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1、* *单片机原理与应用课程设计说明书题目:0.01S分辨力高精度秒表设计系部：信息与控制工程学院专业：测控技术与仪器班级：2011级1班学生姓名：王茂杰 学 号:11031240126指导教师：一吴萍2013年 12月 6日目 录1 设计任务与要求-.2 -1.1 设计任务-.2 -1 .2设计要求-.2 -1 .3设计结果-.2 -2 设计方案-.3 -2 .1设计思路-.3 -2 . 2 方案选择 -.3 -2. 2 . 1 按键方式选择 -.3 -2. 2 .2 计时分辨力选择 .-.4 -2 .3主要器件及芯片 -.4 -2 .3.1本设计主要器件清单 -.4 -2 .3.2单片机 S
2、TC89C51RD -. 5 -2 . 3 .374HC164 芯片.-.5 -2 .3.4MAX8 18.-.6 -2 .3.5MAX 2 3 2.-.7 -2 .3.6数码管 LED-SP41056 - 8 -3 硬件电路设计-10 -3 .1 硬件电路图设计说明 -10 -4 软件设计-11 -4.1 程序流程图-114.2 主要参数计算与分析 -11 -4 .2.1定时初值计算 -11 -4 .2.2按键初值分析 -12 -4 .2.3段码计算-12 -4.3 定时器及按键初始化程序 -12 -4.4 PROTEUS仿真结果 -13 -5 调试过程-13 -6 结论-13 -附录： -
3、15 -1 实物图-15 -2 器件清单-16 -参考文献：-17 -1 设计任务与要求秒表计时器常常用于体育竞赛及各种其他要求有较精确时间的各领域中。单片机具有体积小，成本低，抗干扰能力强，面向控制，可以实现分机各分布式 控制等优点。本秒表/时钟设计采用目前市场上性能价格比较高的STC52单片机设计而成的系统。1 . 1 设计任务设计一个秒表计时器，能够实现以秒计时，并设置复位和启/停开关，复位开关用来使计时器清0，并作好清0准备。启/停开关的使用方法与传统的机械计时器相 同，即按一下启/停开关，启动计时器开始计时，再按一下启/停开关计时暂时。清零 开关可以在任何情况下使用，在计时过程中，只
4、要按一下清零开关，计时器清零。1 .2 设计要求1. 了解秒表计时器的工作原理；2. 掌握STC-51系列单片机的基本结构和特性；3. 手动开关，具有起停与清零控制作用；4 分辨力0.1S;5.计时范围 00.0 99.9S ;1 . 3 设计结果1. 双按键控制开始/暂停、清零；2. 分辨力：0.01S ；3. 计时最大范围：0.00秒；2 设计方案2 . 1 设计思路本设计可利用单片机的内部定时器/计数器定时和记数的功能来实现计时，为了 让时间显示更加醒目，可采用 LED数码管显示，为了节省端口的使用，段码的输出 可以串行输出，通过接一个串入并出移位寄存器74HC164来并行输出到LED数
5、码管段选端。按键为满足设计要求可采用单按键方式或双按键方式任一种。对于秒表的分辨率与量程，在满足要求的前提下可以尝试提高一下分辨力，加大量程。在设计时首先采用PROTEUS仿真来模拟实现，最后进行焊接调试。2 . 2 方案选择2 . 2 . 1 按键方式选择根据设计要求，可选择单按键或双按键两种方式来控制启动停止和清零功能，按键的使用方法与传统的机械计时器相同。方式一：一个按键控制，即按一下按键，启动秒表计时器开始计，再按一下按键， 秒表计时器停止计时，并显示计时时间。如果再按一下按键，秒表计时器显示屏复位 并重新开始计数。本方式的优点是可以仅用一个按键来实现所有功能，节省费用与端口本方式的缺
6、点是不能进行累计计时，只能进行一次性计时。方式二：本方案有两个按键，按键一的功能为清零。按键二的功能为启动 暂停: 按下按键二后，秒表计时器开始工作，若再按一下按键二，秒表计时器停止计数并记 录下计数时间，如果再按一下按键二，秒表计数器继续计数，具有累计计数功能。本方式的优点是可以累加计时。本方式的缺点是占有端口多。考虑到计时时有可能在暂停后继续计时，为使秒表功能达到最优，决定采用双按键设计。2 .2 .2 计时分辨力选择根据设计要求，分辨力要求达到 0.1S,在本设计中可以有以下两种分辨力选择：0.1S分辨力：本方案计时时间量程能达到 6小时，但精度稍低。0.01S分辨力：本方案计时精度较高
7、，但最大计时量程 1小时。但可通过外接几 个发光二极管来间接加长计时时间，当满量程 1小时1次时，第一个发光二极管亮， 第2次时，第2个发光二极管亮本硬件中共有3只发光二极管，故可间接把量程 提高到（3+1 ） *1小时=4小时。综合考虑，秒表计时时间一般不会超过 1小时，选择0.01S分辨力的方案。2 . 3主要器件及芯片2 .3 .1 本设计主要器件清单1、单片机最小系统：单片机STC89C51RD、STC89C51RD芯片座、排电阻、 晶振12MHZ、晶振座、瓷片电容、看门狗芯片 MAX813 、MAX813芯片座；2、串口下载电路： 串口芯片MAX232、MAX232 芯片座、独石电容
8、、串口；3、电源：保险丝、保险丝座、自锁电源开关、电源指示灯、电源输入接口、电 阻。4、显示电路：串并转换芯片74HC164、74HC164芯片座、色环电阻、数码 管LED-SP41056、数码管座、色环电阻、三极管 9105 ;5、LED灯：LED指示灯、色环电阻；6、按键：轻触开关；2 .3 .2 单片机 STC89C51RD单片机STC89C51RD是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes 的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM）， 器件采用高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51指令系统，片内置通 用8
9、位中央处理器和Flash存储单元，STC89C51RD单片机在电子行业中有着广泛rzr_ -i / r ?1WIDTlEX P I IPL_2PL.3卩L 4PkSri&nt.7R5T H.mD/PS ) TaO-PJ.I intSpj 2 1NT1.P3 3TCP 14TL P3.5WK.P3.CKThLGtdnARjJPMFUro.srooro.7氐阿gAJLEN.5flnpi.4P2* AiJPEikAa 1PE5/A13rZi AJ2PE3/AI1n wrzoAad-T EA ；EA管挪己内U|Vcc） iI7TvlF节沏4.匚氏3曲刖邛卩1. 川容臭惶时,电SClllOuE flkl
10、W勺-Uk2. H7RD+JS列翠片忙1山版才;，ESET脚内部已有46如1帕1（下独电1 单片机STC89C51RD单片机最小应用系统2.3 . 374HC164 芯片74HC164是8位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据，然后并行输出。数据通过两个输入端（DSA或DSB）之一串行输入；任一输入端可以用作高电平使能 端，控制另一输入端的数据输入。两个输入端或者连接在一起，或者把不用的输入端 接高电平，一定不要悬空。其真值表如下：Truth TableInputsOutputsClearClockABQaQ吕QhLXXXLLLHLXXA0BOOhoHtHHHQ/ViGnHtLXLQr门GnHT
11、XLLQnQGnH = High Level (steady state), L = low L&v&I (steady state)K = Irrelevant (any input, in eluding tr 已 n sition s)T = Tran sition from low to high level,o, Qbo- Quo = the level of Q, Qr, or Qh, respectively, before the indicated st&ady stat input conditions wars sgta.blihdLQ典m Csn = The of or
12、 before the most recant T transition of ths clock, indicated a one-bit shift,图274HC164真值表74HC164时钟每次由低变高时，数据右移一位，输入到 QO, Q0是两个数据输入端(DSA和DSB)的逻辑与，它将上升时钟沿之前保持一个建立时间的长度。主复位（MR）输入端上的一个低电平将使其它所有输入端都无效，非同步地清 除寄存器，强制所有的输出为低电平。内部结构如下图：图374HC164内部逻辑结构图2 .3 .4MAX818MAX818 在本设计中可作为复位电路的一部分，当VCC低于IV时可产生稳定的脉冲2 0
13、 0 ms，起到了保护系统数的功能，其时序图如下:-0I一RESET_ +5VMR1-+5Vf-/RE(TERAL_Y DR E . LD：图 4 MAX818时序图2 .3 .5 MAX2 3 2MAX232芯片的作用是将单片机输出的TTL电平转换成PC机能接收的2 3 2电平，将PC机输出的2 3 2电平转换成单片机能接收的TTL电平，实现计算机与单片机之间的串行通信。其封装图及外围电路如下：+ + L V GC2C?/MHXlddMAX220kdEwV-OL孙2 Dnr:CND1 0恤1 oulIH鬲心 V G T R R T I R slEaafflEaa11MP/SOCAMCITMICE (pF)DFVlCfI：4C5MA)Q204147HlIC-商MAX23?10.： ID 1.：IDMwa?A Ttr訂OTTLCMCS JIfJP ITS 2n/CMos 丿CUTPIJTS RS-2S2匕 TFI rcPE-232 IHPUTS图5 MAX232封装图及外围电路2 .3 .6 数码管 LED-SP41056由于74HC164与数码管之间连接规律不确定，特把数码管LED-SP41056的管脚图及内部结构图在此简要介绍，图片如下：1298OQODG1DIG 2DIG3图6 数
