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基于单片机的秒表课程设计报告书.doc
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基于单片机的秒表课程设计报告书.doc
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I / 22
摘要
本设计的数字电子秒表系统采用 AT89S52 单片机为中心器件,利用其定时器
/计数器定时和记数的原理,结合显示电路、LED 数码管以与外部中断电路来设
计计时器。将软、硬件有机地结合起来,使得系统能够实现 LED 显示,显示时间
为 0~99 秒,计时精度为 1 秒,能正确地进行计时。其中软件系统采用 C 语言编
写程序,包括显示程序,定时中断服务,外部中断服务程序,延时程序等,并在
WAVE 中调试运行,硬件系统利用 PROTEUS 强大的功能来实现,简单且易于观察,
在仿真中就可以观察到实际的工作状态。
关键词: 电子秒表;AT89S52 单片机;C 语言
目录
摘要 ...............................................................I
1 系统原理介绍 .....................................................1
1.1 设计任务与功能要求说明 ......................................1
1.2 数字式秒表的方案介绍与工作原理说明 ..........................1
2 数字式秒表硬件系统的设计 ..........................................3
2.1 数字式秒表硬件系统各模块功能简要介绍 ........................3
2.1.1 AT89S52 简介 ..........................................3
2.1.2 时钟电路 ..............................................3
2.1.3 键盘电路 ..............................................4
2.1.4 复位电路 ..............................................4
2.2 数字式秒表的硬件系统设计图.................................5
3 数字式秒表软件系统的设计 .........................................6
3.1 数字式秒表使用单片机资源情况................................6
3.2 主程序流程图................................................6
3.3 中断服务程序流程图 ..........................................7
3.4 显示程序流程图 ..............................................8
3.5 软件系统程序清单 ............................................8
按照流程图应用软件 keil 汇编语言编程实现秒表功能。程序见附录 3。8
4 系统调试与仿真 ...................................................9
4.1 数字式秒表的设计结论与使用说明.............................9
4.2 调试软件介绍...............................................9
4.3 程序仿真与结果.............................................9
4.4 误差分析与解决方法........................................10
总结 ..............................................................11
参考文献 ..........................................................12
致 谢 ............................................................13
附录 1:系统原理图 ..................................................14
附录 2:程序清单....................................................15
1 / 22
1 系统原理介绍
1.1 设计任务与功能要求说明
由单片机接收小键盘控制递增计时,由 LED 显示模块计时时间,显示格式
为 XX(分):XX(秒).XX,精确到 0.01s 的整数倍。绘制系统硬件接线图,
并进行系统仿真和实验。画出程序流程图并编写程序实现系统功能。
使用单片机 AT89S52 作为主要控制芯片,以四位一体共阳极数码显示管通过
三极管驱动作为显示部分,设计一个具有特定功能的数字式秒表。该数字式秒表
上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”,进入准备工作状态。该数字式
秒表通过按键控制可实现开始计时、暂停计时、连续计时、清零和停止功能。
1.2 数字式秒表的方案介绍与工作原理说明
使用 AT89S52 单片机作为核心控制部件,采用 12M 晶体振荡器与微小电容构
成振荡电路;采用 S8550 作为数码管的驱动部分;用两个四位一体共阳极或共阴
极数码显示管作为显示部分,构成数字式秒表的主体结构,配合独立式键盘和复
位电路完成此秒表的复位、计时、连续、清零、停止各项功能。
对于时钟,它有两方面的含义:一是指为保障系统正常工作的基准振荡定
时信号,主要由晶振和外围电路组成,晶振频率的大小决定了单片机系统工作的
快慢;二是指系统的标准定时时钟,即定时时间,它通常有两种实现方法:一是
用软件实现,即用单片机部的可编程定时/计数器来实现,但误差很大,主要用
在对时间精度要求不高的场合;二是用专门的时钟芯片实现,在对时间精度要求
很高的情况下,通常采用这种方法。
LED 数码显示器有如下两种连接方法:共阳极接法:把发光二极管的阳极连在一
起构成公共阳极,使用时公共阳极接+5V,每个发光二极管的阴极通过电阻与输
入端相连。共阴极接法:把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极,使用时公
共阴极接地。每个发光二极管的阳极通过电阻与输入端相连。
键盘部分方案:键盘控制采用独立式按键,每个按键的一端均接地,另一端
直接和 P1 口相连,在按键和 P1 口之间通过 10K 电阻与+5V 电源相连。键盘通过
检测输入线的电平状态就可以很容易地判断哪个键被按下了,这种方法操作速度
高而且软件结构很简单,比较适合按键较少或操作速度较高的场合,这种独立式
接口的应用很普遍。
显示部分方案:显示部分采用动态显示。数码管动态显示接口是单片机中应
用最为广泛的一种显示方式之一,动态驱动是将所有数码管的 8 个显示笔划
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"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起,另外为每个数码管的公共极 COM 增加位
选通控制电路,位选通由各自独立的 I/O 线控制,当单片机输出字形码时,所有
数码管都接收到相同的字形码,但究竟是那个数码管会显示出字形,取决于单片
机对位选通 COM 端电路的控制,所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打
开,该位就显示出字形,没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数
码管的的 COM 端,就使各个数码管轮流受控显示,这就是动态驱动。动态显示是
利用人眼视觉暂留特性来实现显示的。事实上,显示器上任何时刻只有一个数码
管有显示。由于各数码管轮流显示的时间间隔短、节奏快,人的眼睛反应不过来,
因此看到的是连续显示的现象。为防止闪烁延时的时间在 1ms 左右,不能太长,
也不能太短。本设计可采用 P0 口直接驱动八段数码管显示。此方案成本低,而
且单片机的 I/O 口占用较少,可以节约单片机接口资源,而且功耗更低。
此电路采用单片机的 P0 口作为数码显示管的段控,采用 P2 口作为数码管的
位控。8 个独立式键盘分别接在单片机的 P1 口上,以与其他部分构成数字式秒
表的硬件电路。通过编写程序使用单片机的定时计数器,以与软件延时,中断资
源来实现秒计时和相关控制。此数字式秒表的硬件整体结构如图 1-1 所示。
图 1-1 数字式秒表的硬件结构图
AT89S52
电源
振荡电路
复位电路
独立式键盘
驱动电路
数
码
管
显
示
限流
3 / 22
2 数字式秒表硬件系统的设计
2.1 数字式秒表硬件系统各模块功能简要介绍
2.1.1 AT89S52 简介
(1) 与 MCS-51 产品相兼容;
(2) 具有 8KB 可改写的 Flash 部程序存储器,可写/擦 1000 次;
(5) 256 字节部 RAM;
(6) 32 根可编程 I/O 口;
(7) 3 个 16 位定时器/计数器。
(8) 8 个中断源;
(9) 可编程中串行口;
(10) 低功耗空闲和掉电方式。
它的价格便宜,功能强大,能耗低。很大程度上减少总电路的复杂性,提高了所
设计系统的稳定性。其芯片引脚图如图 2-1 所示。
图 2-1 单片机 AT89S52 引脚图
2.1.2 时钟电路
时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号,单片机本身就是一个复
杂的同步时序电路,为了保证同步工作方式的实现,电路应在唯一的时钟信号控
制下严格地按时序进行工作。在 AT89S52 芯片部有一个高增益反相放大器,其输
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