单片机秒表设计大学论文.docx

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单片机秒表设计大学论文

毕业设计

姓名：

杨东

专业：

机电一体化

班级：

机电0701

指导教师：

雷正红

电子信息工程系印制

二○○九年十一月

毕业设计题目：

秒表设计

毕业设计目的：

秒表系统设计——用AT89C51设计一个6位ED数码显示“秒表”，显示时间为000000～235959秒，每秒自动加一。

另设计一个“开始”按键和一个“复位”按键。

）

毕业设计任务：

该设计1.秒表由6位七段LED显示器显示，其中六位显示000000～235959，显示分辩率为1s

2.计时最大值为235959;

　　3.计时误差不得超过1s;具有清零、启动计时、暂停计时及继续计时等控制功能；

　　4.主要单元电路和元器件参数计算、选择；

　　5.画出总体电路图。

6.编写程序

　　7.调试电路

毕业设计主要技术数据：

1、输出电压4.5-8.5V2、输出电流500Ma

3、输出纹波电压<=5mV

毕业设计工作量要求：

1、电路原理图印刷版图绘制美观，布局合理。

2、论文字数不少于6000字。

3、参考文献8篇。

毕业设计进度计划：

毕业设计应完成的技术资料：

1、电路图纸

参考文献：

教研室主任意见：

系主管领导意见：

任务下达日期

2008年11月23日

规定完成日期

2008年12月26日

前言

二十多年来，电子计算机技术已广泛应用于测试领域中。

电子计算机对人类社会的进步和发展有着阶层的飞跃，它是现代化社会的象征，是人们工作、学习、生活不可缺少的。

在近几年发展起来的智能仪器，无论是在测量的灵敏度、准确度、可靠性、功能等方面，还是在解决测试技术问题的深度及广度方面都有了巨大的发展，它以一种崭新的面貌展现在人们的面前。

随着大规模集成电路及计算机技术的迅速发展，智能仪器将会有更广阔的应用前景。

而单片机以其高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠而得以在智能仪器中被广泛的应用。

本次设计是用51系列单片机中的AT89S51制作简易电子钟。

电子钟是智能化仪器仪表的一种，它可广泛应用于工业、农业、日常生活等领域。

它以微控制器为核心，与传统钟表相比较，它具有高精度、高可靠性、操作方便、价格便宜、智能化等特点，是钟表发展的新方向，具有一定的实用价值。

本次采用的AT89S51是一种低功耗，高性能的CMOS8位微型计算机，与工业上标准的80C51和8051的指令系统及引脚兼容，片内Flash集成在一个芯片上，可用与解决复杂的问题，且成本较低。

正因为它有这么多特点，所以在实现本次设计的简易电子钟系统中不需外部资源扩展。

简易电子钟能正确反映实际时间值，能完成时、分、秒的显示调整。

本次简易电子钟课程设计采用ASM51软件完成用汇编语言编写。

通过本次设计能让我们对专业的电子画图软件（AUTOCADl）、51系列单片机的工作原理、对汇编语言编写程序有更深刻的了解。

本次设计由于时间仓促以及设计者水平有限，难免存在着一些不足和错漏之处，诚肯和大家一起研究探讨，在此特别感谢老师提出的宝贵意见和一直以来的耐心指导。

绪论

电子秒表在生活中的应用,它可广泛应用于对运动物体的速度、加速度的测量实验,还可用来验证牛顿第二定律、机械能守恒等物理实验,同时也适用于对时间测量精度要求较高的场合.测定短时间间隔的仪表。

有机械秒表和电子秒表两类。

机械秒表与机械手表相仿，但具有制动装置，可精确至百分之一秒；电子秒表用微型电池作能源，电子元件测量显示，可精确至千分之一秒。

广泛应用于科学研究、体育运动及国防等方面在当今非常注重工作效率的社会环境中，定时器能给我们的工作、生活以及娱乐带来很大的方便，充分利用定时器，能有效的加强我们的工作效率，计数器是一个用以实现计数功能的时序部件,它不仅可用来计脉冲数,还常用作数字系统的定时,分频和执行数字运算以及其它特定的逻辑功能.计数器种类很多.按构成计数器中的各触发器是否使用一个时钟脉冲源来分,有同步计数器和异步计数器.根据计数制的不同,分为二进制计数器,十进制计数器和任意进制计数器.根据计数的增减趋势,又分为加法,减法和可逆计数器.还有可预置数和可编程序功能计数器等等.目前,无论是TTL还是CMOS集成电路,都有品种较齐全的中规模集成计数器.使用者只要借助于器件手册提供的功能表和工作波形图以及引出端的排列,就能正确地运用这些器件.

第二章设计要求

用89C51设计一个4位LED数码显示秒和分，显示秒数、分数分别为0~60每秒自动加1，且秒数计满60自动向分数位进1，分数计满则显示“FFFF”,另设计一个“开始”按钮（既复位按钮）一个“停止”按钮，按“开始”键（相当于复位功能）此时显示时间为“0000”，按“停止”键，保持实时时间，停止计时

第三章设计原理

（1）硬件设计：

依据设计要求及结合实际情况，用一个89C51去实现位数码显示，而要显示一位数字需用8个LED，而实际89C51只有P1P2共16个I/O用来驱动数码管显示数字远远不够，故此借助89C51，P0端口的另一个特殊功能－－分时复位功能，即由P0端口的8个I/O口通过数据总线驱动4个HC373，再由4个HC373模块区别驱动，4个LED显示秒数，而P0端口何时向哪个HC373输送数字，具体由P2端口的4个I/O驱动对应的HC373模块来实现。

（2）依据分秒计时器的计数原理，最大计数为3599，计数器16位计数最大值63336，而秒和分是以60为进制的，介于以上两特点，我决定采用以下程序，即借助89C51的定时器（50ms定时）和初位为20的N位完成1s定时，1s到时向计数器发生内部计数脉冲，促使计数器完成加1功能，然后从计数器1中取出该数，用60去除，依据秒和分之间是以60为进制的特点，可得到整数部分为显示的分数（两位数），而余数既位显示的秒数部分，然后分别将两个两位数，依据分数十位、分数个位、秒数十位、秒数个位的顺序转换为BCD码，再借助DPTR及DOT表格完成BCD的对应的LED显示码的转换，然后再通过MOV转送指令，将4个显示码按顺序传送P0端口，其门对P20的对应I/O进行的，对应HC373芯片显示数字。

备注1：

在硬件设计中，P0端口的8个I/O通过数据总线与四个HC373芯片，而HC373驱动4个LED完成，采用共阳接法即在每个HC373连接的LED上端提供3v电压，其对应的串联一个电阻220欧的电阻构成高电位，然后在P0的每个I/O口上串联一个10千欧的电阻，并提供3v并联电压于上端对比构成低电平，从而P0供应P2将数据传到HC373，显示对应数值。

第四章元件介绍

提纲：

1主要介绍对象：

（1）89C51

（2）HC373

（3）LED

2主要介绍内容：

（1）89C51的主要功能，结构特点，及各端口特点（以本设计所用端为例）

（2）8951的使用注意事项

（3）HC373的主要作用及使用方法

（4）LED的闪亮原理及使用注意事项

3备注：

以为89C51重点

（一）

AT89C51的简介

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM-FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。

引脚说明

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

LED数码显示管的工作原理

LED数码管分共阳极与共阴极两种，其工作特点是，当笔段电极接低电平，公共阳极接高电平时，相应笔段可以发光。

共阴极LED数码管则与之相反，它是将发光二极管的阴极（负极）短接后作为反映出半导体材料的特性。

常见管芯材料有磷化镓（GaP）、砷化镓（GaAs）、磷砷化镓（GaAsP）、氮化镓（GaN）等，其中氮化镓可发蓝光。

发光颜色不仅与管芯材料有关，还与所掺杂质有关，因此用同一种管芯材料可以制成发出红、橙、黄、绿等不同颜色的数码管。

其他颜色LED数码管的光谱曲线形状与之相似，仅入，值不同。

LED数码管的产品中，以发红光、绿光的居多、这两种颜色也比较醒目。

LED数码管等效于多只具有发光性能的PN结。

当PN结导通时，依靠少数载流子的注人及随后的复合而辐射发光，其伏安特性与普通二极管相似。

在正向导通之前，正向电流近似于零，笔段不发光。

当电压超过开启电压时，电流就急剧上升，笔段发光。

因此，LED数码管属于电流控制型器件，其发光亮度L（单位是cd／m2）与正向电流IF有关，用公式表示：

L=KIF

即亮度与正向电流成正比。

LED的正向电压U，则与正向电流以及管芯材料有关。

使用LED数码管时，工作电流一般选10mA左右／段，

第五章电路图

第六章程序流程图

程序法分析：

本程序T0作50ms定时，T1用作计数由T0与N（需定义；初位为20）配合完成1s定时，1s时间到向T1发出计数脉冲，然后读T1中的数字用60整，将所行商余数分别成BCD码转换，因此全部程序包括起始定义语句，主程序4中断服务程序，3个子程序。

a、主程序内容：

为显示初始化，定时/计数器初始化，中断初始化。

b、定时/计数器1中断服务程序：

T1中断表示计数器溢出，计数超时3559，实现显示4个“F”然后返回。

c、定时器/计数器0中断服务程序：

T0中断表示50s时间到，首先重置初位，然后判断（N）－1是否为0，若不为0，则1秒时间未到，返回主程序；若为0，读取T1计数器内容送DH、DC，重新给T0、T1置初位，然后调用NBCD16（提供转换为BCD码）,TBFLLN（将BCD码转化为显示码），DISPLAY（三个子程序）。

d、外部中断0服务程序：

执行外中断0中断，表示“停止”键按下，停止计时，维持原显示数据后返回。

e、外中断1服务程序：

执行外中断1中断，表示“开始、复位”键按下，则表示00；即返回到原程序头重新执行。

备注2：

软件设计中：

在程序设计中，需涉及以下几个方面的特殊情况：

1中断的响应：

（1）定时器0中断的响应，即当定时器完成1s时，CPU储存中断，而执行子程序的T1计数器加1，及读取BCD码的转换，以及BCD码转换显示码，