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

目录

摘要.............................................. I 目录 ................................................ II 引言 ............................................... III

1.课程设计目的 (1)

2.课程设计题目描述和要求 (1)

3.课程设计报告内容 (1)

3.1设计思路（方案） (1)

3.2系统总体方案及硬件设计（方案论证、设计、调试） (1)

3.2.1系统总体方案 (1)

3.2.2硬件电路设计 (2)

3.3 软件设计 (5)

3.3.1软件设计概述 (5)

3.3.2程序流程图 (5)

3.3.3子程序模块设计 (6)

4.Protues软件仿真 (7)

5.秒表c语言程序 (9)

6.焊接实物图 (11)

7.总结（设计后的体会和建议） (11)

8.参考文献： (12)

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 —Flash Programmable and Erasable Read Only Memory ）的低电压、高性能CMOS 8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

sbit k1=P1^2;

sbit k2=P1^1;

sbit k3=P1^0;

unsigned char countor;

unsigned char seconed;

unsigned char ViewData[2];

unsigned char

Tab[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; void delay(unsigned int ms)

{

unsigned int i,j;

for(i=0;i

for(j=0;j<1141;j++);

}

void View(unsigned char Data[2])

{

P0=Data[0];

P3=Data[1] ;

delay(1);

}

void Time_T0() interrupt 1 using 0

{

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;

}

}

}

void main()

{

unsigned char keynum; 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