单片机课程设计电子秒表.docx
《单片机课程设计电子秒表.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《单片机课程设计电子秒表.docx(19页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
单片机课程设计电子秒表
安徽科技学院电气与电子工程学院
《单片机原理与应用设计》课程设计
设计说明书
题目:
秒表
姓名(学号)
******
******
******
******
******
******
专业:
电气工程及其自动化
班级:
133
指导教师:
***
2016年5月9日
摘要.....................................................1
关键字...................................................1
第1章硬件的选择与设计..................................1
第2章软件设计..........................................9
第3章调试结果.........................................19
参考文献................................................20
秒表
摘要:
本次课程设计,我们组设计的是秒表。
使用AT89C51单片机设计一个2位的LED数码显示作为“秒表”:
显示时间为00—99秒,每秒自动加1,另设计一个“开始计时/时间锁定”键和一个“复位”键。
通过对键盘的扫描对时钟的走时/停止进行控制,项目采用定时器T0作为计时器,每10ms发生一次中断,每100次中断加1s。
在此期间,如“开始计时/时间锁定”按键按下,程序方将TR0置为1,从而开启中断,秒表开始计时,再按一次“开始计时/时间锁定”按键,则将TR0置0,秒表停止计时;如“复位”按键按下,程序将TR0置为0,同时将存储时间的变量清零,从而中断停止,并实现复位。
我们设计的秒表完成了准确计时,和当前时间的显示。
通过Keiluvison4进行程序软件的编译,通过proteus进行仿真,最后调试通过,完成此次课程设计。
关键字:
秒表51单片机MAX7219定时
第一章硬件选择与设计
1、芯片简介
(1)8051单片机
MCS-51是指美国Inter公司生产的一系列单片机的总称。
这一系列单片机包括8031、8051、8751、8032、8052、8752等。
其中8051是最早、最典型的产品,该系列其他单片机都是以8051为核心发展起来的,都具有8051的基本结构和软件特征。
8051单片机内部包含了作为微型计算机所必需的基本功能部件,各部件相互独立地集成在一块芯片上,其基本功能特性如下:
a、8位CPU;
b、32条双向可独立寻址的I/O线;
c、4KB程序存储器(ROM),外部可扩充至64KB;
d、12KB数据存储器(RAM),外部可扩充至64KB;
e、两个16位定时/计数器;
f、五个中断源;
g、全双工的串行通信口;
h、具有布尔运算能力。
其引脚排列如图:
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/地址的低八位。
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:
管脚
P3.0
P3.1
P3.2
P3.3
P3.4
P3.5
P3.6
P3.7
备选功能
RXD(串行输入口)
TXD(串行输出口)
/INT0(外部中断0)
/INT1(外部中断1)
T0(记时器0外部输入)
T1(记时器1外部输入)
/WR(外部数据存储器写选通)
/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。
ALE/PROG:
当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。
在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是:
每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。
/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。
/EA/VPP:
当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。
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。
(2)MAX7219芯片
MAX7219是7段共阴极LED显示驱动器,采用三线串行方式与8051通信。
MAX7219片内集成了BCD码到B码的译码器、多路复用扫描电路、LED字段和字位驱动电路及RAM存储器。
MAX7219可以驱动8个7段共阴极LED显示器,通过一个10KΩ左右的外接电阻可以设置所有LED的段电流。
MAX7219具有低电压保持,只要外接电压超过2V,便可以保存数据。
典型的DIP封装的MAX7219如图所示,
其各引脚的功能如下:
a、DID0——DID7:
8个字段驱动引脚;
b、SEGA-G,dp:
7段驱动和小数点驱动输出;
c、SEGdp:
小数点驱动输出;
d、CLK:
时钟输入,最高时钟频率为10MHz;
e、DIN:
串行数据输入。
在CLK时钟的上升沿,串行数据被移入MAX7219内部移位寄存器,移入时最高位在前;
f、DOUT:
串行数据输出。
输入到DIN的数据经过16.5个时钟周期后,在DOUT端有效。
在CLK的下降沿数据移出;
g、ISET:
峰值段电流设置。
可以通过一个10KΩ的上拉电阻
来设置峰值段电流;
h、LOAD:
加载输入数据。
LOAD信号必须在第16个上升沿同时或之后,但在下一个时钟上升沿之前变高,否则将会丢失数据;
i、V+:
+5V外接电源;
j、GND:
接地,两个GND引脚必须接地。
2、硬件电路设计
(1)硬件原理图
(2)硬件电路设计
单片机最小系统
单片机最小系统做为整个系统的控制部分,其包含了晶振电路、复位电路、电源等。
外接晶振通过两个30pF的电容接地,同时采用了手动复位和上电复位两种复位方式。
该电路可以实现复位和程序运行的基本功能。
MAX7219驱动电路
MAX7219是七段共阴极LED显示驱动器,可以驱动8个七段共阴极LED显示器,这里用其来驱动2位的LED数码管,通过一个10KΩ左右的外接电阻可以设置所有的LED段电流。
A——DP分别驱动数码管的七段,DIG0、DIG1分别用来驱动LED数码管的两位,即个位和十位。
数码管显示
两位数码管用来显示0—99秒的数字。
独立按键
两个独立按键分别用来开始计时、时间锁定和复位,实现秒表的计时。
(4)总电路图
见下页
第2章软件设计
软件设计包括MAX7219芯片的初始化、向MAX7219芯片写指令函数、MAX7219驱动数码管显示函数、定时器初始化、中断等。
一、MAX7219寄存器及软件函数介绍
(1)MAX7219相关寄存器及数据格式
对于MAX7219芯片,串行数据以16位包的形式从DIN引脚串行输入,在CLK的每一个上升沿一位一位地送入芯片内部16位移位寄存器,而不管LOAD引脚的状态如何,LOAD引脚必须在第16个CLK上升沿出现的同时或之后,并在下一个CLK上升沿之前变为高电平,否则移入的数据将丢失。
16位数据包的格式如下:
D15
D14
D13
D12
D11
D10
D9
D8
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
×
×
×
×
地址寄存器地址
寄存器数据
1、MAX7219的内部寄存器及其地址
MAX7219芯片通过D11——D8的4位地址位译码,可寻址内部14个寄存器,分别是8个显示位寄存器、5个控制寄存器和1个空操作寄存器。
如表1所示:
表1MAX7219内部寄存器及其地址
寄存器
地址
D15——D12
D11——D8
16进制代码
空操作
××××
0000
0x0
数码管0
××××
0001
0x1
数码管1
××××
0010
0x2
数码管2
××××
0011
0x3
数码管3
××××
0100
0x4
数码管4
××××
0101
0x5
数码管5
××××
0110
0x6
数码管6
××××
0111
0x7
数码管7
××××
1000
0x8
译码方式寄存器
××××
1001
0x9
显示亮度寄存器
××××
1010
0xA
扫描范围寄存器
××××
1011
0xB
停机寄存器
××××
1100
0xC
显示测试寄存器
××××
1111
0xF
2、五个控制寄存器
(1)译码方式寄存器
MAX7219的译码方式寄存器中,每一位与一个数字位相对应,如果对应位为逻辑高电平,表示改位使用B码译码,而逻辑低电平则表示改位不译码,如表2所示:
表2译码方式寄存器
含义
D7——D0
16进制代码
0—7不译码
00000000
00H
0位译成B码,7—1位不译码
00000001
01H
......
......
......
0—3位使用B译码,4—7位不译码
00001111
0FH
......
......
0—7位使用B译码
11111111
FFH
(2)亮度寄存器
MAX7219的亮度寄存器用于调节LED的显示亮度。
实际电路中,在ISET和电源正极之间连接外部电阻R来控制显示亮度。
R即可以是固定电阻,也可以是可变电阻,其最小值为9.25KΩ。
亮度寄存器中的数值表示了亮度的大小,共有16级亮度。
如表3所示:
表3亮度寄存器
亮度
D7——D0
16进制代码
1/32
××××
×0H
3/32
××××
×1H
5/32
××××
2H
......
......
......
29/32
××××
×EH
31/32
××××
×FH
(3)扫描范围寄存器
MAX7219的扫描范围寄存器用于设置需要显示的数字位,其取值范围为1—8。
数据含义如表4所示:
表4扫描范围寄存器
显示数字位
D7——D0
16进制代码
第0位显示
×××××000
×0H
第0——1位显示
×××××001
×1H
第0——2位显示
×××××010
×2H
......
......
......
第0——6位显示
×××××110
×6H
第0——7位显示
×××××111
×7H
(4)停机寄存器
MAX7219的停机寄存器用于停止LED显示。
当MAX7219处于停机工作方式时,扫描振荡器停止工作,LED所有的段都截止,此时LED不显示任何时数据。
数据格式如表5:
表5停机寄存器
工作方式
D7——D0
16进制代码
停机工作
×××××××0
×0H
正常工作
×××××××1
×1H
(5)显示测试寄存器
MAX7219的显示测试寄存器用于测试LED的好坏。
其有两种工作方式,即正常工作和显示测试。
正常工作模式即一般的扫描显示模式。
数据格式含义如表6:
表6显示测试寄存器
工作方式
D7——D0
16进制代码
正常工作
×××××××0
×0H
显示测试
×××××××1
×1H
3、数字寄存器
MAX7219的数字寄存器用于设置LED数码管的显示数字。
可直接寻址。
数字寄存器受译码方式寄存器的控制,可以选择B译码或不译码。
如果不译码,则数字寄存器中数据的D0——D6位分别对应7段LED显示器的A—G段,D7位对应LED的小数点DP。
某数据为为1,则点亮与改位对应的段,而如果数据为0,则改段熄灭。
如果使用B码译码,数字寄存器可将BCD码译成B码(0—9、-、E、H、L、P),如表7所示:
表7数字0—7寄存器
显示字符
寄存器数据
点亮段
D7——D6D3D2D1D0
DPABCDEFG
0
××××0000
1111110
1
××××0001
0110000
2
××××0010
1101101
3
××××0011
1111001
4
××××0100
0110011
5
××××0101
1011011
6
××××0110
1011111
7
××××0111
1110000
8
××××1000
1111111
9
××××1001
1111011
_
××××1010
0000001
E
××××1011
1001111
H
××××1100
0110111
L
××××1101
0001110
P
××××1110
1100111
暗
××××1111
0000000
其中,小数点位DP由D7控制,D7=0时,熄灭小数点,D7=1时,点亮小数点。
本程序将小数点熄灭。
(2)向MAX7219芯片写指令函数
本程序中定义了向MAX7219芯片写指令函数,在MAX7219芯片的初始化中要调用向MAX7219芯片写指令函数,该函数有两个形参add和dat,分别代表MAX7219芯片的寄存器地址和数据内容,即16位数据包的高8位和低8位。
在控制寄存器中add为控制寄存器的地址,dat为控制寄存器中的数据内容;在数字寄存器中add对应的实参是数组address[],dat对应的实参是数组dat[],address[]分别取数字寄存器0—7的地址,dat[]分别取数字0—7的16进制编码。
(3)MAX7219初始化函数
MAX7219初始化函数主要是对5种控制寄存器的初始化,即设置5种控制寄存器的状态及数据格式。
这里设置译码方式寄存器为使用B码译码方式,所以译码方式寄存器数据为0xff;显示亮度为11/32,所以亮度显示寄存器数据为0xf5;扫描范围为第0—1位数字显示,所以扫描范围寄存器数据为0x01;设置MAX7219为正常工作方式,所以停机寄存器数据为0x01;设置MAX7219为正常工作而不是显示测试工作方式,所以显示测试寄存器数据为0x00。
(四)MAX7219驱动数码管显示函数
该函数将计数值的十位和各位分开分别送人MAX7219数字寄存器的第0位和第1位。
(五)定时器及中断初始化
本实验软使用的是定时器T0作计时器,每10ms发生一次中断,每100次中断为1s,定时器设置为工作方式1,中断时间
,其中
,所以初值
,装入初值TH0=d8H,TL0=efH。
2、程序流程图
3、程序
#include
#defineucharunsignedchar
#defineDECODE0x09//译码方式寄存器地址
#defineINTENSITY0x0a//亮度寄存器地址
#defineSCANLIMIT0x0b//扫描范围寄存器地址
#defineSHUTDOWN0x0c//停机寄存器地址
#defineDISPLAYTEST0x0f//显示测试寄存器地址
voiddelay(uchar);//延时函数定义
ucharcount,keycount;
ucharx;
sbitDIN=P3^0;//MAX7219芯片接口定义
sbitLOAD=P3^1;
sbitCLK=P3^2;
sbitkey0=P1^0;//按键接口定义
sbitkey1=P1^1;
/*MAX7219芯片读写地址、内容*/
ucharaddress[]={0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08};
uchardat[]={0x00,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09};
voidwritemax7219(ucharadd,uchardat)//向MAX7219写指令函数
{
ucharADS,i,j;
LOAD=0;
i=0;
while(i<16)
{
if(i<8)
{
ADS=add;//将寄存器地址赋给ADS
}
else
{
ADS=dat;//将寄存器数据赋给ADS
}
for(j=8;j>=1;j--)
{
DIN=ADS&0x80;//取ADS的最高位送入DIN,其余位均为0
ADS=ADS<<1;//ADS左移1位,使ADS的次高位变为最高位
CLK=1;//在每个CLK的上升沿,将这8位数据的最高位
//移入MAX7219的内部寄存器中,移动8次,
//即将此8位数据全部移入16位寄存器中
CLK=0;
}
i=i+8;
}
LOAD=1;//LOAD上升沿将数据锁存到MAX7219片内数字
//或控制寄存器中
}
voidmax7219_init()//MAX7219芯片初始化函数
{
writemax7219(DECODE,0xff);
writemax7219(INTENSITY,0xf5);
writemax7219(SCANLIMIT,0x01);
writemax7219(SHUTDOWN,0x01);
writemax7219(DISPLAYTEST,0x00);
}
voiddelay(ucharn)//延时函数
{
uchari,j;
for(i=0;i<110;i++)
{
for(j=0;j}
}
voiddisplay(ucharx)//MAX7219驱动数码管显示函数
{
uchari,j;
i=x/10;//计数值的十位
j=x%10;//计数值的个位
writemax7219(address[0],dat[i]);//十位送入数字0寄存器
writemax7219(address[1],dat[j]);//个位送入数字1寄存器
}
voidinit()//初始化
{
EA=1;//开总中断
ET0=1;//开定时器T0中断
TMOD=0x01;//设置定时器T0工作于方式1
TH0=0xd8;//装初值,每10ms触发一次中断
TL0=0xef;
TR0=0;//关闭定时器T0,按键未按下不计时
x=0;//时间计数初值为0
count=0;//中断计数初值为0
}
voidkeyscan()//键盘扫描函数
{
if(key0==0)//检测按键0是否被按下
{
delay(10);//10ms延时消抖
if(key0==0)
{
TR0=~TR0;//若定时器计时,则使其停止计时并锁定时间
//若定时器不计时,则使其计时
while(!
key0);//检测按键是否释放
}
}
if(key1==0)//检测按键1是否被按下
{
delay(10);//10ms延时消抖
if(key1==0)
{
x=0;//若按键1被按下,则清零
count=0;
TR0=0;//关闭定时器
display(x);
while(!
key1);//检测按键是否释放
}
}
}
voidmain()//主程序
{
max7219_init();//MAX7219初始化
init();//初始化
display(x);//显示初始值
while
(1)
{
keyscan();//键盘扫描
}
}
voidt0_func()interrupt1//定时器T0中断
{
TH0=0xd8;//重新装入初值
TL0=0xef;
if(count==100)//每触发100次中断计数值加1
{
count=0;
x++;
if(x>99)//计数值到99则清零
{
x=0;
}
}
else
{
count++;//未到100次中断中断次数累加
}
display(x);//显示当前计数值
}
第3章调试结果
1、初始化及复位
未按下按键时,数码管显示为“00”;按下复位按键时,数码管也显示为“00”。
2、计时
按下“开始计时/时间计时”键,开始计时。
再按一次锁定时间。
第三次按继续计时,如此循环下去。
参考文献
[1]张毅刚.单片机原理及应用——基于C51编程的Proteus仿真案例[M].
北京:
高等教育出版社,2013.6
[2]赵建领.精通51单片机开发技术与应用实例[M].北京:
电子工业出版社,2012.6
[