院（系）：電子與信息工程學(xué)院                      教研室：計(jì)算機(jī)

摘 要

本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)控制的多功能秒表系統(tǒng)。

近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)著傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月異的更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來使用，僅單片機(jī)方面的知識(shí)是不夠的，還要根據(jù)具體的硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體的應(yīng)用對(duì)象的軟件結(jié)合，加以完善。秒表的出現(xiàn)，解決了傳統(tǒng)的由于人為因素造成的誤差和不公平性。

本設(shè)計(jì)的多功能秒表系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)為中心器件，利用其定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)和記數(shù)的原理，結(jié)合顯示電路、電源電路、LED數(shù)碼管以及按鍵電路來設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)器。將軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來，使得系統(tǒng)能夠正確地進(jìn)行計(jì)數(shù)，并且結(jié)合相應(yīng)的顯示驅(qū)動(dòng)程序，使數(shù)碼管能夠正確地顯示時(shí)間，暫停和中斷。我們?cè)O(shè)計(jì)的秒表可以同時(shí)記錄八個(gè)相對(duì)獨(dú)立的時(shí)間，通過上翻下翻來查看這八個(gè)不同的計(jì)時(shí)值，可謂功能強(qiáng)大。其中軟件系統(tǒng)采用匯編語言編寫程序，包括顯示程序，計(jì)數(shù)程序，中斷，延時(shí)程序，按鍵消抖程序等，硬件系統(tǒng)利用PROTEUS強(qiáng)大的功能來實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)單且易于觀察，在仿真中就可以觀察到實(shí)際的工作狀態(tài)。

目 錄.. II

第一章 概述.. 1

1.1設(shè)計(jì)目的.. 1

1.2設(shè)計(jì)要求.. 1

1.3 設(shè)計(jì)意義.. 1

第二章 詳細(xì)分析.. 1

2.1系統(tǒng)總體方案.. 1

2.2硬件設(shè)計(jì).. 1

2.3晶體振蕩電路.. 3

2.4復(fù)位電路.. 3

2.5按鍵電路.. 3

2.6顯示電路.. 4

第三章 軟件設(shè)計(jì).. 5

第四章PROTEUS仿真.. 12

第五章 課程設(shè)計(jì)體會(huì).. 14

第六章 參考文獻(xiàn).. 15

設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)控制的秒表系統(tǒng)。利用單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)和記數(shù)的原理，結(jié)合顯示電路、LED數(shù)碼管以及按鍵來設(shè)計(jì)秒表。將軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來，使得系統(tǒng)能夠正確地進(jìn)行計(jì)時(shí)，同時(shí)具有開始/暫停，記錄，上翻下翻，清零等功能。

（1）共四位LED顯示，顯示時(shí)間為00:00~59.99

（2）共五個(gè)按鍵，分別是開始/暫停，記錄，上翻，下翻，清零鍵;

（3）能同時(shí)記錄多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的時(shí)間并分別顯示;

（4）翻頁按鈕查看多個(gè)不同的計(jì)時(shí)值;

（1）通過本次課程設(shè)計(jì)可以使我們進(jìn)一步熟悉和掌握單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，了解單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟和方法。

（2）通過利用AT89C51單片機(jī)，理解單片機(jī)在自動(dòng)化儀表中的作用以及掌握單片機(jī)的編程方法。

（3）通過設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)際應(yīng)用輸入及顯示模擬系統(tǒng)，掌握單片機(jī)仿真軟件PROTEUS的使用方法。

（4）該實(shí)驗(yàn)通過單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)和計(jì)數(shù)原理,設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的計(jì)時(shí)器系統(tǒng),擁有正確的計(jì)時(shí)、暫停、清零、功能,并能同時(shí)記錄多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的時(shí)間利用翻頁按鈕查看多個(gè)不同的計(jì)時(shí)值,該種秒表在現(xiàn)實(shí)生活中應(yīng)用廣泛,具有現(xiàn)實(shí)意義。

本系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)為中心器件，利用其定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)和記數(shù)的原理，結(jié)合硬件電路如電源電路，晶振電路，復(fù)位電路，顯示電路，以及一些按鍵電路等來設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)器，將軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來。其中軟件系統(tǒng)采用匯編語言編寫程序，包括顯示，計(jì)數(shù)，中斷，延時(shí)，按鍵消抖程序等，并在編程軟件中調(diào)試運(yùn)行，硬件系統(tǒng)利用PROTEUS強(qiáng)大的功能來實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)單且易于觀察，在仿真中就可以觀察到實(shí)際的工作狀態(tài)。

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圖  系統(tǒng)電路原理

2.2.189C51單片機(jī)

MCS-51系列單片機(jī)是8位單片機(jī)產(chǎn)品，89C51是其中的典型代表，基本模塊包括以下幾個(gè)部分：

（1）CPU：89C51的CPU是8位的，另外89C51內(nèi)部有1個(gè)位處理器

（2）R0M:4KB的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，存放開發(fā)調(diào)試完成的應(yīng)用程序

（3）RAM:256B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，容量小，但作用大

（4）I/O口：P0-P3，共4個(gè)口32條雙向且可位尋址的I/O口線

（5）中斷系統(tǒng)：共5個(gè)中斷源，3個(gè)內(nèi)部中斷，2個(gè)外部中斷

（6）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：2個(gè)16位的可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

（7）通用串行口：全雙工通用異步接收器/發(fā)送器

（8）振蕩器：89C51的外接晶振與內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器為CPU提供時(shí)鐘信號(hào)

（9）總線控制：89C51對(duì)外提供若干控制總線，便于系統(tǒng)擴(kuò)展

89C51的引腳圖如下:

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89C51芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。引線 XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出，兩端跨接石英晶體及兩個(gè)電容就可構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。

這里，我們選用51單片機(jī)12MHZ的內(nèi)部振蕩方式，電容器C1，C2起穩(wěn)定振蕩頻率，并對(duì)振蕩頻率有微調(diào)作用，C1和C2可在20-100PF之間取值,這里取33P。

采用上電加按鍵復(fù)位電路，上電后，由于電容充電，使RST持續(xù)一段高電平時(shí)間。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行之中時(shí)，按下復(fù)位鍵也能使RST持續(xù)一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電加按鍵復(fù)位的操作。

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在按鍵電路中，我們可以在I/O口上直接接按鍵，或者通過I/O口設(shè)計(jì)一個(gè)鍵盤，然后通過鍵盤掃描程序判斷是否有鍵按下等。鍵盤掃描電路節(jié)省I/O口，但編程有些復(fù)雜，在這里，由于我們所用的按鍵較少，且系統(tǒng)是一個(gè)小系統(tǒng)，有足夠的I/O口可以使用，為了使程序簡(jiǎn)化，我們采用按鍵電路，用部分P1口做開關(guān)，P1.0開始/暫停，P1.1記錄，P1.2上翻，P1.3下翻，P1.4清零。對(duì)于按鍵的設(shè)計(jì)，采用了防抖動(dòng)的程序設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)的性能得到進(jìn)一步的提升。當(dāng)按鍵被按下時(shí)，相應(yīng)的引腳被拉低，經(jīng)掃描后，獲得鍵值，并執(zhí)行鍵功能程序，因此按下不同的按鍵，將執(zhí)行不同的功能程序。

顯示電路既可以選用液晶顯示器，也可以選用數(shù)碼管顯示。我們采用的是數(shù)碼管顯示電路。用四個(gè)共陰極LED顯示，LED是七段式顯示器，內(nèi)部有7個(gè)條形發(fā)光二極管和1個(gè)小圓點(diǎn)發(fā)光二極管組成，根據(jù)各管的亮暗組合成字符。

在用數(shù)碼管顯示時(shí)，我們有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種選擇，靜態(tài)顯示程序簡(jiǎn)單，顯示穩(wěn)定，但是占用端口比較多；動(dòng)態(tài)顯示所使用的端口比較少，可以節(jié)省單片機(jī)的I/O口。

在設(shè)計(jì)中，我們采用LED動(dòng)態(tài)顯示，用P0口驅(qū)動(dòng)顯示。由于P0口的輸出級(jí)是開漏電路，用它驅(qū)動(dòng)時(shí)需要外接上拉電阻才能輸出高電平。

在軟件設(shè)計(jì)中，一般采用模塊化的程序設(shè)計(jì)方法，它具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。把一個(gè)多功能的復(fù)雜的程序劃分為若干個(gè)簡(jiǎn)單的、功能單一的程序模塊，有利于程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試，優(yōu)化和分工，提高了程序的閱讀性和可靠性，使程序的結(jié)構(gòu)層次一目了然。

應(yīng)用系統(tǒng)的程序由包含多個(gè)模塊的主程序和各種子程序組成。各程序模塊都要完成一個(gè)明確的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)某個(gè)具體的功能，如：計(jì)數(shù)、延時(shí)、和顯示等，在具體需要時(shí)調(diào)用相應(yīng)的模塊即可。

功能描述：用四位LED數(shù)碼管顯示時(shí)間。一個(gè)"開始/暫停"鍵,一個(gè)"復(fù)位"鍵,一個(gè)“記錄”鍵，可同時(shí)記錄八個(gè)相對(duì)獨(dú)立的時(shí)間；一個(gè)“上翻”鍵，一個(gè)“下翻”鍵，查看八個(gè)不同的計(jì)時(shí)值。五個(gè)按鍵分別通過五個(gè)端口控制秒表的五個(gè)功能。

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file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.jpg將以上程序清單導(dǎo)入先前做好的Proteus仿真電路，匯編之后，按

鍵開始進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果如下：

下面顯示清零功能：

按下開始鍵后顯示

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按下清零鍵后顯示

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仿真結(jié)果描述：

按“開始”鍵，秒表開始計(jì)時(shí)；按“暫�！辨I，秒表暫停計(jì)時(shí)；按記錄鍵，秒表記錄時(shí)間，共可記錄八個(gè)數(shù)值；按上翻下翻鍵，可查看這八個(gè)不同的計(jì)時(shí)值。

結(jié)論及進(jìn)一步設(shè)想：

根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，本次課設(shè)基本完成了設(shè)計(jì)要求，由于秒表系統(tǒng)并不一定僅僅局限于計(jì)時(shí)，定時(shí)等功能，還可以進(jìn)行多項(xiàng)的擴(kuò)展，可以利用AT89C51強(qiáng)大的擴(kuò)展功能，進(jìn)一步豐富秒表的功能,例如可設(shè)定計(jì)時(shí)時(shí)間，倒計(jì)時(shí)等等眾多功能。單片機(jī)以其強(qiáng)大的功能和良好的兼容性可以更好地為我們服務(wù)，通過查閱各種資料，多了解一些單片機(jī)有關(guān)知識(shí)，可以為以后的工作和學(xué)習(xí)生活創(chuàng)造更多的便利條件。

通過本次課程設(shè)計(jì)，我深刻地認(rèn)識(shí)到自己有很多不足之處，比如在自主學(xué)習(xí)能力方面的不足，實(shí)際動(dòng)手操作能力的不足等。這次的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)是理論與實(shí)踐相結(jié)合的范例。該設(shè)計(jì)從頭到尾都要自己參與進(jìn)來，熟悉了整個(gè)設(shè)計(jì)流程才能更快地設(shè)計(jì)出方案并完成設(shè)計(jì)。

本次課程設(shè)計(jì)我主要負(fù)責(zé)硬件電路的設(shè)計(jì)和查閱相關(guān)資料。單片機(jī)課程早已結(jié)束，相關(guān)的知識(shí)已經(jīng)很模糊，導(dǎo)致我在設(shè)計(jì)硬件電路中遇到了不少麻煩。首先是不知從何入手。雖然小組討論后確定了秒表要實(shí)現(xiàn)的功能，可是沒有相關(guān)理論知識(shí)的熟知和實(shí)踐操作，畫出硬件設(shè)計(jì)圖對(duì)我而言毫無頭緒。查閱了與89C51單片機(jī)相關(guān)的資料也閱讀了其他人單片機(jī)數(shù)字秒表的設(shè)計(jì)，慢慢地我開始了解其中原理，一步步設(shè)計(jì)出了硬件電路的各個(gè)部分，如晶體振蕩電路，復(fù)位電路，按鍵電路，顯示電路。完成設(shè)計(jì)后需要運(yùn)用PROTEUS軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真，由于這是第一次接觸這個(gè)軟件，還不知怎樣運(yùn)用它，查閱該軟件的相關(guān)資料及看過網(wǎng)上的視頻后便開始著手畫圖，接觸后覺得還是挺簡(jiǎn)單的。

這次的課程設(shè)計(jì)我與小組同學(xué)進(jìn)行了交流和討論，我們分工進(jìn)行設(shè)計(jì)，從搜索資料到硬件、軟件的調(diào)試，每一步、每一個(gè)細(xì)節(jié)都經(jīng)過我們自己的思考，我們共同討論各方案的比較選擇、硬件、軟件的設(shè)計(jì)和調(diào)試，最終拿出了我們的成果。在做的過程中不但加深了我們對(duì)單片機(jī)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)和理解還認(rèn)識(shí)到了這門學(xué)科在應(yīng)用方面的廣闊前景。

實(shí)踐是最有高度也是最能體現(xiàn)整體水平的整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，我們不斷地探索，設(shè)計(jì)出了很多不一樣的硬件電路圖，寫過了很多不一樣的程序，正如設(shè)計(jì)中如何能使硬件電路圖簡(jiǎn)單明了，程序簡(jiǎn)單而準(zhǔn)確，如何能準(zhǔn)確的運(yùn)行，都是通過與同學(xué)老師的交流，慢慢摸索出來的。以上的不斷探索，使我們進(jìn)一步熟悉和掌握單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，了解單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟和方法。通過利用AT89C51單片機(jī)，理解單片機(jī)在自動(dòng)化儀表中的作用以及掌握單片機(jī)的編程方法。通過設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)際應(yīng)用輸入及顯示模擬系統(tǒng)，掌握單片機(jī)仿真軟件PROTEUS的使用方法。

3、《單片機(jī)C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)》，第四版，馬忠梅主編，北京航空航天大學(xué)出版社

4、《單片機(jī)開發(fā)與典型工程項(xiàng)目實(shí)例詳解》，邊海龍、孫永奎編著，電子工業(yè)出版社

5、吳金戎，沈慶陽，郭庭吉. 8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2002

6、夏繼強(qiáng). 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教程[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社, 2001

7、肖洪兵. 跟我學(xué)用單片機(jī)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2002.8