单片机电子表设计

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1、设计内容与设计要求设计内容：以51系列单片机为核心，以开发板为平台； 设计一个多功能电子表，具有电子时钟、时钟设置 和跑表功能。做时钟时在6位LED显示器上显示 分、秒、时，做跑表时显示范围000.0秒999.9 秒，并具有时钟启动、时钟停止、跑表启动、跑表 复位、时钟调整功能键。设计任务包括控制系统硬 件设计和应用程序设计。设计要求：1）确定系统设计方案；2）进行系统的硬件设计；3）完成必要元器件选择；4）开发板焊接及测试5）系统软件设计及调试；6）系统联调及操作说明7）写说明书主要设计条件1、MCS-51单片机实验操作台1台；2、PC机及单片机调试软件，仿真软件proteus；3、开发板1

2、块；4、制作工具1套；5、系统设计所需的元器件。说明书格式1. 课程设计任务书2. 目录3. 说明书内容1）课题的设计要求、目的、意义2）系统总体方案选择与说明3）系统结构框图与工作原理4）各单元硬件设计说明及计算方法5）软件设计与说明（包括流程图）6）调试结果与必要的调试说明7）使用说明8）程序清单9）总结10）参考文献附录A系统原理图附录B程序清单评分表进度安排设计时间分为二周第一周星期一、上午：布置课题任务，课题介绍及讲课。 下午：借阅有关资料，总体方案讨论。星期二、分班级焊接开发板星期三、确定总体方案，学习与设计相关内容。星期四、各部分方案设计，各部分设计。星期五、设计及上机调试。星期

3、六、设计并调试第二周星期一：设计及上机调试。星期二：调试，中期检查。星期三：调试、写说明书。星期四一星期五上午：写说明书、完成电子版并打印成稿。 星期五下午：答辩。参考文献1、王迎旭编.单片机原理与应用M.机械工业出版社.2、楼然苗编.51系列单片机设计实例M.北京航空航天大学出 版社.3、黄勤编.计算机硬件技术基础实验教程M.重庆大学出版社4、刘乐善编.微型计算机接口技术及应用M.华中科技大学出 版社.5、陈光东编.单片微型计算机原理及接口技术M.华中科技大 学出版社.目录第 1 章 单片机和数字钟概述5第 2 章 系统总体方案设计 62.1 课程设计内容要求 62.2 设计思路简要分析 6

4、第 3 章 硬件设计831 结构框图 832 工作原理83.2 主要硬件功能及机构介绍 103.2.1、晶振电路 103.2.2、AT89C51 103.2.3、6 位 7 段共阳显示器 113.2.4、8255 芯片 12第 4 章 软件设计与调试 134.1 系统软件方案的设计 134.2 系统应用程序设计 134.2.1 主程序设计 134.2.2 子程序设计 15第 5 章 调试和使用说明 17第六章 总结与体会 18参考文献 20附录.34第 1 章 单片机和数字钟概述单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯 片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。我们都知道，设计 系

5、统的关键是思路，而系统通常又由各个模块所组成，所以必须 先把所要设计系统模块化，再把各个模块组合在一起，实现一个 完整的系统。这就要求我们先要有较扎实的理论知识，特别对芯 片的各个管脚功能必须了解，这样才能进行硬件设计。同时，又 必须掌握MCS51的指令功能，通过编程实现其功能，这就能让我 们更好地理解单片机原理及应用这门课程，也是一种理论在 实践中的运用。如果说我们以前学的都只是些理论，包括 c 语言，微机原理， C+，微机接口，pro tel,单片机，那么这次的课程设计就是一个 贯穿多学科的综合性实践!单片机自 20 世纪 70 年代问世以来，以 极其高的性价比受到人们的重视和关注，所以应

6、用很广，发展很 快。单片机的优点是体积小、重量轻、抗干扰能力强，对环境要 求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置， 与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置， 具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合 逻辑电路和时序电路。目前，数字钟的功能越来越强，并且有多 种专门的大规模集成电路可供选择。第 2 章 系统总体方案设计2.1 课程设计内容要求以 51 系列单片机为核心，以开发板为平台；设计一个多功能 电子表，具有电子时钟、时钟设置和跑表功能。做时钟时在 6 位

7、LED 显示器上显示分、秒、时，做跑表时显示范围 000.0 秒999.9 秒，并具有时钟启动、时钟停止、跑表启动、跑表复位、时钟调 整功能键。2.2 设计思路简要分析电子表的电路由多个部分组成，如控制按键的输入电路，单 片机的时钟电路，复位电路，LED显示器段码驱动电路，LED显示 器位码驱动电路，显示器电路和跑表时钟电路组成。然后通过对 以上电路的产生和调整设计出总的电路框图。所以可根据上述条 件作出相应的实时时钟电路总的框图。然后开始设计内部驱动程 序，是各种芯片按照相应的程序实现特定的功能个，之后按照程 序的设计，将相应的管脚连接调试，看是否能实现预定的功能。该电子表采用ATB9C51

8、单片机为核心器件，将可编程芯片 8255A与6个LED数码管连接，用于显示时钟与跑秒。PA 口输出 显示段码， PB 口输出位码，单片机的 P1.0P1.4、P3.2、P3.3 接 K1K6，用于实现表的清零/启动/复位/调整/暂停功能，其可由软 件完成。时间显示功能通过LED数码管动态扫描来实现，在显示 器上进行动态扫描。由于数码管要显示时钟，还要显示秒表，利 用T0定时器定时Is, T1定时器定时100ms，即0.1s，用R6和R7 作为扫描的短延时数据地址。因此，分别用30H、31H、32H、33H、 34H、35H计时钟，即时钟计数器；用40H、41H、42H、43H、44H、 45H

9、 计跑表，即秒表计数器。如果要显示时钟的时候，就把时钟地 址中的数据通过8255A的PA 口输出给显示器显示；如果要显示跑 表的时候，就把跑秒地址中的数据通过8255A的PA 口输出给显示 器显示。第 3 章 硬件设计31 结构框图基于单片机系统的电子表的基本结构框图如下， LED 显示模 块是单片机的通用方法。图 3-1 电子表基本结构框图LED 数码显示: 是指单片机将需要显示的数据发送到 LED 显 示模块，并控制 LED 显示模块按照一定的显示的功能。 32 工作原理电子表由四部分构成，晶振、复位电路，控制输入，LED显示, 单片机。时钟功能的实现，由定时器和中断来控制其时间的控制。

10、调时暂停和复位由按键控制，秒表功能也是由按键切换。输入控制：是指在一定的要求下，采取何种形式的控制方式来 实现数字时钟不同功能的变换，以及控制指令以何种方式传送到单片机。LED 显示的基本原理 : 按显示方法分，有静态显示和动态显 示，按译码方式分为硬件译码和软件译码。静态显示是显示驱动 电路具有输出锁存功能，单片机将要显示的数据送出后不再控制 LED,直到下次显示时再传送一次新的显示数据。静态显示的数据 稳定，占用的 CPU 时间少。动态显示要 CPU 时刻对显示器件进行 数据刷新，显示数据有闪烁感，占用CPU时间多。这两种显示方式各有利弊：静态显示虽然数据显示稳定, 占用 CPU 时间少，

11、但每个显示单元都需要单独的显示驱动电路， 使用的电路硬件较多，动态显示虽然有闪烁感，占用CPU时间多, 但使用的硬件少，能节省线路板空间。动态扫描显示接口是单片机中应用最广泛的一种显示方 式，其接口电路是把所有LED显示器的8个比划段A-G。DP的同 名端连在一起，而每一个数码管的公共端COM是各自独立地受I/O 线控制。其 CPU 向字段输出口送出字形时，所有显示器接收到相 同的字形码，但究竟是那个显示器亮，则取决于 COM 端，而这一 端是由 I/O 控制的，可以自行决定何时显示哪一位了。而所谓动 态扫描就是指我们采用分时的方法，轮流控制各个显示器的 COM 端，使各个显示器轮流点亮。在轮

12、流点亮扫描过程中，每位显示器的点亮时间是极为短 暂的，约 1ms 左右，但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余 晖效应，尽管实际上各位显示器并非同时点亮，但只要扫描速度 足够快，给人的映像就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。 根据上面分析可以看出动态显示方案具备一定的实用性，也是 目前单片机数码管显示中较为常用的一种显示方法。因此本次课 程设计采用动态显示。3.2 主要硬件功能及机构介绍3.2.1、晶振电路单片机工 作的时 间基准 是由时 钟电路 控制的 。在单 片机的 XTAL1 和 XTAL2 两个管脚，接一只晶振及两只电容就构成了单片机 的时钟电路。电路中，电容器 C1 和 C2 对振

13、荡频率有微调作用，通常的取值 范围为30PF。石英晶体选择12MHZ。图 3-2 时钟电路图3.2.2、AT89C51根据设计方案的分析，可以选择带有EPROM的单片机，应用程序直接存储在片内，不用在外部扩展程序存储器，电路可以简化ATMEL 公司生产的 AT89CXX 系列单片机， AT89CXX 系列与 MCS-51系列单片机相比，有两大优势：第一，片内程序存储器采用闪速存储器，使程序的写入更方便；第二，提供了更小尺寸的芯片， 使整个硬件电路的体积更小。它以较小的体积、良好的性能价格比倍受青睐。本次课程设计采用89C51单片机3.2.3、LED 显示器的选择，在应用系统中，设计要求不同，使

14、用的 LED显示器的位数也不同，因此生产厂家就生产了多种位数、尺寸、 型号不同的 LED 显示器。在我们的设计中，选择 6 位一体的时钟 型 LED 显示器。6 位 7 段共阳显示器：六位是同时显示六位阿拉伯数字，而每 一个数字又是七段码显示的；七段是指一个数码显示的阿拉伯数 字是由七位二进制数控制的，共阳是指相应的二进制为 1 时不亮 为 0 时亮。在实验中显示器的作用是显示时间。图 3-4 LED 显示器3.2.4、8255 芯片8255 内部包括三个并行数据输入/输出端口，两个工作方式控 制电路，一个读/写控制逻辑电路和8位总线缓冲器。Intel 8086/8088 系列的可编程外设接口

15、电路( Programmable Peripheral Interface)简称 PPI，型号为 8255 (改进型为 8255A 及 8255A-5 ), 具有 24 条输入/输出引脚、可编程的通用并行输入/输出接口电路。 它是一片使用单一+5V电源的40脚双列直插式大规模集成电路。 8255A的通用性强，使用灵活，通过它CPU可直接与外设相连接。U3DD UTD2 BEM U5D6U73433313L2927DDD1D2D3D4D5MM闻A1A2赵対怒邺却 PPPPPPPP第 4 章 软件设计与调试4.1 系统软件方案的设计每个模块的程序结构简单，任务明确，易于编写、调试和修改； 程序可读性好，对程序的修改可局部进行，其他部分可以保持不 变，便于功能的扩从和版本的升级；对于使用频繁的子程序可以 建立子程序库，便于多个模块调用； 便于分工合作，多个程序员 同时进行程序的编写和修改调试工作，加快软件的研制进度。当前时间计时模块图