计时秒表课程设计计时秒表系统的设计.docx

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计时秒表课程设计计时秒表系统的设计

课程设计说明书

系别：

机电学院

专业：

电气操纵及其自动化

学生姓名：

设计题目：

计时秒表系统的设计

起讫日期：

12月24日~1月4日

设计地址：

学校

指导教师：

刘世林

一、设计目的及要求………………………………p3

二、单片机的进展概况………………………………p4

三、系统硬件电路设计………………………………p6

一、计时秒表电路设计

二、整体设计框图

1）振荡电路

2）复位电路

3）显示电路

4）按键电路

四、程序设计说明………………………………………p13

五、程序流程图…………………………………………p14

六、程序清单……………………………………………p15

七、仿真结果……………………………………………p18

八、收成与致谢…………………………………………p19

一、设计目的及要求

1.本次课程设计目的：

通过本次课程设计，让学生把握所学的微型运算机的应用系统硬件设计、程序设计与调试、重要可编程芯片的工作进程，加深对微型运算机工作原理的明白得，并学会将所学的知识应用到实际中，达到在应用中把握知识的目的。

2.本课程设计课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术参数、设计要求等）：

此题要求以8086/单片机为CPU,设计制作一个计时用秒表。

1、能够实现计时秒表的功能，包括开始计时、停止、清零等。

2、能对计不时刻进行数码显示。

3、设计操纵器的硬件，并编写相应的软件。

3.对本课程设计工作任务及工作量的要求（包括课程设计计算说明书（论文）、图纸、实物样品等）：

1、搭建微机应用系统硬件，编写相应的软件程序，并进行综合调试，完成知足设计要求的小型微机应用系统；

2、提供设计说明书一份，应包括封面、设计课题、目的与要求、方案论证、设计进程说明等；

3、附设计原理图一张（最好利用Protel作图）；

4.要紧参考文献：

1戴梅萼，史嘉权，微型运算机技术及应用。

北京：

清华大学出版社，2003年

2《微型运算机系统原理及应用（第四版）》，周明德，清华大学出版社，2002年

3《80x86微型运算机组成、原理及接口》，顾滨，机械工业出版社，2001年

4《16/32位微机原理、汇编语言及接口技术（第2版）》，钱小捷，机械工业出版社，2005年

5微型运算机原理及应用（第三版）》，郑学坚，清华大学2001年

二、单片机的进展概况

单片机以其高靠得住性、高性价比、低电压、低功耗等一系列优势，近几年取得迅猛进展和大范围推行，普遍应用于工业操纵系统，数据搜集系统、智能化仪器仪表，及通信设备、日常消费类产品、玩具等。

而且已经深切到工业生产的各个环节和人民生活的各层次中，如车间流水线操纵、自动化系统等、智能型家用电器（冰箱、空调、彩电）等。

管脚图如图

AT89C51单片机引脚图

（1）电源地组Vcc和Vss；VCC—（40）脚接+5V电压；VSS—（20）脚接地

（2）时钟电路组XTAL1和XTAL2

（3）操纵信号组RST/ALE/PSEN和EA

（4）I/O端口P0,P1,P2和P3

近来，单片机的进展尤其迅猛，而且趋于高智能化、存储器大量化、更多的外围电路内装化和工艺上的多元化等方向，普遍应用于单机应用领域、多机应用领域、自动操纵领域和智能化操纵领域等。

单片机应用系统的结构通常分为三个层次，即单片机、单片机系统和单片机应用系统。

单片机通常指应用系统主处置机，即所选择的单片机械件等。

单片机系统指依照单片机的技术要求和嵌入对象的资源要求而组成的大体系统。

时钟电路、复位电路和扩展存储器等与单片机一起组成了单片机系统。

单片机应用系统指能知足嵌入对象要求的全数电路系统。

在单片机系统的基础上加上面向对象的接口电路，如前向通道、后向通道、人机交互通道（键盘、显示器、打印机等）和串行通信口（RS232）和应用程序等。

单片机应用系统层次关系如图1.2所示。

单片机应用系统三个层次的关系

三、系统硬件电路设计

一、计时秒表电路设计

数字电子秒表具有显示直观、读取方便、精度高等优势，在计时中普遍利用。

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。

设计中包括硬件电路的设计和系统程序的设计。

其硬件电路要紧有主操纵器，计时与显示电路和回零、启动等。

主操纵器采纳单片机AT89C51，显示电路采纳四位共阳极LED数码管显示计不时刻。

由于本实验有四位数码管，若是采纳静态显示要占用全数的I/O端口，因此本次实验采纳动态显示，共利用12个引脚，即简化了电路又节省了原料。

本设计利用AT89C51单片机的按时器/计数器按时和记数的原理，使其能精准计时。

利用中断系统使其能实现开始和复位的功能。

P2口输出段码数据，74LS245用作驱动，P3口接三个按钮开关，别离实现开始、暂停、清零功能。

电路原理图设计最大体的要求是正确性，第二是布局合理，最后在正确性和布局合理的前提下力求美观。

二、整体设计框图

本硬件设计总共包括五部份电路：

显示电路、振荡电路、复位电路、电源电路、按键电路。

整体设计框图如下图。

1）振荡电路

本模块用了一个12MHZ的晶振外加两个33pf的电容，电路图用如下图

2）复位电路

复位电路图如下图，其中C1是两个为10微法的电解电容，R1是阻值为10K的电阻。

3）显示电路

LED数码管的外形结构如图

外部有12个引脚，其中4个引脚为公共端也称位选端，其余8个引脚称为段选端，当要使某一名数码管显示某一数字（（0-9中的一个）必需在那个数码管的段选端加上与数字显示数字对应的8位段选码（也称字形码），在位选端加上高电平即可。

LED有共阴极和共阳极两种。

如下图。

共阴极共阳极

LED数码管结构原理图

二极管的阴极连接在一路，通常此公共阴极接地，而共阳极那么将发光二极管的阳极连接在一路，接入+5V的电压。

一名显示器由8个发光二极管组成，其中7个发光二极管组成字型“8”的各个笔画（段）a～g，另一个小数点为dp发光二极管。

当在某段发光二极管施加必然的正向电压时，该段笔画即亮；不加电压那么暗。

为了爱惜各段LED不被损坏，需外加限流电阻。

图3.6LED数码管引脚图

利用LED显示器时，要注意区分这两种不同的接法。

为了显示数字或字符，必需对数字或字符进行编码。

七段数码管加上一个小数点，共计8段。

因此为LED显示器提供的编码正好是一个字节。

LED字形显示代码表

字型

共阳极段

共阴极段

字型

共阳极段

共阴极段

0

C0H

3FH

9

90H

6FH

1

F9H

06H

A

88H

77H

2

A4H

5BH

B

83H

7CH

3

B0H

4FH

C

C6H

39H

4

99H

66H

D

A1H

5EH

5

92H

6DH

E

86H

79H

6

82H

7DH

F

84H

71H

7

F8H

07H

空白

FFH

00H

8

80H

7FH

P

8CH

73H

本设计的显示电路采纳动态显示。

动态显示，是指不管任何时刻只有一个LED数码管处于显示状态。

即单片机通过“扫描”方式操纵各个数码管连番显示。

假设要各个数码管能同时显示出与本位相应的显示字符，就必需采纳动态的“扫描显示方式”。

即在某一时刻，只让某一名的位选线处于选通状态，而其它列位的位选线处于关闭状态，同时，段码线上输出相应位要有显示的字符的段码，如此，在同一时刻，4位数码管中只有被选通的那一名显示出字符。

如此循环下去就能够够显示出要显示的字符。

尽管这些字符是不同时刻显示的，但由于LED数码管的余晖和人眼的“视觉暂留”作用，只要每位显示距离足够短，那么能够造成“多位同时亮的假象”，达到同时显示的成效。

动态显示的优势是硬件电路简单，显示器越多，优势越明显。

本次设计的显示电路有二部份组成：

驱动电路、LED数码管显示电路。

其中驱动电路用的是芯片74LS245，74LS245是咱们经常使用的芯片，用来驱动LED或其他的设备，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。

74LS245还具有双向三态功能，既能够输出，也能够输入数据。

当AT89C51单片机的P0口总线负载达到或超过P0最大负载能力时，必需接入74LS245等总线驱动器。

当片选端/CE低电平有效时，DIR=“0”，信号由B向A传输；（接收）DIR=“1”←D1），其它时刻处于输出（P0.1→D1）。

（1）.P0口：

P0.0-P0.7作为数码管显示器的段控。

（2）.P2口：

P2.0-P2.3别离操纵数码管LED0-LED7的位控码驱动。

（3）.按时/计数器：

利用按时器1工作模式1实现数字式计数器的运行。

（4）.专用寄放器：

按时器操纵寄放器TCON，通过设置该寄放器TR0位的状态来操纵按时/计数器1的启动/停止；中断许诺寄放器IE，通过设置该寄放器EA/ET0位的状态来设置按时/计数器1中断许诺/禁止；按时/计数器工作方式寄放器TMOD，设置按时/计数器1的工作方式。

4）按键电路

设计中有三个按键，别离本实现开始、暂停、和清零功能。

这三个键能够采纳中断或是查询的方式来识别。

关于开始键，要紧功能在于开始计时和实时显示所经历的时刻，而暂停键要紧用于停止计时并显示从开始到当前时刻的时刻，对清零键采纳查询的方式，而关于开始和暂停键采纳外部中断。

按键电路中由于采纳了外部中断，因此需要用到P3口的第二功能。

本实验开关START和PAUSE按下时触发两个对应的中断，因此两个按键接到外部中断0和外部中断1管脚上。

按键电路

秒表原理图如以下图所示。

四、程序设计说明

当打开电源后，进入待机状态，程序开始运行，给p0口送入0C0H,同时给p2送入高电平选中四位数码管，数码管将显示数字“0”，在程序开头初始化各个数据，缓存区71H,72H,73H，74H清零,等待中断来临。

开中断及开T1计数器,当按下开始键时，电子秒表开始计时，由于采纳方式1，定不时刻选50ms，通过两次中断后，100ms位加1，这时字位码选中最低位，同时查表字形码显示，当100ms位记满10次后，字位码向前移动一名，同时秒位加1，这时字形码的最高位取反，查表显示数字及小数点，当记满10尔后，字位码向前移动一名，十秒位加1，查表显示当前数字，当记满10次后，清零，从头开始计时，依次循环，当按下暂停键时，暂停计时。

在动态显示程序运行前，第一判定清零按键有无按下，即P3.4是不是为高电平，假设为‘0’，那么继续运行下去，假设为‘1’，那么跳出程序，返回到待机状态。

五、程序流程图

六、程序清单

ORG0000H

AJMPMAIN

ORG0003H

LJMPSTART

ORG0013H

LJMPPAUSE

ORG001BH

LJMPZHONGDUAN

;――――――――――初始化程序―――――――――――

MAIN:

MOVTMOD,#10H

MOVTH1,#3CH

MOVTL1,#0B0H

SETBEX0

SETBEX1

SETBET1

SETBIT0

SETBIT1

SETBEA

SETBPT1

SETBPX1

MOVR4,#2

;―――――――――――待机画面程序―――――――――――

LOOP:

MOVP0,#0C0H

MOV71H,#00H

MOV72H,#00H

MOV73H,#00H

MOV74H,#00H

MOVR1,#0FH

MOVA,R1

MOVP2,A

MOVA,@R0

MOVDPTR,#TAB

SJMPLOOP

;―――――――――――开始计时子程序――――――――――

START:

SETBTR1

ACALLDISP

RETI

;――――――――――暂停计时子程序――――――――――――

PAUSE:

CPLTR1

RETI

;―――――――LED动态显示子程序―――――――――――――

DISP:

JNBP3.4,EXIT

MOVR0,#71H

MOVR1,#01H

DISP1:

MOVA,R1

MOVP2,A

MOVA,@R0

MOVDPTR,#TAB

MOVCA,@A+DPTR

JNBP2.2,DOT

DOT:

MOVP0,A

ACALLDELAY

INCR0

MOVA,R1

RLA

MOVR1,A

JBACC.5,DISP

AJMPDISP1

TAB:

DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H

DB92H,82H,0F8H,80H,90H

DELAY:

MOVR7,#02H

DELAY1:

MOVR6,#0FFH

DELAY2:

DJNZR6,DELAY2

DJNZR7,DELAY1

EXIT:

RET

;―――――――按时器中断效劳程序―――――――――――――

ZHONGDUAN:

DJNZR4,NEXT

INC74H

MOVR3,74H

CJNER3,#10,NEXT1

MOV74H,#00H

MOVR3,#00H

INC73H

MOVR6,73H

CJNER6,#10,NEXT1

MOV73H,#00H

MOVR6,#00H

INC72H

MOVR5,72H

CJNER5,#10,NEXT1

MOV72H,#00H

MOVR5,#00H

INC71H

MOVA,71H

CJNEA,#10,NEXT1

MOV71H,#00H

MOV72H,#00H

MOV73H,#00H

MOV74H,#00H

NEXT1:

MOVR4,#2

NEXT:

MOVTH1,#3CH

MOVTL1,#0B0H

RETI

END

七、仿真结果

一、计时成效图

二、清零成效图

八、收成与致谢

在本次课程设计进程中，我学到了很多东西，也碰到了很多麻烦。

在开始做课程设计之前，讲课教师就向咱们说本次设计要用到单片机，让咱们了解一下相关的知识信息。

但当开始设计时仍是手忙脚乱，主若是因为咱们对单片机不太了解，比如它的功能、连接方式等。

然后是电路图的设计，咱们平常做实验的时候也接触到类似的电路，咱们只是略加修改了一番即能够利用了。

最后是程序的设计，程序设计恐怕是本次设计中最难的环节了。

单片机汇编语言咱们上课时是没有接触过的，但咱们仍是从图书馆借到相关的书籍学习、查看、试编、修改，同时也参考了网上的和指导教师的建议和提示。

反复修改反复仿真调试，咱们乃至想到了舍弃。

但功夫不负有心人，咱们的付出最终仍是迎来了回报，咱们终于成功了。

在那个地址，我第一要感激我尊重的刘世林教师，在这一周的课程设计进程中，从开始设计到实习报告的完成，无不凝聚着刘教师的汗水与心血。

同时，我还要感激我的组员刘欢。

在整个设计进程中，他都提出了宝贵的意见与建议，并时刻支持着我，一路查阅资料、探讨问题、一起完成任务。

对我帮忙专门大，受大专门大的启发。