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1、-单片机技术课程设计说明书 数字式秒表学 院： 电气与信息工程学院 学生*： 谢曜臣 指导教师： 肖冬瑞 职称/学位 助教 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气本1205班 学 号： 1230140531 完成时间： 2015年6月 . z.-*工学院单片机技术课程设计课题任务书学院：电气与信息工程学院专业：电气工程及其自动化指导教师肖冬瑞学生*谢曜臣课题名称数字式秒表内容及任务一、设计任务设计一个具有特定功能的数字式秒表。二、设计内容1、秒表的硬件系统（1)、单片机最小系统模块（2）、供电模块（3）、显示模块（4）、键盘模块2、秒表的软件系统（1）、系统监控程序模块（2）、显示程序模
2、块（3）、键盘程序模块三、设计要求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。该数字式秒表应具有开始、暂停、连续、清零和停止功能。主要参考资料1李广弟.单片机基础M.第3版.：航空航天大学，2003.6.2李全利.单片机原理及应用（C51编程）M.：高等教育，2012.12.3马忠梅.单片机的C语言应用程序设计M.第4版.：航空航天大学，2003.6. 4李光飞.单片机C程序设计指导M.:航空航天大学，2003.01.5李光飞.单片机课程设计实例指导M.:航空航天大学，2004.9.教研室意见教研室主任：（签字）年月日. z.-摘 要近年来随着科技的飞速发展，单
3、片机的应用正在不断的走向人类的日常生活。数字电子秒表就是其中的一个实例，它具有显示直观、读取方便、精度高等优点在计时中广泛使用。本设计主要特点是计时精度达到0.01s，解决了传统的由于计时精度不够造成的误差和不公平性，是各种体育竞赛的必备设备之一。数字式秒表系统采用AT89S52单片机为中心器件，利用其定时器/计数器的定时和记数功能，结合显示电路、LED数码管以及设计计时器实现预设的功能。将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够实现LED显示，059分59.99秒，计时精度为0.01秒，能正确地进行计时。其中软件系统采用汇编语言编写程序，包括显示程序，定时中断服务，键扫描程序，延时程序等，并在K
4、eil中调试运行。仿真结果表明该数字式秒表精度高、稳定性强。其中软件系统采用汇编语言编写程序，包括显示程序，定时中断服务，外部中断服务程序，延时程序等，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。秒表的数字化常给人们的生活带来极大的方便，它广泛应用于社会的各个领域。最终，经过一系列的调试实现了数字式秒表的计时、暂停、复位功能，其中显示电路采用共阴极LED数码管显示计时时间，达到了本次课程设计的要求。关键词：数字式秒表；单片机；仿真. z.-目 录1 绪论12 数字式秒表的设计介绍22.1 设计任务及功能要求22.2 数字式秒表的方案介绍及工作
5、原理说明23 数字式秒表硬件系统的设计53.1 电源电路53.2 AT89S52芯片的介绍53.3 单片机最小系统模块63.3.1 时钟电路63.3.2 复位电路73.3.3 最小系统图83.4 键盘电路83.5 驱动及显示电路93.6 单片机下载口电路103.7 电路原理图、PCB图、元器件布局图113.7.1 电路原理图113.7.2 电路PCB图113.7.3 元器件布局图113.8 元器件清单114 数字式秒表软件系统的设计124.1 数字式秒表使用单片机资源情况124.2 主程序流程图124.3 秒表的工作流程图134.4 显示程序流程图144.5 软件系统程序清单155 设计结果及
6、误差分析165.1 数字式秒表的设计结论及使用说明165.2 编程软件介绍175.3 程序结果175.4 误差分析及解决方法18结束语18参考文献21致 谢22附录A 电路原理图23附录B 电路PCB图24附录C 元器件分布图25附录D 元器件清单26附录E 程序清单27. z.-1 绪论秒表计时器是电器制造，工业自动化控制、国防、实验室及科研单位理想的计时仪器，它广泛应用于各种继电器、电磁开关，控制器、延时器、定时器等的时间测试。2004年8月28日15点15分，中国选手孟关良/杨文军在雅典奥运会男子500米划艇决赛中，以1分40秒278的成绩获得中国在雅典奥运会的第28金。这是中国皮划艇项
7、目的第一枚奥运金牌，也是中国水上项目在历届奥运会上所获得的第一枚金牌。孟关良/杨文军的成绩比获得银牌的古巴选手只快了 0.072秒，以至于两人在夺冠之后还不敢相信。在现在的体育竞技比赛中，随着运动员的水平不断提高，差距也在不断缩小。有些运动对时间精度的要求也越来越高，有时比赛冠亚军之间的差距只有几毫秒，因此就需要高精度的秒表来记录成绩。21世纪，单片机的发展非常的迅速。单片机是把主要计算机功能部件都集成在一块芯片上的微型计算机。它是一种集计数和多种接口于一体的微控制器，被广泛应用在智能产品和工业自动化上，而51单片机是个单片机中最为典型和最有代表性的一种。51单片机是对所有兼容Intel 80
8、31指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机，后来随着Flash rom技术的发展，8031单片机取得了长足的进展，成为应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是Atmel的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。很多公司都有51系列的兼容机型推出，今后很长的一段时间内将占有大量市场。本次的设计任务是一个数字秒表，而秒表与普通的钟表不同，它的目的是对从*一时刻到另一时刻的时间间隔进行计时。秒表的数字化常给人们的生活带来极大的方便，它广泛应用于社会的各个领域。通过对数字式秒表的设计，我们可以清楚的了解到它的工作原理，进而也了解了数字钟表的工作原理。在翻阅相关资料后
9、，我们把秒表的设计分成了三大部分：基准脉冲产生部分；控制部分和计数、译码、显示部分。本设计的数字电子秒表系统采用STC89C52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数码管以及独立键盘来设计秒表,将软、硬件有机地结合起来。2 数字式秒表的设计介绍2.1 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
10、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。2.2 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
11、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个显示的笔画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
12、片机对位选通端电路的控制，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
13、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所示。图1 数字式秒表的方案图3 数字式秒表硬件系统的设计3.1 电源电路电源电路是系统的最基本部分，任何部分都离不开电源部分，单片机系统也不例外，而且我们应该高度重视电源部分，不能因为电源部分电路比较简单而有所疏忽，其实有一半的故障或制作失败都和电源有关，电源部分做好才能保证电路的正常工作。方案一：采用直流稳压电源+5V为其提供工作所需的电压，其中采用的LM7805芯片为三端集成稳压芯片，只有输入端，输出端和接地端，输出电压为+5V。电源电模块如图2所示。方案二：通过下载口对系统供电，只需要一个+5
14、V的移动电源，一根USB下载线即可。移动电源直接提供+5V的电压，通过USB线接入下载口对系统各模块供电。对比两方案，方案二具有供电电压稳定，电源质量好，获取途径广等优点。综合考虑，选用方案二，即移动电源供电方式。图2 电源电路模块3.2 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3所示。图3 单片机引脚图3.3 单片机最小系统模块3.3.1 时钟电路 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*TAL1，输出端为引脚T*AL2，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4所示。图4 时钟电路3.3.2
