通信102班，姓名 青瓜 基于单片机的秒表设计 单片机课程设计项目名称 基于单片机的秒表设计 专业班级 通信102班 学生姓名 青瓜 指导教师 2012年11 月20日III摘 要本课程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，使得系统能够实现五位LED显示，显示时间为099.99秒，计时精度为0.01秒，能精确地进行计时，并可以随时暂停和开始。软件系统采用C语言编写，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，简单且易于观察，在仿真中就可以观察到系统实际的工作状态。关键词：AT89C51单片机 ；数字秒表 ；数码管AbstractThis course is designed digital electronic stopwatch system uses the AT89C51 microcontroller devices, the use of timer / counter timing and counting principle, combined with the display circuit LED digital tube as well as the external interrupt circuit designed timer. The hardware and software combine to enable the system to achieve five LED display, the display time of 99.99 seconds, the timing accuracy of 0.01 seconds, the correct timing, and the right to suspend and start. Software system using C language, including the display program, the timer interrupt service external interrupt service routine, delay procedures, hardware system to implement the use of the PROTEUS powerful functionality, simple cut easily observed in the simulation to the actual work can be observed status. Keywords: AT89C51 Microcontroller; Digital stopwatch; Digital tubes 目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 概述11.2 定时器术的研究现状11.2.1 定时器的应用11.2.2 定时器定时软件21.3 本文研究的意义2第2章 系统总体设计32.1 总体方案的设计32.2 系统总电路的设计3第3章 系统硬件设计53.1 单片机的选择53.2 显示电路的选择与设计63.3 复位电路模块83.4 系统总体设计8第4章 系统的软件设计10第5章 实物焊接、仿真与调试125.1 软件的仿真与调试125.2 硬件的安装与调试13第6章 结论14致谢15参考文献16附录117源程序代码17附录220软件仿真截图20附录321实物照片展示21第1章 绪论1.1 概述人类最早使用的定时工具是沙漏或水漏，但在钟表诞生发展成熟之后，人们开始尝试使用这种全新的计时工具来改进定时器，达到准确控制时间的目的。1876年，英国外科医生索加取得一项定时装置的专利，用来控制煤气街灯的开关。它利用机械钟带动开关来控制煤气阀门。起初每周上一次发条，1918年使用电钟计时后，就不用上发条了。定时器确实是一项了不起的发明，使相当多需要人控制时间的工作变得简单了许多。人们甚至将定时器用在了军事方面，制成了定时炸弹，定时雷管。现在的不少家用电器都安装了定时器来控制开关或工作时间。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。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。1.2 定时器术的研究现状1.2.1 定时器的应用1、 接通延时型定时器：接通延时型定时器是各种PLC中最常见最基本的定时器，这种定时器在 SIEMENS的PLC中，称为SD型定时器 2、 断开延时型定时器：这种定时器是当输入条件00000为ON时无延时作用，只有在输入条件00000为OFF时产生延时作用。在SIEMENS的PLC中，称为SF型定时器。保持型接通延时定时器：这种定时器是当输入条件00000为ON后，即产生锁存功能，即使输入条件00000又变为OFF，仍视输入条件为ON，当定时器的当前值等于设定值时，定时器动作，这种定时器在SIEMENS的PLC中，称为SS型定时器。4、脉冲型定时器：这种定时器是当输入条件00000为ON后，定时器即时动作，但经过定时器所设定的时间后，即使输入条件00000仍为ON，定时器却变为OFF状态。即这种定时器ON状态的维持时间是由设定值决定的。如果00000为ON的时续时间小于定时器的设定值，定时器的ON状态维持时间为输入条件00000为ON的持续时间。这种定时器在SIEMENS的PLC中，称为SP型定时器。 5、扩张型脉冲定时器：这种定时器与脉冲型定时器的区别是，只要输入条件00000出现了ON状态，不管其持续时间多长，均可使定时器为ON的维持的时间与定时器的设定值一致。这种定时器在SIEMENS的PLC中，称为SE型定时器。1.2.2 定时器定时软件是一个多任务定时提醒的软件,它全面支持WINDOWS 9X/ME/NT/2K/XP按时执行程序、播放声音、关机、待机、拨号、断开连接、关闭显示器等等操作。具有多种设定任务的方法。支持SKIN,可以随意更换界面。 工业用定时器是指输入信号进入后，按预先设定的时间发送输出信号的控制设备。定时器的开始方法 动作模式有2种开始方法。 例：ON延迟动作，信号ON延迟动作：预先在定时器电源部施加电压的状态下输入进入输入部开始计时动作。电源ON延迟动作：定时器的电源部上施加电压的话定时器开始动作。1.3 本文研究的意义目前，定时器确实是一项了不起的发明，使相当多需要人控制时间的工作变得简单了许多。人们甚至将定时器用在了军事方面，制成了定时炸弹，定时雷管。现在的不少家用电器都安装了定时器来控制开关或工作时间。所以，定时器的研究对我们现在以及将来的生活具有十分重要的现实意义。本课程设计是在校学生素质教育的重要环节，是理论与实践相结合的桥梁和纽带。单片机课程设计，要求学生更多的完成软硬件结合的动手实践方案，解决目前学生课程实际过程中普遍存在的缺乏动手能力的现象。其目的和任务是训练学生综合运用已学习的课程“单片机原理及应用”、“数字电子技术”的基本知识，独立进行单片机应用技术和开发工作，掌握单片机程序设计、调试和应用电路设计、分析及调试检测。本设计利用AT89C51单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，使其能精确计时。利用中断系统使其能实现开始暂停的功能。P0口输出段码数据，P2.0-P2.3口作列扫描输出，P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4分别接五个按钮开关，分别实现开始/暂停、清零和可增加的拓展功能。显示部分由四位共阴极数码管组成。初始状态下计时器显示00.00，当按下开始键时，外部中断INT0向AT89C51发出中断请求，CPU转去执行外部中断0服务程序，即开启定时器T0。计时采用定时器T0中断完成，定时溢出中断周期为1ms，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99.99秒重新复位。本论文主要内容包括三部分：第一部分介绍硬件部分设计思路及方案；第二部分介绍了软件部分的设计思路和设计；最后一部分则是整个系统的安装与调试过程。第2章 系统总体设计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。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，计时与显示电路和回零、启动和停表电路等。主控制器采用单片机AT89C51，显示电路采用共阴极LED数码管显示计时时间。利用定时器/计数器定时和记数的原理，使其能精确计时。利用中断系统使其能实现开始暂停的功能。P0口输出段码数据，P2.0-P2.3口作列扫描输出，P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4分别接五个按钮开关，分别实现开始/暂停、清零和可增加的拓展功能。电路原理图设计最基本的要求是正确性，其次是布局合理，最后在正确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。图2-1 数字秒表硬件电路基本原理图根据要求知道秒表设计主要实现的功能是计时和显示。计时部分采用定时器T0中断完成，定时溢出中断周期为1ms，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99.99秒重新复位。 再看按键的处理，通常对于按键的处理有中断和扫描两种方法。本设计的这五个键则是采用扫描的方法来识别。复位键的功能在于数值复位，而开始和停止键则是用于对时间的锁定，因此可以对复位、暂停/开始按键采取扫描的方式。2.2 系统总电路的设计系统总电路由以上设计的显示电路，时钟电路，按键电路和复位电路组成，只要将单片机与以上各部分电路合理的连接就组成了系统总电路。系统总电路图附录B所示。AT89C51单片机为主电路的核心部分，各个电路均和单片机相连接，由单片机统筹和协调各个电路的运行工作。AT89C51单片机提供了XTAL1和XTAL2两个专用引脚接晶振电路，因此只要将晶振电路接到两个专用引脚即可为单片机提供时钟脉冲，但在焊接晶振电路时要尽量使晶振电路靠近单片机，这样可以为单片机提供稳定的始终脉冲。复位电路同晶振电路，单片机设有一个专用的硬件复位接口，并设置为高电平有效。显示电路由四位数码管组成，采用动态显示方式，因此有八位段控制端和四位位控制端，八位段控制接P0口，P0.0P0.7分别控制数码显示管的a、b、c、d、e、f、g、dp显示，单片机的P0口没有集成上拉电阻，高电平的驱动能力很弱，所以需要接上拉电阻来提高P0的高电平驱动能力。四位位控制则由低位到高位分别接到P2.0P2.3口，当P2.0P2.4端口任意一个端口为高电平时，对应的数码管导通显示。通过以上设计已经将各部分电路与单片机有机