基于单片机的秒表制作毕业设计论文.docx
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基于单片机的秒表制作毕业设计论文
课程设计报告
基于单片机的秒表制作
班级：
P12电气五班
姓名：
苑仁绰
学号：
201203120274
2014年6月20日
一.摘要
基于单片机技术制作秒表，运用单片机的定时器中断程序，来实现计时功能。
在给单片机接上外部电路，接上LED数码管，由单片机的P2口控制位码输出，P0口控制断码输出。
3个按键可以采用独立式键盘，其中两个按键分别连接到外部中断INTO、INT1，第三个按键连接到定时器1的T1端口，以中断方式实现键盘的扫描。
给单片机接上按键复位电路。
通过单片机X1,X2端接上外部时钟脉冲，通过编程，来实现秒表的计时。
关键字：
单片机秒表LED数码管
二.目录
一.摘要2
二.目录4
三.总体设计方案5
四.硬件电路设计6
1.硬件知识：
6
（1）.单片机6
（2）.LED数码管8
（3）.时钟电路9
（4）.复位电路10
（5）.限流电阻10
2.线路图11
五.软件设计12
1.资源分配12
2.程序流程图13
（1）.主程序13
（2）.显示子程序13
3.编程15
六.设计完成后的心得体会18
三.总体设计方案
主要分为3个部分：
主程序﹑显示子程序和定时器中断程序。
主程序主要是初始化部分和不断调用动态显示子程序部分。
动态显示子程序完成4位LED的轮流位扫描，它被主程序不断调用，以保证稳定可靠的显示。
显示时间的刷新由定时器中断产生，定时器每50ms中断一次，当中断20次后（即1s后），对时间单元（秒计数单元、分计数单元）进行更新，然后通过拆字子程序将时间单元里面的十六进制数拆开为两个BCD码，并送到显示缓冲区。
返回主程序后显示缓冲区的待显示数据被刷新一次，数码管相应的显示数值也随之发生变化。
根据硬件设计，由单片机的P2口控制位码输出，P0口控制断码输出。
动态显示程序中，在单片机内部RAM中设置显示数据缓冲区，由查表程序完成显示译码，将缓冲区内待显示数据转换成相应的断码，再将断码通过8051的P0口输出；位码数据由累加器循环左移指令产生，再通过P2口输出。
3个按键可以采用独立式键盘，其中两个按键分别连接到外部中断INTO、INT1，第三个按键连接到定时器1的T1端口，以中断方式实现键盘的扫描。
给单片机接上按键复位电路。
该电路除了具有上电复位功能外，若要复位，只需按RESET键，此时电源VCC经电阻R1、R2分压，在RST端产生一个复位高电平。
通过单片机X1,X2端接上外部时钟脉冲
四.硬件电路设计
1.硬件知识：
（1）单片机单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit），单片机芯片常用英文字母的缩写MCU表示单片机，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。
单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机（最小系统），和计算机相比，单片机缺少了外围设备等。
概括的讲：
一块芯片就成了一台计算机。
它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。
同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。
它最早是被用在工业控制领域。
由于单片机在工业控制领域的广泛应用，单片机由仅有CPU的专用处理器芯片发展而来。
最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。
INTEL的8080是最早按照这种思想设计出的处理器，当时的单片机都是8位或4位的。
其中最成功的是INTEL的8051，此后在8051上发展出了MCS51系列单片机系统。
因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。
尽管2000年以后ARM已经发展出了32位的主频超过300M的高端单片机，直到现在基于8051的单片机还在广泛的使用。
在很多方面单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了广泛的应用。
事实上单片机是世界上数量最多处理器，随着单片机家族的发展壮大，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。
现代人类生活中所用的几乎每件有电子器件的产品中都会集成有单片机。
手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电子产品中都含有单片机。
汽车上一般配备40多片单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百片单片机在同时工作！
单片机的数量远远超过PC机和其他计算机的总和。
单片机作为计算机发展的一个重要分支领域，根据发展情况，从不同角度单片机大致可以分为通用型/专用型、总线型/非总线型及工控型/家电型。
单片机诞生于1971年，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段，早期的SCM单片机都是8位或4位的。
其中最成功的是INTEL的8051，此后在8051上发展出了MCS51系列MCU系统。
基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。
随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。
90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。
随着INTELi960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。
而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。
高端的32位Soc单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。
当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。
而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。
硬件特性，主流单片机包括CPU、4KB容量的ROM、128B容量的RAM、2个16位定时/计数器、4个8位并行口、全双工串口行口、ADC/DAC、SPI、I2C、ISP、IAP。
芯片系统结构简单，使用方便，实现模块化；单片机可靠性高，可工作到10^6~10^7小时无故障；处理功能强，速度快。
低电压，低功耗，便于生产便携式产品、控制功能强、环境适应能力强。
单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。
导弹的导航装置电路板，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，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。
更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。
因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。
单片机的应用，现在在家用电器的更新、市场开拓等方面，单片机的应用越来越广泛，比如电子玩具或者高级的电视游戏机中，会应用单片机实现其控制功能;而洗衣机可以利用单片机识别衣服的种类与脏污程度，从而自动选择洗涤强度与洗涤时间;在冰箱冷柜中采用单片机控制可以识别食物的种类与保鲜程度，实现冷藏温度与冷藏时间的自动选择;微波炉也可以通过单片机识别食物种类从而自动确定加热温度与加热时间等等，这些家用电器在应用单片机技术后，无论是性能还是功能，与传统技术相比均有长足的进步。
现代医疗条件越来越发达，人们对医疗灭菌消毒技术也越来越重视，但是一些偏远地区的小医院、小诊所其消毒灭菌设备还十分简陋，无法有效的控制消毒质量。
随着单片机技术的发展，其体积较小、功能强大、具有灵活的扩展性、应用方便的特点也越来越突出，因此在医用呼吸机、分析仪与监护仪、超声诊断设备、病床呼叫系统等设备中得到了广泛的应用。
其实最早的单片机正是从工业领域开始兴起的，至今其在工业控制领域的应用仍然十分广泛，利用单片机技术构成多种多样的数据采集系统与智能控制系统，比如工厂流水线的智能化管理、智能化电梯、报警系统等等，均是通过单片机技术与计算机联网构成二级控制系统。
其实最早的单片机正是从工业领域开始兴起的，至今其在工业控制领域的应用仍然十分广泛，利用单片机技术构成多种多样的数据采集系统与智能控制系统，比如工厂流水线的智能化管理、智能化电梯、报警系统等等，均是通过单片机技术与计算机联网构成二级控制系统。
上文中也谈到单片机具备集成度高、体积小、较强的控制功能与扩展的灵活性等特点，并且处理速度快，具有较高的可靠性，所以在智能仪器仪表领域其应用也十分广泛。
从某种程度而言，单片机带动了传统测量、控制仪器仪表技术的一项革命，通过单片机技术实现了仪器仪表技术的数字化、智能化、综合化以及多功能化，与传统的电子电路或者数字电路相比，其功能更强大，综合性更突出。
（2）.LED数码管：
LED数码管（LEDSegmentDisplays）由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。
数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。
这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表示。
当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的2个8数码管字样了。
如：
显示一个“2”字，那么应当是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。
LED数码管有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。
小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组成，而大尺寸的数码管由二个或多个发光二极管组成，一般情况下，单个发光二极管的管压降为1.8V左右，电流不超过30mA。
发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳数码管，发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。
常用LED数码管显示的数字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。
LED数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。
位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等....，led数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。
图2是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。
颜色有红，绿，蓝，黄等几种。
led数码管广泛用于仪表，时钟，车站，家电等场合。
选用时要注意产品尺寸颜色，功耗，亮度，波长等。
LED数码管以发光二极管作为发光单元，颜色有单红，黄，蓝，绿，白，黄绿等效果。
单色，分段全彩管可用大楼，道路，河堤轮廓亮化，LED数码管可均匀排布形成大面积显示区域，可显示图案及文字，并可播放不同格式的视频文件。
通过电脑下flash、动画、文字等文件，或使用动画设计软件设计个性化动画，播放各种动感变色的图文效果；可放在PCB电路板上按红绿兰顺序呈直线排列，以专用驱动芯片控制，构成变化无穷的色彩和图形。
外壳采用阻燃PC塑料制作，强度高，抗冲击，抗老化，防紫外线，防尘，防潮。
LED护栏管具有功耗小，无热量，耐冲击，长寿命等优点，配合控制器，即可实现流水，渐变，跳变，追逐等效果。
如果应用于大面积工程中，连接电脑同步控制器，还可显示图案，动画视频等效LED数码全彩灯管可以组成一个模拟LED显示屏，模拟显示屏可以提供各种全彩效果及动态显示图像字符，可以采用脱机控制或计算机连接实行同步控制；可以显示各式各样的全彩动态效果。
控制系统采用三泰VISS专用灯光编程软件编辑，数码管控制花样更改方便，只需将编辑生成的花样格式文件复制进CF卡即可，数码管控制器可以单独控制，也可多台联机控制，数码管安装编排方式任意，适合各种复杂工程需求。
数码管、控制器以及电源等以标准公母插头连接，方便快捷，并具有独特的外形设计，全新的户外防水结构.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。
（3）.时钟电路：
时钟电路可以简单定义如下：
1.就是产生象时钟一样准确的振荡电路。
2.任何工作都按时间顺序。
用于产生这个时间的电路就是时钟电路。
时钟电路一般由晶体振荡器、晶震控制芯片和电容组成。
时钟电路应用十分广泛，如电脑的时钟电路、电子表的时钟电路以及MP3MP4的时钟电路。
现在流行的串行时钟电路很多，如DS1302、DS1307、PCF8485等。
这些电路的接口简单、价格低廉、使用方便，被广泛地采用。
实时时钟电路DS1302是DALLAS公司的一种具有涓细电流充电能力的电路，主要特点是采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。
采用普通32.768kHz晶振。
时钟芯片DS1302的各引脚功能如下：
Vcc1：
主电源；Vcc2：
备份电源。
当Vcc2>Vcc1+0.2V时，由Vcc2向DS1302供电，当Vcc2SCLK：
串行时钟，输入，控制数据的输入与输出；I/O：
三线接口时的双向数据线；RST为复位引脚，在读、写数据期间，必须为高，X1X2为32867Hz晶振管脚，为芯片提供时钟脉冲。
（4）.复位电路：
就是利用它把电路恢复到起始状态。
就像计算器的清零按钮的作用一样，当你进行完了一个题目的计算后肯定是要清零的是吧！
或者你输入错误，计算失误时都要进行清零操作。
以便回到原始状态，重新进行计算。
和计算器清零按钮有所不同的是，复位电路启动的手段有所不同。
一是在给电路通电时马上进行复位操作；二是在必要时可以由手动操作；三是根据程序或者电路运行的需要自动地进行。
篡位电路都是比较简单的大都是只有电阻和电容组合就可以办到了。
再复杂点就有三极管等等配合程序来进行了。
为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。
一般微机电路正常工作需要供电电源为5V±5%，即4.75～5.25V。
由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。
（5）.限流电阻：
currentlimitingresistance串联于电路中，也起分压作用。
电阻RL是负载电阻,R为稳压调整电阻（也称为限流电阻）,D为稳压管.按稳压电路设计准则,在输入电压基本不变时,RL变小时,流过RL的电流增加,但流过D的电流却减少。
作用：
减小负载端电流，例如在发光二极管一端添加一个限流电阻可以减小流过发光二极管的电流，防止损坏LED灯。
2.线路图
五.软件设计
1.资源分配
名称
地址分配
用途
初始化值
MSEC
20H
定时器50ms计数单元
14H
SECOND
21H
秒计数单元
00H
MIN
22H
分计数单元
00H
30H~35H
显示缓冲区
30H:
秒的个位
31H:
秒的十位
32H:
分的个位
33H:
分的十位
00H
40H以上
堆栈区
2.程序流程图
（1）主程序
（2）显示子程序
（3）定时器中断子程序
N
Y
N
Y
3.编程
msecequ20h
secondequ21h
minequ22h
org0000h
ljmpmain
org0003h
ajmpke1
org000bh
ajmpcont
org000bh
ajmpke0
org01bh
ajmpke2
main:
movsp,#3fh
movtmod,#61h
movth1,#0ffh
movtl1,#0ffh
movie,#8fh
movsecond,#00h
movmin,#00h
movmsec,#14h
mov33h,#00h
mov32h,#00h
mov31h,#00h
mov30h,#00h
setbtr1
start:
lcalldisp
sjmpstart
disp:
movr0,#30h
movr7,#00h
movr2,#04h
movr3,#80h
mova,@r0
disp1:
movdptr,#tab
movca,@a+dptr
movp0,a
mova,r3
movp2,a
djnzr7,$
djnzr7,$
rra
movr3,a
incr0
mova,@r0
djnzr2,disp1
ret
tab:
db0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h
db92h,82h,0f8h,80h,90h
cont:
pushacc
movth1,#3ch
movtl1,#0b0h
djnzmsec,rn
movmsec,#0Ah
incsecond
mova,second
movr1,#31h
lcallbinbcd
mova,second
cjnea,#59,rn
mova,#00
movsecond,a
movr1,#31h
lcallbinbcd
mova,min
inca
movmin,a
movr1,#33h
lcallbinbcd
mova,min
cjnea,#59,rn
mova,#00h
movmin,a
movr1,#33h
lcallbinbcd
rn:
popacc
reti
binbcd:
movb,#10
divab
mov@r1,a
decr1
mova,b
mov@r1,a
ret
ke0:
setbtr0
reti
ke1:
clrtr0
reti
ke2:
movsec,#00h
mov30h,#00h
mov31h,#00h
reti
end
六.设计完成后的心得体会
通过设计简易秒表，让我熟悉了单片机、了解了LED数码管的工作原理，和使用方法。
也让我学会了知识要学以致用，运用到实际生活中去。
只有这样才是我们学习的目的。
开始，当老师布置下作业时，我还以为挺简单的，但当真正做起来，并不是那么容易。
每一个步骤，并不是那么简单，也是需要慢慢的去学习，去解决。
当遇到一些问题时，经过问别人，上网查，得到一些解决方法，解决问题，也让我的一些水平得到提升。
对单片机也有了进一步的了解，同时也学会了解决一些问题。
也学会了用一些软件画电路图，对我的专业知识也有了进一步提升。
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