基于51单片机的数字秒表课程设计、毕业设计论文

单片机课程设计报告

基于51单片机的数字秒表设计

专业：通信工程

学号：11100640225

姓名：罗宏

时间:2014-6-26

目录

一、课程名称 (1)

二、设计目的和意义 (1)

三、任务要求 (1)

四、任务分析、设计方案 (1)

五、具体实现过程 (9)

六、仿真、实验验证过程及实现结果、现象 (12)

七、结论 (14)

八、总结与体会 (14)

一、课题名称

基于51单片的数字秒表设计

二、目的和意义

1、通过本次课程设计可以灵活运用单片机的基础知识，依据课程设计内容，能够完成从硬件电路图设计，到电路搭建焊接，再到软件编程及系统调试实现系统功能，完成课程设计，加深对单片机基础知识的理解，并灵活运用，将各门知识综合应用。

2、本次课程设计还可以通过上网查询器件资料，培养对新知识新技术的独立的学习能力和应用能力。

3、在这次课程设计中，我们运用到了很多一切所学的知识和一些很有用的软件和工具，如keil4编程软件、Proteus仿真软件、Visio软件、等。

4、通过独立完成一个小的数字秒表系统设计，从硬件设计到软件设计，增强分析问题、解决问题的能力，为日后的毕业设计及科研工作奠定良好的基础。

5、掌握51单片机软件编程知识、实现功能、设计方法，及KEIL软件使用方法；

6、应用所学模拟电子线路的知识，掌握电路的设计与应用；

7、熟悉PROTEUS的设计与仿真；

8、STC——ISP的使用方法；

9、掌握焊接电子元器件的方法以及查阅元件功能与参数的方法、步骤。

三、设计目标或任务要求

1 、设计目标

以单片机为核心，设计数字秒表。

通过硬件电路设计，软件设计，电路搭建，作品调试。最后完成本次课程设计。

2 、设计要求

1、计时范围：0~59分59.59秒，整数四位数和小数两位数显示；

2、计时精度10毫秒；

3、复位按钮，计时器清零，并做好下次及时准备；

4、可以对三个对象（A、B）计时，具有启/停控制；

5、设开始、停止A、停止B、显示A、显示B、复位按钮。

四、任务分析、设计方案

1、任务分析

数字电子秒表具有显示直观、读取方便、精度高等优点，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，计时与显示电路和回零、启动和停表电路等。主控制器采用单片机89C52显示电路采用共阳极LED数码管显示计时时间。

本设计利用89C52单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，使其能精确计时。利用中断系统使其能实现开始暂停的功能。P0口输出段码数据，P2.0-P2.4口作列扫描输出，P1.1、P3.2、P3.3、P2.5口接四个按钮开关，分别实现开始、暂停、清零和查看上次计时时间功能。电路原理图设计最基本的要求是正确性，其次是布局合理，最后在正确性和布局合理的前提下力求美观。硬件电路图按照图1.1进行设计。

图1.1 数字秒表硬件电路基本原理图

计时采用定时器T0中断完成，定时溢出中断周期为1ms，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毫秒计数单元进行加一，达到10次就对十毫秒位进行加一，依次类推，直到99.99秒重新复位。

再看按键的处理。这四个键可以采用中断的方法，也可以采用扫描的方法来识别。复位键和查看主要功能在于数值复位和查询上次计时时间，对于时间的要求不是很严格。而开始和停止键则是用于对时间的锁定，需要比较准确的控制。因此可以对复位和查看按键采取扫描的方式。而对开始和停止键采用外部中断的方式。

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，显示电路和回零、启动、查看、计次电路等。主控制器采用单片机89C52，显示电路采用共阳极LED数码管显示计时时间，四个按键均采用触点式按键。

2、单片机的选择

本课题在选取单片机时，充分借鉴了许多成形产品使用单片机的经验，并根据自

己的实际情况，选择了stc公司的89C52。

89C52单片机采用40引脚的双列直插封装方式。图1.2为引脚排列图， 40条引脚说明如下：

主电源引脚Vss和Vcc

① Vss接地

② Vcc正常操作时为+5伏电源

外接晶振引脚XTAL1和XTAL2

① XTAL1内部振荡电路反相放大器的输入端，是外接晶体的一个引脚。当采用外部振荡器时，此引脚接地。

② XTAL2内部振荡电路反相放大器的输出端。是外接晶体的另一端。当采用外部

振荡器时，此引脚接外部振荡源。

图1.2 8051单片机引脚图

控制或与其它电源复用引脚RST/VPD，ALE/PROG，PSEN和EA/Vpp

输入/输出引脚P0.0 - P0.7，P1.0 - P1.7，P2.0 - P2.7，P3.0 - P3.7。

① P0口（P0.0 - P0.7）是一个8位漏极开路型双向I/O口，在访问外部存储器

时，它是分时传送的低字节地址和数据总线，P0口能以吸收电流的方式驱动八个LSTTL 负载。

② P1口（P1.0 - P1.7）是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O口。能驱动(吸收或输出电流)四个LSTTL负载。

③ P2口（P2.0 - P2.7）是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O口，在访问外部存储器时，它输出高8位地址。P2口可以驱动(吸收或输出电流)四个LSTTL负载。

④ P3口（P3.0 - P3.7）是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O口。能驱动(吸收或输出电流)四个LSTTL负载。

（1）运算器

运算器的功能是进行算术运算和逻辑运算。可以对半字节（4位）、单字节等数据进行操作。

（2）程序计数器PC

程序计数器PC用来存放即将要执行的指令地址，共16位，可对64K程序存储器直接寻址。执行指令时，PC内容的低8位经P0口输出，高8位经P2口输出。

（3）令寄存器

指令寄存器中存放指令代码。CPU执行指令时，由程序存储器中读取的指令代码送入指令寄存器，经译码后由定时与控制电路发出相应的控制信号，完成指令功能。

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。本设计的显示电路采用7段数码管作为显示介质。

数码管显示可以分为静态显示和动态显示两种。由于本设计需要采用五位数码管显示时间，如果静态显示则占用的口线多，硬件电路复杂。所以采用动态显示。

图1.3 显示电路基本原理图

动态显示是一位一位地轮流点亮各位数码管，这种逐位点亮显示器的方式称为位扫描。通常各位数码管的段选线相应并联在一起，由一个8位的I/O口控制；各位的公共阴极位选线由另外的I/O口线控制。动态方式显示时，各数码管分时轮流选通，要使其稳定显示必须采用扫描方式，即在某一时刻只选通一位数码管，并送出相应的段码，在另一时刻选通另一位数码管，并送出相应的段码，依此规律循环，即可使各位数码管显示将要显示的字符，虽然这些字符是在不同的时刻分别显示，但由于人眼存在视觉暂留效应，只要每位显示间隔足够短就可以给人同时显示的感觉。

数码显示管分为共阳数码管和共阴数码管两种

共阳极数码管的8个发光二极管的阳极（二极管正端）连接在一起，如图1.4（b），通常，公共阳极接高电平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。

图1.4 （a）数码管引脚图（b）共阳极内部结构图（c）共阴极内部结构图

最大

4 、按键电路的选择与设计

本设计中有四个按键，分别实现开始、暂停、复位和计次功能。这四个键可以采用中断的方法，也可以采用查询的方法来识别。对于复位键和查看键，主要功能在于数值复位和对上次计时时间的查看，对于时间的要求不是很严格，而开始和暂停键主要用于时间的锁定，需要比较准确的控制。因此可以考虑，对复位键和查看键采用查询的方式，

而对于开始和暂停键采用外部中断。四个按键均采用低电平有效，具体电路连接图如图1.5所示。

5、时钟电路的选择与设计

单片机的时钟信号用来提供单片机内各种微操作的时间基准，8051片内设有一个由反向放大器所构成的振荡电路，XTAL1和 XTAL2分别为振荡电路的输入和输出端，8051单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式与外部振荡方式。外部方式的时钟很少用，若要用时，只要将XTAL1接地，XTAL2接外部振荡器就行。对外部振荡信号无特殊要求，只要保证脉冲宽度，一般采用频率低于11.05926MHz的方波信号。

图中，电容器C

1、C

2

起稳定振荡频率、快速起振的作用，电容值一般为5～33pF。

但在时钟电路的实际应用中一定要注意正确选择其大小，并保证电路的对称性，尽可能匹配，选用正牌的瓷片或云母电容，如果可能的话，温度系数尽可能低。本设计中采用大小为30pF的电容和11.05926MHz的晶振。

图1.6 内部振荡电路

6、复位电路的选择与设计

当8051单片机的复位引脚RST（全称RESET）出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就完成了复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态，而无法执行程序。因此要求单片机复位后能脱离复位状态。而本系统选用的是11.05926MHz 的晶振，因此一个机器周期为1.09μs，那么复位脉冲宽度最小应为2.18μs。在实际应用系统中，考虑到电源的稳定时间，参数漂移，晶振稳定时间以及复位的可靠性等因素，必须有足够的余量。

根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位、手动复位。

图1.10 单片机复位电路

7、系统总电路的设计

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。系统总电路图附录B所示。

8051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。

8051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始终脉冲。

复位电路同晶振电路，单片机设有一个专用的硬件复位接口，并设置为高电平有效。

按键电路与单片机的端口连接可以由用户自己设定，本设计中软件复位键和查看键分别接单片机的P1.1和P2.5，均设为低电平有效。而另外的开始键和暂停键两键使用了外部中断，所以需要连接到单片机的特殊接口P3.3和P3.2，这两个I/O口的第二功能分别为单片机的外部中断1端口和外部中断0端口。同样设置为位低电平有效。

显示电路由五位数码管组成，采用动态显示方式，因此有8位段控制端和5位位控制端，八位段控制接P0口，P0.0~P0.7分别控制数码显示管的a、b、c、d、e、f、g、dp显示，8051的P0口没有集成上拉电阻，高电平的驱动能力很弱，所以需要接上拉电阻来提高P0的高电平驱动能力。五位位控制则由低位到高位分别接到P2.0~P2.4口，NPN三极管9013做为位控制端的开关，当P2.0~P2.4端口任意一个端口为高电平时，与其相对应的三极管就导通，对应的数码管导通显示。

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，硬件部分的设计以大

功告成，剩下的部分就是对单片机的编程，使单片机按程序运行，实现数字电子秒表的全部功能。

五、具体实现过程

1、对数字秒表设计进行分析，敲定几组方案；

2、在PROTUES软件中，画电路图，进行仿真、调试；

3、对自己想要实现的秒表现象进行编程，运用KEIL软件；并于Proteus联调。

4、调试过程中要不断改进自己的方案；

6、测试各个所需元件，STC89C52RC，数码管。

7、将方案敲定之后，对LED数字秒表进行焊接其中最主要的是对最小系统的焊接时非常关键的，在进行焊接数码管时，很关键。

8、将最小系统焊接好以后要用数字万用表进行测试，首先要测试有没有短接、断接的地方，再将焊好的板子放在电源上进行加电，看电路板子是否正常工作。

9、将最小系统板子与数码管板子连在一个，通过USB口与电脑相连，打开串口助手，将KEIL软件中的程序下载到单片机中，进行验证。

10、具体程序

/********************************************************

* 文件名 : 秒表.c

* 描述 : 基于51单片机的数码管数字秒表；

带有指示灯，蜂鸣器，按键（启动、清零、计次）

* 创建人 : 罗宏

* 单位 : 佳木斯大学信息电子技术学院电子协会

* 日期 : 2014.6.26

* 开发环境: Keil 4

* 邮箱 : 744544126@https://www.360docs.net/doc/719983530.html,

* 晶振：11.05926MHZ

* 版本号 :

*********************************************************/

#include

#define uint unsigned int //宏定义无符号整型

#define uchar unsigned char //宏定义无符号字符型

#define DUAN (P0) //宏定义数码管段代码

#define WEI (P2) //宏定义数码管位代码

sbit keystart_stop = P3^2; //定义启动/停止按键

sbit keyrest = P3^3; //定义复位/清零按键

sbit keyrecord = P3^4; //定义计数/存储按键

sbit keydispaly = P3^5; //定义计数/显示按键

sbit beep = P3^6; //定义蜂鸣器

sbit led = P3^7; //定义

uchar x,msec5,msec10,second,minute; //时间变量

uchar msec,sec,min; //显示变量

uchar code table1[] = {0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,

0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; //共阳数码管数组不带点显示

uchar code table2[] = {0x40,0x79,0x24,0x30,

0x19,0x12,0x02,0x58,0x00,0x10}; //共阳数码管带点显示

/********************************

函数名称: 延时函数 delay

功能: 延时指定毫秒

参数: uchar x

返回值: 无

********************************/

void delay(uchar x)

{

uint b,c;

for(b = x;b>0;b--)

for(c = 110;c>0;c--);

}

/********************************

函数名称: 定时器初始化函数time_init(void)

功能: 定时器初始化

参数: 无

返回值: 无

*********************************/

void time_init(void)

{

msec5=0;

TMOD = 0x01;

TH0 = (65536-9174)/256;

TL0 = (65536-9174)%256;

ET0 = 1;

TR0 = 1;

EA = 1; }

/********************************

函数名称: 显示函数display（）

功能: 数码管显示

参数: uchar msec,uchar sec,uchar min

返回值: 无

*********************************/

void display(uchar msec,uchar sec,uchar min)

{

DUAN = table1[(msec%10)%10];// 0.01秒 5.64%10=64%10=0.04

WEI = 0x01;

delay(2);

WEI = 0x00;

DUAN = table1[(msec/10)%10];// 0.1秒 5.64/10=56%10=0.6

WEI = 0x02;

delay(2);

WEI = 0x00;

DUAN = table2[(sec%10)]; // 1秒 564%10=6

WEI = 0x04;

delay(2);

WEI = 0x00;

DUAN = table1[(sec/10)]; // 10秒 564/10=56%10=6

WEI = 0x08;

delay(2);

WEI = 0x00;

DUAN = table1[(min%10)]; // 1分 564/10=56%10=6

WEI = 0x10;

delay(2);

WEI = 0x00;

DUAN = table1[(min/10)]; // 10分 564/10=56%10=6

WEI = 0x20;

delay(2);

WEI = 0x00;

}

/********************************

函数名称: 蜂鸣器函数

功能: 蜂鸣器发声

参数: 无

返回值: 无

*********************************/

void beep_led()

{

beep = 0;

delay(600);

beep = 1;

delay(600);

led = 0;

delay(600);

led = 1;

}

/********************************

函数名称: 按键函数

功能: 调试按键的函数

参数: 无

返回值: 无

*********************************/

void keys()

{

if(keystart_stop==0)

{

delay(5);

if(keystart_stop==0)

TR0 = ~TR0;

beep_led();

while(!keystart_stop);

}

if(keyrest==0)

{

delay(5);

if(keyrest==0)

TR0 = 0;

msec5=0;

msec10=0,

second=0;

minute=0;

beep_led();

while(!keyrest);

}

}

/********************************

函数名称: 主函数

功能:

参数: 无

返回值:

*********************************/

void main()

{

uchar jishu=0;

uchar flag=0;

uchar msec1=0,sec1=0,min1=0;

uchar msec2=0,sec2=0,min2=0;

time_init();

while(1)

{

keys(); // 键盘的扫描函数一定要放在while循环里边

msec=msec10;

sec=second;

min=minute;

if(flag==1)

{

display(msec1,sec1,min1);

}

else if(flag==0)

{

display(msec,sec,min);

}

else

{

display(msec2,sec2,min2);

}

if(keyrecord==0)

{

delay(5);

if(keyrecord==0)

{

beep_led();

jishu++;

if(jishu>2)

{

jishu=0;

}

else if(jishu==1)

{

msec1=msec10;

sec1=second;

min1=minute;

}

else if(jishu==2)

{

msec2=msec10;

sec2=second;

min2=minute;

}

}

while(!keyrecord);

}

if(keydispaly==0)

{

delay(5);

if(keydispaly==0)

{

beep_led() ;

flag++;

if(flag>2)

flag=0;

}

while(!keydispaly);

}

}

}

/**********************************

函数名称: 中断函数

功能:

参数: 无

返回值:

***********************************/

void timer0 () interrupt 1

{

TH0 = (65536-9174)/256;

TL0 = (65536-9174)%256;

msec10++; // msec10加一次等于 10ms if(msec10==100) // j=100 为1s

{

msec10 = 0;

second++;

if(second==60) // second=60 为1minute

{

second=0 ;

minute++;

if(minute==60) // minute=60 为1hour {

minute=0 ;

}

}

}

}

六、仿真、实验验证过程及实现结果、现象

七、结论

本设计的数字电子秒表系统采用89C52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、LED数码管以及外部中断电路来设计计时器。将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够实现八位LED显示，显示时间为0~59分59.59秒，计时精度为0.01秒，能正确地进行计时，同时能记录两次时间，并在计时后对上一次计时时间进行查询。其中软件系统采用C语言编写程序，包括显示程序，定时中断服务，延时程序，按键扫描程序等，并在keil4中调试运行，硬件系统利用PROTEUS强大的功能来实现，简单切易于观察，在仿真中就可以观察到实际的工作状态。

八、总结（体会）

开始做设计的时候总是会犯一些错误，只有经过不停的改错，不断地编译得到正确的程序，说明作为一名编程人员是不能粗心大意的，一个程序的质量的高低与你的细心与否有着很大的联系，在编程时，我充分地使用了结构化的思想，这样程序检查起来也比较方便，调试时也会方便很多。只要一个模块一个模块的进行调试就可以了，充分体现了结构化编程的优势。在设计中要求我要有耐心和毅力，细心是最重要的，稍有不慎，一个小小的错误就会导致结果的不正确，而对错误的检

查要有足够的耐心，通过这次设计和设计中遇到的问题，我也积累了一定的经验。为了能完成这次

设计，我还复习了《数字电子技术》、《模拟电子技术》、《微机接口技术》、《单片机技术》、《C语言》。

通过这次单片机课程设计，我了解到自己在单片机方面还有很多不足，特别是单片机指令系统及stc89C52单片机各引脚的第二功能等等知识不够了解.因此我在设计中遇到不懂的东西就马上查资料或请教同学.这不仅加深了我对单片机理论的理解，将理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。创新可以是在原有的基础上进行改进，使之功能不断完善，成为自己的东西。