51单片机c语言的秒表设计.docx

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51单片机c语言的秒表设计

课程设计报告

基于AT89C51单片机的秒表设计

院系电子信息工程学院

专业电子信息工程

班级1

姓名张远远

摘要

本设计是设计一个单片机控制的多功能秒表系统。

近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动着传统控制检测日新月异的更新。

在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面的知识是不够的，还要根据具体的硬件结构，以及针对具体的应用对象的软件结合，加以完善。

秒表的出现，解决了传统的由于人为因素造成的误差和不公平性。

本设计的秒表系统采用AT89C51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，结合显示电路、电源电路、LED数码管以及按键电路来设计计时器。

将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计数，并且结合相应的显示驱动程序，使数码管能够正确地显示时间，暂停和中断。

可谓功能强大。

其中软件系统采用c语言编写程序，包括显示程序，计数程序，中断，延时程序，按键消抖程序等，硬件系统利用PROTEUS强大的功能来实现，简单且易于观察，在仿真中就可以观察到实际的工作状态。

关键字：

单片机秒表

引言

中国使用单片机的历史只有短短的30年，在初始的短短五年时间里发展极为迅速。

纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等，这些都离不开单片机。

以前没有单片机时，这些东西也能做，但是只能使用复杂的模拟电路，然而这样做出来的产品不仅体积大，而且成本高，并且由于长期使用，元器件不断老化，控制的精度自然也会达不到标准。

在单片机产生后，我们就将控制这些东西变为智能化了，我们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。

这样产品的体积变小了，成本也降低了，长期使用也不会担心精度达不到了。

所以，它的魔力不仅是在现在，在将来将会有更多的人来接受它、使用它。

据统计，我国的单片机年容量已达3亿片，且每年以大约20%的速度增长，但相对于世界市场我国的占有率还不到1%。

特别是沿海地区的玩具厂等生产产品多数用到单片机，并不断地辐射向内地。

所以，学习单片

机在我国是有着广阔前景的。

1.课程设计目的

1）掌握LED数码管原理及使用方法。

2）掌握定时器、外部中断的设置和编程原理。

3）通过此次课程设计能够将单片机软硬件结合起来，对程序进行编辑，校验。

4）该实验通过单片机的定时器/计数器定时和计数原理，设计简单的计时器系统，拥有正确的计时、暂停、清零、复位功能，并同时可以用数码管显示。

2.课程设计题目描述和要求

题目描述：

基于单片机的秒表设计。

要求：

开始时，显示“00”，第一次按下按钮后开始从0-99s计时，显示精

度为1s；对用有4个功能按键第1个按键开始按钮，第2个按键停止按钮，第3个按键及时归零按钮，第4个按钮复位按钮。

3.课程设计报告内容

了解AT89C51芯片的的工作原理和工作方式，使用该芯片对LED数码管进行显示控制，实现用单片机的端口控制数码管，显示秒，并能用按钮实现秒表起动、停止、清零功能，精确到1秒。

要求选用定时器的工作方式，画出使用单片机控制LED数码管显示的电路图，并在实验箱实现其硬件电路，并编程完成软件部分，最后调试秒表起动、停止、清零功能。

3.1设计思路（方案）

该实验要求进行计时并在数码管上显示时间,用AT89C51单片机来实现，按设计要求本实验要采用四个按键，其中复位按键在电路中，不需要再用程序控制，在用protues仿真时用不到，其他三个按键可以用I/O端口来控制，写上其对应的程序，延时一秒钟可以用中断来控制，计算好中断次数.写程序时要加上防止按键抖动程序，选择好数码管的显示方式，分为静态和动态，想减少I/O口的使用就用动态，想编程简单就是用静态，

3.2系统总体方案及硬件设计（方案论证、设计、调试）

3.2.1系统总体方案

本系统采用AT89C51单片机为中心器件，利用其定时器/计数器定时计数的原理，结合硬件电路如电源电路，晶振电路，复位电路和显示电路，以及一些按键电路等来设计计数器，将软硬件有机结合起来，其中软件系统采用汇编语言编写程序，包括显示程序，计数程序，中断，硬件系统利用Protues强大的功能来实现，简单易于观察，在仿真中就可以观察到实际的工作状态。

（1）单片机的选择

AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。

该器件采用ATMEL高密度非易失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AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。

AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

主要特性：

与MCS-51兼容；4K字节可编程FLASH存储器；寿命：

1000写/擦循环；数据保留时间：

10年；全静态工作：

0Hz-24MHz；三级程序存储器锁定；128×8位内部RAM；32可编程I/O线；两个16位定时器/计数器；5个中断源；可编程串行通道；低功耗的闲置和掉电模式；片内振荡器和时钟电路

（2）管脚说明

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P0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外部必须接上拉电阻。

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口作为低八位地址接收。

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。

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。

3.2.2硬件电路设计

本系统中，硬件电路主要有电源电路，晶振电路，复位电路，显示电路以及一些按键电路，电路原理图如下：

图3-1电路原理图

1）晶振电路

这里，我们选用51单片机12MHZ的内部振荡方式，电路如下：

电容器C1、C2起稳定振荡频率，快速起振的作用，C1和C2可以在20-100PF之间取值，这里取20PF，接线时要使晶体振荡器X1尽可能接近单片机。

图3-2晶振电路

2）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者操作错误使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。

单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚RST上外接电阻和电容，实现上电复位。

当复位电平持续两个机器周期以上时复位有效。

复位电平的持续时间必须大于单片机的两个机器周期。

具体数值可以由RC电路计算出时间常数。

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，其复位电路如下图所示：

图3-3复位电路

2）按键部分电路接线

在按键电路中，我们可以在I/O口上直接按键，或者通过I/O口设计一个键盘，然后通过键盘扫描程序判断是否有按键按下等。

此系统是一个小系统，有足够的I/O口可以使用，为了使程序简化，我们采用按键电路，用部分P1口做开关，P1.0清零，P1.1暂停，P1.2开始，复位开关在复位电路中。

图中复位按键现在不起作用，由于仿真环境比较理想，在实际焊好的实物中，可以起作用！

也可用软件复位，在下面的子程序设计模块中有详细介绍。

图3-4按键电路

3）显示电路电路

显示电路我们采用的是数码管显示电路,在用数码管显示时，我们有静态和动态两种选择，静态显示程序简单，亮度较高，但是占用端口比较多，显示位较少的情况下，一般采用静态显示方式；动态显示程序相对复杂，但所使用的端口比较少，可以节省单片机的I/O口。

单耗费单片机的时间。

在设计中，我们采用LED静态显示，用P0和P3口驱动显示。

由于P0口的输出极是开漏电路，用它驱动时需要外接上拉电阻才能输出高电平，同时在焊接电路时要加限流电阻。

3.3软件设计

3.3.1软件设计概述

在软件设计中，一般采用模块化的程序设计方法，它具有明显的优点，把一个多功能的复杂的程序划分成多个简单的、单一的程序模块，有利于程序的测试和调试，有利于程序的优化和分工，提高了程序的阅读性和可靠性，使程序的结构一目了然，为了提高程序的严谨性，我们在写程序时，要以不同的思路去思考，尽量写出质量高的程序.

3.3.2程序流程图

1）系统主程序流程图

2）定时器中断T0流程图

3.3.3子程序模块设计

1）、显示精度为1秒程序

本设计采用定时器/计数器T0的方式一，为16位位定时器/计数器，系统时

钟频率采用12MHZ，采用T0中断方式1：

16位定时器/计数器，TMOD=0X01，

计算初值：

机器周期=1us=1×10-6

设需要装入T0的初始值为X，则有（216-X）×10-6=5×10-3；

X=15536；

TH0=（65536-50000）/256;

TL0=（65536-50000）%256;

由此公可知每次中断时间是50ms，则只需要中断20次，

if（++countor==20）

{countor=0;

ViewData[0]=Tab[seconed/10];

ViewData[1]=Tab[seconed%10];

++seconed;

2）、消除按键抖动程序

keynum=P1;

if（keynum!

=0xff）

{delay（10）;

temp=P1;

if（keynum==temp）

3）、软件复位程序

软件复位不能清除中断标志位,实际效果与清零效果一样，软件复位后，

直接从程序开始运行，如果在软件复位程序前加上关闭中断，就与硬件复位

效果一样了，还有软件复位内存中的临时数据是不会清空的。

void（*reset）（void）=0x0000;

TR0=0；*/关闭中断/*

reset（）;

4.Protues软件仿真

Protus仿真软件可以看做是构建了一个特殊的单片机系统，只要将所写程序的HEX文件导入该单片机系统，就可以它他一句句的执行所写的指令，也可以让它与Keil实现联调，程序有问题可以随时改，帮助快速调试程序。

5.秒表c语言程序

***********************************************

#include

sbitk1=P1^2;

sbitk2=P1^1;

sbitk3=P1^0;

unsignedcharcountor;

unsignedcharseconed;

unsignedcharViewData[2];

unsignedcharTab[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};

voiddelay（unsignedintms）

{

unsignedinti,j;

for（i=0;i

for（j=0;j<1141;j++）;

}

voidView（unsignedcharData[2]）

{

P0=Data[0];

P3=Data[1];

delay

（1）;

}

voidTime_T0（）interrupt1using0

{

TH0=（65536-50000）/256;

TL0=（65536-50000）%256;

if（++countor==20）

{

countor=0;

ViewData[0]=Tab[seconed/10];

ViewData[1]=Tab[seconed%10];

++seconed;

if（seconed==100）

{

seconed=0;

}

}

}

voidmain（）

{

unsignedcharkeynum;

countor=0;

seconed=0;

TMOD=0x01;

TH0=（65536-50000）/256;

TL0=（65536-50000）%256;

ViewData[0]=0xc0;

ViewData[1]=0xc0;

while

（1）

{

keynum=P1;

View（ViewData）;

if（keynum!

=0xff）

{

delay（10）;

temp=P1;

if（keynum==temp）

{

if（k1==0）

{

EA=1;

ET0=1;

TR0=1;

}

if（k2==0）

{

EA=0;

ET0=0;

TR0=0;

}

if（k3==0）

{

ViewData[0]=0xc0;

ViewData[1]=0xc0;

countor=0;

seconed=0;

}

}

}

}

}

6.焊接实物图

7.总结（设计后的体会和建议）

本文主要从软硬件两方面说明设计的总体思路和设计的实现过程，预期的设计目的是：

能够实现秒表的基本功能，正常显示秒.但是在protues中仿真时秒表的时间总是比实际时间要慢，查了资料发现是仿真反应时间慢，在实际焊接的时候，不会出现这种情况，在设计过程中，曾经遇到很多的障碍，设计图经过许多次的修改最后才定下来，但在调试的过程中又出现了问题，需要修改原理图；比如硬件的布局，要作到使连接的线路最短，并不没有想象中的那么容易；再焊接过程中稍不注意就会出错.最终焊了2遍才焊好,显示的时间也与实际时间相符。

在设计中有好多问题都是因为理论知识不扎实，在有些管脚的置零置一上,概念的模糊,这使我明白要把所学到的理论转化为实践需要一段努力学习的过程；在做一个设计的过程中，一定要注意理论和实践同步进行，光有理论知识还是远远不够的。

通过这次设计，我对这门课有了更好的理解，尤其结合了这几年学的相关的专业知识，对各门课都有了一个较全面的理解。

这必将对我以后的学习和工作有很大的帮助。

本次课程设计的秒表电路，做的比较简易，因为知识水平有限，此电路中存在一定的问题，虽可以通过增加电路解决，但过于复杂和现有水平有限，本次设计就未深入涉及，想要更好的改进电路，需要进一步的努力，如果有好的意见，希望老师给以支持。

8.参考文献：

［1］程国钢.51单片机应用开发案例手册。

电子工业出版社.2011.11

［2］张毅刚.单片机原理与应用设计。

电子工业出版社.2009.12

［3］郭天祥编著.51单片机C语言教程-入门、提高、开发、拓展全攻略.电子工业出版社.2010.05

［4］丁峻岭主编.C语言程序设计.中国铁道出版社.2009.12