单片机课程设计电子秒表.docx

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单片机课程设计电子秒表

安徽科技学院电气与电子工程学院

《单片机原理与应用设计》课程设计

设计说明书

题目:

秒表

姓名（学号）

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专业:

电气工程及其自动化

班级:

133

指导教师：

***

2016年5月9日

摘要.....................................................1

关键字...................................................1

第1章硬件的选择与设计..................................1

第2章软件设计..........................................9

第3章调试结果.........................................19

参考文献................................................20

秒表

摘要：

本次课程设计，我们组设计的是秒表。

使用AT89C51单片机设计一个2位的LED数码显示作为“秒表”：

显示时间为00—99秒，每秒自动加1，另设计一个“开始计时/时间锁定”键和一个“复位”键。

通过对键盘的扫描对时钟的走时/停止进行控制，项目采用定时器T0作为计时器，每10ms发生一次中断，每100次中断加1s。

在此期间，如“开始计时/时间锁定”按键按下，程序方将TR0置为1，从而开启中断，秒表开始计时，再按一次“开始计时/时间锁定”按键，则将TR0置0，秒表停止计时；如“复位”按键按下，程序将TR0置为0，同时将存储时间的变量清零，从而中断停止，并实现复位。

我们设计的秒表完成了准确计时，和当前时间的显示。

通过Keiluvison4进行程序软件的编译，通过proteus进行仿真，最后调试通过，完成此次课程设计。

关键字：

秒表51单片机MAX7219定时

第一章硬件选择与设计

1、芯片简介

（1）8051单片机

MCS-51是指美国Inter公司生产的一系列单片机的总称。

这一系列单片机包括8031、8051、8751、8032、8052、8752等。

其中8051是最早、最典型的产品，该系列其他单片机都是以8051为核心发展起来的，都具有8051的基本结构和软件特征。

8051单片机内部包含了作为微型计算机所必需的基本功能部件，各部件相互独立地集成在一块芯片上，其基本功能特性如下:

a、8位CPU；

b、32条双向可独立寻址的I/O线；

c、4KB程序存储器（ROM），外部可扩充至64KB；

d、12KB数据存储器（RAM），外部可扩充至64KB；

e、两个16位定时/计数器；

f、五个中断源；

g、全双工的串行通信口；

h、具有布尔运算能力。

其引脚排列如图：

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/地址的低八位。

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：

管脚

P3.0

　P3.1

P3.2

P3.3

P3.4

P3.5

P3.6

P3.7

备选功能

RXD（串行输入口）

TXD（串行输出口）

/INT0（外部中断0）

/INT1（外部中断1）

T0（记时器0外部输入）

T1（记时器1外部输入）

/WR（外部数据存储器写选通）

/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。

/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：

来自反向振荡器的输出。

（2）MAX7219芯片

MAX7219是7段共阴极LED显示驱动器，采用三线串行方式与8051通信。

MAX7219片内集成了BCD码到B码的译码器、多路复用扫描电路、LED字段和字位驱动电路及RAM存储器。

MAX7219可以驱动8个7段共阴极LED显示器，通过一个10KΩ左右的外接电阻可以设置所有LED的段电流。

MAX7219具有低电压保持，只要外接电压超过2V，便可以保存数据。

典型的DIP封装的MAX7219如图所示，

其各引脚的功能如下：

a、DID0——DID7：

8个字段驱动引脚；

b、SEGA-G,dp:

7段驱动和小数点驱动输出；

c、SEGdp:

小数点驱动输出；

d、CLK：

时钟输入，最高时钟频率为10MHz;

e、DIN：

串行数据输入。

在CLK时钟的上升沿，串行数据被移入MAX7219内部移位寄存器，移入时最高位在前；

f、DOUT：

串行数据输出。

输入到DIN的数据经过16.5个时钟周期后，在DOUT端有效。

在CLK的下降沿数据移出；

g、ISET：

峰值段电流设置。

可以通过一个10KΩ的上拉电阻来设置峰值段电流；

h、LOAD：

加载输入数据。

LOAD信号必须在第16个上升沿同时或之后，但在下一个时钟上升沿之前变高，否则将会丢失数据；

i、V+：

+5V外接电源；

j、GND：

接地，两个GND引脚必须接地。

2、硬件电路设计

（1）硬件原理图

（2）硬件电路设计

单片机最小系统

单片机最小系统做为整个系统的控制部分，其包含了晶振电路、复位电路、电源等。

外接晶振通过两个30pF的电容接地，同时采用了手动复位和上电复位两种复位方式。

该电路可以实现复位和程序运行的基本功能。

MAX7219驱动电路

MAX7219是七段共阴极LED显示驱动器，可以驱动8个七段共阴极LED显示器，这里用其来驱动2位的LED数码管，通过一个10KΩ左右的外接电阻可以设置所有的LED段电流。

A——DP分别驱动数码管的七段，DIG0、DIG1分别用来驱动LED数码管的两位，即个位和十位。

数码管显示

两位数码管用来显示0—99秒的数字。

独立按键

两个独立按键分别用来开始计时、时间锁定和复位，实现秒表的计时。

（4）总电路图

见下页

第2章软件设计

软件设计包括MAX7219芯片的初始化、向MAX7219芯片写指令函数、MAX7219驱动数码管显示函数、定时器初始化、中断等。

一、MAX7219寄存器及软件函数介绍

（1）MAX7219相关寄存器及数据格式

对于MAX7219芯片，串行数据以16位包的形式从DIN引脚串行输入，在CLK的每一个上升沿一位一位地送入芯片内部16位移位寄存器，而不管LOAD引脚的状态如何，LOAD引脚必须在第16个CLK上升沿出现的同时或之后，并在下一个CLK上升沿之前变为高电平，否则移入的数据将丢失。

16位数据包的格式如下：

D15

D14

D13

D12

D11

D10

D9

D8

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

×

×

×

×

地址寄存器地址

寄存器数据

1、MAX7219的内部寄存器及其地址

MAX7219芯片通过D11——D8的4位地址位译码，可寻址内部14个寄存器，分别是8个显示位寄存器、5个控制寄存器和1个空操作寄存器。

如表1所示：

表1MAX7219内部寄存器及其地址

寄存器

地址

D15——D12

D11——D8

16进制代码

空操作

××××

0000

0x0

数码管0

××××

0001

0x1

数码管1

××××

0010

0x2

数码管2

××××

0011

0x3

数码管3

××××

0100

0x4

数码管4

××××

0101

0x5

数码管5

××××

0110

0x6

数码管6

××××

0111

0x7

数码管7

××××

1000

0x8

译码方式寄存器

××××

1001

0x9

显示亮度寄存器

××××

1010

0xA

扫描范围寄存器

××××

1011

0xB

停机寄存器

××××

1100

0xC

显示测试寄存器

××××

1111

0xF

2、五个控制寄存器

（1）译码方式寄存器

MAX7219的译码方式寄存器中，每一位与一个数字位相对应，如果对应位为逻辑高电平，表示改位使用B码译码，而逻辑低电平则表示改位不译码，如表2所示：

表2译码方式寄存器

含义

D7——D0

16进制代码

0—7不译码

00000000

00H

0位译成B码，7—1位不译码

00000001

01H

......

......

......

0—3位使用B译码，4—7位不译码

00001111

0FH

......

......

0—7位使用B译码

11111111

FFH

（2）亮度寄存器

MAX7219的亮度寄存器用于调节LED的显示亮度。

实际电路中，在ISET和电源正极之间