秒表系统设置课程设计.doc

《秒表系统设置课程设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《秒表系统设置课程设计.doc（24页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、课 程 设 计 说 明 书学生姓名： 学 号： 学 院： 专 业： 电子信息工程 题 目： 专业综合实践之硬件部分： 基于单片机的秒表系统设计 指导教师： 职称: 2013 年 12 月 16 日课程设计任务书 13/14 学年第 一 学期学 院： 专 业： 电子信息工程 学 生 姓 名： 学 号： 课程设计题目： 专业综合实践之硬件部分： 基于单片机的秒表系统设计 起 迄 日 期： 2013年12 月16 日2013年 12 月 29 日 课程设计地点： 无损楼201，510 指 导 教 师： 系 主 任： 下达任务书日期: 2013 年12 月 16日课 程 设 计 任 务 书1设计目的：

2、基于C51单片机和时钟芯片，设计一个秒表系统。使学生将掌握的硬件理论知识与实践结合，提高学生的科研、综合创新能力。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）： 任务要求：1、掌握和熟悉单片机系统的开发环境KEIL C51和相应的软件；2、掌握时钟芯片，基于单片机设计设计一个秒表；3、 设计一个2位LED数码显示“秒表”，显示时间为0099秒，每秒自动加一，并采用动态显示方式；设计一个“开始”按键和一个“复位”按键。4、掌握I2C总线的工作原理；5、基于实验箱对系统进行仿真和程序调试；6、基于PROTEL99或altium deisigner 绘制系统的原理图和制版图。3设计工

3、作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：系统的硬件原理图和制版图； 基于实验箱调试成功的系统软件程序和界面； 设计说明书 课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：（5篇以上）5设计成果形式及要求： 硬件原理图、部分程序、设计说明书6工作计划及进度：2013年12 月16 日 2013年12月 18日：查相关的资料，熟悉单片机开发环境； 12 月19 日 12 月20日：在教师指导下完成系统方案和电路设计；12月21日 12 月 27日：完成程序的调试，下载、调试，系统的优化；12月 28 日：完成课程设计说明书的纂写和修改；12月 29 日 ： 答辩系主任审查意

4、见： 签字： 年 月 日摘要本设计是一个由AT89C51单片机控制，利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，结合显示电路、LED数码管以及按键计时的多功能秒表系统。单片机目前已经无处不在，与我们生活密不可分并渗透入生活的各个方面。单片机的特点是体积小，集成度高，其内部的结构是普通的计算机系统的简化。在增加一些外围电路之后，就能成为一个完整的系统。在众多单片机中，MCS-51系列单片机具有系统结构完整，特殊功能寄存器规范化以及指令系统的控制功能强等特色，使起成为单片机中的主流机型。在这个设计中我们是以AT89C51单片机为主要器件利用它的定时器/计数器定时和记数的原理，结合7809电源提供的

5、+5V稳压电压，上电加按钮复位电路，晶体振荡电路，由P0口驱动的LED动态显示电路，键盘电路完成多功能秒表的设计。这个多功能秒表系统能够实现两位LED显示，显示的时间为0099秒，每秒自动加1，能正确地进行计时。还具有快加和复位功能，基本上实现了老师的要求。我们使用汇编语言来编写程序，采用模块化程序设计方法，主程序有多个子程序构成，这些子程序可以单独的设计，调试和管理，其中包括加1子程序、快加子程序，复位子程序和显示子程序等。将源程序代码在WAVE中进行编译和调试，硬件系统利用Proteus软件来实现，可以方便的看到运行结果。 关键词：多功能秒表、单片机、子程序模块、Proteus仿真。目录第

6、一章：设计任务11.1 设计思路及描述11.1.1 设计题目11.1.2 设计内容11.1.3 设计目的11.1.4 设计工作21.1.5 设计意义2第二章：AT89C51芯片22.1 AT89C51芯片的概述22.2 主要特性32.3 管脚说明32.4 振荡器特性52.5 芯片擦除6第三章：秒表系统程序63.1 秒表系统设计思路63.1.1 秒表系统设计题目73.1.2 秒表系统设计内容提要73.2 秒表系统原理图83.3秒表系统流程图83.4 秒表系统程序93.5在Proteus环境下的仿真图153.6仿真结果16第四章：课程设计心得体会17总 结18参 考 文 献19第一章：设计任务1.

7、1 设计思路及描述该实验要求进行计时并在数码管上显示时间，则可利用DVCC系列单片机微机仿真实验系统中的芯片74LS47（芯片的功能类似于芯片AT89C51，其管脚功能也和AT89C51的管脚功能类似）中的P3.2管脚做为外部中断0的入口地址，并实现“开始”按键的功能；将P3.3做为外部中断1的入口地址，并实现“清零”按键的功能；将P3.0做为数据信号DATA输入的入口地址；将P3.1做为时钟信号CLK输入的入口地址。其中“开始”按键当开关由1拨向0（由上向下拨）时开始计时；“清零”按键当开关由1拨向0（由上向下拨）时数码管清零，此时若再拨“开始”按键则又可重新开始计时。1.1.1 设计题目秒

8、表系统设计用AT89C51设计一个2位LED数码显示“秒表”，显示时间为0099秒，每秒自动加一。另设计一个“开始”按键和一个“复位”按键。1.1.2设计内容用AT89C51设计一个2位LED数码显示“秒表”，显示时间为0099秒，每秒自动加一。另设计一个“开始”按键和一个“复位”按键。按键说明：按“开始”按键，开始计数，数码管显示从00开始每秒自动加一；按“复位”按键，系统清零，数码管显示00；按“暂停”按键，系统暂停计数，数码管显示当时的计数。1.1.3设计目的1、通过本次课程设计加深对单片机课程的全面认识复习和掌握，对单片机课程的应用进一步的了解。2、 掌握定时器、外部中断的设置和编程原

9、理。3、 通过此次课程设计能够将单片机软硬件结合起来，对程序进行编辑，校验。1.1.4 设计工作根据相关的单片机材料，利用所学的单片机知识，结合DVCC系列单片机微机仿真实验系统中的软件和硬件（集成电路芯片74LS47，七段数码管，开关电路及时钟信号电路，按键等），编写能够实现该项目的软件程序，最后将软、硬件有机的结合起来，进行有效的调试，达到完成该实验课程设计的目的要求。 1.1.5设计意义该实验通过单片机的定时器/计数器定时和计数原理，设计简单的计时器系统，拥有正确的计时、暂停、清零，并同时可以用数码管显示，在现实生活中应用广泛，具有现实意义。第二章：AT89C51芯片2.1 AT89C5

10、1芯片的概述AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 图212.2 主要特性与MCS-51 兼容 、4K字节可编程闪烁存储器、寿命：1000写/擦循环，数据保留时间：10年

11、、全静态工作：0Hz-24Hz、三级程序存储器锁定、128*8位内部RAM、32可编程I/O线、两个16位定时器/计数器、5个中断源， 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 2.3 管脚说明VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器

12、能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出

13、其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（

14、外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是

15、ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振

16、荡器的输出。2.4 振荡器特性XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。2.5 芯片擦除整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软

17、件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。第三章：秒表系统程序3.1 秒表系统设计思路该实验要求进行计时并在数码管上显示时间，则可利用DVCC系列单片机微机仿真实验系统中的芯片74LS47（芯片的功能类似于芯片AT89C51，其管脚功能也和AT89C51的管脚功能类似）中的P3.2管脚做为外部中断0的入口地址，并实现“开始”按键的功能；将P3.3做为外部中断1的入口地址，并实现“清零”按键的功能；将P3.0做为数据信号DATA输入的入口地址；将P3

18、.1做为时钟信号CLK输入的入口地址。定时器T0作为每秒加一的定时器； “清零”按键当开关由1拨向0（由上向下拨）时数码管清零，此时若再拨“开始”按键则又可重新开始计时。3.1.1 秒表系统设计题目秒表系统设计用AT89C51设计一个2位LED数码显示“秒表”，显示时间为0099秒，每秒自动加一。另设计一个“开始”按键和一个“复位”按键。3.1.2 秒表系统设计内容提要本实验利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，结合DVCC实验箱上的集成电路芯片74LS47、LED数码管以及实验箱上的按键来设计计时器。将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，数码管能够正确地显示时间。其中本

19、实验设计了四个开关按键：其中一个按键按下去时以1秒加一开始计时，即秒表开始键（本实验中当开关从1变为0时开始计时），另一个按键按下去时暂停计时，使秒表停留在原先的计时（本实验中当相应开关从1变为0时即停止计时），第三个按键按下去时清0（本实验中当相应开关从1变为0时即停止计时）。本实验中开始时都要使各按键回到各初始位置，即都处于1状态。用AT89C51设计一个2位LED数码显示“秒表”，显示时间为0099秒，每秒自动加一。另设计一个“开始”按键和一个“复位”按键。再增加一个“暂停”按键。按键说明：按“开始”按键，开始计数，数码管显示从00开始每秒自动加一；按“复位”按键，系统清零，数码管显示0

20、0；按“暂停”按键，系统暂停计数，数码管显示当时的计数。3.2 秒表系统原理图32原理图3.3秒表系统流程图主程序 开始&暂停-外部中断1 复位与暂停-外部中断033流程图3.4 秒表系统程序/*- 名称：DS1302时钟数码管显示-*/#include /包含头文件，一般情况不需要改动，头文件包含特殊功能寄存器的定义#include ds1302.h#define DataPort P0 /定义数据端口 程序中遇到DataPort 则用P0 替换sbit V1=P20;sbit V2=P21;unsigned char code DuanMa10=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x

21、66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/ 显示段码值09unsigned char TempData8; /存储显示值的全局变量unsigned char ge,shi,sum;bit Flag;void DelayUs2x(unsigned char t);/us级延时函数声明 void DelayMs(unsigned char t); /ms级延时void Display(void);/数码管显示void System_Init(void);/系统初始化/*- 主函数-*/void main(void)System_Init();Ds1302_Init();while(

22、1)if(Flag) Ds1302_Read_Time();Display();/*- uS延时函数，含有输入参数 unsigned char t，无返回值 unsigned char 是定义无符号字符变量，其值的范围是 0255 这里使用晶振12M，精确延时请使用汇编,大致延时 长度如下 T=tx2+5 uS -*/void DelayUs2x(unsigned char t) while(-t);/*- mS延时函数，含有输入参数 unsigned char t，无返回值 unsigned char 是定义无符号字符变量，其值的范围是 0255 这里使用晶振12M，精确延时请使用汇编-*/

23、void DelayMs(unsigned char t) while(t-) /大致延时1mS DelayUs2x(245); DelayUs2x(245); /*- 数码管显示-*/void Display(void)sum=time_buf11+60*time_buf10;if(sum99)sum=0;time_buf10=00; time_buf11=00;Ds1302_Write_Time();shi=sum/10;ge=sum%10;V1=0;V2=1;DataPort=DuanMashi;DelayMs(20);V1=1;V2=0;DataPort=DuanMage;DelayM

24、s(70);/*- 系统初始化-*/void System_Init(void)Flag=0;IT0=1;IT1=1;EX0=1;EX1=1;EA=1;void break_0(void)interrupt 0Flag=0;time_buf10=00;time_buf11=00;void break_1(void)interrupt 2Flag=Flag;if(Flag)Ds1302_Write_Time();3.5 Proteus软件仿真我们利用WAVE软件对源程序进行编译，编译成功后，把编译结果保存。然后根据我们的软件在PROTEUS中设计出相应的硬件电路，并将该电路保存到与WAVE程序相

25、同的文件夹中，最后将程序装载到单片机中，通过PROTEUS仿真，看程序是否能够实现预想的功能。源程序在WAVE软件中的编译结果： 3.5.1图-程序运行结果3.6仿真图如下图所示 3.6.1图-仿真结果第四章：课程设计心得体会4.1 心得体会1. 根据课题要求，复习相关的知识，查询相关的资料。2. 根据实验条件，找到适合的方案，找到需要的元器件及工具，准备实验。3. 根据课程设计的要求和自己所要增加的功能写好程序流程图，在程序流程图的基础上，根据芯片的功能写出相应的程序。然后再进行程序调试和相应的修改，以达到能够实现所要求的功能的目的。4. 程序要尽量做到由各个子程序组成，在有些程序后面最好加

26、注释，这样在程序出错的检查过程中可以更容易查找的到，也更简洁，更明白易懂。5. 该实验的程序可以参考DVCC系列单片机微机仿真实验系统实验指导书中的串并转换实验，也可自己根据自己熟悉的方法来编程。6. 这次的单片机课程设计重点是理论与实际的相结合。7. 该设计从头到尾都要自己参与，熟悉了对整个设计的过程，更系统的锻炼了自己。总 结通过这次的课程设计，使我对单片机程序设计的方法、要求有了初步的了解并且积累了一些实践经验，对软件的应用有了更进一步的了解，相信对以后进一步学习单片机知识，这对自己无论是在感性上还是理性上都会有一定的帮助，而且通过这次的设计，激发了我对单片机课程浓厚的兴趣，增强了我对书

27、本理论的运用。虽然现在对所涉及的知识和要求的综合分析能力较为复杂，可这其中体现了创新思想和知识的结合应用，今后我将更广泛地涉及这方面的知识，希望能在这一领域有所成就这次课程设计根据课题要求，复习了这学期所学的单片机内容，通过查询相关的资料，简要知道了虽然老师上课讲过，但并非听懂了的8155芯片的有关知识。根据课程设计的要求和自己通过参考有关资料拟的方案，写好程序流程图，在程序流程图的基础上，根据芯片的功能写出相应的程序，达到能够实现所要求的功能的目的。在写程序时，在每条指令后都写好注释，以便在程序出错的检查过程中可以更容易查找得到。实验利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，结合dvcc实

28、验箱上的集成电路芯片8032、LED数码管以及实验箱上的按键来设计计时器。将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，数码管能够正确地显示时间。其中本实验设计了四个开关按键：其中一个按键按下去时以1秒加一开始计时，即秒表开始键（本实验中当开关从1变为0时开始计时），另一个按键按下去时暂停计时，使秒表停留在原先的计时（本实验中当相应开关从1变为0时即停止计时），第三个按键按下去时清0（本实验中当相应开关从1变为0时即停止计时）。本实验中开始时都要使各按键回到各初始位置，即都处于1状态。最终结果成功实现。参 考 文 献1.微机控制技术及应用 韩全立 、赵德申 机械工业出版社2.单片机应用系统设计及实用技术 高峰 机械工业出版社 3.单片机课程设计实例指导 李光飞 北京航空航天大学出版社4.电类专业课程设计指导 张华 机械工业出版社5.8051单片机彻底研究基础篇 林伸茂 人民邮电出版社