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1、秒表 电子时钟的毕业设计 毕业设计（论文） 题 目： 秒表电子时钟毕业设计 学生姓名： 学 号： 200917140 专业班级： 09应用电子高级(3)班 指导教师： I秒表电子时钟毕业设计摘要：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AT89C51，显示电路采用共阴极LED数码管显示计时时间。关键词：单片机，电子钟，位码，段码，显示目 录1 总体方案设计11.1 电路原理11.2
2、设计的系统11.3 计时控制方案11.4 显示控制方案21.5 键盘控制方案22 硬件设计22.1 AT89C51单片机的简介22.2 AT89C51单片机复位方式42.3 74LS244的功能52.4 74LS07的功能62.5 键盘接口工作原理62.6 显示电路的工作原理73 软件设计93.1 设计思路93.3 主程序103.4 中断服务程序123.5 显示程序133.6 按键程序15小结16致 谢1711 总体方案设计1.1 电路原理电路的核心是AT89C51单片机，设计中有6位LED显示和4个按键接口，采用P0接口外接8路反相三态缓冲器74LS244作LED动态扫描的段码控制驱动信号,
3、用P1接口的P1.0-P1.3外接一片集电极开路反相门电路74LS07做为6位LED的位选信号驱动口， LED共阴极端与74LS07的输出端相连；按键接口，由P2.1,P2.2，P2.3，P2.4来完成。将电子钟的显示情况和数码管的计时情况，分别以代码的形式送LED数码管，LED显示器是由发光二极管显示字段的AT89C51单片机输出设备。单片机应用系统常采用七段LED数码管作为显示器，启动定时器，同时调用显示程序，和查询按键。利用软件计数器的方法计时一秒，利用中断的方法使计时时间循环。当按下按键P2.3时开始启动定时功能。1.2 设计的系统 电子钟的总体设计图，如图1.1所示。图1.1 电路总
4、体设计图1.3 计时控制方案利用AT89C51内部的定时器/计数器进行定时，配合软件延时实现计时。该方案节省硬件成本，且能够使我在定时器/计数器的使用、中断及程序设计方面得到锻炼与提高。1.4 显示控制方案显示分为静态显示和动态显示，静态显示由于占用较多的接口，在单片机设计中常采用串行扩展来完成。该方案占用接口资源多，显示亮度由保证，但硬件开销大，电路复杂，信息刷新速度慢，实用于并行接口资源较少以及对显示没有要求的场合。LED动态显示硬件连接简单，但动态扫描的显示方式需占用CPU较多的时间，在该系统中由于单片机除了扫描AT89C51芯片外没有太多的实时测控任务，故选用动态扫描方式在6个数码管上
5、显示当前时间。 1.5 键盘控制方案键盘分为独立式键盘和行列式键盘，独立式键盘接口电路配置灵活，硬件结构简单，工作可靠但每个按键必须占用一根I/O接口线，I/O接口线浪费较大，在单片机应用系统中，有时只需要几个简单的按键向系统输入信息，可将按键直接在一根I/O接口线上，故只在按键数量不多时采用。而行列式键盘每条行线与列线在交接处不直接相通，而是通过一个按键用以连接，当按键较多时可采用行列式键盘以节省I/O接口。本设计采用四个按键，所以这里选用独立式键盘。2 硬件设计2.1 AT89C51单片机的简介2.1.1 AT89C51的结构组成AT89C51是单片机中的典型产品，AT89C51单片机包含
6、中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，如图2.1所示。现分别加以说明：1、中央处理器中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。2、数据存储器(RAM)AT89C51内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128
7、个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。图2.1 单片机内部结构示意图3、程序存储器(ROM)AT89C51共有4KB掩膜ROM，最大可扩展64K字节，用于存放用户程序，原始数据或表格。4、定时/计数器：AT89C51有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。5、并行输入输出(I/O)口：AT89C51共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。6、中断系统AT89C51具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。2.1.2 AT89C51的
8、引脚介绍AT89C51单片机内部总线是单总线结构,即数据总线和地址总线是公用的. AT89C51有40条引脚, 这40条引脚可分为I/O接口线、电源线、控制线、外接晶体线4部分。 AT89C51单片机为双列直插式封装结构, 如图2.2所示。AT89C51单片机的电源线有以下两种：（1）VCC：+5V电源线。 （2）GND：接地线。AT89C51单片机的外接晶体引脚有以下两种: （1）XTAL1：片内振荡器反相放大器的输入端和内部时钟工作的输入端。采用内部振荡器时，它接外部石英晶体和微调电容的一个引脚。（2）XTAL2：片内振荡器反相放大器的输出端，接外部石英晶体和微调电容的另一端。采用外部振荡
9、器时，该引脚悬空。外接晶体引脚。图2.2 AT89C51引脚分配图控制线 AT89C51单片机的控制线有以下几种：（1）RST：复位输入端，高电平有效。（2）ALE/PROG：地址锁存允许/编程线。（3）PSEN：外部程序存储器的读选通线。（4）EA/Vpp：片外ROM允许访问端/编程电源端。 2.2 AT89C51单片机复位方式单片机在开机时或在工作中因干扰而使程序失控，或工作中程序处于某种死循环状态，在这种情况下都需要复位。 复位的作用是使中央处理器CPU以及其他功能部件都恢复到一个确定的初始状态，并从这个状态重新开始工作。AT89C51单片机的复位靠外部电路实现，信号由RESET(RST
10、)引脚输入，高电平有效，在振荡器工作时，只要保持RST引脚高电平两个机器周期，单片机即复位。复位后，PC程序计数器的内容为0000H，片内RAM中内容不变。复位电路一般有上电复位、手动开关复位和自动复位电路3种，在本设计中用手动复位方式，如图2.3所示。图2.3 单片机的手动复位电路2.3 74LS244的功能74LS244在设计中是段码显示中的驱动器件，在电路中起驱动段码的功能。74LS244的具体功能如下：74LS244是原码三态输出的8缓冲数码驱动器，其管脚分布图如图2.4所示，G为控制端，又称为使能端其工作原理如下： 当G=0时，A输入为低电平时，Y输出也为低电平。当G=0时，A输入为
11、高电平时， Y输出为高电平。当G=1时，A不论输入高电平还是低电平Y为高阻状态功能表如表2.1所示：表2.1 74LS244的功能表 图2.4 74LS244管脚图2.4 74LS07的功能74LS07在设计中是位码中的驱动器件，在电路中起驱动位码的功能。74LS244的具体功能如下：74LS07是六缓冲的数码驱动器，它是有6个集电极开路的非门所组成，管脚分布如图2.5所示，其工作原理如下，当使能端为低电平时，输入为高电平时输出也为高电平，当输入为低电平时输出也为低电平，其逻辑表达式为：Y=A 。图2.5 74LS07管脚图2.5 键盘接口工作原理在单片机应用系统中，常用键盘作为输入设备，通过
12、它将数据、内存地址、命令及指令等输入到系统中，来实现简单的人机通信。在设计中运用了4个按键接口，按键运用时要注意它自身的抖动情况，和键盘的连接方法。2.5.1开关的去除抖动功能目前,AT89C51单片机应用系统上的按键常采用机械触点式按键,它在断开、闭合时输入电压波形如图2.6所示.可以看出机械触点在闭合及断开瞬间均有抖动过程,时间长短与开关的机械特性有关,一般为510ms。由于抖动，会造成被查询的开关状态无法准确读出。例如，一次按键产生的正确开关状态，由于键的抖动，CPU多次采集到底电平信号，会被误认为按键被多次按下，就会多次进行键输入操作，这是不允许的。为了保证CPU对键的一次闭合仅在按键
13、稳定时作一次键输入处理，必须消除产生的前沿（后沿）抖动影响。图2.6 按键过程2.5.2键盘的接口电路独立式键盘的接口电路：在单片机应用系统中，有时只需要几个简单的按键向系统输入信息。这时，可将每个按键直接接在一根I/O接口线上，这种连接方式的键盘称为独立式键盘。如图2.7所示，每个独立按键单独占有一根I/O接口线，每根I/O接口线的工作状态不会影响到其他I/O接口线。这种按键接口电路配置灵活，硬件结构简单，但每个按键必须占用一根I/O线，I/O接口线浪费较大。故只在按键数量不多时采用这种按键电路。在此电路中，按键输入都采用低电平有效。上拉电阻保证了按键断开时，I/O接口线有确定的高电平。当I
14、/O接口内部有上拉电阻时，外电路可以不配置上拉电阻。本设计中采用独立式按键接口电路。根据设计要求需要进行时间调整，所以设计中采用4个按键。P2.1用做时间的待调整按键，P2.2用做时间的依次加一，P2.3用做时间的依次减一，P2.4用做启动定时按键。图2.7 独立式键盘电路2.6 显示电路的工作原理LED显示器是由发光二极管显示字段的AT89C51单片机输出设备。单片机应用系统常采用七段LED数码管作为显示器，这重显示器具有耗电低、配置灵活、线路简单、安装方便、耐转动、价格低廉且寿命长等优点。因此应用比较广泛。1、LED数码管显示器的分类LED数码管显示器可以分为共阴极和共阳极两种结构。(1)
15、共阴极结构：如果所有的发光二极管的阴极接在一起，称为共阴极结构，则数码显示段输入高电平有效，当某段输入高电平该段便发光，如图2.8所示。(2)共阳极结构：如果所有的发光二极管的阳极接在一起，称为共阳极结构，则数码显示段输入低平有效，当某段输入低电平该段便发光， 图2.8 共阴极七段LED显示器 2、LED显示接口显示电路中分动态显示和静态显示：（1）静态显示方式：LED的静态显示是指当数码管显示某一字符时，相应段的发光二极管处于恒定的导通或截止状态，直到需要显示另一字符为止。（2）LED动态显示就是利用单片机依次输出每一位数码管的段选码和对应于该位数码管的位选控制信号，一位一位轮流点亮各七段数码管。对每位数码管来说，每隔一段时间点亮一次，如此循环。利用人眼的“视觉暂留”效应，只要每位显示间隔足够短就可以给人以同时显示的感觉。在动态显示方式
