单片机课程设计--数字式秒表

单片机课程设计--数字式秒表

湖南工学院

单片机课程设说明书

数字式秒表

学生姓名：刘波

系部：电气与信息工程系

指导教师：凌云

专业：自动化

班级：自本1001班

完成时间：2012年12月18号

目录

第1章数字式秒表的设计介绍 (1)

1.1设计任务及功能要求 (1)

1.2数字式秒表的方案介绍及工作原理说明

(1)

第二章数字式秒表硬件系统的设计 (3)

2.1 AT89S52芯片的介绍 (3)

2.2 时钟电路的介绍 (4)

2.3 复位电路的介绍 (5)

2.4 键盘电路的介绍 (6)

2.5 驱动及显示电路的介绍 (7)

2.6 单片机下载口电路 (8)

第三章数字式秒表软件系统的设计 (8)

3.1 数字式秒表使用单片机资源情况 (8)

3.2 主程序流程图 (9)

3.3 秒表的工作流程图 (11)

3.4 显示程序流程图 (13)

3.5 按键扫描流程图 (14)

3.6软件系统程序清单 (15)

第4章设计结果及误差分析 (15)

4.1 数字式秒表的设计结论及使用说明. 15

4.2 调试软件介绍 (15)

4.3 程序仿真与结果 (16)

4.4 KEIL uVision3简介 (18)

4.5 proteus的简介 (18)

4.5 误差分析及解决方法 (19)

第五章数字式秒表的设计体会及课程教学建议 (20)

5.1 秒表的课程设计体会 (20)

5.2 课程教学建议 (21)

参考文献 (22)

附录A 原理图 (23)

附录B PCB图、布局图、实物图 (25)

附录C 程序 (29)

附录 D 元器件清单 (31)

第1章数字式秒表的设计介绍

1.1设计任务及功能要求

由单片机接收小键盘控制递增计时，由LED 显示模块计时时间，显示格式为 00-59（分）00-59（秒）.00-99(毫秒)，精确到0.01s的整数倍。绘制系统硬件接线图，并进行系统仿真和实验。画出程序流程图并编写程序实现系统功能。

使用单片机AT89S52作为主要控制芯片，以四位一体共阳极数码显示管通过三极管驱动作为显示部分，设计一个具有特定功能的数字式秒表。该数字式秒表上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。该数字式秒表通过按键控制可实现开始计时、暂停计时、连续计时、清零和停止功能。

1.2数字式秒表的方案介绍及工作原理说明

使用AT89S52单片机作为核心控制部件，采用12M晶体振荡器及微小电容构成振荡电路；采用S8550作为数码管的驱动部分；用两个四位一体共阳极或共阴极数码显示管作为显示部分，构成数字式秒表的主体结构，配合独立式键盘和复位电路完成此秒表的复位、计时、连续、清零、停止各项功能。

键盘部分方案：键盘控制采用独立式按键，每个按键的一端均接地，另一端直接和P1口相连，在按键和P1口之间通过10K电阻与+5V电源相连。键盘通过检测输入线的电平状态就可以很容易地判断哪个键被按下了，这种方法操作速度高而且软件结构很简单，比较适合按键较少或操作速度较高的场合，这种独立式接口的应用很普遍。

显示部分方案：显示部分采用动态显示。数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决

于单片机对位选通COM 端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM 端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。事实上，显示器上任何时刻只有一个数码管有显示。由于各数码管轮流显示的时间间隔短、节奏快，人的眼睛反应不过来，因此看到的是连续显示的现象。为防止闪烁延时的时间在1ms 左右，不能太长，也不能太短。本设计可采用P0口直接驱动八段数码管显示。

此电路采用单片机的P0口作为数码显示管的段控，采用P2口作为数码管的位控。8个独立式键盘分别接在单片机的P1口上，以及其他部分构成数字式秒表的硬件电路。通过编写程序使用单片机的定时计数器，以及软件延时，中

断资源来实现秒计时和相关控制。此数字式秒表的硬件整体结构如图1-1所示。

图1-1 数字秒表硬件电路基本原理图

AT89C52单片机控制器

独立式按键

位驱动

数码管显示

复位电路振荡电路电源

第二章数字式秒表硬件系统的设计

2.1 AT89S52芯片的介绍

(1) 与MCS-51产品相兼容；

(2) 具有8KB可改写的Flash 内部程序存储器，可写/擦1000次；

(3)256字节内部RAM；

(4) 32根可编程I/O口；

(5) 3个16位定时器/计数器。

(6) 8个中断源；

(7) 可编程中串行口；

(8) 低功耗空闲和掉电方式。

它的价格便宜，功能强大，能耗低。很大程度上减少总电路的复杂性，提高了所设计系统的稳定性。其芯片引脚图如图2-1所示。

图2-1 单片机引脚图

2.2 时钟电路的介绍

时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，单片机本身就是一个复杂的同步时序电路。输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚TXAL2，在芯片的外部通过这两个引角跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，就构成了一个稳定的自激振荡器。此电路采用12MHz的石英晶体。时钟电路如图2-2所示。

图2-2 时钟电路

2.3 复位电路的介绍

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操作错误是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。

RST引脚是单片机复位信号的输入端，复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期（即2个机器周期）以上，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，其复位电路如图2-3所示：

图2-3 复位电路

2.4 键盘电路的介绍

本设计使用独立式键盘接在单片机的P1口上但通过软件赋予其中三个按键功能，其中S2是计时开始按键，S3为停止按键，S4为计时暂停按键，S5为继续计时按键，S6是清零按键。注意使用时只有在暂停状态下才能继续计时，只有在停止状态下才能清零，在停止时不能继续计时，在暂停时不能清零。键盘电路如图2-4所示：

图2-4 键盘电路

2.5 驱动及显示电路的介绍

数码管实际上是由二极管构成发光二级管正常工作时，其两端正向压降约

为

1.6v，正向电流约为10mA，为了使数码管达到一定的亮度而又不至于由于电流过大而损坏，我们使用三极管S8550作为数码管的驱动，同时在P0口和P2口上串上470欧姆的电阻。此处使用四位一体共阴极数码管，由于驱动电路决定了此处共阴极数码管和共阳极数码管均可以采用而且均采用共阳极代码来编写显示程序，具体电路如图2-5所示。

图2-5 数码管驱动及

显示电路图

2.6 单片机下载口电路

下载口主要是一个十芯的座子，如图2-6所示。可以通过使用USB下载线对单片机进行程序下载。方便整个软件的设计，也能让我们使用起来更加方便。

图2-6 单片机下载口电路图

第三章数字式秒表软件系统的设计

3.1 数字式秒表使用单片机资源情况

本次电子钟设计除了了使用单片机工作所必须的硬件资源（如连接晶振的引脚XTAL1和XTAL2，复位引脚RESET）外，对单片机的硬件资源还做了具体的安排。P0口：P0.0-P0.7作为数码管显示器的段控。P1口：P1.0、P1.2、P1.3、P1.4(由于自己的P1.1口所接的按键不怎么灵敏所以不用P1.1口)作为独立式键盘的输入端。P2口：P2.0-P2.7分别控制数码管LED0-LED7的位控码驱动。

3.2 主程序流程图

开始

main

显示学号

是否循环了200

次

N

Y

显示系统提示符P.

秒表是否开始工作

N

按键扫描

Y 秒表工作程

序

图3-2 主程序的流程图

3.3 秒表的工作流程图

开始

是否满100

是否满60是否满60

10ms 显示

秒显示加1

秒显示清

零

毫秒显示清零

分显示加1

显示加1

N

Y

N

Y

N

分显示清

零

Y

返回

图3-3 秒表工作的流程图

3.4 显示程序流程图

图3-4 显示程序流

开始 现场保护 寄存器显示代码查送段控代码 送位控代码 延时1ms 送段控代码 位控代码左左移8恢复现场 返回

N Y

程图

3.5 按键扫描流程图

3-5 按键扫描流程图

按键扫描

按键是否按下

N

Y

是否按下key1按键

秒表开始工作

Y

是否按下key2按键

N

秒表暂停工作

Y

是否按下key3按键

N

秒表继续工作

Y

再按下key4按键实现清零

再按下key5按键实现停止功

能

再按下key5按键实现停止功

能

3.6软件系统程序清单

按照流程图应用软件keil，使用C语言编程实现秒表功能。程序见附录C。

第4章设计结果及误差分析

4.1 数字式秒表的设计结论及使用说明

通过设计和调试，数字式秒表能顺利完成各项功能。上电或复位后显示“P.”提示符，此时按key1键便可开始计时。在计数状态下，按下key2键即可实现暂停，再次按下key3键即可实现继续计数，在计数状态下按下key5键，实现计数停止，在停止状态下按下key4键，便可实现计数清零。

4.2 调试软件介绍

本电子钟的设计用的pretues仿真软件设计电路并仿真。它运行于Windows 操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：①实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。②支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。③提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时