基于单片机多功能秒表课程设计

单片机课程设计课题：多功能秒表系别：电气与电子工程专业：电子信息工程姓名：吴腾飞学号：093411143河南城建学院2013年1月1日成绩评定·一、指导教师评语（根据学生设计报告质量、答辩情况及其平时表现综合评定）。二、评分评分项目设计报告评分答辩评分平时表现评分合计（100分）任务完成情况（20分）课程设计报告质量（40分）表达情况（10分）回答问题情况（10分）工作态度与纪律（10分）独立工作能力（10分）得分课程设计成绩评定班级0934111姓名吴腾飞学号093411143成绩：分（折合等级）指导教师签字年月日目录第一章设计目的第二章设计任务要求..................................第三章总体设计......................................3.1任务分析.................................................3.2方案确定.................................................3.3单片机概述...............................................3.3.1单片机的特点...........................................3.3.2STC89C51单片机简介3.3.3STC89C51功能特性概述：.................................第四章各部分电路设计4.1显示原理.................................................4.2键盘及读数原理............................................4.3复位电路.................................................4.4按键电路.................................................4.5时钟电路.................................................4.6驱动显示电路.............................................第五章整体电路图....................................5.1相应程序..................................................5.2硬件实物调试.............................................5.3硬件调试..................................................5.4软件调试..................................................5.5系统联调..................................................5.6现场调试..................................................第六章设计总结6.1设计过程中遇到的问题及解决方法............................6.2设计体会.................................................6.3对设计的建议.............................................参考文献..............................................一、设计目的随着微电子技术的不断发展，数控系统也在不断地更新换代，先后经历了电子管（1952年）、晶体管（1959年）、小规模集成电路（1965年）、大规模集成电路及小型计算机（1970年）和微处理机或微型计算机（1974年）等五代数控系统。前三代数控系统是属于采用专用控制计算机的硬接线（硬线）数控系统，一般称为普通数控系统，简称NC。70年代初，随着计算机技术的发展，使小型计算机的价格急剧下降，采用小型计算机代替专用控制计算机的第四代数控系统，不仅在经济上更为合算，而且许多功能可用编制的专用程序来实现，将它存储在小型计算机的存储器中，构成所谓控制软件，提高了系统的可靠性和功能特色。这种数控系统又称为软接线（软线）数控，即计算机数控系统，简称CNC。1974年制成以微处理机为核心的数控系统，称为第五代微型机数控系统，简称MNC。单片机控制系统的电子秒表，自动化程度高、成本低、体积小、控制精确等优点，有很好的经济效益和广阔的发展前景。单片机控制系统的研制成功，是电子秒表发展中的一次较大的进步，它表明了目前正在使用的许多控制系统完全可以由单片机控制系统所代替。二、设计要求1、在暂停的情况下也能实现复位。；2、两位LED显示，显示时间为00~99秒；3、每秒自动加一；4、一个开始按键、一个复位按键、一个暂停按钮；5、开机显示00.00；三、总体设计3.1任务分析：要了个更好的说明验证。首先要显示00.00，那么就要4位的数码管。要达到0.01的验证所设计的电子秒表是否合理正确，单单靠理论说明还不够充分，我就相应地制作了硬件实物，这对理论就有精确度，可以用定时器定时10ms作为基数，计时就可以在这个基础上累加起来。并把秒和小数后两位的数据用两个单元暂存，然后通过处理程序来处理两个单元，并送到I/O口来显示，这样就能够显示到0.01秒。在实现清零、暂停、计时等功能，可以考虑用两个按钮来实现，一个按钮是复位来清零；一个按钮是暂停和停止。3.2方案确定根据专业对应所学知识，而且对基本理论知识进行相应的巩固、扩展，我选择了电子秒表作为设计内容，其特点是融合了多方面的基本理论知识，无论是硬件或软件上都属于比较典型的设计。本电路直接采用单片机配合数码管和按键，直接实现功能，主要决定于软件程序的设计。利用单片机的定时中断产生10ms定时来更新数据，再利用数制转换更新显示。主要的难度在于控制部分的程序编写。在此利用了2个按键分别对各个功能进行控制，显示部分用数码管，用的是1个4位数码管，主要是为了节约成本。在此要考虑硬件的设计以及整体电路的可靠性，因此选用了这个方案，使得本电路的硬件设计难度不高，便于检查排错。在软件程序上利用空闲及参数变化时对显示进行及时更新，从而保证了显示的连续性与实时性。理论上可以利用定时中断和循环扫描这两种方式实现显示功能，前者效率较高，在整体上也使程序大大简化，但是这种方案是以牺牲一个内部定时中断作为代价的，在稍复杂的程序设计中是不划算的，因此我选择了第2种方案，即循环扫描的方式，虽然这种方式使程序的编写增加了一定的难度，但可以节约了单片机宝贵的中断资源。3.3单片机概述电子计算机是20世界纪40年代发展起来的新技术之一，它的出现是科学技术产生了一场深刻的革命。特别是自1971年以来，随着大规模集成电路的发展，又出现了微型计算机。它对发展现代化的工业、农业、国防和科学技术具有极其巨大的推动作用。作为微型机控制系统的组成，主要分为两大部分，硬件和软件。硬件是指微型计算机本身及其外围设备；软件是指管理计算机的程序以及过程控制应用程序。3.3.1单片机的特点1.有优异的性能价格比。2.集成度高、体积小、有很高的可靠性。单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性和抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。3.控制功能强。为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。4.低功耗、低电压，便于生产便携式产品。5.外部总线增加了I2C（Inter-IntegratedCircuit）及SPI（SerialPeripheralInterface）等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构。6.单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。3.3.2STC89C51单片机简介5l系列单片机中典型芯片(AT89C51)采用40引脚双列直插封装(DIP)形式，内部由CPU，4kB的ROM，256B的RAM，2个16b的定时／计数器TO和T1，4个8b的工／O端I：IP0，P1，P2，P3，一个全双功串行通信口等组成。特别是该系列单片机片内的Flash可编程、可擦除只读存储器(E~PROM)，使其在实际中有着十分广泛的用途，在便携式、省电及特殊信息保存的仪器和系统中更为有用。STC89C51的引脚图如图1所示。图1STC89C513.3.3STC89C51功能特性概述：4kB存储器；256BRAM；32条工／O线；2个16b定时／计数器；5个2级中断源；1个全双向的串行口以及时钟电路。空闲方式：CPU停止工作，而让RAM、定时／计数器、串行口和中断系统继续工作。掉电方式：保存RAM的内容，振荡器停振，禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件复位。3.3.4STC89C51引脚功能说明：①主电源引脚（2根）VCC(Pin40)：电源输入，接＋5V电源GND(Pin20)：接地线②外接晶振引脚（2根）XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端③控制引脚（4根）RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。④可编程输入/输出引脚（32根）STC89C51单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。PO口（Pin39～Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0～P0.7P1口（Pin1～Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0～P1.7P2口（Pin21～Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0～P2.7P3口（Pin10～Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0～P3.7⑤XTAL1与XTAL2•XTAL1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。•XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。四、各部分电路设计4.1显示原理整个硬件电路是配合程序来使用的，两者缺一不可，P0口输出字段信息，经限流后控制数码管的A～DP，而P2口接三极管，限流后驱动数码管的各个公共端，以达到显示目的。P3口接按键电路，实现控制功能，整体电路简单明了，性能可靠，数码管如下所示：图2数码管4.2键盘及读数原理键盘是人与微机打交道的主要设备，按键的读取容易引起误动作。可采用软件去抖动的方法处理，软件的触点在闭合和断开的时候会产生抖动，这时触点的逻辑电平是不稳定的，如不采取妥善处理的话，将引起按键命令错误或重复执行，在这里采用软件延时的方法来去除抖动，延时时间10ms。4.3复位电路复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。除PC之外，复位操作还对其他一些寄存器有影响。RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。若使用颇率为6MHz的晶振，则复位信号持续时间应超过4us才能完成复位操作。产生复位信号的电路逻辑如图3所示：图3复位信号电路逻辑图（Ａ）（B）图4复位电路图上述电路图中的电阻、电容参数适用于6MHz晶振