秒表

湖南工学院课程设计说明书课程题目:数字式秒表系、部：电气与信息工程系学生姓名：指导教师：专业：班级：完成时间：2012年1月1日I目录第1章数字式秒表的设计介绍..............................11.1设计任务及功能要求说明......................................11.2数字式秒表设计总体的方案....................................1第2章数字式秒表硬件系统的设计..........................22.1AT89S52简介.................................................22.2时钟电路....................................................32.3键盘电路....................................................32.4复位电路....................................................32.5驱动及显示电路..............................................42.6电路原理图、PCB图、元器件清单...............................52.7程序清单....................................................5第3章数字式秒表软件系统的设计..........................63.1数字式秒表使用单片机资源情况................................63.2延时程序流程图..............................................63.3显示程序流程图..............................................73.4主程序流程图................................................8第4章设计总结..........................................94.1数字式秒表的设计结论及使用说明..............................94.2调试软件介绍................................................94.3KEILuVision3简介...........................................94.4程序仿真与结果.............................................104.5误差分析及解决方法.........................................114.6设计心得和教学建议.........................................12参考文献................................................13附录A电路原理图......................................14附录BPCB图...........................................15附录C元器件清单......................................17附录D程序清单.......................................1881第1章数字式秒表的设计介绍1.1设计任务及功能要求说明由单片机接收小键盘控制递增计时，由LED显示模块计时时间，显示格式为XX（分）：XX（秒）.XX，精确到0.01s的整数倍。绘制系统硬件接线图，并进行系统仿真和实验。画出程序流程图并编写程序实现系统功能。使用单片机AT89S52作为主要控制芯片，以四位一体共阳极数码显示管通过三极管驱动作为显示部分，设计一个具有特定功能的数字式秒表。该数字式秒表上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。该数字式秒表通过按键控制可实现开始计时、暂停计时、继续计时、清零和停止功能。1.2数字式秒表设计总体的方案使用AT89S52单片机作为核心控制部件，采用12M晶体振荡器及微小电容构成振荡电路；用两个四位一体共阳极数码显示管作为显示部分，构成数字式秒表的主体结构，配合独立式键盘和复位电路完成此秒表的复位、计时、暂停、连续、清零、停止各项功能。将软、硬件有机的结合起来。其中软件系统采用C语言编写程序，包括显示程序，延时程序，秒表工作程序，清零程序等，并在Keil中调试运行，硬件系统利用PROTEUS强大功能来实现，简单且易于观察，在仿真中就可以观察到实际的工作状态。此数字式秒表的硬件整体结构如图1-1所示。图1-1数字式秒表的硬件结构图外围电路电源电路AT89S52显示电路键盘电路2第2章数字式秒表硬件系统的设计2.1AT89S52简介本系统设计采用89C52系列单片机。AT89C52是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器。该器件采用ATMEL高密度非意识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AT89C52是一种高效的微控制器。它据有4KB可改写的Flash内部程序存储器，可写/擦1000次，256字节内部RAM，32根可编程I/O口，可编程中串行口，它的价格便宜，功能强大，能耗低。很大程度上减少总电路的复杂性，提高了所设计系统的稳定性。其芯片引脚图如图2-1所示。图2-1单片机AT89S52引脚图3C133pFC233pF12MHZ2.2时钟电路时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，单片机本身就是一个复杂的同步时序电路。输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚TXAL2，在芯片的外部通过这两个引角跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，就构成了一个稳定的自激振荡器。此电路采用12MHz的石英晶体。时钟电路如图2-2：图2-2时钟电路2.3键盘电路本设计使用独立式键盘接在单片机的P1口上但通过软件赋予其中五个按键功能，其中S2是计时开始按键，S3为暂停按键，S4为继续计时按键，S5是清零按键，S6为停止按键，注意使用时只有在暂停状态下才能继续计时，只有在暂停状态下才能清零，在停止时不能继续计时。键盘电路如图2-3：图2-3独立式键盘电路图2.4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4行出错或操作错误是系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键以重新启动。RST引脚是单片机复位信号的输入端，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2个机器周期）以上，若使用频率为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。复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。按键电平复位是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的。在本设计中采用了按键电平复位方式，其复位电路如图2-4所示：图2-4复位电路2.5驱动及显示电路数码管实际上是由二极管构成发光二级管正常工作时，其两端正向压降约为1.6v，正向电流约为10mA，为了使数码管达到一定的亮度而又不至于由于电流过大而损坏，我们使用三极管作为数码管的驱动，同时在P0口和P2口上串上470欧姆的电阻。此处使用四位一体共阳极数码管来编写显示程序，具体电路如图2-5所示。C322uFR17200R182005图2-5数码管驱动及显示电路图2.6电路原理图、PCB图、元器件清单电路原理图见附录A,PCB图见附录B,,元器件清单见附录C。2.7程序清单按照流程图应用软件keil，使用C语言编程实现秒表功能。程序见附录D。6第3章数字式秒表软件系统的设计3.1数字式秒表使用单片机资源情况本次电子钟设计除了了使用单片机工作所必须的硬件资源（如连接晶振的引脚XTAL1和XTAL2，复位引脚RESET）外，对单片机的硬件资源还做了具体的安排。(1).P0口：P0.0-P0.7作为数码管显示器的段控。(2).P1口：P1.0-P1.4作为独立式键盘的输入端。(3).P2口：P2.0-P2.7分别控制数码管LED0-LED7的位控码驱动。(4).定时/计数器：使用定时器0工作方式1实现数字式计数器的运行。(5).专用寄存器：定时器控制寄存器TCON，通过设置该寄存器TR0位的状态来控制定时/计数器0的启动/停止；定时/计数器工作方式寄存器TMOD，设置定时/计数器0的工作方式。3.2延时程序流程图图3-1延时程序流程图开始赋初值开启计时TF0=1?结束YN73.3显示程序流程图图3-2显示程序流程图开始赋初值送位控代码结束送段控代码延时位控左移送段控代码左移8次?NY83.4主程序流程图图3-2主程序流程图开始显示学号P1_0=0?显示提示符P开始计数YN10ms是否到达?100ms是否到达?1秒是否到达?60秒是否到达?1分钟是否到达?60分钟是否到达?调用显示NNNNNNYYYYYP1_4=0?P1_1=0?YNP1_2=0?YP1_3=0?NY调用清零Y结束NN9第4章设计总结4.1数字式秒表的设计结论及使用说明通过设计和调试，数字式秒表能顺利完成各项功能。上电或复位后显示“P.”提示符，此时按1键便可开始计时。在计数状态下，按下2键即可实现暂停，按下3键即可实现继续计数，在暂停状态下按下4键，便可实现计数清零。暂停状态下按下停止键，无效，清零状态下按停止键,无效。4.2调试软件介绍本秒表的设计用的pretues仿真软件设计电路并仿真。ProteusISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：①实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。②支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。③提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如KeilC51uVision2等软件。④具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大。因为pretues仿真软件中所有的情况都是在理想想的条件下，但是与实际电路的工作还是有很大的差别，所以我们必需考虑到实际情况应接入驱动限流等电路它才能被实际所应用。4.3KEILuVision3简介KEILC51标准C编译器为8051微控制器的软件开发提供了C语言环境,同时保留了汇编代码高效,快速的特点。C51编译器的功能不断增强，使你可以更加贴近CPU本身，及其它的衍生产品。C51已被完全集成到uVision3的集成开发环境中，这个集成开发环境包含：编译器，汇编器，实时操作系统，项目管理器，调试器。uVision3IDE可为它们提供单一而灵活的开发环境。104.4程序仿真与结果我们是在Keil软件里编写程序并编译通过才能被硬件电路所应用。Keil的功能比较强大但还是有一定的缺