键秒表归零00.00.00。由此可 第13页 淮南师范学院电气信息工程学院2014届电子信息科学与技术专业课程设计报告 见，该设计完成了设计要求，硬件调试图见图15。 图15 硬件调试 6 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 6.1 设计小结 本设计由最开始的提出方案设计到最后的硬件调试每一步都恪守设计的原则。设计过程中总共设计单片机最小系统、定时/计数器与中断、数码管动态扫描、以及锁存器，以及用keil和proteus进行仿真实现，最终实现了用单片机定时器/计数器和数码管设计一个秒表，能显示计时状态和结果以及清零和暂停。 6.2 收获体会 经过几天不懈的努力，此次能力拓展训练终于拉下帷幕，回想这几天的经历，受益颇多。 这次设计，我所做的题目为秒表的设计，在一开始时，由于对C语言的单片机编程不是很熟练，我感到极大地困惑，无从下手。但是，通过查阅书籍及上网搜集资料，我渐渐地拾起了以前的C语言知识。同时，这次设计，让我对C51单片机的结构有了更清楚的了解，尤其是对定时/计数器以及中断的使用更加的熟练。 通过这次课程设计，我明白了独立思考重要性，每出现一个问题都要对其进行思考，为什么会出现这种情况以及如何避免。 第14页 淮南师范学院电气信息工程学院2014届电子信息科学与技术专业课程设计报告 最后，要感谢学校给我这次学习的机会，感谢指导老师韩芳的指导，感谢我的同学以及电子协会的帮助与鼓励，是他们教会了我如何焊接电路板以及一些基础电子知识。我想这次能力拓展训练，必将是我学习道路上的一次宝贵经历。 参考文献: [1] 李群芳，张士军，黄建. 单片微型计算机与接口技术[M].北京:电子工业出版社，2010. [2] 郭天祥. 51单片机C语言编程[M].北京:电子工业出版社，2009. [3] 张迎新. 单片微型计算机原理、应用及接口技术[M].北京:国防工业出版社，1999. [4] 谭浩强. C程序设计[M].北京:清华大学出版社，1991. [5] 邱关源. 电路[M].北京:高等教育出版社，2006. [6] 康光华. 电子技术基础数字部分(第五版)[M]. 北京:高等教育出版社，2006. [7] 康光华. 电子技术基础模拟部分(第五版)[M]. 北京:高等教育出版社，2006. [8] 杨加国. 单片机原理与运用及C51程序设计[M]. 北京:清华大学出版社，2009. [9] 张培仁. 基于C语言编程MCS-51单片机原理与应用[M]. 北京:清华大学出版社，2003. [10] 张齐等. 单片机应用系统设计技术—基于C语言编程[M]. 北京:电子工业出版社，2004. [11] 李建忠. 单片机原理及应用[M].西安:西安电子科技大学出版社，2002. [12] 丁元杰. 单片微机原理及应用[M]. 北京:机械工业出版社，2000. [13] 王建校，杨建国. 51系列单片机及C51程序设计[M]. 北京:科学出版社，2002. [14] 吴延海. 微型计算机接口技术[M]. 重庆:重庆大学出版社，1997. [15] 李光飞. 单片机课程设计实例指导[M]. 北京:北京航空航天大学出版社，2005. [16] 严天峰. 单片机应用系统设计与仿真调试[M]. 北京:北京航空航天大学出版社，2005. 第15页 淮南师范学院电气信息工程学院2014届电子信息科学与技术专业课程设计报告 附录1 表1 元器件清单表 元件电阻 瓷片电解电单片机芯锁存器 晶振 6位共阴极数码排阻 名 电容 容 片 管 Res Cap Cap-elec At89c52 74hc573 Crystal 7SEG-MAX6-CA Respack-8 符号 2 2 1 1 2 1 1 1 数量 第16页 淮南师范学院电气信息工程学院2014届电子信息科学与技术专业课程设计报告 附录二 源程序代码 #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit du=P2^6; //段 sbit we=P2^7; //位 sbit key1=P3^4; //开始/暂停 sbit key2=P3^5; //清零 uint numt0,numt1,numt2,numt3,numt4,numt5;//10ms、100ms、秒、十秒、百秒 //编码表 uchar code table[]={ 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f }; /* uchar code table2[]={ 0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef }; */ //延时函数声明 void delay(uint); //显示函数 void display(uint t0,uint t1,uint t2,uint t3,uint t4,uint t5) { P0=0xff; we=1; P0=0xfe; we=0; P0=0xff; du=1; P0=table[t5]; 第17页 淮南师范学院电气信息工程学院2014届电子信息科学与技术专业课程设计报告 du=0; delay(1); P0=0xff; we=1; P0=0xfd; we=0; P0=0xff; du=1; P0=table[t4]; du=0; delay(1); P0=0xff; we=1; P0=0xfb; we=0; P0=0xff; du=1; P0=table[t3]; du=0; delay(1); P0=0xff; we=1; P0=0xf7; 第18页 淮南师范学院电气信息工程学院2014届电子信息科学与技术专业课程设计报告 we=0; P0=0xff; du=1; P0=table[t2]; du=0; delay(1); P0=0xff; we=1; P0=0xef; we=0; P0=0xff; du=1; P0=table[t1]; du=0; delay(1); P0=0xff; we=1; P0=0xdf; we=0; P0=0xff; du=1; P0=table[t0]; du=0; delay(1); 第19页 淮南师范学院电气信息工程学院2014届电子信息科学与技术专业课程设计报告 } //延时函数 void delay(uint xms) { uint i,j; for(i=xms;i>0;i--) for(j=110;j>0;j--); } //按键检测函数 void keyscan() { if(key1==0) { delay(10); if(key1==0) { TR0=~TR0; while(!key1); } } if(key2==0) { delay(10); if(key2==0) { numt0=0; numt1=0; numt2=0; numt3=0; 第20页 淮南师范学院电气信息工程学院2014届电子信息科学与技术专业课程设计报告 numt4=0; numt5=0; TR0=0; TH0=0xdc; TL0=0x00; while(!key2); } } } //初始化函数 void init() { TMOD=0x01; TH0=0xdc; TL0=0x00; EA=1; ET0=1; TR0=0; } //主函数 void main() { numt0=0;numt1=0;numt2=0;numt3=0;numt4=0;numt5=0; init(); while(1) { display(numt0,numt1,numt2,numt3,numt4,numt5); keyscan(); } 第21页 淮南师范学院电气信息工程学院2014届电子信息科学与技术专业课程设计报告 } //中断函数 void zhongduan() interrupt 1 { TH0=0xdc; TL0=0x00; numt0++; if(numt0==10) { numt0=0; numt1++; if(numt1==10) { numt1=0; numt2++; if(numt2==10) { numt2=0; numt3++; if(numt3==6) { numt3=0; numt4++; if(numt4==10) { numt4=0; numt5++; if(numt5==6) { 第22页 淮南师范学院电气信息工程学院2014届电子信息科学与技术专业课程设计报告 numt5=0; } } } } } } } 第23页 淮南师范学院电气信息工程学院2014届电子信息科学与技术专业课程设计报告 指导教师 评语 评语下载剧本评语下载小学第一学期期末评语免费下载小学一年级学生评语考生思想政治品德考核评语 指导教师签字: 成绩 评定 年 月 日 答辩小组评语 第24页 淮南师范学院电气信息工程学院2014届电子信息科学与技术专业课程设计报告 答辩小组签字: 成绩 评定 年 月 日 第25页