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1、福建电力职业技术学院 毕业论文福建电力职业技术学院毕业设计报告题 目 基于单片机的电子秒表设计 自动化工程 系 电气自动化 专业 2008 级 2 班学 号 姓 名 指导教师 完成日期 2010 年 12 月i福建电力职业技术学院 毕业论文摘 要电子秒表在生活中的应用,它可广泛应用于对运动物体的速度、加速度的测量实验,还可用来验证牛顿第二定律、机械能守恒等物理实验,同时也适用于对时间测量精度要求较高的场合.测定短时间间隔的仪表。有机械秒表和电子秒表两类。机械秒表与机械手表相仿，但具有制动装置，可精确至百分之一秒；电子秒表用微型电池作能源，电子元件测量显示，可精确至千分之一秒。广泛应用于科学研究
2、、体育运动及国防等方面在当今非常注重工作效率的社会环境中，定时器能给我们的工作、生活以及娱乐带来很大的方便，充分利用定时器，能有效的加强我们的工作效率。数字电子秒表是利用数字电子技术把模拟信号转换成数字信号来完成的，具有直观、准确性高的特点。本设计的数字电子秒表系统采用AT89C51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LED显示，显示时间为059秒，计时精度为0.1秒，能正确地进行计时。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，外部中断服务程序，延时程序等，并
3、在WAVE中调试运行，硬件系统利用PROTEUS强大的功能来实现，简单且易于观察，在仿真中就可以观察到实际的工作状态。 关键词 AT89C51单片机；电子秒表；C语言福建电力职业技术学院 毕业论文目 录第一章 绪论11.1 秒表及其发展现状11.2 设计目的及意义11.3 设计内容11.4 课题设计要求1第二章 硬件设计22.1 总体方案的设计22.2 单片机的选择32.2.1 AT89C51单片机性能介绍42.2.2 单片机最小系统62.3 显示电路的选择与设计82.4 按键电路的选择与设计92.5 时钟电路的选择与设计92.6 系统总电路的设计9第三章 软件设计93.1 程序设计思想93.
4、2 程序框93.3 源程序及说明9第四章 系统的仿真与调试94.1 硬件的调试94.1.1 排除元器件失效94.1.2 排除电源故障94.1.3 联机仿真调试94.2 软件的仿真与调试94.2.1 Proteus简介94.2.2 软件的仿真94.2.3 软件的调试9结 论9致 谢9参考文献9附录 源程序及说明9福建电力职业技术学院 毕业论文第一章 绪论1.1 秒表及其发展现状时间是日常生活、工业、医学、环境保护、化工、石油等领域最常遇到的一个物理量。测量时间的基本方法是使用秒表直接测量。其中秒表的精度是人们最关心的，这就要求它的计时最小单位足够小，显示模块的灵敏度足够高。目前人们所能测量的最小
5、计时单位是毫秒级。1.2 设计目的及意义本设计要使时间的测量准确,就必须使系统有更小的计时单位和更灵敏的按键。本设计还加入了报警电路，每次清零都会报警。设计采用的元件功能较强，省去了很多复杂的电路降低了设计成本。1.3 设计内容本课题是基于单片机的数字秒表系统设计，其利用单片机作为系统的主要控制器，通过单片机自身的定时计数器溢出标志产生最小计时单元，经过变量的累加和判断后，通过LED数码管显示。本人的主要是运用AT89C51单片机作为主控制单元及数据处理单元。1.4 课题设计要求课题需要以MCS-51系列单片机为核心，结合外围电路，制作一款时间参数测量系统。具体要求如下：(1)提出基于单片机的
6、时间测量系统实现方案。(2)制作完整的硬件电路图并编写完整的源程序，实现时间参数的测量。(3)误差要求小于1%。第二章 硬件设计2.1 总体方案的设计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。本设计利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，结合集成电路芯片8051、LED数码管以及实验箱上的按键来设计计时器。将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，数码管能够正确地显示时间。方框图如下图：开关MCS-51AT89C51LED显示图2.1 数字秒表设计导向图本设计用AT89C51设计一个3位LED
7、数码显示“秒表”，显示时间为00.059.9秒。增加一个“复位00.0”按键（即清零）key1，一个“暂停/开始”按键key2，一个“复位60.0”按键（用来60秒倒计时）key3，一个“倒计时”按键key4。方框图如下图：按下4键初始化判断按键显示 按下2键按下1/3键若无按键倒计复位开始/暂停开始倒计时显示复位时间开始/暂停计时调整时限到/有其他输入图2.2 按键示意图本设计中，数码管显示的数据存放在内存单元79H7BH中。其中79H存放分秒位数据，7AH存放秒位数据，7BH存放十秒位数据，79H和7AH单元内均为十进制BCD码，7BH单元内为六进制BCD码。由于采用软件动态扫描实现数据显
8、示功能，显示用十/六进制BCD码数据的对应段码存放在ROM表中。显示时，先取出79H-7BH某一地址中的数据，然后查得对应的显示用段码，并从P0口输出，P2口将对应的数码管选中供电，就能显示该地址单元的数据值。计时采用定时器T0中断完成，定时溢出中断周期为100ms，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0.1秒计数单元进行加一，达到10次就对秒位进行加一，依次类推，直到59.9秒重新复位。 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，显示电路和启动、暂停、复位、倒计时电路等。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
9、时间，四个按键均采用触点式按键。2.2 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ATMEL公司的AT89C51。2.2.1 AT89C51单片机性能介绍AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT
10、89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。1主要特性：与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源 可编程低功耗的闲置和掉电模式串行通道片内振荡器和时钟电路2 管脚说明：3 VCC：供电电压。4 GND：接地。5 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八
11、位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。6 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。7 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉
12、的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。8 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。9 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：10 口管脚 备选功能3.0 RXD（串行输入口
13、）3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出
14、的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA
15、端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。2.2.2 单片机最小系统所谓最小系统就是指由单片机和一些基本的外围电路所组成的一个可以工作的单片机系统。一个典型的单片机最小系统一般由时钟电路、复位电路、片外RAM、片外ROM、按键、数码管、LED显示器、外部扩展接口等部分组成。以下为AT89C51的最小系统电路图，包括晶振电路和复位电路：图 2.3 单片机最小系统1.晶振电路AT89C51片内有一个由高增益反相放大器构成的振荡电路。XTAL1和XTAL2分别为振荡电路的输入输出端。其振荡电路有两种组成方式：片内振荡器和片外振荡器。本设计
