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1、毕业设计说明书课题名称: 单片机秒表 专 业 机电一体化 摘要 数字电子秒表具有显示直观、读取方便、精度高的优点，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。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，计时与显示电路和启动和停表电路等。主控制器采用单片机AT89C51。显示电路采用共阴极LED数码管显示计时时间。文中设计了一种以单片机为控制核心的数字秒表。该数字秒表采用汇编语言开发，通过数码管显示计时结果关键词：AT89C51单片机；数字秒表；LED数码管显示目 录引 言4一 概述51.1.设计意义51.2.设计内容5二 硬件简介与电路
2、设计62.1.单片机AT89C51介绍62.2.复位和按键电路设计62.3.显示电路的选择与设计72.4.晶振电路与电源电路的设计82.5.总电路图9三 软件程序设计103.1.程序设计思想103.2.程序设计103.3.源程序10四 软件仿真13五 总结与展望15致谢16参考文献17引 言单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器，常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是
3、最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处
4、理能力比起80年代提高了数百倍。目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少
5、的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多。本次毕业设计以单片机为核心，设计简单的电子秒表系统，使得系统能够正确地运行，并且可以用数码管显示，在现实生活中应用广泛，具有现实意义。 一、概论1.1、设计意义 1.使学生掌握汇编语言程序设计的基本方法和技巧，能够运用汇编语言编写应用程序。提高学生分析问题、解决问题的能力以及实际动手能力。 2.使学生基本掌握汇编语言程序设计的基本理论、方法和技巧、正确的使用结构化、模块程序设计技术。培养学生良好的程序设计风格。 3.通过单片机
6、的定时器、计数器定时的计数原理，设计简单的计时器系统，拥有正确的计时、转换、复位功能，并同时可以用数码管显示，在现实生活中广泛应用，具有现实意义。1.2、设计内容 用单片机设计一台秒表，要求3位LED数码显示“秒表”，显示时间为0099秒，每秒自动加1，另设计一个“开始”按键，和一个“复位”按键，一个转换键，可以将所计时间显示数字转换成分钟显示和秒显示，用3位LED表示。功能可进行创新和改进。二、 硬件简介与电路设计2.1 单片机AT89C51介绍 本设计的最主要的元器件就是AT89C51单片机。AT89C51单片机在一块芯片上集成了CPU，存储器RAM，ROM以及输入与输出接口电路，这种芯片
7、习惯上被称为单片微型计算机。AT89C51单片机由CPU，振荡器与时序电路， 4个8位的I/O端口（P0，P1，P2，P3），串行口等组成。P0口有三个功能：1、外部扩展存储器时，当作数据总线（如图中的D0D7为数据总线接口）。2、外部扩展存储器时，当作地址总线（如图中的A0A7为地址总线接口）。3、不扩展时，可做一般的I/O使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。P1口只做I/O口使用：其内部有上拉电阻。P2口有两个功能： 1、扩展外部存储器时，当作地址总线使用； 图2-1：单片机89C512、做一般I/O口使用，其内部有上拉电阻；P3口有两个功能：除了作为I/O使用外（
8、其内部有上拉电阻），还有一些特殊功能，由寄存器来设置。ALE：地址锁存控制信号PSEN：外部程序存储器读选通信号EA/VPP：访问和序存储器控制信号RST：复位信号XTAL1和XTAL2 VCC：供电电压 GND：接地 2.2 复位和按键电路设计 本方案采用AT89C51单片机为中心器件，利用其定时器、计数器定时和计数的原理，结合硬件电路如电源电路，晶振电路，复位电路，显示电路，以及一些按键电路来设计计时器，将软件、硬件结合起来。设计中包括硬件电路的设计和系统程序的设计。其硬件电路主控制采用单片机AT89C51，显示电路采用二位共阳极LED数码管显示计时时间。利用中断系统使其能实现开始/暂停、
9、复位和分/秒显示转换的功能。 初始状态下计时器显示00，当按下开始/暂停键时，外部中断INT0向CPU发出中断请求，CPU转去执行外部中断0服务程序，即开启定时器T0.计时采用定时器T0中断完成，定时溢出中断周期为1S，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计数器单元加一，达到1次就对秒位进行加一，依次类推，直到99秒重新复位。在计时过程中，只要按下继续/复位、分/秒显示转换。利用这四个键来实现秒表暂停键，外部中断TNT1向CPU发出中断请求，CPU转去执行外部中断1服务程序，即关闭定时器T0，调用显示程序，实现暂停功能，同时将此次计时时间存入中间缓冲区。再次按下继续/暂
10、停键，定时器T0再次开启，调用中间缓存区的数据，秒表继续加一。当秒表计时超过99时，则程序跳转从0开始。在秒表暂停时，按下复位开关，中间缓存区的数据清零，程序回到开始。而在秒表暂停时，按下分、秒显示转换开关，则将中间缓存区中的数据转换为以分秒显示的状态送入显示区。根据要求秒表设计主要实现的功能是计时和显示。因此设置了四个按键和二位数码管显示时间，四个按键分别是开始、继续/暂停、的全部功能，而二位数码管则能显示最多99秒的计时。 图2-2：按键电路2.3 显示电路的选择与设计 对于数字显示电路，通常采用液晶显示或数码管显示。一般的段式液晶屏，需要专门的驱动电路，而且液晶显示作为一种被动显示，可视
11、性差，不适合远距离观看：对于具有驱动电路和单片机接口的液晶显示模块，一般多采用并行接口，对单片机的接口要求较高，占用资源多：另外，AT89C51单片机本身无专门的液晶驱动接口。而数码管作为一种主动显示器件，具有亮度高、响应速度快、防潮防湿性能好、温度特性极性、价格便宜、易于购买等优点，而且有远距离视觉效果，很适合夜间或是远距离操作。因此，本设计的显示电路采用8段数码管作为显示介质。 图2-3：显示电路2.4 晶振电路和电源电路的设计 系统总电路除以上的显示电路，按键电路和复位电路组成外，其次还剩晶振电路和电源电路。再将单片机与以上各部分电路合理的连接就组成了系统总电路。AT89C51单片机为主
12、电路的核心部分，各个电路均为和单片机相连接，由单片机统筹和协调各个电路的运行工作。 AT89C51单片机提供了XTAL1和XTAL2两个专用引脚接晶振电路，因此只要将晶振电路接到两个专用引脚即可为单片机提供时钟脉冲，但在焊接晶振电路时要尽量使晶振电路靠近单片机，这样可以为单片机提供稳定的时钟脉冲。 图2-4震荡电路3.5总电路图 图2-5：总电路图三、软件程序设计3.1 程序设计思想 本设计采用了汇编语言编写，汇编语言由于采用了助记符号来编写程序，比用机器语言的二进制代码编程要方便些，在一定程度上简化了编程过程。汇编语言的特点是用符号代替了机器指令代码，而且助记符与指令代码一一对应，基本保留了
13、机器语言的灵活性。使用汇编语言能面向机器并较好发挥机器的特性，得到质量较高的程序。 在程序设计过程中，为了有效的完成任务，把所有完成的任务精心的分割成若干个相互独立但相互有仍可有联系的任务模块，这些任务模块使得任务变得相对单纯，对外的数据交换相对简单，容易编写，容易检测，容易阅读和维护。这种程序设计思想称为模块化程序设计思想。模块化结构程序的设计，可以使系统软件便于调试与优化，也使其他人更好的理解和阅读系统的程序设计。程序的主要模块有：主程序、显示程序、定时溢出中断服务程序、外部中断服务程序。3.2 程序设计 因为秒表设计相对较为简单，因此在软件设计中我们一般采用模块化程序设计的方法。模块是一
14、个具有独立功能的程序，可以单独设计、调试与管理，模块可分为功能模块和控制模块两类。我们通过模块化程序设计可按适当的原则把一个情况复杂、规模较大的程序系统划分为一个个较小的、功能相关而又相对独立的模块。每个小的模块完成一个确定的功能，在这些小的模块之间建立必要的联系，互相协作完成整个程序要完成的功能。它具有明显的优点，把一个多功能的复杂的程序划分为若干个简单的、功能单一的程序模块，有利于程序的设计和调试，有利于程序的优化和分工，提高了程序的阅读性和可靠性，使程序的结构层次一目了然。其中的模块即为子程序，子程序是功能独立的程序段。子程序的基本思想是编写一次，可以重复使用。子程序的形式可以是一个程序
15、文件，也可以是一个过程或函数。子程序总被其他程序调用而不单独执行，这与主程序相对。这个主程序也是由多个子程序模块组成，各程序模块都要完成一个明确的任务，实现某个具体的功能，复位，计数和显示等，在具体需要时调用相应的模块即可。3.3 源程序ORG 0000HLJMP MAINORG 0030H MAIN:MOV IE,#82HMOV TMOD,#01HSETB TR0MOV R0,#00HMOV R1,#00HMOV R2,#00HMOV R3,#00HMOV DPTR,#TAB LP:MOV TH0,#0D8HMOV TL0,#0F0HMOV A,R0MOVC A,A+DPTRMOV P2,#
16、01HMOV P0,A LL:JBC TF0,DPSJMP LL DP:MOV P1,#0FEHJB P1.3,LKINC R2CJNE R2,#10,LKMOV R2,#00HINC R0CJNE R0,#10,LKMOV R0,#00HINC R1CJNE R1,#6,SAMOV R3,#01H SA:CJNE R1,#10,LKLJMP MAIN LK:MOV P1,#0FEHJNB P1.4,MAINMOV TH0,#0D8HMOV TL0,#0F0HMOV P1,#0FEHMOV A,R1JB P1.5,AZCJNE R3,#01H,AZMOV R5,#6SUBB A,R5 AZ:M
17、OVC A,A+DPTRMOV P2,#02HMOV P0,A LR:JBC TF0,LQSJMP LR LQ:MOV TH0,#0D8HMOV TL0,#0F0HMOV P2,#04HMOV P0,#0BFH KL:JBC TF0,HDSJMP KL HD:MOV TH0,#0D8HMOV TL0,#0F0HMOV P1,#0FEHJB P1.5,SDMOV A,R3AJMP QW SD:MOV A,R4 QW:MOVC A,A+DPTRMOV P2,#08HMOV P0,A HK:JBC TF0,LPSJMP HK TAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99HDB 92H,
18、82H,0F8H,80H,90HEND待添加的隐藏文字内容1四 软件仿真利用Keil软件对源程序进行编译，编译成功后，把编译结果保存。然后根据我们的软件在PROTEUS中设计出相应的硬件电路，并将该电路保存到与WAVE程序相同的文件夹中，最后将程序装载到单片机中，通过ISIS7PROTEUS仿真，看程序是否能够实现预想的功能。仿真图如下所示：五 总结与展望 本篇论文是利用单片机和接口外围电路组成的电子秒表电路。 整个电路由硬件电路和软件程序两部分组成。硬件电路使用原件少，电路结构简单，功能强；软件程序设计结构合理，思路清晰，利用询问程序对各种事件进行处理，提高微处理器的工作效率。 硬件电路由单
19、片机AT89C51、3位LED数码管显示电路、按键电路等构成。系统总电路由以上设计的显示电路，时钟电路，按键电路和复位电路组成，只要将单片机与以上各部分电路合理的连接就组成了系统总电路。AT89C51单片机为主电路的核心部分，各个电路均和单片机相连接，由单片机统筹和协调各个电路的运行工作。 通过以上设计已经将各部分电路与单片机有机的结合到一起，硬件部分的设计大功告成，剩下的部分就是对单片机的编程，使单片机按程序进行，实现数字电子秒表的全部功能。 致谢经过这么长时间的奋战，我们组的毕业设计终于完成了，这次的毕业设计相对于以前的课程设计，多了很多思考，使我对一些知识有了更深刻的认识，也使我明白了学
20、习是不断积累的过程。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，也是对自己能力的一种提高。这次毕业设计，我感触最深了就是一句固话：万事开头难。还没开始做的时候，有一种无从下手，怕做的感觉，但是当我真正开始做了时候，觉得还是可以做下去的，通过查阅大量的有关资料，与同学们交流经验，一点一点的将毕业设计完善。到了现在做完了，也觉得没什么了，其实就是对自己以前的知识和能力的一个检验。总之，知识必须通过应用才能实现其价值，有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真正的学会了。这次设计使我体会到了再创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦，虽然做的不是太好，但是树立了我对自己工作能力的信心，相信会对今后的工作生活有重要的影响，让我终身受益。参考文献：1. 李法春，单片机原理及接口技术案例教程2. 张培仁，单片机原理与应用3. 雷丽文，微机原理与接口技术4. 李华，MCS-51系列单片机实用接口技术5. 余发山，单片机原理及应用技术6. 杨凌霄,微型计算机原理及应用7. 杨宁，单片机与控制技术8. 王闪，AT89系列单片机原理与接口技术9. 汪德彪，MCS_51单片机原理及接口技术10. 李晓荃，单片机原理及应用技术
