基于單片機數(shù)字秒表系統(tǒng)的課程設計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 引言4</b></p><p>　　1.1 單片機的發(fā)展概況4</p><p>　　1.2數(shù)字秒表的描述與分析5</p><p>　　1.2．1問題描述5</p><p>　　1.2．2設計要

2、求5</p><p>　　2 設計目的及要求7</p><p>　　2.1 設計目的7</p><p>　　2.2 設計要求7</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件電路設計8</p><p>　　3.1數(shù)字秒表電路原理8</p><p>　　3.2數(shù)字秒表電路設計10</p>

3、;<p><b>　　4 軟件設計11</b></p><p>　　4.1編程環(huán)境的介紹11</p><p>　　4.2設計思想11</p><p>　　4.3主程序設計11</p><p>　　4.4 外部中斷程序設計12</p><p>　　4.5 定時中斷程序設計1

4、3</p><p>　　4.6實驗程序14</p><p><b>　　5 仿真結(jié)果18</b></p><p><b>　　總結(jié)21</b></p><p><b>　　參考文獻22</b></p><p><b>　　附錄123&

5、lt;/b></p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　1.1 單片機的發(fā)展概況</p><p>　　單片機以其高可靠性、高性價比、低電壓、低功耗等一系列優(yōu)點，近幾年得到迅猛發(fā)展和大范圍推廣，廣泛應用于工業(yè)控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、智能化儀器儀表，及通訊設備、日常消費類產(chǎn)品、玩具等。并且已經(jīng)深入到工業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)以

6、及人民生活的各層次中，如車間流水線控制、自動化系統(tǒng)等、智能型家用電器（冰箱、空調(diào)、彩電）等。</p><p><b>　　管腳圖如圖1所示。</b></p><p>　　圖1 89C52單片機引腳圖</p><p>　　(1) 電源地組Vcc和Vss；VCC—(40)腳接+5V電壓；VSS—(20)腳接地</p><p>

7、;　　(2) 時鐘電路組XTAL1和XTAL2</p><p>　　(3) 控制信號組RST/ALE/PSEN和EA</p><p>　　(4) I/O端口P0, P1, P2和P3</p><p>　　近來，單片機的發(fā)展尤為迅猛，并且趨于高智能化、存儲器大量化、更多的外圍電路內(nèi)裝化以及工藝上的多元化等方向，廣泛應用于單機應用領域、多機應用領域、自動控制領域和智能化

8、控制領域等。單片機應用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)通常分為三個層次，即單片機、單片機系統(tǒng)和單片機應用系統(tǒng)。單片機通常指應用系統(tǒng)主處理機，即所選擇的單片機器件等。單片機系統(tǒng)指按照單片機的技術要求和嵌入對象的資源要求而構(gòu)成的基本系統(tǒng)。時鐘電路、復位電路和擴展存儲器等與單片機共同構(gòu)成了單片機系統(tǒng)。單片機應用系統(tǒng)指能滿足嵌入對象要求的全部電路系統(tǒng)。在單片機系統(tǒng)的基礎上加上面向?qū)ο蟮慕涌陔娐?，如前向通道、后向通道、人機交互通道(鍵盤、顯示器、打印機等)和串行通信口

9、(RS232)以及應用程序等。單片機應用系統(tǒng)層次關系如圖2所示。</p><p>　　圖2 單片機應用系統(tǒng)三個層次的關系</p><p>　　1.2數(shù)字秒表的描述與分析</p><p><b>　　1.2．1問題描述</b></p><p>　　設計一個秒表，第一次按鍵，開始計數(shù)，數(shù)碼管顯示從00.00每10毫秒自動加1

10、；第兩二次按鍵，系統(tǒng)暫停計數(shù)，數(shù)碼管顯示當前的計數(shù)；第三次按鍵系統(tǒng)清零，數(shù)碼管顯示00.00 。</p><p><b>　　1.2．2設計要求</b></p><p>　　1．使用四位數(shù)碼管顯示，顯示時間00.00~99.99秒；</p><p>　　2．正常計數(shù)時，每10毫秒自動加1；</p><p>　　3．一個按

11、鍵（包括開始、暫停、清零），一個復位按鍵；</p><p>　　4．實現(xiàn)計數(shù)、復位、清零功能；</p><p>　　5．單片機通電后，首先初始化。第一次按鍵用來控制秒表工作的開始；第二次按鍵用來暫停程序的運行；第三次按鍵用來進行顯示器清零；復位鍵是用來對程序復位用的，當程序出現(xiàn)死循環(huán)或想從00.00開始重新計時，按下復位鍵可返回程序開始，重新執(zhí)行。</p><p>

12、<b>　　2 設計目的及要求</b></p><p><b>　　2.1 設計目的</b></p><p>　　1．建立數(shù)字電子電路系統(tǒng)的基本概念；</p><p>　　2．通過本次課程設計加深對單片機課程的全面認識復習和掌握，對單片機課程的應用進一步的了解。</p><p>　　3．掌握定時器、

13、外部中斷的設置和編程原理。</p><p>　　4．通過此次課程設計能夠?qū)纹瑱C軟硬件結(jié)合起來，對程序進行編輯，校驗。 </p><p><b>　　2.2 設計要求</b></p><p>　　設計一個數(shù)字電子秒表，該秒表具有顯示功能和清零、開始計時、停止計時等功能。</p><p><b>　　設計的要求如

14、下：</b></p><p>　　1.以10毫秒為最小單位進行顯示；</p><p>　　2.秒表可顯示00.00～99.99秒的量程；</p><p>　　3.該秒表具有清零、開始計時、停止計時功能；</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件電路設計</p><p>　　3.1數(shù)字秒表電路原理</p>

15、<p>　　數(shù)字電子秒表具有顯示直觀、讀取方便、精度高等優(yōu)點，在計時中廣泛使用。本設計用單片機組成數(shù)字電子秒表，力求結(jié)構(gòu)簡單、精度高為目標。</p><p>　　設計中包括硬件電路的設計和系統(tǒng)程序的設計。其硬件電路主要有主控制器，計時與顯示電路和回零、啟動等。主控制器采用單片機89C52，顯示電路采用四位共陽極LED數(shù)碼管顯示計時時間。由于本實驗有四位數(shù)碼管，如果采用靜態(tài)顯示要占用全部的I/O端口，

16、所以本次試驗采用靜態(tài)顯示，共使用12個引腳，即簡化了電路又節(jié)省了原料。</p><p>　　本設計利用89C52單片機的定時器/計數(shù)器定時和記數(shù)的原理，使其能精確計時。利用中斷系統(tǒng)使其能實現(xiàn)開始和復位的功能。P2口輸出段碼數(shù)據(jù)，74HC573用作驅(qū)動輸出，P1.0口接一個按鈕開關，分別實現(xiàn)開始、暫停、清零功能。電路原理圖設計最基本的要求是正確性，其次是布局合理，最后在正確性和布局合理的前提下力求美觀。</p

17、><p>　　秒表原理圖如圖3所示。</p><p><b>　　圖3 秒表原理圖</b></p><p>　　3.2數(shù)字秒表電路設計</p><p><b>　　圖4 秒表設計圖</b></p><p><b>　　4 軟件設計</b></p>

18、<p>　　4.1編程環(huán)境的介紹</p><p>　　KeilSoftware公司推出的uVision3是一款可用于多種8051MCU的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，該IDE同時也是PK51及其它開發(fā)套件的一個重要組件。除增加了源代碼、功能導航器、模板編輯以及改進的搜索功能外，uVision3還提供了一個配置向?qū)Чδ?，加速了啟動代碼和配置文件的生成。此外其內(nèi)置的仿真器可模擬目標MCU，包括指令集、片上外圍

19、設備及外部信號等。uVision3提供邏輯分析器，可監(jiān)控基于MCUI/O引腳和外設狀態(tài)變化下的程序變量。</p><p>　　uVision3提供對多種最新的8051類微處理器的支持，包括AnalogDevices的ADuC83x和ADuC84x，以及Infineon的XC866等</p><p><b>　　4.2設計思想</b></p><p&

20、gt;　　本設計采用了C語言編寫，由于C語言編程靈活，可移植性強。在一定程度上簡化了編程過程。模塊化結(jié)構(gòu)程序的設計，可以使系統(tǒng)軟件便于調(diào)試與優(yōu)化，也使其他人更好地理解和閱讀系統(tǒng)的程序設計。</p><p>　　4.3主程序設計 </p><p>　　本系統(tǒng)程序主要模塊由主程序、定時中斷服務程序、外部中斷0服務程序組成。其中主程序是整個程序的主體?？梢詫Ω鱾€中斷程序進行調(diào)用。協(xié)調(diào)各個子程序

21、之間的聯(lián)系。系統(tǒng)（上電）復位后，進入主程序，主程序流程圖如圖5所示。當外部中斷有請求則去執(zhí)行外部中斷服務程序。并在執(zhí)行完后返回主程序。</p><p>　　4.4 外部中斷程序設計</p><p><b>　　中斷的概念：</b></p><p>　　CPU在處理某一事件A時，發(fā)生了另一事件B請求CPU迅速去處理（中斷發(fā)生）；CPU暫時中斷當前

22、的工作，轉(zhuǎn)去處理事件B（中斷響應和中斷服務）；待CPU將事件B處理完畢后，再回到原來事件A被中斷的地方繼續(xù)處理事件A（中斷返回），這一過程稱為中斷 。</p><p>　　4.5 定時中斷程序設計</p><p>　　定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)： </p><p>　　定時/計數(shù)器的實質(zhì)是加1計數(shù)器（16位），由高8位和低8位兩個寄存器組成。TMOD是定時/計數(shù)器的工作方式

23、寄存器，確定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制T0、T1的啟動和停止及設置溢出標志。</p><p><b>　　定時/計數(shù)器的原理</b></p><p>　　加1計數(shù)器輸入的計數(shù)脈沖有兩個來源,一個是由系統(tǒng)的時鐘振蕩器輸出脈沖經(jīng)12分頻后送來；一個是T0或T1引腳輸入的外部脈沖源。每來一個脈沖計數(shù)器加1，當加到計數(shù)器為全1時，再輸入一個脈沖就使計數(shù)器回零，

24、且計數(shù)器的溢出使TCON中TF0或TF1置1，向CPU發(fā)出中斷請求（定時/計數(shù)器中斷允許時）。如果定時/計數(shù)器工作于定時模式，則表示定時時間已到；如果工作于計數(shù)模式，則表示計數(shù)值已滿。</p><p>　　可見，由溢出時計數(shù)器的值減去計數(shù)初值才是加1計數(shù)器的計數(shù)值。</p><p>　　圖7定時器T0子程序流程圖</p><p><b>　　4.6實驗程序

25、</b></p><p><b>　　4.61主函數(shù)設計</b></p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　init();//初始化子程序</p><p><b>　　w

26、hile(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　if(k==0)</b></p><p>　　{init();//初始化子程序</p><p>　　wela=1;//初始設置顯示00.00</p&g

27、t;<p><b>　　P2=0XFF;</b></p><p><b>　　wela=0;</b></p><p>　　P0=0xc0; </p><p><b>　　} </b></p><p>　　if(k==1)//第二次按鍵開始計數(shù)

28、</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(temp==9999)//當計數(shù)超過99.99秒時清零</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　temp=0;</b></p><p><b

29、>　　}</b></p><p>　　qian=temp/1000;//計算數(shù)碼管第一位</p><p>　　bai=temp%1000/100;//計算數(shù)碼管第二位</p><p>　　shi=temp%1000%100/10;//計算數(shù)碼管第三位</p><p>　　ge=temp%10;

30、//計算數(shù)碼管第四位</p><p>　　display(qian,bai,shi,ge);//顯示時間</p><p><b>　　}</b></p><p>　　Else//第二次按鍵時停止</p><p><b>　　{</b></p><p

31、>　　qian=temp/1000;</p><p>　　bai=temp%1000/100;</p><p>　　shi=temp%1000%100/10;</p><p>　　ge=temp%10;</p><p>　　display(qian,bai,shi,ge); </p><p>　　if(k==3

32、)//第三次按鍵時清零</p><p><b>　　k=0; </b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　4.

33、62中斷子程序設計</p><p>　　void time0() interrupt 0//中斷子程序</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　k++;</b></p><p><b>　　}</b></p><p&

34、gt;　　4.61延時子函數(shù)設計</p><p>　　4.61顯示子程序設計</p><p>　　void display(uint qian,uint bai,uint shi,uint ge)//顯示子函數(shù)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　wela=1;//顯示數(shù)碼管

35、第一位</p><p><b>　　P2=0x01;</b></p><p><b>　　wela=0;</b></p><p>　　P0=table[qian];</p><p><b>　　delay(1);</b></p><p>　　wela=1

36、;//顯示數(shù)碼管第二位</p><p><b>　　P2=0x02;</b></p><p><b>　　wela=0;</b></p><p>　　P0=table1[bai];</p><p><b>　　delay(1);</b></p>

37、<p>　　wela=1;//顯示數(shù)碼管第三位</p><p><b>　　P2=0x04;</b></p><p><b>　　wela=0;</b></p><p>　　P0=table[shi];</p><p><b>　　delay(1);</b

38、></p><p>　　wela=1;//顯示數(shù)碼管第四位</p><p><b>　　P2=0x08;</b></p><p><b>　　wela=0;</b></p><p>　　P0=table[ge];</p><p><b>　　

39、delay(1);</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　4.61初始化子程序設計</p><p>　　void init()//初始化子程序</p><p><b>　　{</b></p><p><b&

40、gt;　　wela=0;</b></p><p><b>　　temp=0;</b></p><p>　　TMOD=0x01; //設置定時器0為工作方式1</p><p><b>　　TH0=0xc8;</b></p><p><b>　　TL0=0xf0;&

41、lt;/b></p><p>　　EA=1;//開總中斷</p><p>　　ET0=1; //開定時器0中斷</p><p>　　TR0=1; //啟動定時器0</p><p><b>　　EX0=1;</b></p><p><

42、;b>　　IT0=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　5 仿真結(jié)果</b></p><p><b>　　仿真環(huán)境</b></p><p>　　Proteus 是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟

43、件。它運行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點是：①實現(xiàn)了單片機仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。</p><p>　?、谥С种髁鲉纹瑱C系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機類

44、型有：ARM7(LPC21xx)、 8051/52系列、AVR系列、PIC10/12/16/18系列、HC11系列以及多種外圍芯片。③提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設置斷點等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil C51 uVision2、MPLAB等軟件。</p><p>　?、芫哂袕姶蟮?/p>

45、原理圖繪制功能?？傊撥浖且豢罴瘑纹瑱C和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大。</p><p>　　本實驗采用protues7.4版本。</p><p>　　運行開始前，數(shù)碼顯示管顯示為00.00。</p><p>　　按下開關，秒表程序運行，數(shù)碼管開始跑動。</p><p>　　再次按下開關，秒表程序運行停止，數(shù)碼管顯示時間不變

46、。</p><p>　　第三次按鍵，數(shù)碼管清零。</p><p><b>　　圖10仿真圖</b></p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　通過本次設計，復習鞏固我們以前所學習的單片機原理及應用等課程知識，加深對各門課程及相互關系的理解，使理論知識系統(tǒng)化、實用化，系統(tǒng)地掌握微機

47、應用系統(tǒng)的一般設計方法，培養(yǎng)較強的編程能力、開發(fā)能力。同時，在設計的過程中，我也發(fā)現(xiàn)了本系統(tǒng)的許多不足和可以改進的地方。本設計的數(shù)字電子秒表缺少對多次計時時間進行記錄的功能。應給在單片機的內(nèi)部存儲區(qū)多設置一些存儲空間，用來存儲多次計時時間。并在程序中編入對多次計時時間的調(diào)用顯示。雖然存在不足，但本設計的數(shù)字電子秒表仍具有它的實用性。</p><p>　　本設計的數(shù)字電子秒表是由89C52單片機、共陽數(shù)碼顯示管、控

48、制按鍵等器件構(gòu)成的，設有四位計時顯示，復位按鍵以及一個開始、暫停、清零按鈕。計時精度能到達10ms，設計精簡，使用簡單易懂。系統(tǒng)設計合理，線路簡單、功能先進，性能穩(wěn)定，程序精簡。并給出了詳細的電路設計方法。在此，感謝老師對我們的精心指導，耐心講解，才能夠使我們較成功地完成這次課程設計。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 李華,王

49、思明,張金敏.單片機原理及應用[M].蘭州：蘭州大學出版社,2001.5.</p><p>　　[2]吳蓉,梁龍學,崔用明.數(shù)字電子技術[M].蘭州：蘭州大學出版社,2006.7.</p><p>　　[3] 顧濱,李勛.單片微計算機原理開發(fā)與應用[M].北京：高等教育出版社,2000.2.</p><p><b>　　附錄1</b></

50、p><p><b>　　程序代碼</b></p><p>　　#include<reg52.h></p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　uint temp,ba

51、i,shi,ge,qian;</p><p>　　sbit wela=P1^0;//定義驅(qū)動控制端口</p><p>　　static uint k=0;//聲明全局變量</p><p>　　uchar code table[]={//數(shù)碼管顯示0到9</p><p>　　0xc0,0xf9

52、,0xa4,0xb0,</p><p>　　0x99,0x92,0x82,0xf8,</p><p>　　0x80,0x90};</p><p>　　uchar code table1[]={//第二位數(shù)碼管顯示（包含小數(shù)</p><p>　　0x40,0x79,0x24,0x30,//點）</p>

53、<p>　　0x19,0x12,0x02,0x78,</p><p>　　0x00,0x10};</p><p>　　void display(uint qian,uint bai,uint shi,uint ge);//聲明顯示函數(shù)</p><p>　　void delay(uint z);//聲明延時函數(shù)</p><

54、;p>　　void init();</p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　init();//初始化子程序</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><

55、;b>　　{</b></p><p><b>　　if(k==0)</b></p><p>　　{init();//初始化子程序</p><p>　　wela=1;//初始設置顯示00.00</p><p><b>　　P2=0XFF;</b>

56、;</p><p><b>　　wela=0;</b></p><p>　　P0=0xc0; </p><p><b>　　} </b></p><p>　　if(k==1)//第二次按鍵開始計數(shù)</p><p><b>　　{</b&g

57、t;</p><p>　　if(temp==9999)//當計數(shù)超過99.99秒時清零</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　temp=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　q

58、ian=temp/1000;//計算數(shù)碼管第一位</p><p>　　bai=temp%1000/100;//計算數(shù)碼管第二位</p><p>　　shi=temp%1000%100/10;//計算數(shù)碼管第三位</p><p>　　ge=temp%10;//計算數(shù)碼管第四位</p><p>　　displa

59、y(qian,bai,shi,ge);//顯示時間</p><p><b>　　}</b></p><p>　　Else//第二次按鍵時停止</p><p><b>　　{</b></p><p>　　qian=temp/1000;</p><p>

60、;　　bai=temp%1000/100;</p><p>　　shi=temp%1000%100/10;</p><p>　　ge=temp%10;</p><p>　　display(qian,bai,shi,ge); </p><p>　　if(k==3)//第三次按鍵時清零</p><p>&

61、lt;b>　　k=0; </b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void delay(uint z)//延時子函數(shù)</p>

62、<p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint x,y;</b></p><p>　　for(x=z;x>0;x--)</p><p>　　for(y=110;y>0;y--);}</p><p>　　void display(uint qian,ui

63、nt bai,uint shi,uint ge)//顯示子函數(shù)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　wela=1;//顯示數(shù)碼管第一位</p><p><b>　　P2=0x01;</b></p><p><b>　　wela=0;</b

64、></p><p>　　P0=table[qian];</p><p><b>　　delay(1);</b></p><p>　　wela=1;//顯示數(shù)碼管第二位</p><p><b>　　P2=0x02;</b></p><p><b&g

65、t;　　wela=0;</b></p><p>　　P0=table1[bai];</p><p><b>　　delay(1);</b></p><p>　　wela=1;//顯示數(shù)碼管第三位</p><p><b>　　P2=0x04;</b></p>

66、<p><b>　　wela=0;</b></p><p>　　P0=table[shi];</p><p><b>　　delay(1);</b></p><p>　　wela=1;//顯示數(shù)碼管第四位</p><p><b>　　P2=0x08;</

67、b></p><p><b>　　wela=0;</b></p><p>　　P0=table[ge];</p><p>　　delay(1);}</p><p>　　void init()//初始化子程序</p><p><b>　　{</b>&

68、lt;/p><p><b>　　wela=0;</b></p><p><b>　　temp=0;</b></p><p>　　TMOD=0x01; //設置定時器0為工作方式1</p><p><b>　　TH0=0xc8;</b></p><

69、p><b>　　TL0=0xf0;</b></p><p>　　EA=1;//開總中斷</p><p>　　ET0=1; //開定時器0中斷</p><p>　　TR0=1; //啟動定時器0</p><p><b>　　EX0=1;</b&g

70、t;</p><p><b>　　IT0=1;}</b></p><p>　　void timer0() interrupt 1//定時器設置時間10毫秒</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　TH0=0xc8;</b></p&

71、gt;<p><b>　　TL0=0xf0;</b></p><p>　　if(k==1)//第一次按鍵加一</p><p><b>　　temp++;</b></p><p><b>　　else</b></p><p>　　if(k==2)

72、//第二次按鍵保持</p><p>　　temp=temp;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void time0() interrupt 0//中斷子程序</p><p><b>　　{</b></p><p>&