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单片机秒表课程设计大学论文.doc
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2023-07-10
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单片机秒表课程设计
前言
本设计主要是对 51 单片机的一个方面的扩展,是能实现一般定
时功能的设计。系统采用单片机 AT89C51 作为本设计的核心元件,在
其基础上外围扩展芯片和外围电路,附加时钟电路,复位电路,键盘
接口及 LED 显示器,键盘采用独立连接式。外围设备有 LED 显示驱动
器及相应的显示数字电子钟设计与制作可采用数字电路实现,也可以
采用单片机来完成。若用数字电路完成,所设计的电路相当复杂,大概
需要十几片数字集成块,其功能也主要依赖于数字电路的各功能模块
的组合来实现,焊接的过程比较复杂,成本也非常高。若用单片机来设
计制作完成,由于其功能的实现主要通过软件编程来完成,那么就降
低了硬件电路的复杂性,而且其成本也有所降低,所以在该设计与制
作中采用单片机 AT89C51,它是低功耗、高性能的 CMOS 型 8 位单片机。
片内带有 4KB 的 Flash 存储器,且允许在系统内改写或用编程器编程。
另外, AT89C51 的指令系统和引脚与 8051 完全兼容,片内有 128B 的
RAM、32 条 I/O 口线、2 个 16 位定时计数器、5 个中断源、一个全双
工串行口等。 按键电路设有两个按键:从上往下为 k1 和 k2 键。按
下 k1 键用于启动和暂停秒表;k2 键用于复位。另外还有一个单片机
的复位按键,此按键用于总复位,使单片机和 LED 数码管同时复位。
目录
一、设计任务和要求.......................................................................................................................3
(一)系统功能任务...............................................................................................................3
(二)系统设计要求...............................................................................................................3
二、方案设计与论证.......................................................................................................................3
三、硬件设计 ..................................................................................................................................4
(1)时钟电路.........................................................................................................................4
(2)按钮电路.........................................................................................................................5
(3)显示电路.........................................................................................................................6
(4)动态显示原理.................................................................................................................7
(5)80C51 中断的控制 .........................................................................................................7
(6)定时/计数器的控制 .......................................................................................................7
(7)单片机.............................................................................................................................8
(8)MAX7219.........................................................................................................................9
四、总原理图及元器件清单...........................................................................................................9
(1)总原理图.......................................................................................................................10
(2)元器件清单...................................................................................................................11
五、 源程序.......................................................................................................... ........... ..........11
六、结论与心得.............................................................................................................................15
七、参考文献 ................................................................................................................................16
秒表设计
一、设计任务和要求
(一)系统功能任务
1)2 路秒表时间记时功能
2)具有时间启动、暂停、复位功能
3)采用 LED 数码管显示
(二)系统设计要求
1)可以自增系统功能
2)允许采用 MCS-51 系列或其他类型单片机
3)系统程序采用汇编或 C 语言编制
二、方案设计与论证
本设计分为时钟电路、按钮电路、显示电路和单片机四大部分,这些模块中
单片机占主控地位。时钟电路常用的有内部时钟方式和外部时钟方式,但因为本
设计中只需要一片单片机,所以采用内部时钟方式比较简单。按钮电路中的“复
位”按钮是按键手动复位,它有电平和脉冲两种方式,比较电路的复杂程度,本
设计选择了按钮电平复位电路,其他几个按钮则是通过单片机判断高低电平的不
同来控制按钮。显示电路所用的数码管有共阴和共阳之分,不管使用何种数码管,
P0 口作为 I/O 使用时都是需要上拉电阻才能驱动数码管。本课程设计不是直接用
单片机的 I/O 口直接来驱动 LED 显示器,而是用芯片 MAX7219 来驱动 LED 显示
器,故不需要上拉电阻。为了使电路简单化,本设计选用共阳数码管。 但根据
显示方式的不同选择,我们可以有几种方案:
方案一:使用静态显示方式。静态显示方式下的数码管的显示字符一经确定,相
应锁存器锁存的断码输出將维持不变,直到送入另一个字符的断码为止。因而此
设计中使用的显示位数使用了三个 8 位并行 I/0 口。如果另外想扩展单片机功能,
则能使用的输出管脚很是有限。
方案二:使用动态显示方式。这个显示方式是将所有显示位的段码线的相应
段并联在一起,由一个 8 位 I/O 口控制,而各位的共阴或共阴极分别由相应的 I/O
线控制,形成各位的分时选通。这种显示方式,简化了硬件电路,特别在多位数
码管显示时尤为突出,在本次设计中我采用的是动态显示。
三、硬件设计
其模块电路如图 3-1 所示。
图 3-1
(1)时钟电路
单片机的时钟产生方法有两种:内部时钟方式和外部时钟方式。本系统中
AT89S51 单片机采用内部时钟方式。最常用的内部时钟方式是采用外接晶体和电
单片机
AT89C51
显示电路
按钮电路
时钟电路
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