基于单片机电子秒表系统设计 - 图文

《测控仪器设计》课程设计说明书

设计题目：院 系：专 业：班 级：学 号：姓 名：指导教师：

基于单片机电子秒表系统设计 机械与材料工程学院 测控技术与仪器 班 X X X X X X

二零一四 年 十一月

A1121 目录

一、设计要求 ............................................................................................1 二、设计方案分析 ……………………………………….……………..1

2.1方案设计 …………………………………………………….…1 2.2背景知识介绍 ……………………………………………....….2 三、硬件分析 ……………………………………….…………….……..5

3.1单片机简介 …………………………………………………….5 3.2电源电路 …………………………………………………...…..5 3.3晶体振荡电路 ………………………………………………….5 3.4复位电路 ………………………………………………….……5 3.5显示电路 ……………………………………………………….6 3.6键盘电路 ………………………………………………...……..6 四、硬件主电路图设计 ………………….………………….…….……7 五、软件设计 ……………………………………………………………7

5.1软件设计概述 ……………………………….…………………7 5.2主程序流程图 ……………………………………….…………7 六、测试数据及设计结果 …………………………………….………..8 七、总结 …………………………………………………….……..……8 附录1 程序 ………………..…………………………………..….…….9 附录2 protues电路图 ………………………..…………...…………..16 附录3仿真图 ………………………………………………...………..17 参考文献 ………………………………………………………...…….18

课程设计 电子秒表系统设计 薛萍

一、设计要求

设计一个电子秒表，与通用秒表功能类似，有启动，暂停、复位等键。计时长长度为300秒，需显示百分秒。

二、 设计方案分析

2.1方案设计

数字电子秒表具有显示直观、读取方便、精度高等优点，在计时中广泛使用。本设计用单片机组成数字电子秒表，力求结构简单、精度高为目标。

本系统采用C51系列单片机为中心器件，利用其定时器/计数器定时和记数的原理，结合硬件电路如电源电路，晶振电路，复位电路，显示电路，以及一些按键电路等来设计计时器，将软、硬件有机地结合起来。其中软件系统采用汇编语言编写程序，硬件系统利用PROTEUS强大的功能来实现，简单切易于观察，在仿真中就可以观察到实际的工作状态。

本设计利用AT89C51单片机的定时器/计数器定时和计数的原理，使其能精确计时。利用中断系统使其能实现开始暂停的功能。根据要求知道秒表设计主要实现的功能是计时和显示。因此设置了两个按键和LCD显示时间，两个按键分别是开始、停止和复位按键。利用这两个建来实现秒表的全部功能，而LCD则能显示最多4.59.99秒的计时。电路原理图设计最基本的要求是正确性，其次是布局合理，最后在正确性和布局合理的前提下力求美观。硬件电路图按照图1.1进行设计。

复位电路 LCD显示 AT89C51 单片机控制器 开关电路

图1.1 数字秒表硬件电路基本原理图

本设计中，数码管显示的数据存放在内存单元31H－33H中。其中31H存放分钟变量，32H存放秒钟变量，33H存放10ms计数值，即存放毫秒位数据，每一地址单元内均为十进制BCD码。由于采用软件动态扫描实现数据显示功能，显示用十进制BCD码数据的对应段码存放在ROM表中。显示时，先取出31H－33H某一地址中的数据，然后查得对应的显示位，并从P1口输出，就能显示该地址单元的数据值。

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计时通过INT1中断完成，定时溢出中断周期为1ms，当一处中断后向CPU发出溢出中断请求，每发出一次中断请求就对毫秒计数单元进行加一，达到10次就对十毫秒位进行加一，依次类推，直到4.59.99秒重新复位。

再看按键的处理。这两个键可以采用中断的方法，也可以采用扫描的方法来识别。复位键主要功能在于数值复位，对于时间的要求不是很严格。而开始和停止键则是用于对时间的锁定，需要比较准确的控制。因此可以对复位按键采取扫描的方式。而对开始和停止键采用外部中断的方式。

设计中包括硬件电路的设计和系统程序的设计。其硬件电路主要有主控制器，显示电路和回零、启动、查看、停表电路等。主控制器采用单片机STC89C52，显示电路采用LCD显示计时时间，两个按键均采用触点式按键。

2.2背景知识介绍

2.2.1 单片机相关知识

本课题在选取单片机时，充分借鉴了许多成形产品使用单片机的经验，并根据自己的实际情况， 选择了AT89C51。

AT89C51单片机采用40引脚的双列直插封装方式。图1.2为引脚排列图， 40条引脚说明如下：

主电源引脚Vss和Vcc ① Vss接地

② Vcc正常操作时为+5伏电源 外接晶振引脚XTAL1和XTAL2 ① XTAL1内部振荡电路反相放大器的输入端，是外接晶体的一个引脚。当采用外部振荡器时，此引脚接地。

② XTAL2内部振荡电路反相放大器的输出端。是外接晶体的另一端。当采用外部振

荡器时，此引脚接外部振荡源。 1.2 STC89C51单片机引脚图

控制或与其它电源复用引脚RST/VPD，ALE/PROG，PSEN和EA/Vpp ① RST/VPD 当振荡器运行时，在此引脚上出现两个机器周期的高电平（由低到高跳变），将使单片机复位在Vcc掉电期间，此引脚可接上备用电源，由VPD向内部提供备用电源，以保持内部RAM中的数据。

② ALE/PROG正常操作时为ALE功能（允许地址锁存）提供把地址的低

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字节锁存到外部锁存器，ALE 引脚以不变的频率（振荡器频率的1/6）周期性地发出正脉冲信号。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。但要注意，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲，ALE 端可以驱动（吸收或输出电流）八个LSTTL电路。对于EPROM型单片机，在EPROM编程期间，此引脚接收编程脉冲（PROG功能）

③ PSEN外部程序存储器读选通信号输出端，在从外部程序存储取指令（或数据）期间，PSEN在每个机器周期内两次有效。PSEN同样可以驱动八LSTTL输入。

④ EA/Vpp、EA/Vpp为内部程序存储器和外部程序存储器选择端。当

EA/Vpp为高电平时，访问内部程序存储器，当EA/Vpp为低电平时，则访问外

部程序存储器。对于EPROM型单片机，在EPROM编程期间，此引脚上加21伏EPROM编程电源（Vpp）。

输入/输出引脚P0.0 - P0.7，P1.0 - P1.7，P2.0 - P2.7，P3.0 - P3.7。

① P0口（P0.0 - P0.7）是一个8位漏极开路型双向I/O口，在访问外部存储器时，它是分时传送的低字节地址和数据总线，P0口能以吸收电流的方式驱动八个LSTTL负载。

② P1口（P1.0 - P1.7）是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O口。能驱动(吸收或输出电流)四个LSTTL负载。

③ P2口（P2.0 - P2.7）是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O口，在访问外部存储器时，它输出高8位地址。P2口可以驱动(吸收或输出电流)四个LSTTL负载。

④ P3口（P3.0 - P3.7）是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O口。能驱动(吸收或输出电流)四个LSTTL负载。

AT89C51具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89C52可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。CPU是单片机的核心部件。它由运算器和控制器等部件组成。

（1） 运算器

运算器的功能是进行算术运算和逻辑运算。可以对半字节（4位）、单字节等数据进行操作。例如能完成加、减、乘、除、加1、减1、BCD码十进制调整、

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