基于单片机的电子秒表设计说明书Word格式.docx
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3.2时钟电路·
7
3.3LED数码管显示电路·
3.4复位电路·
9
3.5总体功能介绍·
11
第四章软件编程设计·
12
第五章设计体会及总结·
13
参考文献·
14
附录一程序流程图·
15
附录二系统程序设计·
16
第一章绪论
1.1概述
单片微型计算机简称单片机,又称微控制器,是微型计算机的一个重要分支。
单片机是20世纪七十年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯片,是集CPU、RAM、ROM、I/O接口和终端系统与同一硅片的器件。
20世纪八十年代以来单片机发展迅速各类新产品不断涌现出现许多新产品,出现了许多高性能新型机种现已成为工业控制和各控制领域的支柱产业之一。
由于单片机功能功能强、体积小、可靠性好、价格便宜等独特优点因而受到人们的高度重视并取到了一系列的科研成果,成为传统工业技术改造和新产品更新换代的理想机种,并具有广阔的发展前景。
本设计运用所学的单片机知识,将单片机与普通秒表相结合设计了电子秒表,具有低功耗,保密性好等优良特点,具有广阔的市场前景
1.2设计目的
加强对单片机和C51语言的认识,充分掌握和理解设计各部分的工作原理、设计过程、选择芯片器件、模块化编程等多项知识。
(1)用单片机模拟实现具体应用使个人设计系统能够真正使用。
(2)把理论知识与实践知识相结合,充分发挥个人能力,并在实践中得到锻炼。
(3)提高利用已学的知识分析和解决问题的能力。
(4)提高动手实践能力。
1.3设计任务及内容
1.3.1设计任务
结合教材及参考资料,用80C51单片机模拟实现电子秒表的开启,计时,停止并显示时间等功能。
1.3.2设计内容
(1)填写设计任务书
(2)进行总体设计,画出原理图
(3)用proteus软件画出PCB板
(4)用Keil软件编写程序
(5)在proteus里模拟并调试程序达到期望功能
第二章总体设计及核心器件简介
2.1总体设计
整个设计以MCS-51单片机为核心,由LED数码管显示,控制开关,位驱动电路等组成。
模块电路如图
2.280C51简介
2.2.180C51单片机简介
80C51是MCS-51系列单片机中的一个子系列,是一族高性能兼容型单片机。
其内部资源分配和性能如下;
8位CPU;
寻址能力2X64K;
4KB的内部ROM和128B内部RAM;
四个8位I/O接口电路;
一个串行全双工异步接口;
五个中断源和两个中断优先权;
采用CMOS工艺电流小,低功耗。
2.2.280C51各管脚主要功能简介
下图为80C51PCB图:
图2.1
(1)Vss(20脚):
接地
(2)VCC(40脚):
主电源+5V
(3)XTAL1(19脚):
接外部晶体的一端。
在片内它是振荡电路反相放大器的输入端。
在采用外部时钟时,对于HMOS单片机,该端引脚必须接地;
对于CHMOS单片机,此引脚作为驱动端。
XTAL2(18脚):
接外部晶体的另一端。
在片内它是一个振荡电路反相放大器的输出端,振荡电路的频率是晶体振荡频率。
若需采用外部时钟电路,对于HMOS单片机,该引脚输入外部时钟脉冲;
对于CHMOS单片机,此引脚应悬浮。
(4)RST(9脚):
单片机刚接上电源时,其内部各寄存器处于随机状态,在该脚输入24个时钟周期宽度以上的高电平将使单片机复位(RESET)
(5)PSEN(29脚):
在访问片外程序存储器时,此端输出负脉冲作为存储器读选通信号。
CPU在向片外存储器取指令期间,PSEN信号在12个时钟周期中两次生效。
不过,在访问片外数据存储器时,这两次有效PSEN信号不出现。
PSEN端同样可驱动8个LSTTL负载。
我们根据PSEN、ALE和XTAL2输出端是否有信号输出,可以判别80C51是否在工作。
(6)ALE/PROG(30脚):
在访问片外程序存储器时,此端输出负脉冲作为存储器读选通信号。
(7)EA/VPP(31脚):
当EA端输入高电平时,CPU从片内程序存储器地址0000单元开始执行程序。
当地址超出4KB时,将自动执行片外程序存储器的程序。
当EA输入低电平时,CPU仅访问片外程序存储器。
在对87C51EPROM编程时,此引脚用于施加编程电压VPP。
(8)输入/输出引脚:
1)P0.0—P0.7(39脚—32脚)
2)P1.0—P1.7(01脚—08脚)
3)P2.0—P2.7(26脚—21脚)
4)P3.0—P3.7(10脚—17脚)
第三章单元电路模块设计
3.1按键电路的选择与设计
连接形式如下:
图3.1按键电路
本设计中有四个按键,分别实现启动、开始、停止、和复位功能。
这四个键可以采用中断或是查询的方法来识别。
对于开始键,主要功能在于开始计时和实时显示所经历的时间,而停止键主要用于停止计时并显示从开始到当前时刻的时间,对复位键采用查询的方式,而对于开始和停止键采用外部中断。
按键电路中由于采用了外部中断,所以需要用到P3口的第二功能。
P3口引脚的第二功能如下表
P3口引脚第二功能表
P3口引脚
特殊功能
P3.0
RXD(串行输入口)
P3.1
TXD(串行输出口)
P3.2
INT0(外部中断0请求输入端)
P3.3
INT1(外部中断1请求输入端)
P3.4
T0(定时器/计数器0计数脉冲输入端)
P3.5
T1(定时器/计数器1计数脉冲输入端)
P3.6
WR(片外数据存储器写选通信号输出端)
P3.7
RD(片内数据存储器读选通信号输出端)
3.2时钟电路的选择与设计
单片机的时钟信号用来提供单片机内各种微操作的时间基准,80c51片内设有一个由反向放大器所构成的振荡电路,XTAL1和XTAL2分别为振荡电路的输入和输出端,80c51单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到:
内部振荡方式与外部振荡方式。
外部方式的时钟很少用,若要用时,只要将XTAL1接地,XTAL2接外部振荡器就行。
对外部振荡信号无特殊要求,只要保证脉冲宽度,一般采用频率低于12MHz的方波信号。
时钟发生器把振荡频率两分频,产生一个两相时钟信号P1和P2供单片机使用。
P1在每一个状态S的前半部分有效,P2在每个状态的后半部分有效。
本设计采用的内部振荡方式,内部振荡方式所得的时钟信号比较稳定,实用电路中使用较多。
本设计系统的时钟电路如图3.2所示。
只要按照所示电路进行设计连接就能使系统可靠起振并能稳定运行。
图中,电容器C1
、C2起稳定振荡频率、快速起振的作用,电容值一般为5~33pF。
但在时钟电路的实际应用中一定要注意正确选择其大小,并保证电路的对称性,尽可能匹配,选用正牌的瓷片或云母电容,如果可能的话,温度系数尽可能低。
本设计中采用大小为30pF的电容和12MHz的晶振。
图3.2振荡电路
3.3LED数码管显示电路
选用的共阴极LED显示数码管如下:
数码显示管分为共阳数码管和共阴数码管两种。
共阳极数码管的8个发光二极管的阳极(二极管正端)连接在一起,如图3.3(b),通常,公共阳极接高电平(一般接电源),其它管脚接段驱动电路输出端。
当某段驱动电路的输出端为低电平时,则该端所连接的字段导通并点亮,根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。
此时,要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流,还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。
共阴极数码管的8个发光二极管的阴极(二极管负端)连接在一起,如图(c),通常,公共阴极接低电平(一般接地),其它管脚接段驱动电路输出端,当某段驱动电路的输出端为高电平时,则该端所连接的字段导通并点亮,根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。
此时,要求段驱动电路能提供额定的段导通电流,还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。
图3.3(a)数码管引脚图(b)共阳极内部结构图(c)共阴极内部结构图
本设计采用共阴极数码显示管做显示电路,由于采用的是共阴的数码显示管,所以只要数码管的a、b、c、d、e、f、g、h引脚为高电平,那么其对应的二极管就会发光,使数码显示管显示0~9的编码见表3.1。
表3.1共阴极数码显示管字型代码
字型
共阴极代码
3FH
5
6DH
1
06H
7DH
2
5BH
07H
4FH
8
7FH
66H
6FH
3.4复位电路的选择与设计
关于单片机的置位和复位,都是为了把电路初始化到一个确定的状态,一般来说,单片机复位电路作用是把一个例如状态机初始化到空状态,而在单片机内部,复位的时候单片机是把一些寄存器以及存储设备装入厂商预设的一个值,复位是一个很重要的操作方式。
但单片机本身是不能自动进行复位的,必须配合相应的外部电路才能实现。
当80c51单片机的复位引脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上的高电平时,单片机就完成了复位操作。
如果RST持续为高电平,单片机就处于循环复位状态,而无法执行程序。
因此要求单片机复位后能脱离复位状态。
而本系统选用的是12MHz的晶振,因此一个机器周期为1μs,那么复位脉冲宽度最小应为2μs。
在实际应用系统中,考虑到电源的稳定时间,参数漂移,晶振稳定时间以及复位的可靠性等因素,必须有足够的余量。
根据应用的要求,复位操作通常有两种基本形式:
上电复位、手动复位。
上电复位要求接通电源后,自动实现复位操作。
80C51单片机的上电复位
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