目录摘要I1 Proteus 简介12 主要相关硬件介绍22.1 AT89C52 简介22.2 四位数码管42.3 74LS139芯片介绍53 设计原理54 电路设计64.1 电路框图设计64.2 电路模块介绍74.2.1 控制电路74.2.2 译码电路74.2.3 数码管显示电路74.3 仿真电路图85 设计代码86 仿真图127 仿真结果分析148 实物图149 心得体会15参考文献16摘要现在单片机的运用越来越宽泛，大到导弹的导航装置、飞机上各种仪表的控 制、计算机的网络通讯与数据传输、工业自动化过程的实时控制和数据处理，小 到广泛使用的各种智能IC卡、各种计时和计数器等等。本次课设我们要设计一 个能显示计时状态和结果的秒表，它是基于定时器/计数器设计一个简单的秒表。本次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，使得系统能够实现四位LED显示， 显示时间为099.99秒，计时精度为0.01秒，能正确地进行计时，并显示计时 状态和结果。其中软件系统采用汇编或者 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，并在keil中调试运行，硬件系统 利用 PROTEUS 强大的功能来实现，简单切易于观察，在仿真中就可以观察到实 际的工作状态。关键词：秒表， AT89C51， proteus， C 语言1Proteus 简介Proteus 是世界上著名的 EDA 工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到 单片机与外围电路协同仿真，一键切换到 PCB 设计，真正实现了从概念到产品 的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、 PCB 设计软件和虚拟模型仿 真软 件三合一的设 计平台 ，其处理器模 型支持 8051 、 HC11 、 PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086 和 MSP430 等，2010 年又增 加了 Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面， 它也支持 IAR、 Keil 和 MPLAB 等多种编译器。Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：multisim）的功能。这些功能是：1 原理布图2PCB 自动或人工布线3SPICE 电路仿真4互动的电路仿真 5仿真处理器及其外围电路Proteus 拥有丰富的资源，它体现在：1Proteus 可提供的仿真元器件资源：仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元 器件，有30多个元件库。2Proteus 可提供的仿真仪表资源 ：示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、 SPI 调试 器、 I2C 调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。理 论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。3. 除了现实存在的仪器外，Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上 变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。 这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。 这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。4. Proteus可提供的调试手段Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测 试。这些测试信号包括模拟信号和数字信号。Proteus 不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行 过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示 实验难以达到的效果。课程设计、毕业设计是学生走向就业的重要实践环节。由于PROTEUS提供 了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实 验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精 神、创造精神的平台 随着科技的发展，“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段 它具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。可使设计时间大为缩短、耗资大为 减少，也可降低工程制造的风险。相信在单片机开发应用中PROTEUS也能茯得 愈来愈广泛的应用。2 主要相关硬件介绍2.1 AT89C52 简介AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可 反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM）， 器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指 令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子 行业中有着广泛的应用。AT89C52单片机参数如下：1、兼容MCS51指令系统2、8kB可反复擦写（大于1000次）Flash ROM；3、32个双向I/O 口；4、256x8bit 内部 RAM；5、3个16位可编程定时/计数器中断；6、时钟频率0-24MHZ；7、2个串行中断，可编程UART串行通道；8、2个外部中断源，共8个中断源；9、2个读写中断口线，3级加密位；10、低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能；11、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等几种封装形式，以适应不同产品的需 求。AT89C52工作原理与AT89C51单片机工作原理类似，AT89C52为8位通 用微处理器，采用工业标准的C51内核,在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC内部寄存器、 数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制， 红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有:XTALK19脚） 和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz晶振RST/Vpd（9脚） 为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路o VCCK40脚）和VSS（20脚） 为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0P3为可编程通用I/O脚，其功能 用途由软件定义，在本设计中，P0端口（3239脚）被定义为N1功能控制端 口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13脚定义为IR输入端，10脚和11脚 定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS （18脚）和SCLS （19脚）端 口，12脚、27脚及28脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU的相应功 能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能，详细端口分布见图 2-1(TO PfiQ CT1) PB1 匚 (AINO) PB2 匚 WH1 PB3 匚 (SS) PB4 匚 (丽 OSI P05 匚 (MISO) 匚 PD6 C (RD FD7 亡 XTAL2 匚XTAL1 匚 G附D匚n vcc PAD (ADO) PA1 (AD1) PA2 (AD2) PM (AD3) 二 FA4 fAD4) PAS (ADS PM (ADS) PAT (AD7) tCP1 ALE 0C18 PCT (A15) J PGR Al 4) PCS (Al 3) 3 FC4 CA12) PCd (All) PC2 EA10 P*C1 (A3J PCO (AS)图 2-1 AT89C52 端口图2.2 四位数码管四位数码管可以分为共阳极与共阴极两种，共阳极就是把所有 LED 的阳极 连接到共同接点com，而每个LED的阴极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp （小 数点）；共阴极则是把所有LED的阴极连接到共同接点com，而每个LED的阳 极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp （小数点），如下图2-2所示。通过控制各 个 LED 的亮灭来显示数字。2.3 74LS139 芯片介绍74LS139为两个2线一4线译码器，共有54/74S139和54/74LS139两种 线路结构型式，当选通端（G1）为低电平，可将地址端（A、B）的二进制编码 在一个对应的输出端以低电平译出。若将选通端（G1）作为数据输入端时，139 还可作数据分配器。具体的端口图见图2-31G匸1lfoh vcc1A匚F15K EG1B匚314p2A1Y0匸474LS13913 2B1Y1匸512=1 2Y01沱匚611=1 2Y11Y3 710b 2Y2GNDU99p 2Y3图2-3 74LS139引脚图3 设计原理利用 AT89S52 单片机的定时器，使其能精确计时。利用中断系统使其实现 启动、暂停以及复位清零的功能，P0 口输出段码数据，P2.0P2.2连上译码器作 为位选，P3.2和P3.3接口的两个按钮分别实现启动/暂停和复位功能。计时器采用TO中断实现，定时溢出中断周期为1ms，当溢出中断后向CPU 发出溢出中断请求，每发出 10 次中断请求就对 10ms 位（即最后一位）加一， 达到100次就对100ms位加一，以此类推，直到99.99s为止。再看按键的处理。两个按键采用中断的方法，设置外部中断0和外部中断1 位脉冲边沿触发方式，这样一来每当按键按下时便会触发中断，从而实现启动 / 暂停和复位。开始键和暂停键使用了外部中断，所以需要连到单片机的P3.2和P3.3引脚 上，这两个I/O 口的第二功能是单片机的外部中断0端口和外部中断1端口。显示电路由四位数码管组成，采用动态显示方式，因此有 8 位段控制和 4 位位控制，8位段接控制接P0 口，P0.0P0.7分别控制数码管的a b c d e f g dp 显示，位控制接在P2.0和P2.1两个口，在通过一个24译码器实现位控制。4 电路设计4.1 电路框图设计图 4-1 电路设计框图四位数码管4.2 电路模块介绍4.2.1 控制电路本次课设设计了两个按钮，一个为开始和暂时按钮，另外一个为复位按钮 当按下按钮时，会根据程序中的相应中断程序来实现相关功能。4.2.2 译码电路2-4 译码电路通过 74LS139 芯片来实现译码功能，其中 A 口接单片机 P2.0 口，B 口接P2.1 口，E 口接地，Y0Y3 口接数码管的1234 口，2-4译码电路实 现了对数码的位选功能。4.2.3 数码管显示电路本次显示使用的数码管为八段数码管，共有 8 八二极管显示单元，其中一个为小数点了，A、B、C、D、E、F、G、DP 口接单片机上的P0.0P0.7 口，来进行段选， 14 口接上文的译码电路。完成对秒表记时的显示。4.3 仿真电路图1 -zT一 w-i-T=一PQnH.DD PEI .VAD1 pnziADz PEI aH.D3 pn.AD + PCI *ADS pn.&H.ns PD.7AD7PZ.15 pza.H.w pzjaii P2.4/A12PN.7 问 P3IVRXD P3.1fTXD Pli-HTO Pia-UTTF6CDEFG 匚尸123斗图 4-2 仿真电路5 设计代码#include