1、單片機課程設計課題： 多功能秒表系別：電氣與電子工程專業：電子信息工程姓名：吳騰飛學號：093411143河南城建學院2013年 1 月 1日成績評定、指導教師評語 （根據學生設計報告質量、答辯情況及其平時表現綜合評定）、評分評分項目設計報告評分答辯評分平時表現評分合計 （100分）任務完成 情況 （20分）課程設計 報告質量 （40分）表達情況 （10分）回答問題 情況 （10分）工作態度與 律（10分）紀獨立工作 能力（10分）得分課程設計成績評定班級 0934111 姓名 吳騰飛 學號 093411143成績： 分（折合等級 ）指導教師簽字 年 月 日目錄第一章設計目的第二章設計任務要求

2、第三章總體設計 3.1任務分析 3.2方案確定 3.3單片機概述 3.3.1 單片機的特點 3.3.2 STC89C51 單片機簡介3.3.3 STC89C51 功能特性概述： 第四章 各部分電路設計4.1 顯示原理 4.2 鍵盤及讀數原理 4.3 復位電路 4.4 按鍵電路 4.5 時鐘電路 4.6 驅動顯示電路 第五章 整體電路圖 5.1 相應程序 5.2 硬件實物調試 5.3 硬件調試 5.4 軟件調試 . 5.5 系統聯調 . 5.6 現場調試 . 第六章 設計總結6.1 設計過程中遇到的問題及解決方法 6.2 設計體會 6.3 對設計的建議 參考文獻 一、設計目的隨著微電子技術的不斷

3、發展，數控系統也在不斷地更新換代，先后經歷了電子管 （1952年）、晶體管（ 1959年）、小規模集成電路（ 1965年）、大規模集成電路及小型 計算機（ 1970年）和微處理機或微型計算機（ 1974 年）等五代數控系統。前三代數控 系統是屬于采用專用控制計算機的硬接線（硬線）數控系統，一般稱為普通數控系統， 簡稱 NC。70 年代初，隨著計算機技術的發展，使小型計算機的價格急劇下降，采用小 型計算機代替專用控制計算機的第四代數控系統，不僅在經濟上更為合算，而且許多 功能可用編制的專用程序來實現，將它存儲在小型計算機的存儲器中，構成所謂控制 軟件，提高了系統的可靠性和功能特色。這種數控系統又

4、稱為軟接線（軟線）數控， 即計算機數控系統，簡稱 CNC。 1974 年制成以微處理機為核心的數控系統，稱為第五 代微型機數控系統，簡稱 MNC。單片機控制系統的電子秒表，自動化程度高、成本低、體積小、控制精確等優點， 有很好的經濟效益和廣闊的發展前景。單片機控制系統的研制成功，是電子秒表發展 中的一次較大的進步，它表明了目前正在使用的許多控制系統完全可以由單片機控制 系統所代替。二、設計要求1、在暫停的情況下也能實現復位。 ；2、兩位 LED顯示，顯示時間為 0099 秒；3、每秒自動加一；4、一個開始按鍵、一個復位按鍵、一個暫停按鈕；5、開機顯示 00.00 ；三、總體設計3.1 任務分析

5、：要了個更好的說明驗證。首先要顯示 00.00 ，那么就要 4 位的數碼管。要達到 0.01 的驗 證所設計的電子秒表是否合理正確，單單靠理論說明還不夠充分，我就相應地制作了硬件實 物，這對理論就有精確度，可以用定時器定時 10ms作為基數，計時就可以在這個基礎上累加 起來。并把秒和小數后兩位的數據用兩個單元暫存，然后通過處理程序來處理兩個單元，并 送到 I/O 口來顯示，這樣就能夠顯示到 0.01 秒。在實現清零、暫停、計時等功能，可以考慮 用兩個按鈕來實現，一個按鈕是復位來清零；一個按鈕是暫停和停止。3.2 方案確定根據專業對應所學知識，而且對基本理論知識進行相應的鞏固、擴展，我選擇了電子

6、秒表 作為設計內容，其特點是融合了多方面的基本理論知識，無論是硬件或軟件上都屬于比較典 型的設計。本電路直接采用單片機配合數碼管和按鍵，直接實現功能，主要決定于軟件程序 的設計。利用單片機的定時中斷產生 10ms定時來更新數據，再利用數制轉換更新顯示。主要 的難度在于控制部分的程序編寫。在此利用了 2 個按鍵分別對各個功能進行控制，顯示部分 用數碼管，用的是 1個 4位數碼管，主要是為了節約成本。在此要考慮硬件的設計以及整體 電路的可靠性，因此選用了這個方案，使得本電路的硬件設計難度不高，便于檢查排錯。在 軟件程序上利用空閑及參數變化時對顯示進行及時更新，從而保證了顯示的連續性與實時性。 理論

7、上可以利用定時中斷和循環掃描這兩種方式實現顯示功能，前者效率較高，在整體上也 使程序大大簡化，但是這種方案是以犧牲一個內部定時中斷作為代價的，在稍復雜的程序設 計中是不劃算的，因此我選擇了第 2 種方案，即循環掃描的方式，雖然這種方式使程序的編 寫增加了一定的難度，但可以節約了單片機寶貴的中斷資源。3.3 單片機概述電子計算機是 20世界紀 40 年代發展起來的新技術之一，它的出現是科學技術產生了一場 深刻的革命。特別是自 1971 年以來，隨著大規模集成電路的發展，又出現了微型計算機。它 對發展現代化的工業、農業、國防和科學技術具有極其巨大的推動作用。作為微型機控制系 統的組成，主要分為兩大

8、部分，硬件和軟件。硬件是指微型計算機本身及其外圍設備；軟件 是指管理計算機的程序以及過程控制應用程序。3.3.1 單片機的特點1. 有優異的性能價格比。2. 集成度高、體積小、有很高的可靠性。單片機把各功能部件集成在一塊芯片上，內部采 用總線結構，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機的可靠性和抗干擾能力。另外， 其體積小，對于強磁場環境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環境下工作。3. 控制功能強。為了滿足工業控制的要求，一般單片機的指令系統中均有極豐富的轉移指 令、I/O 口的邏輯操作以及位處理功能。 單片機的邏輯控制功能及運行速度均高于同一檔次的 微機。4. 低功耗、低電壓，便于生產便攜式產

9、品5. 外部總線增加了 I2C (Inter-Integrated Circuit)及 SPI(Serial Peripheral Interface )等串行總線方式，進一步縮小了體積，簡化了結構。6. 單片機的系統擴展和系統配置較典型、規范，容易構成各種規模的應用系統。3.3.2 STC89C51 單片機簡介5l 系列單片機中典型芯片 (AT89C51)采用 40引腳雙列直插封裝 (DIP) 形式，內部由 CPU，4 kB的ROM，256 B的RAM，2個16b的定時計數器 TO和T1，4個8 b 的工 O端I ：IP0，P 1，P2，P3，一個全雙功串行通信口等組成。特別是該系列單片機片

10、內的Flash 可編程、可擦除只讀存儲器 (EPROM，) 使其在實際中有著十分廣泛的用途，在便攜式、省電及特殊信息保 存的儀器和系統中更為有用。 STC89C51的引腳圖如圖 1 所示。圖1 STC89C513.3.3 STC89C51 功能特性概述：4 kB存儲器； 256 BRAM；32條工 O線； 2個16b定時計數器； 5個2級中斷源； 1個全雙向 的串行口以及時鐘電路。空閑方式： CPU停止工作，而讓 RAM、定時計數器、串行口和中斷系統繼續工作。 掉電方式：保存 RAM的內容，振蕩器停振，禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件復位。3.3.4 STC89C51 引腳功能說明： 主電

11、源引腳( 2 根)VCC(Pin40)：電源輸入，接 5V 電源GND(Pin20)：接地線 外接晶振引腳( 2 根)XTAL1(Pin19) ：片內振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin20) ：片內振蕩電路的輸出端 控制引腳( 4 根)RST/VPP(Pin9)：復位引腳，引腳上出現 2 個機器周期的高電平將使單片機復位。ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號EA/VPP(Pin31) ：程序存儲器的內外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電 平則從內部程序存儲器讀指令。 可編程輸入 /輸出引腳( 32根)STC89C51單片機

12、有 4 組 8 位的可編程 I/O 口，分別位 P0、P1、P2、P3口，每個口有 8 位( 8 根引腳)，共 32 根。PO口（ Pin39 Pin32 ）： 8 位雙向 I/O 口線，名稱為 P0.0 P0.7P1口（Pin1Pin8）：8 位準雙向 I/O 口線，名稱為 P1.0 P1.7P2口（ Pin21 Pin28 ）： 8 位準雙向 I/O 口線，名稱為 P2.0P2.7P3口（ Pin10 Pin17 ）： 8 位準雙向 I/O 口線，名稱為 P3.0P3.7 XTAL1與 XTAL2 ?XTAL1：振蕩器反相放大器及內部時鐘發生器的輸入端?XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端

13、。四、各部分電路設計4.1 顯示原理整個硬件電路是配合程序來使用的，兩者缺一不可， P0 口輸出字段信息，經限流后 控制數碼管的 A DP，而 P2口接三極管，限流后驅動數碼管的各個公共端，以達到顯 示目的。 P3口接按鍵電路，實現控制功能，整體電路簡單明了，性能可靠，數碼管如圖 2 數碼管4.2 鍵盤及讀數原理鍵盤是人與微機打交道的主要設備，按鍵的讀取容易引起誤動作。可采用軟件去抖動的方法處理，軟件的觸點在閉合和斷開的時候會產生抖動，這時觸點的邏輯電平是 不穩定的，如不采取妥善處理的話，將引起按鍵命令錯誤或重復執行，在這里采用軟 件延時的方法來去除抖動，延時時間 10ms。4.3 復位電路復

14、位是單片機的初始化操作。 其主要功能是把 PC初始化為 0000H，使單片機從 0000H單元 開始執行程序。除了進入系統的正常初始化之外，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統處 于死鎖狀態時，為擺脫困境，也需按復位鍵重新啟動。除PC之外，復位操作還對其他一些寄存器有影響。 RST引腳是復位信號的輸入端。復位信號是高電平有效，其有效時間應持續24個振蕩周期 （ 即二個機器周期 ） 以上。若使用頗率為 6MHz的晶振，則復位信號持續時間應超過 4us 才能完成復位操作。產生復位信號的電路邏輯如圖 3所示：圖 3 復位信號電路邏輯圖B）圖 4 復位電路圖上述電路圖中的電阻、電容參數適用于 6MHz晶

15、振，能保證復位信號高電平持續時間大于 2 個機器周期。本系統的復位電路采用圖 4（ A）上電復位方式。4.4 按鍵電路按鍵是常開的按鍵開關，每個按鍵都被賦予一個代碼，稱為鍵碼。按鍵的開關狀態通過一 定的電路轉換為高、低電平狀態。按鍵閉合過程在相應的 I/O 端口形成一個負脈沖。閉合和釋放過程都要經過一定的過程才能達到穩定，這一過程是處于高、低電平之間的一種不穩定 狀態，稱為抖動。抖動持續時間的長短與開關的機械特性有關，一般在5 10ms 之間。本設計中是用軟件程序來去除抖動。由于系統使用到的按鍵數并不多， 所以不選用矩陣鍵盤而選用獨立式按鍵電路。 直接用 I/O 口線構成單個按鍵電路，每個按鍵

16、占用一條 I/O 口線，每個按鍵的工作狀態不會產生互相影 響。相應的按鍵電路圖如圖 5 所示。C130pX1CRYSTALU11918C230pR1C31k開停清除29303112345678XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2XTAL2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7RSTP2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10PSENP2.3/A11ALEP2.4/A12EAP2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P1.0/T2P3.0/RXDP1.1/T2EXP3.1/TXDP1.2P3.2/INT0P1.3P3.3/IN

17、T1P1.4P3.4/T0P1.5P3.5/T1P1.6P3.6/WRP1.7P3.7/RDAT89C52393837363534333221222324252627281011121314151617圖 5 按鍵電路4.5 時鐘電路STC89C51內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器， 引腳 RXD和 TXD分別是此放大器的輸入端和輸出端。時鐘可以由內部方式產生或外部方式產生。內部時鐘電路如圖6 所示，在 RXD和 TXD 引腳上外接定時元件，內部振蕩器就產生自激振蕩。定時元件通常采用石英晶 體和電容組成的并聯諧振回路。 晶體振蕩頻率可以在 1.2 12MHz之間選擇，電容值在 530

18、pF 之間選擇，電容值的大小可對頻率起微調的作用。 外部方式的時鐘電路如圖 6 所示，RXD接地， TXD接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于 12MHz的方波信號。片內時鐘發生器把振蕩頻率兩分頻，產生一個兩相時鐘P1和 P2，供單片機使用。圖 6 時鐘電路圖4.6 驅動顯示電路LED顯示器是單片機應用系統中常用的廉價輸出設備。它是由若干個發光二極管組成的， 當發光二極管導通時，相應一個筆畫發光，控制某幾段發光二極管導通，就能顯示出某個數 碼或字符。在單片機應用系統中，顯示器顯示有靜態顯示和動態掃描顯示兩種方法。1. 靜態顯示所謂靜態顯示，就是每一個顯示

19、器都要占用單獨的具有鎖存功能的 I/O 接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機只要把要顯示的字形代碼發送到接口電路就可以了，直到要顯示新的數 據時，再發送新的字形碼。使用這種方法 CPU的開銷小，控制程序簡單，但占用較多的硬件 資源。2. 動態掃描顯示動態掃描顯示是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式。其接口電路是把所有顯示器的 8 個筆劃段 ADP同名端連在一起，而每一個顯示器的公共極 COM各自獨立地受 I/O 線控制。 C PU向字段輸出口送出字形碼時，所有顯示器接收到相同的字形碼，但究竟是哪個顯示器亮， 則取決于 COM端，而這一端是由 I/O 控制的，因此就可以自行決定何時顯示哪一位了。所

20、謂 動態掃描就是指采用分時的方法，輪流控制各個顯示器的COM端，使各個顯示器輪流點亮。共陽數碼管的引腳圖如圖 7 所示。圖 7 數碼管引腳R910kR1510kR1610kR1710k五、整體電路圖C1U130pX1CRYSTALC2C2R11kC310u開停清除48XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1XTAL2P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6RSTP0.7/AD7P2.1/A9P2.2/A10PSENP2.3/A11ALEP2.4/A12EAP2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P1.0/T2P3.0/RXDP1.1/T2EXP

21、3.1/TXDP1.2P3.2/INT0P1.3P3.3/INT1P1.4P3.4/T0P1.5P3.5/T1P1.6P3.6/WRP1.7P3.7/RD33322431AT89C52252627373635343938R111k220R10R3220R4220R5220220220220R2R7RR78 220R8Q3PNPQ4PNPR12 R13圖 81k 驅動顯示電路 1kR9R141k10kR1510kR1610kR17Q3PNPPNPR141k1k1kQ1PNPR12Q2PNP1Rk12Q4圖 9 整體電路圖5.1 相應的程序如下： #include #define uchar un

22、signed char #define uint unsigned int uchar miao=0,fen=0;uchar count=0;uchar qian ,bai,shi,ge;uchar code duanma=0xA0,0xBE,0x62,0x2A,0x3C,0x29,0x21,0xBA, 0x20,0x28,0x30,0x25,0xE1,0x26,0x61,0x71;/字符 1， 2， 3，0sbit start=P10;sbit clear=P11;sbit w1=P20;sbit w2=P21;sbit w3=P22;sbit w4=P23;bit KT=0; sbit p

23、oint=P05;/*1毫秒延時子函數 */delay1ms(uint t)uint i,j;for(i=0;it;i+) for(j=0;j50)point=0;w1=0;delay1ms(2);w1=1;P0 = duanmashi;if(count50) point=0;w2=0;delay1ms(2);w2=1;P0 = duanmabai;w3=0;delay1ms(2);w3=1;P0 = duanmaqian; w4=0; delay1ms(2);w4=1;*鍵盤程序 */keyscan() if(clear=0&KT=0) delay1ms(20);if(clear=0)whi

24、le(clear=0);miao=0;count=0;if(start=0) delay1ms(20);if(start=0)while(start=0);TR0=TR0;KT=KT;/*主函數 */void main()TMOD=0x01;TH0=(65536-10000)/256;TL0=(65536-10000)%256;ET0=1;TR0=0;EA=1;while(1)qian=miao/10%10;bai=miao%10;shi =count/10%10; / 十位賦值ge =count%10; / 個位賦值display();keyscan();5.2 硬件實物調試 在制作實物前，

25、元件要擺好，在制作的時候，焊接線要非常小心，不然會有很多的斷線， 還有就是焊接的時候也要小心，不然容易短路。圖 10 硬件實物圖5.3 硬件調試硬件調試一般分為四步驟：第一個是目測法。這個方法是我們最常用的方法之一，只要是檢查一些很明顯的錯誤，如 電解電容的電極是否連錯、焊點否光亮飽滿無虛焊，用萬用板連的線是否連好了、焊盤有否 脫落。對單片機應用系統中所用的器件與設備，要仔細核對型號，檢查它們對外連線（包括 集成芯片引腳）是否完整無損。通過目測查出一些明顯的器件、設備故障并及時排除。第二個是萬用表測試。目測檢查后，可進行萬用表測試。先用萬用表復核目測中認為可疑 的連接或接點，檢查它們的通斷狀態

26、是否與設計規定相符。再檢查各種電源線與地線之間是 否有短路現象，如有再仔細查出并排除。第三個是上電檢查。首先檢查所有插座或器件的電源端是否有符合要求的電壓，接地端電 壓是否接近于零，接固定電平的引腳端是否電平正確。在對各芯片、器件加電過程中，是否 出現打火、過熱、變色、冒煙、異味的現象。如出現這些現象，應立即斷電，仔細檢查電源 加載的情況、各個芯片是否插反等，找出產生異常的原因并加以解決；并且用萬用表測各芯 片的引腳電平是否合理。再有就是，在加電期間，通過給合邏輯功能簡單的芯片加載固定輸 入電平，用萬用表測其輸出電平的方法來判定該芯片的好壞。第四個是復位檢查。在上電檢查后，按一下復位按鈕，看實

27、驗板上的LED燈是否閃爍。如果不閃爍，那么說明復位有問題。就要仔細檢查復位的電容是否接錯了電極，線是否連錯。 剛開始時，我就把復位按鍵給接錯了，把它和開始、停止鍵同時接地了，應該是并聯電容接 的。5.4 軟件調試軟件調試是通過對用戶程序的匯編、連接、接行來發現程序中存在的語法錯誤與邏輯錯誤 并加以排除糾正的過程。本設計的軟件調試是在偉褔 6000 編程軟件中調試，只要是對中斷程 序和顯示程序的調試。首先對中斷程序進行調試，看每分 FENSH、U秒 MIAOSH、U 小數 XIAOSHU 的單元里面的內容是否正確；再對顯示程序進行調試，這里的顯示程序里面含有數據處理程 序：如把分 FENSHU單

28、元分成兩個數字，再一個一個數字進行顯示，對照一下是否正確。如果 不正確就要用“跟蹤”或“單步”執行，一步一步檢查中間進行過程的錯誤并加以糾正。對 顯示程序的調試時，應調出“端口窗口”來看 I/O 端口的輸出情況，是否符合所要顯示的數 據。5.5 系統聯調系統聯調就是把程序加載到單片機上去進行調試。首先是把顯示程序加載上去，進行調試 時，看數碼管的顯示是否正確，還要看顯示的亮度是否太暗或太亮，是否出現了閃爍現象， 如果顯示不正確，就檢查一下數碼管的引腳和單片機的連線是否接錯了。如果有太暗或太亮 的問題，說明限流的電阻的電阻值不合理，應適當調整。如果出現閃爍現象，就要改變一下 延時時間，直到合理為

29、止。然后把整個的設計程序都加載到單片機上去調試。把單片機放到電路板上，進行整個系統 程序的調試。接上電源，按一下開始按鈕。看一下顯示是否正確，時間運行是否符合運行軌 跡。也對照一下數碼管顯示的次序是否正確。運行一段時間后，按一下停止按鈕，讓秒表停 止。5.6 現場調試 一般情況下，通過系統聯調后，就可以按照設計目標正常工作了。但在某些情況下，在實 際現場工作之前，環境對系統的影響無法預料，只能通過現場運行調試來發現問題，找出相 應的解決方法；或者雖然在系統設計時考慮到抗干擾的對策，但是否行之有效，還必須通過 在實際現場的運行來加以驗證。首先，上電后，讓系統一直運行一天。看看是否都能正常運行，并

30、觸摸芯片等器件是否有 過度的發熱或其他不正常的現象，并進行檢查與相應的處理。我的系統通電一天后都沒有什 么不正常的現象，看來設計得還合理。其次，在通電運行中，對系統進行相應的干擾，比如在電話來電或者在通電話過程中對系 統是否有一定影響，是否有停頓、閃爍現象。如果有受干擾現象，證明抗干擾電路的抗干擾 性不夠強。經過驗證，系統都正常運行，抗干擾較強。最后，檢驗誤差性。 拿來一個真正的秒表與系統同時開始計時， 并隨時觀看系統的穩定性。 然后，設定不同的時間段進行檢驗，這樣正確性才會更加準確。經過驗證，系統的穩定很好， 誤差較小，精確度高。六、 設計總結6.1設計過程中遇到的問題及解決方法 剛開始調試

31、時，由于對編程不太熟悉，程序是東拼西湊出來的，編譯總是有錯誤， 無法仿真，然后就不得不看單片機書重新寫程序，寫了好多遍，改了好多遍仿真終于出 來了，但是在燒程序過程中還是有錯誤，不過好在人多，最后在同學的幫助下終于把程 序燒進去了。6.2設計體會本次課程設計，我實現了基于單片機的秒表系統的設計和模擬仿真，完成了此課程 設計的要求，即硬軟件設計，口接線、設計報告等。在課程設計過程中，我遇到了好多 問題，例如，雖然說上學期認真地學習了單片機課程，但由于沒有實際操作過，運用起 來變得有些生疏，通過跟老師和同學請教自己不懂的技巧，我深刻地認識到師生間的交 流與同學之間的相互協作也是很重要的，有時候很多

32、問題自己解決不了，但在老師與周 圍同學的幫助下很快就解決了。再加上這次做課程設計對 Proteus 和 keil 的使用，更 是讓我學到了兩個新的軟件，使我對上述兩種軟件更加熟悉，用起來更得心應手，在做 實物過程中更是體會到了分工合作的重要性， 我們查資料， 然后我們一起仿真學習軟件。 剛開焊板子不能很好用電烙鐵，電烙鐵頭很快黑了也無法焊了，后來在同學的知道下和 自己的探索下終于能很好的運用電烙鐵了，但是芯片太小操作起來也總是出錯，總是把 引腳弄彎，最后，終于焊好了。焊板子雖然比較復雜，但是我們分工合作還是比大部分 人先完成設計，達到了事半功倍的效果，然后我們又一起寫了論文，雖然有點復雜，但 是還是很快完成了本次課程設計。通過課程設計讓我體會到了合作的重要性，工作效率 高而且很愉快。在此，感謝老師和同學們的幫助。另外，此課程設計用到了好多單片機的知識，遇到一些不懂的問題，通過查資料和 跟老師和同學討論，都一一解決了。通過這次課程設計 , 我明白了在學習專業課程的過 程中，自己動手真的很重要。 有些東西在課堂上一時半會兒也接受不了， 更談不上消化， 但是通過課程設計