畢業(yè)設(shè)計---基于單片機數(shù)字秒表的設(shè)計

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）</p><p>　　論文題目： </p><p>　　所屬系部： 電子工程系</p><p>　　指導(dǎo)老師： 職 稱： </p><p>　　學(xué)生姓名： 班級、學(xué)號: </p><p>

2、<b>　　專 業(yè)： </b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書</p><p><b>　　題目： </b></p><p><b>　　任務(wù)與要求：</b></p><p>　　時間： 年 月 日 至

3、 年 月 日 共 周</p><p><b>　　所屬系部： </b></p><p>　　學(xué)生姓名： 學(xué) 號：</p><p><b>　　專業(yè)： </b></p><p>　　指導(dǎo)單位或教研室： </p><

4、p>　　指導(dǎo)教師： 職 稱： </p><p>　　基于單片機數(shù)字秒表的設(shè)計</p><p><b>　　【摘要】</b></p><p>　　近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應(yīng)用正在不斷的走向深入。本文闡述了基于單片機的數(shù)字電子秒表設(shè)計。本設(shè)計主要特點是計時精度達到0.01s，解決了傳統(tǒng)的由于計時精度不夠造

5、成的誤差和不公平性，是各種體育競賽的必備設(shè)備之一。</p><p>　　本設(shè)計的數(shù)字電子秒表系統(tǒng)采用8051單片機為中心器件，利用其定時器/計數(shù)器定時和記數(shù)的原理，結(jié)合顯示電路、LED數(shù)碼管以及外部中斷電路來設(shè)計計時器。將軟、硬件有機地結(jié)合起來，使得系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)兩位LED顯示，顯示時間為0～99.9秒，計時精度為0.1秒，能正確地進行計時，同時能記錄一次時間，并在下一次計時后對上一次計時時間進行查詢。其中軟件系統(tǒng)

6、采用匯編語言編寫程序，包括顯示程序，定時中斷服務(wù)，外部中斷服務(wù)程序，延時程序等，并在WAVE中調(diào)試運行，硬件系統(tǒng)利用PROTEUS強大的功能來實現(xiàn)，簡單切易于觀察，在仿真中就可以觀察到實際的工作狀態(tài)。 </p><p>　　關(guān)鍵字：單片機；數(shù)字電子秒表；仿真 </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With

7、the rapid development of science and technology in recent years, SCM applications are constant-depth manner. In this paper, based on single chip design of digital electronic stopwatch. The main characteristics of this d

8、esign timing accuracy of 0.01s, to solve the traditional result of a lack accuracy due to timing errors and unfair, and is a variety of sports competitions, one of the essential equipment. In addition the hardware part o

9、f the set View button on the stopwatch can be the last </p><p>　　The design of the multi-function stopwatch system uses STC89C52 microcontroller as the central device, and use its timer / counter timing and

10、the count principles, combined with display circuit, LED digital tube, as well as the external interrupt circuit to design a timer. The software and hardware together organically, allowing the system to achieve two LED d

11、isplay shows the time from 0 to 99.99 seconds, Timing accuracy of 0.01 seconds, Be able to correctly time at the same time to record a tim</p><p>　　Keyword：LED display；High-precision stopwatch；8051</p>

12、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　緒 論2</b></p><p><b>　　1引言3</b></p><p>　　1.1秒表及其發(fā)展現(xiàn)狀3</p><p><b>　　1.2設(shè)計方案3</b><

13、;/p><p>　　1.2.1設(shè)計內(nèi)容3</p><p>　　1.2.2設(shè)計要求4</p><p>　　1.2.3 系統(tǒng)方案4</p><p>　　2 元器件的概述及選擇5</p><p>　　2.1單片機的選擇5</p><p>　　2.1.1 AT89C51單片機介紹5</p&

14、gt;<p>　　2.1.2 74LS164的介紹6</p><p>　　2.1.3兩位LED數(shù)碼管顯示7</p><p>　　3 數(shù)字秒表硬件設(shè)計9</p><p>　　3.1單片機硬件設(shè)計9</p><p>　　3.1.1數(shù)字秒表電路設(shè)計9</p><p>　　3.1.2 電源電路10&

15、lt;/p><p>　　3.1.3晶振電路的選擇與設(shè)計10</p><p>　　3.1.4復(fù)位電路的選擇與設(shè)計11</p><p>　　3.2系統(tǒng)總電路的設(shè)計12</p><p>　　4 軟件設(shè)計12</p><p>　　4.1 程序設(shè)計思想12</p><p>　　4.1.1 程序設(shè)

16、計流程圖13</p><p>　　4.1.2 數(shù)字秒表主程序設(shè)計16</p><p>　　4.2 數(shù)字秒表仿真圖20</p><p>　　5 數(shù)字秒表的系統(tǒng)調(diào)試21</p><p>　　5.1 測試儀器21</p><p>　　5.2軟件調(diào)試21</p><p>　　5.3硬件測試

17、21</p><p><b>　　結(jié)束語23</b></p><p><b>　　謝辭24</b></p><p><b>　　參考文獻25</b></p><p><b>　　緒 論</b></p><p>　　秒表計時器

18、是電器制造，工業(yè)自動化控制、國防、實驗室及科研單位理想的計時儀器，它廣泛應(yīng)用于各種繼電器、電磁開關(guān)，控制器、延時器、定時器等的時間測試。</p><p>　　2004年8月28日15點15分，中國選手孟關(guān)良/楊文軍在雅典奧運會男子500米劃艇決賽中，以1分40秒278的成績獲得中國在雅典奧運會的第28金。這是中國皮劃艇項目的第一枚奧運金牌，也是中國水上項目在歷屆奧運會上所獲得的第一枚金牌。孟關(guān)良/楊文軍的成績比獲

19、得銀牌的古巴選手只快了 0.072秒，以至于兩人在奪冠之后還不敢相信。</p><p>　　在現(xiàn)在的體育競技比賽中，隨著運動員的水平不斷提高，差距也在不斷縮小。有些運動對時間精度的要求也越來越高，有時比賽冠亞軍之間的差距只有幾毫秒，因此就需要高精度的秒表來記錄成績。</p><p>　　本設(shè)計利用8051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)開始暫停

20、的功能。P0口輸出段碼數(shù)據(jù)，P2.0-P2.4口作列掃描輸出，P1.1、P3.2、P3.3、P2.5分別接四個按鈕開關(guān)，分別實現(xiàn)開始、暫停、清零和查看上次時間的功能。顯示電路由兩位共陰極數(shù)碼管組成。</p><p>　　初始狀態(tài)下計時器顯示00，當(dāng)按下開始鍵時，外部中斷INT1向CPU發(fā)出中斷請求，CPU轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部中斷1服務(wù)程序，即開啟定時器T0。計時采用定時器T0中斷完成，定時溢出中斷周期為1ms，當(dāng)一處中斷

21、后向CPU發(fā)出溢出中斷請求，每發(fā)出一次中斷請求就對毫秒計數(shù)單元進行加一，達到10次就對十毫秒位進行加一，依次類推，直到99秒重新復(fù)位。在計時過程中，只要按下暫停鍵，外部中斷INT0向CPU發(fā)出中斷請求，CPU轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部中斷0服務(wù)程序,即關(guān)閉定時器T0，調(diào)用顯示程序，實現(xiàn)暫停功能，同時將此次計時時間存入寄存區(qū)。然后對P1.1進行掃描。當(dāng)P1.1按下時就跳轉(zhuǎn)回主程序。等待下一次計時開始。</p><p>　　在按下

22、暫停鍵時，將此時的計時時間存入中間緩存區(qū)，當(dāng)再次按下開始鍵時，則講中間緩存區(qū)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入最終緩存區(qū)。秒表停止后對查看鍵P2.5進行掃描，P2.5按下為低電平時，調(diào)用最終緩存區(qū)的數(shù)據(jù)進行顯示，即顯示上一次計時成績。當(dāng)P2.5位高電平時，調(diào)用顯示緩存區(qū)的數(shù)據(jù)進行顯示，即顯示當(dāng)此計時的成績。根據(jù)以上設(shè)計思路從而實現(xiàn)數(shù)字電子秒表的計時和查看上一次計時時間的功能。</p><p>　　本文主要內(nèi)容包括三部分：第一部分介紹硬件

23、部分設(shè)計思路及方案；第二部分介紹了軟件部分的設(shè)計思路和設(shè)計；最后一部分則是整個系統(tǒng)的安裝與調(diào)試過程。</p><p><b>　　1引言</b></p><p>　　1.1秒表及其發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　時間是日常生活、工業(yè)、醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護、化工、石油等領(lǐng)域最常遇到的一個物理量。測量時間的基本方法是使用秒表直接測量。其中秒表的精度是人們最

24、關(guān)心的，這就要求它的計時最小單位足夠小，顯示模塊的靈敏度足夠高。目前人們所能測量的最小計時單位是毫秒級。</p><p><b>　　1.2設(shè)計方案</b></p><p><b>　　1.2.1設(shè)計內(nèi)容</b></p><p>　　該實驗要求進行計時并在數(shù)碼管上顯示時間，則可利用MCS系列單片機微機仿真實驗系統(tǒng)中的芯片8

25、051中的P3.2管腳作為外部中斷0的入口地址，并實現(xiàn)“開始”按鍵的功能；將P3.3作為外部中斷1的入口地址，并實現(xiàn)“清零”按鍵的功能；使用P0口作為段碼數(shù)據(jù)輸出控制口，74LS164用作驅(qū)動輸出控制，P1.1、P1.2口分別實現(xiàn)暫停、快加的功能。顯示電路由兩位共陰極數(shù)碼管組成。使用定時器T0實現(xiàn)10ms的定時，進行快加延時；當(dāng)想實現(xiàn)正常計數(shù)時的1s延時，只需要實現(xiàn)40次25ms的定時器T1控制延時就可以實現(xiàn)。其中“開始”按鍵當(dāng)開關(guān)由1

26、撥向0時開始計時；“清零”按鍵當(dāng)開關(guān)由1撥向0時數(shù)碼管清零，此時若再撥“開始”按鍵則又可重新開始計時。</p><p>　　初始狀態(tài)下計時器顯示00，當(dāng)按下開始鍵時，外部中斷INT0向CPU發(fā)出中斷請求，CPU轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部中斷0服務(wù)程序，即開啟定時器T0，并且進行100次計數(shù)，當(dāng)?shù)?00次時，即延時1s時，產(chǎn)生一個中斷信號，向CPU發(fā)出請求，執(zhí)行計數(shù)器加一且送往數(shù)碼管顯示。在計時過程中，只要按下暫停鍵，即根據(jù)P1

27、.0口電平變化去執(zhí)行控制程序，關(guān)斷定時器T0和T1，調(diào)用顯示子程序，實現(xiàn)暫停功能。在按下暫停鍵時，將此時的計時時間存入中間緩存區(qū)，當(dāng)再次按下開始鍵時，則講中間緩存區(qū)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入最終緩存區(qū)。</p><p>　　計時采用定時器T1中斷完成，定時溢出中斷周期為25ms，并同時進行40次計數(shù)，當(dāng)有溢出時，會產(chǎn)生中斷信號，向CPU發(fā)出中斷請求，每發(fā)出一次中斷請求就對計數(shù)單元低位進行加一，達到10次就對高位進行加一，送數(shù)碼管

28、顯示，依此類推，直到99秒后再加一后返回00，重新開始。</p><p>　　數(shù)碼管顯示電路采用動態(tài)掃描的方式，由于數(shù)碼管采用共陰極的接法，當(dāng)位選信號為高電平時，該位選通，P0口中的數(shù)據(jù)送到該段上顯示，節(jié)省接口資源，又能實時動態(tài)的性能。</p><p>　　再看按鍵的處理。這四個鍵可以采用中斷的方法，也可以采用掃描的方法來識別。復(fù)位鍵和開始鍵功能在于使程序從頭執(zhí)行，對于時間的要求即單片機上

29、電初始化時的值00；而停止鍵則要用于對時間的鎖定，需要比較準(zhǔn)確的控制；而對于快加鍵，當(dāng)檢測到有快加信號時，則啟動定時器T0, 完成一個周期定時時產(chǎn)生一個溢出中斷請求，向CPU發(fā)送請求，每發(fā)一次就對計數(shù)單元低位進行加一操作，達到10次就對高位進行加一操作，送數(shù)碼管顯示，依次循環(huán)；同時檢測是否有暫停信號，有暫停信號時，跳出快加程序，執(zhí)行顯示子程序。因此可以對暫停和快加按鍵采取掃描的方式。而對開始和復(fù)位鍵采用外部中斷的方式。</p>

30、;<p><b>　　1.2.2設(shè)計要求</b></p><p>　　課題需要以MCS-51系列單片機為核心，結(jié)合外圍電路，制作一款時間參數(shù)測量系統(tǒng)。</p><p>　　具體要求如下： </p>&

31、lt;p>　　1) 使用兩位數(shù)碼管顯示，顯示時間00-99秒；</p><p>　　2) 正常計數(shù)時，每秒自動加一；</p><p>　　3) 一個開始按鍵，一個復(fù)位按鍵，一個暫停按鍵和一個快加按鍵；</p><p>　　4) 實現(xiàn)計數(shù)、復(fù)位、清零和快加功能；</p><p>　　5) 單片機通電后，首先初始化，然后進行對按鍵掃描。開始

32、鍵用來控制秒表工作的開始；暫停鍵用來暫停程序的運行；快加鍵控制快速計數(shù)的開始，利用暫停鍵停止；復(fù)位鍵是用來對程序復(fù)位用的，當(dāng)程序出現(xiàn)死循環(huán)或想從00開始重新計時，按下復(fù)位鍵可返回程序開始，重新執(zhí)行。</p><p>　　1.2.3 系統(tǒng)方案</p><p>　　此方案采用LCD數(shù)碼管顯示測量結(jié)果。LCD數(shù)碼管顯示器由8個發(fā)光二極管中的7個長條形二極管（稱七筆段）按a、b、c、d、e、f、g

33、順序組成八字形，另外一個點形的發(fā)光二極管dp 放在右下方，用來顯示小數(shù)點。顯示時用掃描每個數(shù)碼管，同時逐一點亮的方法進行顯示.</p><p>　　實際采用電路方框圖如圖4－1所示此多點溫度測量電路主要由以下幾部分組成：控制器單片機AT89C51、顯示單元LED數(shù)碼管顯示器、開關(guān)選擇電路、電源電路等。</p><p>　　圖1.2.3 系統(tǒng)設(shè)計方框圖</p><p>

34、;　　2 元器件的概述及選擇</p><p><b>　　2.1單片機的選擇</b></p><p>　　2.1.1 AT89C51單片機介紹 本設(shè)計的最主要的元器件就是AT89C51單片機。AT89C51單片機在一塊芯片上集成了CPU，存儲器RAM，ROM以及輸入與輸出接口電路，這種芯片習(xí)慣上被稱為單片微型計算機。</p><p>　　

35、AT89C51單片機由CPU，振蕩器與時序電路， 4個8位的I/O端口（P0，P1，P2，P3），串行口等組成。</p><p><b>　　P0口有三個功能：</b></p><p>　　1、外部擴展存儲器時，當(dāng)作數(shù)據(jù)總線（如圖中的D0~D7為數(shù)據(jù)總線接口）。</p><p>　　2、外部擴展存儲器時，當(dāng)作地址總線（如圖中的A0~A7為地址總

36、線接口）。</p><p>　　3、不擴展時，可做一般的I/O使用，但內(nèi)部無上拉電阻，作為輸入或輸出時應(yīng)在外部接上拉電阻。</p><p>　　P1口只做I/O口使用：其內(nèi)部有上拉電阻。</p><p>　　P2口有兩個功能： </p><p>　　1、擴展外部存儲器時，當(dāng)作地址總線使用； 圖2.1 單片機89C51&

37、lt;/p><p>　　2、做一般I/O口使用，其內(nèi)部有上拉電阻；</p><p><b>　　P3口有兩個功能：</b></p><p>　　除了作為I/O使用外（其內(nèi)部有上拉電阻），還有一些特殊功能，由寄存器來設(shè)置。</p><p>　　ALE：地址鎖存控制信號</p><p>　　PSEN：外部

38、程序存儲器讀選通信號</p><p>　　EA/VPP：訪問和序存儲器控制信號</p><p>　　RST：復(fù)位信號XTAL1和XTAL2 </p><p><b>　　VCC：供電電壓 </b></p><p><b>　　GND：接地 </b></p><p>　　2.1

39、.2 AT89C51單片機的優(yōu)點 </p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易

40、失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案</p><p>　　2.1.3 AT89C51主要特性：　　·與MCS-51 兼容 　　·4K字節(jié)可編程FLASH存

41、儲器 　　·壽命：1000寫/擦循環(huán) 　　·數(shù)據(jù)保留時間：10年 　　·全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz 　　·三級程序存儲器鎖定 　　·128×8位內(nèi)部RAM 　　·32可編程I/O線 　　·兩個16位定時器/計數(shù)器 　　·5個中斷源 　　·可編程串行通道 　　·低功耗的閑置和掉電模式 　　·片內(nèi)

42、振蕩器和時鐘電路</p><p>　　2.2 74LS164的介紹</p><p>　　1.164 為 8 位移位寄存器,其主要電特性的典型值如下：</p><p>　　54/74164  185mW     54/74LS164 80mW當(dāng)清除端（CLEAR）為低電平時，輸出端（QA－QH）均為低電平。 串行數(shù)

43、據(jù)輸入端（A，B）可控制數(shù)據(jù)。當(dāng) A、B任意一個為 低電平，則禁止新數(shù)據(jù)輸入，在時鐘端（CLOCK）脈沖上升沿作用下Q0 為低電平。當(dāng)A、B 有一個為高電平，則另一個就允許輸入數(shù)據(jù)，并在CLOCK 上升沿作用下決定Q0 的狀態(tài)。 </p><p><b>　　2. 引腳功能：</b></p><p>　　CLOCK ：時鐘輸入端CLEAR： 同步清除輸入端（低電平有

44、效） A，B ：串行數(shù)據(jù)輸入端QA－QH： 輸出端</p><p>　　圖1 74LS164封裝圖</p><p>　　圖2 74LS164 內(nèi)部邏輯圖 </p><p>　　3. 極限值 電源電壓7V 輸入電壓……… 5.5V 工作環(huán)境溫度 54164………… -55～125℃ 74164………… -0～70℃ 儲存溫度……

45、0; -65℃～150℃</p><p><b>　　圖3 真值表</b></p><p>　　H－高電平 L－低電平 X－任意電平 ↑－低到高電平跳變 QA0,QB0,QH0 －規(guī)定的穩(wěn)態(tài)條件建立前的電平 QAn,QGn －時鐘最近的↑前的電平 </p><p><b>　　圖4 時序圖</b></

46、p><p>　　4. 選擇74LS164的優(yōu)勢</p><p>　?。?）經(jīng)典串入并出，1個I/O口就可以驅(qū)動多個數(shù)碼管。</p><p>　?。?）響應(yīng)快 、頻率帶寬高 、工作溫度適應(yīng)范圍大等等</p><p><b>　?。?）節(jié)省IO口啊</b></p><p>　?。?）7段數(shù)碼管,7個筆畫,

47、1個公共端正好對應(yīng)164的8個輸出口,一串164,就可以控制一串?dāng)?shù)碼管.單片機只要付出2個控制腳即可</p><p>　　2.3兩位LED數(shù)碼管顯示 </p><p>　　其中一個兩位數(shù)碼管用來顯示數(shù)據(jù)， 一位用來顯示個位秒，另一位用來顯示十位秒。當(dāng)計數(shù)超過范圍時所有數(shù)碼管全部清零重新計數(shù)。</p><p>　　顯示原理圖如下圖所示：</p>

48、<p><b>　　數(shù)碼管的優(yōu)勢如下：</b></p><p>　　LED數(shù)碼管類似于洗墻燈什么的，適合戶外建筑墻壁上，如果要顯示視頻的話需要做的很大，整個建筑墻面都可以覆蓋，亮度與LED顯示屏差不多，但畫面肯定沒有顯示屏細(xì)膩的。LED顯示屏的話應(yīng)用蠻廣的，可以做室內(nèi)、半室外、室外顯示屏，亮度都很高，畫面根據(jù)他的點間距可以做的很細(xì)膩，但是LED顯示屏非常貴，用來做戶外廣告非常合適&

49、lt;/p><p>　　3 數(shù)字秒表硬件設(shè)計</p><p>　　3.1單片機硬件設(shè)計</p><p>　　3.1.1數(shù)字秒表電路設(shè)計</p><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(shè)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(biāo)。</p><p>　　設(shè)計中包括硬件電路

50、的設(shè)計和系統(tǒng)程序的設(shè)計。其硬件電路主要有主控制器，計時與顯示電路和回零、啟動和快加電路等。主控制器采用單片機8051，顯示電路采用兩位共陰極LED數(shù)碼管顯示計時時間。</p><p>　　本設(shè)計利用8051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(fù)位的功能。P0口輸出段碼數(shù)據(jù)，74LS164用作驅(qū)動輸出，P1.1、P1.2、P3.2、P3.3口接四個按鈕開關(guān)，分別實現(xiàn)暫

51、停、快加、開始和復(fù)位功能。電路原理圖設(shè)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。硬件電路圖按照圖3進行設(shè)計。主電路見附錄。</p><p>　　圖3.1.1 數(shù)字秒表硬件電路基本原理圖</p><p>　　根據(jù)要求知道秒表設(shè)計主要實現(xiàn)的功能是計時和顯示。本設(shè)計中，數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存單元11H和12H中。其中12H存放低位數(shù)據(jù)，11H存放高位數(shù)據(jù)

52、，每一地址單元內(nèi)均為十進制BCD碼。由于采用軟件動態(tài)掃描實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示功能，顯示用十進制BCD碼數(shù)據(jù)的對應(yīng)段碼存放在ROM表中。顯示時，分別取出11H、12H地址中的數(shù)據(jù)，然后查得對應(yīng)的顯示用段碼，并從P0口輸出，P2口將對應(yīng)的數(shù)碼管選中供電，就能顯示該地址單元的數(shù)據(jù)值。采用了匯編語言編寫，匯編語言由于采用了助記符號來編寫程序，比用機器語言的二進制代碼編程要方便些，在一定程度上簡化了編程過程。匯編語言的特點是用符號代替了機器指令代碼，而且

53、助記符與指令代碼一一對應(yīng)，基本保留了機器語言的靈活性。</p><p>　　3.1.2 電源電路</p><p>　　電源電路是系統(tǒng)的最基本部分，任何部分都離不開電源部分，單片機系統(tǒng)也不例外，而且我們應(yīng)該高度重視電源部分，不能因為電源部分電路比較簡單而有所疏忽，其實有一半的故障或制作失敗都和電源有關(guān)，電源部分做好才能保證電路的正常工作。</p><p>　　3.1.

54、3晶振電路的選擇與設(shè)計</p><p>　　MCS-51單片機內(nèi)部的振蕩電路是一個增益反相放大器，引線XYAL1和XTAL2分別為反相放大器的輸入和內(nèi)部時鐘電路輸入和來自反相放大器的輸出，該反相放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。單片機內(nèi)部雖然有震蕩電路，但要形成時鐘，外部還需要附加電路石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用，有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，單必須保證脈沖的高低電平要

55、求的寬度。晶振電路如圖1、2所示。</p><p>　　圖1 內(nèi)部晶振電路 圖2 外部晶振電路</p><p>　　單片機的時鐘產(chǎn)生方式有兩種，分別為：內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。利用其內(nèi)部的震蕩電路XTAL1和XTAL2外接定時元件，內(nèi)部震蕩電路便產(chǎn)生自激震蕩，用示波器可以觀察到XTAL2的輸出時鐘信號。在MCS-52中通常用內(nèi)部

56、時鐘方式，也就是在XTAL1和XTAL2之間連接晶體振蕩器與電容構(gòu)成穩(wěn)定的自激震蕩器。</p><p>　　晶體和電容決定了單片機的工作精度為1微秒，晶體可在1.2-12MHZ之間選擇。MCS-51單片機在通常情況下，使用震蕩頻率為6MHZ的石英晶體，而12MHZ頻率主要是在高速串行通信情況才使用，在這里我們用的是12MHZ的石英晶體。對電容無嚴(yán)格要求，但它在取值對震蕩頻率的輸出的穩(wěn)定性、大小及震蕩電路起震蕩速度

57、有點影響。C1和C2可在10-100pF之間取值，一般情況下取30pF。外部時鐘方式是把外部震蕩信號源直接接入XTAL1或XTAL2。由于XTAL2的邏輯電平不是TTL，所以還要接上拉電阻。</p><p>　　3.1.4復(fù)位電路的選擇與設(shè)計</p><p>　　單片機小系統(tǒng)采用上電自動復(fù)位和手動按鍵復(fù)位兩種方式實現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位操作。上電復(fù)位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復(fù)位操作。手動復(fù)位要求在電

58、源接通的條件下，在單片機運行期間，如果發(fā)生死機，用按鈕開關(guān)操作使單片機復(fù)位。單片機要完成復(fù)位，必須向復(fù)位端輸出并持續(xù)兩個機器周期以上的高電平，從而實現(xiàn)復(fù)位操作。上電自動復(fù)位通過電容C1充電來實現(xiàn)和限流電阻R2。手動按鍵復(fù)位是通過按鍵將電阻R1與VCC接通來實現(xiàn)。R1作為上拉電阻，當(dāng)復(fù)位鍵按下是產(chǎn)生一個觸發(fā)脈沖，進行復(fù)位操作。</p><p>　　在MCS－51中，復(fù)位電路的外部邏輯電路由通過二極管的單向?qū)ㄐ院褪?/p>

59、密特觸發(fā)器組成（圖 3），最常見的幾種方式的復(fù)位電路如圖（圖4、5、6），它能有效的實現(xiàn)上電復(fù)位和手動復(fù)位。RST引腳是復(fù)位信號輸入端，復(fù)位信號為高電平有效，其有效時間應(yīng)持續(xù)24個振蕩周期以上才能完成復(fù)位操作，若使用6MHz晶振，則需持續(xù)4μs以上才能完成復(fù)位操作。如圖中在通電瞬間，由于RC的充電過程，在 RST端出現(xiàn)一定寬度的正脈沖，只要該正脈沖保持10ms以上，就能使單片機自動復(fù)位，在6MHz時鐘時，通常CR取22μF，R1取200

60、Ω，R2取1KΩ，這時能可靠的上電復(fù)位和手動復(fù)位。</p><p>　　圖3內(nèi)部復(fù)位電路邏輯圖 圖4上拉復(fù)位電路</p><p>　　圖5按鍵電平復(fù)位電路 圖6按鍵脈沖復(fù)位電路</p><p>　　3.2系統(tǒng)總電路的設(shè)計</p><p>　　系統(tǒng)總電路由以上設(shè)計的顯示電路，

61、時鐘電路，按鍵電路和復(fù)位電路組成，只要將單片機與以上各部分電路合理的連接就組成了系統(tǒng)總電路。系統(tǒng)總電路圖附錄B所示。</p><p>　　8051單片機為主電路的核心部分，各個電路均和單片機相連接，由單片機統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)各個電路的運行工作。</p><p>　　8051單片機提供了XTAL1和XTAL2兩個專用引腳接晶振電路，因此只要將晶振電路接到兩個專用引腳即可為單片機提供時鐘脈沖，但在焊接

62、晶振電路時要盡量使晶振電路靠近單片機，這樣可以為單片機提供穩(wěn)定的始終脈沖。</p><p>　　復(fù)位電路同晶振電路，單片機設(shè)有一個專用的硬件復(fù)位接口，并設(shè)置為高電平有效。</p><p>　　按鍵電路與單片機的端口連接可以由用戶自己設(shè)定，本設(shè)計中軟件復(fù)位鍵和查看鍵分別接單片機的P1.1和P2.5，均設(shè)為低電平有效。而另外的開始鍵和暫停鍵兩鍵使用了外部中斷，所以需要連接到單片機的特殊接口P3

63、.3和P3.2，這兩個I/O口的第二功能分別為單片機的外部中斷1端口和外部中斷0端口。同樣設(shè)置為位低電平有效。</p><p>　　顯示電路由兩位數(shù)碼管組成，采用動態(tài)顯示方式，因此有8位段控制端和5位位控制端，八位段控制接P0口，P0.0~P0.7分別控制數(shù)碼顯示管的a、b、c、d、e、f、g、dp顯示，8051的P0口沒有集成上拉電阻，高電平的驅(qū)動能力很弱，所以需要接上拉電阻來提高P0的高電平驅(qū)動能力。五位位控

64、制則由低位到高位分別接到P2.0~P2.4口，NPN三極管9013做為位控制端的開關(guān)，當(dāng)P2.0~P2.4端口任意一個端口為高電平時，與其相對應(yīng)的三極管就導(dǎo)通，對應(yīng)的數(shù)碼管導(dǎo)通顯示。</p><p>　　通過以上設(shè)計已經(jīng)將各部分電路與單片機有機的結(jié)合到一起，硬件部分的設(shè)計以大功告成，剩下的部分就是對單片機的編程，使單片機按程序運行，實現(xiàn)數(shù)字電子秒表的全部功能。</p><p><b&

65、gt;　　4 軟件設(shè)計</b></p><p>　　4.1 程序設(shè)計思想</p><p>　　本設(shè)計采用了匯編語言編寫，匯編語言由于采用了助記符號來編寫程序，比用機器語言的二進制代碼編程要方便些，在一定程度上簡化了編程過程。匯編語言的特點是用符號代替了機器指令代碼，而且助記符與指令代碼一一對應(yīng)，基本保留了機器語言的靈活性。使用匯編語言能面向機器并較好地發(fā)揮機器的特性，得到質(zhì)

66、量較高的程序。</p><p>　　模塊化結(jié)構(gòu)程序的設(shè)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(shè)計。</p><p>　　4.1.1 程序設(shè)計流程圖</p><p>　　本系統(tǒng)程序主要模塊由主程序、定時中斷服務(wù)程序、外部中斷0服務(wù)程序和外部中斷1服務(wù)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)各個子程序之間的聯(lián)

67、系。系統(tǒng)（上電）復(fù)位后，進入主程序，主程序流程圖如圖10所示，部分子程序流程圖由圖11、12、13、14、15、16給出。首先對系統(tǒng)進行初始化，包括設(shè)置各入口地址、中斷的開啟、對各個數(shù)據(jù)緩存區(qū)清“0”、賦定時器初值，初始化完畢后，就進入數(shù)碼管顯示程序。在主程序中還進行了賦寄存區(qū)的初始值、設(shè)置定時器初值以及開啟外部中斷等操作，當(dāng)定時時間到后就轉(zhuǎn)去執(zhí)行定時中斷程序。當(dāng)外部中斷有請求則去執(zhí)行外部中斷服務(wù)。并在執(zhí)行完后返回主程序。</p&

68、gt;<p>　　圖10 主程序流程圖</p><p>　　4.1.2 數(shù)字秒表主程序設(shè)計</p><p><b>　　ORG 0000H</b></p><p>　　AJMP MAIN ;主程序入口地址</p><p><b>　　ORG 0003H&

69、lt;/b></p><p>　　AJMP ZHONGDUAN0 ;中斷0入口地址 </p><p><b>　　ORG 000BH</b></p><p>　　AJMP YANSHI ;定時器T0入口地址</p><p><b>　

70、　ORG 0013H</b></p><p>　　AJMP ZHONGDUAN1 ;中斷1入口地址</p><p><b>　　ORG 001BH</b></p><p>　　AJMP DINGSHI ;中斷1入口地址</p><p>　　

71、ORG 0030H ;主程序入口地址</p><p><b>　　;主程序</b></p><p>　　MAIN:MOV TCON,#05H 主程序開始外部中斷跳變</p><p>　　MOV TMOD,#11H ;定時器0、1工作模式1下<

72、/p><p>　　MOV IE,#8FH ;中斷允許</p><p>　　MOV DPTR,#TAB ;指向數(shù)據(jù)表首地址</p><p>　　MOV 12H,#00H ;初始化設(shè)置</p><p>　　MOV 11H,#00H</p><p&g

73、t;　　MOV R1,#00H</p><p>　　MOV R2,#00H</p><p>　　MOV R3,#40 ;循環(huán)40次</p><p>　　MOV TL0,#58H ;定時25ms</p><p>　　MOV TH0,#9EH</p><p>

74、　　MOV TL1,#0F0H ;定時10ms</p><p>　　MOV TH1,#0D8H</p><p>　　CLR TR0 ;關(guān)斷定時器</p><p><b>　　CLR TR1</b></p><p>　　HERE:JB P1.0,HERE

75、 ;位掃描，為0順序執(zhí)行</p><p>　　SHOW:CLR TR1</p><p><b>　　CLR TR0</b></p><p>　　ACALL XIANSHI</p><p>　　KUAIJIA:JB P1.2,KUAIJIA ;等待快加信號為0時快加<

76、/p><p><b>　　CLR TR0</b></p><p><b>　　SETB TR1</b></p><p>　　HERE1:JNB P1.2,HERE1</p><p><b>　　AJMP HERE</b></p><p>　　;外部中斷0子程

77、序，計時按鍵K1子程序</p><p>　　ZHONGDUAN0:SETB TR0 ;正常計時 1s延時</p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　;外部中斷1子程序，復(fù)位鍵K2子程序</p><p>　　ZHONGDUAN1:CLR TR0

78、 </p><p><b>　　CLR TR1</b></p><p>　　MOV 12H,#00H</p><p>　　MOV 11H,#00H</p><p>　　ACALL XIANSHI ;調(diào)用顯示子程序</p><p>　　MOV R1,#00H</p>&

79、lt;p>　　MOV R2,#00h</p><p><b>　　RETI</b></p><p><b>　　;加一子程序</b></p><p>　　JIA1: INC R1 ;加一子程序</p><p>　　CJNE R1,#0AH,LO

80、OP ;判斷低位是否有溢出</p><p>　　MOV R1,#00H</p><p><b>　　INC R2</b></p><p>　　CJNE R2,#0AH,LOOP</p><p>　　MOV R2,#00H</p><p>　　LOOP:MOV 12H,

81、 R1 ;重新加載計數(shù)值</p><p>　　MOV 11H,R2</p><p><b>　　RET</b></p><p><b>　　;顯示子程序</b></p><p>　　XIANSHI:MOV R7,#02H

82、 ;2個數(shù)碼管顯示子程序</p><p>　　MOV R0,#12H</p><p>　　LOOP1:MOV R6,#08H ;8位2進制數(shù)</p><p><b>　　MOV A,@R0</b></p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p>&l

83、t;p>　　LOOP2:RLC A ;循環(huán)左移帶進位</p><p><b>　　CLR P3.1</b></p><p>　　MOV P3.0,C</p><p><b>　　SETB P3.1</b></p><p>　　DJNZ

84、R6,LOOP2 ;判斷數(shù)據(jù)是否掃描完成</p><p><b>　　DEC R0</b></p><p>　　DJNZ R7,LOOP1 ;判斷2位是否掃描完成</p><p><b>　　RET</b></p><p

85、>　　;定時器T0子程序 </p><p>　　YANSHI:MOV TL0,#58H ;定時器T0賦初值</p><p>　　MOV TH0,#9EH</p><p>　　DJNZ R3,LOOP7 ;實現(xiàn)1s延時</p><p>　　ACA

86、LL JIA1 ;調(diào)用加一子程序</p><p>　　ACALL XIANSHI ;調(diào)用顯示子程序</p><p>　　MOV R3,#40 ;循環(huán)次數(shù)重加載</p><p>　　LOOP7: RETI</p><p&

87、gt;<b>　　;定時器T1子程序</b></p><p>　　DINGSHI:MOV TL1,#0F0H ;定時器T1子程序</p><p>　　MOV TH1,#0D8H</p><p><b>　　CLR TR0</b></p><p>　　SETB

88、TR1 ;實現(xiàn)10ms延時</p><p>　　MOV 12H,R1</p><p>　　MOV 11H,R2</p><p>　　JNB P1.0,SHOW ;實現(xiàn)快加功能</p><p>　　ACALL JIA1

89、 ;子程序調(diào)用</p><p>　　ACALL XIANSHI</p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　TAB:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH ;共陰接法數(shù)碼管地址表</p><p><b>　　END</b>

90、;</p><p>　　4.2 數(shù)字秒表仿真圖</p><p>　　5 數(shù)字秒表的系統(tǒng)調(diào)試</p><p><b>　　5.1 測試儀器</b></p><p>　　DS5102CA 100MHZ 雙信道數(shù)字示波器一臺</p><p>　　DF17351SB5AB直流電源一臺</p>

91、<p>　　奔四3.0計算機一臺</p><p><b>　　萬用表一塊</b></p><p><b>　　5.2軟件調(diào)試</b></p><p>　　軟件調(diào)試的任務(wù)是利用軟件的開發(fā)工具進行仿真調(diào)試，發(fā)現(xiàn)和糾正程序錯誤，同時也能發(fā)現(xiàn)硬件故障。</p><p>　　程序的調(diào)試應(yīng)該一個模

92、塊接一個模塊地進行，首先單獨調(diào)試各功能子程序，檢查程序是否能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的功能，接口電路的控制是否正確等；最后是逐步將各個子程序連接起來總調(diào)試。在軟件編寫和調(diào)試過程中應(yīng)注意一下幾點：一、子程序的名稱標(biāo)號一定不要重復(fù)，在整個程序中不允許有兩個名字相同的子程序；二、語句中間的標(biāo)點符號須在英文輸入環(huán)境下，中文環(huán)境下的標(biāo)點Keiil uVsion3編譯軟件不識別，會出現(xiàn)一些不易查找的問題，這一點需特別注意；三、當(dāng)子程序間有值傳遞時，必須注意實參和

93、形參的類型；四、程序要有盡量詳細(xì)的注釋，以便問題的查找和增強程序的易讀性。</p><p>　　我首先將編好的程序在Keiil uVsion3環(huán)境之中進行編譯，第一次未通過，經(jīng)過錯誤提示我發(fā)現(xiàn)是幾處標(biāo)點的格式為中文格式導(dǎo)致編譯軟件不能識別，還有一處丟掉了一個分號，改正之后就運行正常，最終生產(chǎn)了HEX文件。</p><p>　　程序編寫完畢，就可開始系統(tǒng)的仿真調(diào)試，應(yīng)該先采取軟件仿真，確保整

94、個程序無語法錯誤，排除邏輯錯誤及其他錯誤，然后開始硬件調(diào)試。軟件仿真主要采用Keil和Proteus相結(jié)合的方式。在Proteus的庫中將所需的元件調(diào)出按照硬件設(shè)計原理圖將其連接好，將已生成的HEX文件加載入AT89C51之中，運行之后顯示出了秒表的功能。</p><p><b>　　5.3硬件測試</b></p><p>　　先分別調(diào)試各功能單元模塊，調(diào)通后再進行整

95、機調(diào)試，以提高調(diào)試效率。調(diào)試過程如下：</p><p>　　(1) AT89C51 這部分電路是系統(tǒng)的主要部分，接上電源后先用萬用表測量單片機的20引腳是否為低電平，再測量40引腳和31引腳是否為高電平，正常后用示波器測量30引腳，看是否輸出2M的方波信號，正常后說明單片機已起振。</p><p>　　(2) 顯示部分調(diào)試 執(zhí)行液晶清屏和全部點亮等簡單的操作，當(dāng)調(diào)試成功后，再進行

96、查表操作，往液晶里寫數(shù)字和漢字，都成功后說明液晶部分已經(jīng)可以控制。 </p><p>　　(3) 整機調(diào)試 各個部分都調(diào)通后，將各部分連起來調(diào)，檢查是否能滿足基本功能，這部分工作量較大，要注意軟件上各個部分的銜接，是否有互相影響的因素，由于程序中用到了中斷，要注意對現(xiàn)場的保護，還要考慮開關(guān)消抖時間是否合理。這時候硬件電路出錯的可能已經(jīng)比較小，但是也要注意各部分是否有互相影響的地方，要注意防止外界的干擾。&l

97、t;/p><p>　　(4) 問題的出現(xiàn)和解決 當(dāng)我把一切都調(diào)試好后，發(fā)現(xiàn)顯示屏還是沒有信號的顯示。經(jīng)過查閱資料和請叫其他同學(xué)后，知道是沒有給單片機連向顯示屏的端口接上拉電阻。補上后顯示正常。</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　本設(shè)計的數(shù)字電子秒表是由8051單片機、共陰數(shù)碼顯示管、控制按鍵等器件構(gòu)成的，設(shè)有兩位計

98、時顯示，開始、暫停、復(fù)位按鍵以及一個實現(xiàn)快加功能的按鈕。計時精度能到達10ms，設(shè)計精簡，使用簡單易懂。系統(tǒng)設(shè)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(xì)的電路設(shè)計方法。采用匯編語言來進行軟件設(shè)計，利用匯編語言面向機器并能較好的發(fā)揮機器的特性，且用內(nèi)存少，執(zhí)行速度快，能提高秒表的精度。</p><p>　　通過本次設(shè)計，復(fù)習(xí)鞏固我們以前所學(xué)習(xí)的數(shù)字、模擬電子技術(shù)、單片機原理及應(yīng)用等課程知識，加深對

99、各門課程及相互關(guān)系的理解，并成功使用了keil和Proteus兩個軟件，使理論知識系統(tǒng)化、實用化，系統(tǒng)地掌握微機應(yīng)用系統(tǒng)的一般設(shè)計方法，培養(yǎng)較強的編程能力、開發(fā)能力。</p><p>　　同時，在設(shè)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。比如快進的時候無法顯示數(shù)字，以及本次設(shè)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。</p><p>　　本次課程設(shè)計實現(xiàn)了用AT80

100、C51單片機模擬數(shù)字秒表控制。設(shè)計中把74LS164用作驅(qū)動輸出控制，輸出結(jié)果用兩個共陰極LED數(shù)碼管顯示。軟件設(shè)計時，應(yīng)用中斷子程序和查表的方式?？傊舜卧O(shè)計使我更深刻的了解硬件和軟件。</p><p><b>　　謝辭</b></p><p>　　在整個畢業(yè)設(shè)計中，我得到了指導(dǎo)老師汪老師的熱心指導(dǎo)和幫助，感謝汪老師的悉心指導(dǎo)和教誨，汪老師淵博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度

101、以及為人師表的言行舉止，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，汪老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。汪老師多次詢問研究進程，并為我指點迷津，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵，這讓我在整個論文的撰寫過程中學(xué)習(xí)到了很多關(guān)于課題研究方面的知識。 真誠的感謝參加論文評審的各位老師，感謝你們的辛勤勞動和即將從你們那里獲得的有益教誨；感謝同學(xué)在設(shè)計中給予我的指導(dǎo)和幫助。在設(shè)計過程中他們多次幫助我解決問題。多虧了舍友的

102、開導(dǎo)和幫助，這次的設(shè)計才得以順利完成。</p><p>　　在這三年的學(xué)期中結(jié)識的各位生活和學(xué)習(xí)上的摯友讓我得到了人生最大的一筆財富。在此，也對他們表示衷心感謝。 本文參考了大量的文獻資料，在此，向各學(xué)術(shù)界的前輩們致敬。最后要感謝的是我的父母和家人，感謝他們多年來對我默默的支持和幫助。由衷的希望在未來的日子里，周圍的老師、同學(xué)和朋友們一如既往的在各方面繼續(xù)給予我更多的指教和幫助，以期取得新的進步和成績來回

103、報大家。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]:李華,王思明,張金敏.單片機原理及應(yīng)用[M].蘭州：蘭州大學(xué)出版社,2001.5.</p><p>　　[2]吳蓉,梁龍學(xué),崔用明.數(shù)字電子技術(shù)[M].蘭州：蘭州大學(xué)出版社,2006.7.</p><p>　　[3] 顧濱,李勛.單片微計

104、算機原理開發(fā)與應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社,2000.2.</p><p>　　[4] 鄭毛祥.單片機應(yīng)用基礎(chǔ).人民郵電出版社，2006.6：21-42</p><p>　　[5] 李鄧化，彭書華，許曉飛．智能檢測技術(shù)及儀表．科學(xué)出版社，2007：194-201</p><p>　　[6] 戴佳. 單片機C51語言應(yīng)用程序設(shè)計. 電子工業(yè)出版社， 200

105、6.7:168-169</p><p>　　[7] 朱民雄.計算機語言技術(shù). 北京航空航天大學(xué)出版社，2002.1:103-105</p><p>　　[8] 李鴻. 單片機原理及應(yīng)用. 湖南大學(xué)出版社. 2004:8:72-73</p><p>　　[9] 劉建清. 單片機技術(shù). 國防工業(yè)出版社， 2006.8: 104-105 </p>&