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1、测控仪器设计课程设计阐明书设计题目： 基于单片机电子秒表系统设计 院 系： 机械与材料工程学院 专 业： 测控技术与仪器 班 级： A1121 班 学 号： X X 姓 名： X X 指引教师： X X 二零一四 年 十一月目录一、设计规定 .1二、设计方案分析 .12.1方案设计 .12.2背景知识简介 .2三、硬件分析 .53.1单片机简介 .53.2电源电路 .53.3晶体振荡电路 .53.4复位电路 .53.5显示电路 .63.6键盘电路 .6四、硬件主电路图设计 .7五、软件设计 75.1软件设计概述 .75.2主程序流程图 .7六、测试数据及设计成果 .8七、总结 .8附录1 程序
2、 .9附录2 protues电路图 .16附录3仿真图 .17参照文献 .18一、设计规定设计一种电子秒表，与通用秒表功能类似，有启动，暂停、复位等键。计时长长度为300秒，需显示百分秒。二、 设计方案分析2.1方案设计数字电子秒表具有显示直观、读取以便、精度高等长处，在计时中广泛使用。本设计用单片机构成数字电子秒表，力求构造简朴、精度高为目的。本系统采用C51系列单片机为中心器件，运用其定期器/计数器定期和记数的原理，结合硬件电路如电源电路，晶振电路，复位电路，显示电路，以及某些按键电路等来设计计时器，将软、硬件有机地结合起来。其中软件系统采用汇编语言编写程序，硬件系统运用PROTEUS强大
3、的功能来实现，简朴切易于观测，在仿真中就可以观测到实际的工作状态。本设计运用AT89C51单片机的定期器/计数器定期和计数的原理，使其能精确计时。运用中断系统使其能实现开始暂停的功能。根据规定懂得秒表设计重要实现的功能是计时和显示。因此设立了两个按键和LCD显示时间，两个按键分别是开始、停止和复位按键。运用这两个建来实现秒表的所有功能，而LCD则能显示最多4.59.99秒的计时。电路原理图设计最基本的规定是对的性，另一方面是布局合理，最后在对的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。AT89C51单片机控制器复位电路开关电路LCD显示图1.1 数字秒表硬件电路基本原理图本
4、设计中，数码管显示的数据寄存在内存单元31H33H中。其中31H寄存分钟变量，32H寄存秒钟变量，33H寄存10ms计数值，即寄存毫秒位数据，每一地址单元内均为十进制BCD码。由于采用软件动态扫描实现数据显示功能，显示用十进制BCD码数据的相应段码寄存在ROM表中。显示时，先取出31H33H某一地址中的数据，然后查得相应的显示位，并从P1口输出，就能显示该地址单元的数据值。计时通过中断完毕，定期溢出中断周期为1ms，当一处中断后向CPU发出溢出中断祈求，每发出一次中断祈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4.59.99秒重新复位。 再看按键的解决。这两个键
5、可以采用中断的措施，也可以采用扫描的措施来辨认。复位键重要功能在于数值复位，对于时间的规定不是很严格。而开始和停止键则是用于对时间的锁定，需要比较精确的控制。因此可以对复位按键采用扫描的方式。而对开始和停止键采用外部中断的方式。设计中涉及硬件电路的设计和系统程序的设计。其硬件电路重要有主控制器，显示电路和回零、启动、查看、停表电路等。主控制器采用单片机STC89C52，显示电路采用LCD显示计时时间，两个按键均采用触点式按键。 2.2背景知识简介2.2.1 单片机有关知识本课题在选用单片机时，充足借鉴了许多成形产品使用单片机的经验，并根据自己的实际状况， 选择了AT89C51。AT89C51单
6、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条引脚阐明如下：主电源引脚Vss和Vcc Vss接地 Vcc正常操作时为+5伏电源外接晶振引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1内部振荡电路反相放大器的输入端，是外接晶体的一种引脚。当采用外部振荡器时，此引脚接地。 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。 1.2 STC89C51单片机引脚图控制或与其他电源复用引脚RST/VPD，ALE/，和/Vpp RST/VPD 当振荡器运营时，在此引脚上浮现两个机器周期的高电平（由低到高跳变），将使单片机复位在Vcc掉电期间，此
7、引脚可接上备用电源，由VPD向内部提供备用电源，以保持内部RAM中的数据。 ALE/正常操作时为ALE功能（容许地址锁存）提供把地址的低字节锁存到外部锁存器，ALE 引脚以不变的频率（振荡器频率的1/6）周期性地发出正脉冲信号。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定期目的。但要注意，每当访问外部数据存储器时，将跳过一种ALE脉冲，ALE 端可以驱动（吸取或输出电流）八个LSTTL电路。对于EPROM型单片机，在EPROM编程期间，此引脚接受编程脉冲（功能） 外部程序存储器读选通信号输出端，在从外部程序存储取指令（或数据）期间，在每个机器周期内两次有效。同样可以驱动八LSTTL输入。 /Vpp、
8、/Vpp为内部程序存储器和外部程序存储器选择端。当/Vpp为高电平时，访问内部程序存储器，当/Vpp为低电平时，则访问外部程序存储器。对于EPROM型单片机，在EPROM编程期间，此引脚上加21伏EPROM编程电源（Vpp）。输入/输出引脚P0.0 - P0.7，P1.0 - P1.7，P2.0 - P2.7，P3.0 - P3.7。 P0口（P0.0 - P0.7）是一种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口能以吸取电流的方式驱动八个LSTTL负载。 P1口（P1.0 - P1.7）是一种带有内部提高电阻的8位准双向I/O口。能驱动(吸取或
9、输出电流)四个LSTTL负载。 P2口（P2.0 - P2.7）是一种带有内部提高电阻的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(吸取或输出电流)四个LSTTL负载。 P3口（P3.0 - P3.7）是一种带有内部提高电阻的8位准双向I/O口。能驱动(吸取或输出电流)四个LSTTL负载。AT89C51具有如下原则功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O口线，看门狗定期器，2个数据指针，三个16位定期器/计数器，一种6向量2级中断构造，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。此外，AT89C52可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空
10、闲模式下，CPU停止工作，容许RAM、定期器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一种中断或硬件复位为止。CPU是单片机的核心部件。它由运算器和控制器等部件构成。（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。例如能完毕加、减、乘、除、加1、减1、BCD码十进制调节、比较等算术运算和与、或、异或、求补、循环等逻辑操作，操作成果的状态信息送至状态寄存器。89C51运算器还包具有一种布尔解决器，用来解决位操作。它是以进位标志位C为累加器的，可执行置位、复位、取反、等于1转移、等于0转移
11、、等于1转移且清0以及进位标志位与其她可寻址的位之间进行数据传送等位操作，也能使进位标志位与其她可移位寻址的位之间进行逻辑与、或操作。（2） 程序计数器PC程序计数器PC用来寄存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寄存指令代码。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，经译码后由定期与控制电路发出相应的控制信号，完毕指令功能。本设计采用ATMEL的AT89C51微解决器，重要基于如下几种因素： AT89C52为51内核，仿真调试的软硬件资源丰富。 性价比高，货
12、源充足。 功耗低，功能强，灵活性高。 DIP40封装，体积小，便于产品小型化。 为EEPROM程序存储介质，1000次以上擦写周期，便于编程调试。 工作电压范畴宽：2.7V6V，便于交直流供电。2.2.2 TC1602LCD 的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子变化方向，将光线折射出来产生画面。比CRT要好的多，但是价钱较其贵。1）LCD的特点低压微功耗 平板型构造 被动显示型(无眩光，不刺激人眼，不会引起眼睛疲劳) 显示信息量大(由于像素可以做得很小) 易于彩色化(在色谱上可以非常精确的复现) 无电磁辐射(对人体安
13、全，利于信息保密) 长寿命(这种器件几乎没有什么劣化问题，因此寿命极长，但是液晶背光寿命有限，但是背光部分可以更换)三、硬件设计本系统中，硬件电路重要有电源电路，晶振电路，复位电路，显示电路，以及某些按键电路等。3.1单片机简介本系统设计采用C51系列单片机。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微解决器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业原则的MCS-51指令集和输出管脚相兼容（由于在微机原理中学过C-51的具体知识，这里不再具体阐明）。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，AT89C51是一种高效的微控制器。3.2电源电路电源电路是系统最基本的部分，任何电路都离不开电源部分，由于三端集成稳压器件所构成的稳压电源线路简朴，性能稳定，工作可靠，调节以便，已逐渐取代分立元件，在生产中被广泛采用，由于是小系
