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1、盐城工学院课程设计说明书（2011）单片机课程设计说明书用LED数码管显示的秒表设计专业电气工程及其自动化学生姓名刘宁班级B电气081学号0810601114指导教师张兰红完成日期2011年 6月 26 日目录1、概述12、课题方案设计12.1 系统总体设计要求12.2系统模块结构论证13、系统硬件设计23.1总体设计23.2单片机运行的最小系统33.2.1 52单片机最小系统电路介绍33.2.2单片机的振荡电路与复位电路63.3 数码管介绍83.4 驱动电路84、软硬件联调及调试结果94.1软硬件调试中出现的问题及解决措施94.2实物图114.3调试结果125、结束语12参考文献13附录14
2、附录1：基于单片机的秒表设计原理图14附录2：基于单片机的秒表设计PCB图15附录3：proteus仿真图15附录4：基于单片机的秒表设计C语言程序清单16附录5：基于单片机的秒表设计元器件目录表1811、概述21世纪是一个电子技术和电子元件有更大发展的世纪。回顾百年来电子技术和电子工业发展的成就，举世瞩目。作为一个电气专业的大学生，我们不但要有扎实的基础知识、课本知识，还应该有较强的动手能力。现实也要求我们既精通电子技术理论，更要掌握电子电路设计、实验研究和调试技术。课程设计就是一个理论联系实际的机会。 本次设计主要完成具备基本功能的电子秒表的理论设计，电子秒表是重要的记时工具，广泛运用于各
3、行各业中。作为一种测量工具，电子秒表相对其它一般的记时工具具有便捷、准确、可比性高等优点，不仅可以提高精确度，而且可以大大减轻操作人员的负担，降低错误率。 在设计中应用到数码管，数码管主要用于楼体墙面，广告招牌、高档的DISCO、酒吧、夜总会、会所的门头广告牌等。特别适合应用于广告牌背景、立交桥、河、湖护栏、建筑物轮廓等大型动感光带之中，可产生彩虹般绚丽的效果。 用护栏管装饰建筑物的轮廓，可以起到突出美彩亮化建筑物的效果。事实证明，它已经成为照明产品中的一只奇葩，绽放在动感都市。2、课题方案设计2.1 系统总体设计要求用AT89C52设计一个2位LED数码显示“秒表”，显示时间为0059秒，每
4、秒自动加一。另设计一个“开始”按键和一个“复位”按键，一个“暂停”按键。接上电源后从00开始计时，至59后再回到00，继续循环。2.2系统模块结构论证1.单片机模块选择方案一：选用飞思卡尔单片机，飞思卡尔单片机功能强大，但是价格相对要高，而且对此不熟悉。方案二：采用STC89系列单片机，其架构简单，相对熟悉，价格便宜，对设计功能已经足够。焊接也是比较容易。因此，选择方案二。 2.电源模块选择方案一：采用交流220V/50HZ电源转换为直流5V电源作为电源模块。该方案实施简单，电路搭建方便，可作为单片机开发常备电源使用。方案二：采用干电池串并联到5V作为电源模块。该方案实施简单，无需搭建电路，但
5、相对方案不够稳定，电池消耗快，带负载后电压降过高，可能无法使系统稳定持续运行。方案三：采用USB接口电源，该方案简单方便，可以直接和电脑的USB接口相连。电脑的USB接口属于接口电源，要并联耦合电容进行缓冲。因此，选择的是方案三。3.显示模块选择：方案一：采用8段LED数码管作为显示模块核心。方案二：采用LCD液晶显示器作为显示模块核心。LED数码管节能环保，显示直观。因此选择方案一。4.驱动模块选择：方案一：用与非门逻辑电路作为驱动电路主要元件。方案二：用PNP型三极管作为驱动电路主要元件。与非门逻辑电路相对来说较为复杂，PNP三极管只有三个端口且价格也很便宜，因此选择方案二。3、系统硬件设
6、计3.1总体设计利用单片机定时器/计数器中断设计秒表，从而实现秒的计时。用两个数码管来显示秒表数据。增加一个清零按钮，计时结束后可以清零。通过采用proteus仿真软件来模拟实现。模拟利用AT89C52单片机、LED数码管以及控件来控制秒表的计数以及计数的开启/暂停/继续与复位。两位数码管用来显示数据，一位数码管显示个位19，满十进一后显示十位的数码管的数字加一，并且个位显示清零重新从零计数。计秒数码管采用两位的数码管，当计数超过范围是所有数码管全部清零重新计数。、软硬件设计是设计中不可缺少的，为了满足功能和指标的要求，资源分配如下： 晶振采用11.0592MZ的外部晶振频率 内存分配：P0口
7、与数码管个位和十位数据输入端相连，控制其段选信号，输出19不同字型。P3口的P3.1、P3.2分别与秒表个位和十位数码管位选连接，控制秒表的计数以及计数的开启/暂停/继续与复位清零。 本设计包含有单片机最小系统模块、复位模块、放大器模块、LED数码管显示模块。其中最小系统模块由STC89C52、电阻、电容和晶振电路等主要硬件组成。复位模块由二极管、电阻和复位开关组成。放大器模块由PNP三极管、电阻组成。LED数码管显示模块由两位八段数码管组成。3.2单片机运行的最小系统最小系统模块由STC89C52、电阻、电容和晶振电路等主要硬件组成。3.2.1 52单片机最小系统电路介绍1. 52单片机最小
8、系统复位电路的极性电容C1的大小直接影响单片机的复位时间，一般采用1030uF，52单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。2. 52单片机最小系统晶振Y1也可以采用11.0592MHz，在正常工作的情况下可以采用更高频率的晶振，52单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快。3. 52单片机最小系统起振电容C2、C3一般采用1533pF，并且电容离晶振越近越好，晶振离单片机越近越好4.P0口为开漏输出，作为输出口时需加上拉电阻，阻值一般为10k。设置为定时器模式时，加1计数器是对内部机器周期计数（1个机器周期等于12个振荡周期，即计数频率为晶振频率的1/12
9、）。计数值N乘以机器周期Tcy就是定时时间t。设置为计数器模式时，外部事件计数脉冲由T0或T1引脚输入到计数器。在每个机器周期的S5P2期间采样T0、T1引脚电平。当某周期采样到一高电平输入，而下一周期又采样到一低电平时，则计数器加1，更新的计数值在下一个机器周期的S3P1期间装入计数器。由于检测一个从1到0的下降沿需要2个机器周期，因此要求被采样的电平至少要维持一个机器周期。当晶振频率为12MHz时，最高计数频率不超过1/2MHz，即计数脉冲的周期要大于2 ms。 标识符号 地址 寄存器名称P3 0B0H I/O口3寄存器PCON 87H 电源控制及波特率选择寄存器SCON 98H 串行口控
10、制寄存器SBUF 99H 串行数据缓冲寄存器TCON 88H 定时控制寄存器TMOD 89H 定时器方式选择寄存器TL0 8AH 定时器0低8位TH0 8CH 定时器0高8位TL1 8BH 定时器1低8位TH1 8DH 定时器1高8位 图3-1 89c52系列单片机管脚图89C52管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。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
11、部必须被拉高。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。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
12、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。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。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 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（
13、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。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。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。 3.2.2单片机的振荡电路与复位电路1.振荡电路 采用内部时钟方式时，如图所示。片内的高增
14、益反相放大器通过XTAL1、XTAL2外接作为反馈元件的片外晶体振荡器（呈感性）与电容组成的并联谐振回路构成一个自激振荡器，向内部时钟电路提供振荡时钟。振荡器的频率主要取决于晶体的振荡频率，一般晶体可在1.212MHz之间任选，电容C1、C2可在530pF之间选择，电容的大小对振荡频率有微小的影响，可起频率微调作用。本电路选用的是内部振荡器方式，。选用内部振荡器比选用外部时钟电路简单并且易于实现。最重要的是此电路易于调试，而且精度高。2. 复位电路 图3-2 振荡电路复位电路可分为上电复位和外部复位两种方式。通过某种方式，使单片机内各寄存器的值变为初始状态的操作称为复位。 MCS52单片机在时钟电路工作以后，在RST/VPD端持续给出2个机器周期的高电平就可以完成复位操作（一般复位正脉冲宽度大于10ms）。复位分为上电复位和外部复位两种方式。图3-3 复位电路（a）上电复位电路 （b）上电/外部复位电路上电复位是在单片机接通电源时，对单片机的复位。上电复位电路如图（a）所示。在上电瞬间RST/VPD端与VCC电位相同，随着电容上电压的逐渐上升，RST/VPD端电位逐渐下降。上电复位所需的最短时间是振荡器振荡建立时间加2个机器周期。复位电路的阻容参数通常由实验调整。图（a）参考电路中，电路参数C取22uF，R取1Kq，可在RST/VPD端提供足够的高电
