1、目錄引言11 系統簡介22 硬件設計22.1 總體方案的設計22.2 單片機的選擇32.3 顯示電路的選擇與設計52.4 復位電路的選擇與設計62.5 系統總電路的設計83 系統軟件設計9總結11參考文獻13附錄A 程序13引言秒表計時器是電器制造，工業自動化控制、國防、實驗室及科研單位理想的計時儀器，它廣泛應用于各種繼電器、電磁開關，控制器、延時器、定時器等的時間測試。2004年8月28日15點15分，中國選手孟關良/楊文軍在雅典奧運會男子500米劃艇決賽中，以1分40秒278的成績獲得中國在雅典奧運會的第28金。這是中國皮劃艇項目的第一枚奧運金牌，也是中國水上項目在歷屆奧運會上所獲得的第一

2、枚金牌。孟關良/楊文軍的成績比獲得銀牌的古巴選手只快了 0.072秒，以至于兩人在奪冠之后還不敢相信。在現在的體育競技比賽中，隨著運動員的水平不斷提高，差距也在不斷縮小。有些運動對時間精度的要求也越來越高，有時比賽冠亞軍之間的差距只有幾毫秒，因此就需要高精度的秒表來記錄成績。1 系統簡介本設計的設計思路是使用單片機，設計秒表，能顯示分分秒秒；有計時、暫停、調時間等功能。利用AT80C51單片機的定時器/計數器定時和記數的原理，使其能精確計時。利用中斷系統使其能實現開始暫停的功能。P0口輸出段碼數據，P2.0-P2.4口作列掃描輸出，可以實現開始、暫停、清零和修改時間的功能。顯示電路由八位共陰極

3、數碼管組成。初始狀態下計時器顯示0.00.000，當按下開始鍵時，外部中斷INT1向CPU發出中斷請求，CPU轉去執行外部中斷1服務程序，即開啟定時器T0。此秒表精確到毫秒，滿1000毫秒向秒位進1，滿60秒向分鐘位進1。依次類推，直到9.59.99秒重新復位。在計時過程中，只要按下模式鍵，則數碼管顯示暫停，若按下加1鍵，則加1毫秒再按下加1鍵就再加一，以次類推。若再按下模式鍵，再按下加1鍵，則加1秒再按則再加1秒，以次類推。若再按下模式鍵，再按下加1鍵，則分鐘位加1分再按則再加一分，以次類推。再按模式鍵，在按加1鍵則又毫秒位加一。依次循環。直至滿9.59.999秒。因此可以實現修改已暫停的時

4、間功能。在按下復位鍵時，此數碼管歸零并重新開始計時，若只按模式鍵即可實現暫停功能，即顯示當此計時的成績。連按三下模式鍵則繼續開始計時，根據以上設計思路從而實現數字電子秒表的計時。本文主要內容包括三部分：第一部分介紹硬件部分設計思路及方案；第二部分介紹了軟件部分的設計思路和設計；最后一部分則是整個系統的安裝與調試過程。2 硬件設計2.1 總體方案的設計數字電子秒表具有顯示直觀、讀取方便、精度高等優點，在計時中廣泛使用。本設計用單片機組成數字電子秒表，力求結構簡單、精度高為目標。設計中包括硬件電路的設計和系統程序的設計。其硬件電路主要有主控制器，計時與暫停、啟動和修改時間的功能等。主控制器采用單片

5、機AT80C51，顯示電路采用共陰極LED數碼管顯示計時時間。本設計利用AT80C51單片機的定時器/計數器定時和記數的原理，使其能精確計時。利用中斷系統使其能實現開始暫停的功能。模式鍵可以實現開始、暫停的功能，復位鍵可實現清零功能和復位鍵和加一鍵可實現修改時間功能。電路原理圖設計最基本的要求是正確性，其次是布局合理，最后在正確性和布局合理的前提下力求美觀。根據要求知道秒表設計主要實現的功能是計時和顯示。本設計秒表的最小單位為毫秒，能非常準確記錄一個跑步人的所用時間。當一處中斷后向CPU發出加一請求，每發出一次中斷請求就對毫秒計數單元進行加一，達到1000次就對秒位進行加一，依次類推，直到秒重

6、新復位。 設計中包括硬件電路的設計和系統程序的設計。其硬件電路主要有主控制器，顯示電路和回零、暫停、開始、修改時間等功能。主控制器采用單片機AT80C51，顯示電路采用八位共陰極LED數碼管顯示計時時間，三個按鍵均采用觸點式按鍵。2.2 單片機的選擇本課題在選取單片機時，充分借鑒了許多成形產品使用單片機的經驗，并根據自己的實際情況，選擇了Intel公司的AT80C51。單片機的外部結構MCS-51系列單片機是8位單片機產品，89C51是其中的典型代表，基本模塊包括以下幾個部分：（1）CPU：89C51的CPU是8位的，另外89C51內部有1個位處理器（2）R0M:4KB的片內程序存儲器，存放開

7、發調試完成的應用程序（3）RAM:256B的片內數據存儲器，容量小，但作用大（4）I/O口：P0-P3，共4個口32條雙向且可位尋址的I/O口線（5）中斷系統：共5個中斷源，3個內部中斷，2個外部中斷（6）定時器/計數器：2個16位的可編程定時器/計數器（7）通用串行口：全雙工通用異步接收器/發送器（8）振蕩器：89C51的外接晶振與內部時鐘振蕩器為CPU提供時鐘信號（9）總線控制：89C51對外提供若干控制總線，便于系統擴展 89C51的引腳圖如下:89C51單片機引腳圖晶體振蕩電路89C51芯片內部有一個高增益反相放大器，用于構成振蕩器。引線 XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和

8、輸出，兩端跨接石英晶體及兩個電容就可構成穩定的自激振蕩器。這里，我們選用51單片機12MHZ的內部振蕩方式，電容器C1，C2起穩定振蕩頻率，并對振蕩頻率有微調作用，C1和C2可在20-100PF之間取值,這里取33P。89C51具有以下標準功能：8k字節Flash，256字節RAM，32 位I/O口線， 2個數據指針，兩個16位定時器/計數器，一個全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。另外，8051可降至0Hz 靜態邏輯操作，支持2種軟件可選擇節電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直

9、到下一個中斷或硬件復位為止。CPU是單片機的核心部件。它由運算器和控制器等部件組成。（1） 運算器運算器的功能是進行算術運算和邏輯運算。可以對半字節（4位）、單字節等數據進行操作。例如能完成加、減、乘、除、加1、減1、BCD碼十進制調整、比較等算術運算和與、或、異或、求補、循環等邏輯操作，操作結果的狀態信息送至狀態寄存器。8051運算器還包含有一個布爾處理器，用來處理位操作。（2） 程序計數器PC程序計數器PC用來存放即將要執行的指令地址，共16位，可對64K程序存儲器直接尋址。執行指令時，PC內容的低8位經P0口輸出，高8位經P2口輸出。（3） 令寄存器指令寄存器中存放指令代碼。CPU執行指

10、令時，由程序存儲器中讀取的指令代碼送入指令寄存器，經譯碼后由定時與控制電路發出相應的控制信號，完成指令功能。2.3 顯示電路的選擇與設計對于數字顯示電路，通常采用液晶顯示或數碼管顯示。本設計的顯示電路采用8段數碼管作為顯示介質。由于數碼管是有P0口來驅動，它內部沒有上拉電阻，作為輸出口時驅動能力比較弱，不能點亮數碼顯示管，因此P0口必須接上拉電阻來提高驅動能力。另外一位共陰數碼管的驅動電流一般為20mA左右，如果電流太大容易造成數碼管損壞，所以也需要根據電源的電壓值來確定上拉電阻的大小。如果電阻過小，勢必會形成灌電流過大，造成單片機IO的損壞，如果電阻過大，那么對拉電流沒有太大的影響。電源供電

11、電壓為5V，當上拉電阻選用220電阻時灌電流為22mA。不會損壞單片機的I/O口，同時也可以為數碼顯示管起到限制電流的保護作用。 P3口引腳特殊功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2INT0（外部中斷0請求輸入端）P3.3INT1（外部中斷1請求輸入端）P3.4 T0（定時器/計數器0計數脈沖輸入端）P3.5 T1（定時器/計數器1計數脈沖輸入端）P3.6WR(片外數據存儲器寫選通信號輸出端)P3.7 RD（片內數據存儲器讀選通信號輸出端）P3口引腳第二功能表2.4 復位電路的選擇與設計當8051單片機的復位引腳RST（全稱RESET）出現2個機器周期以上的高電平

12、時，單片機就完成了復位操作。如果RST持續為高電平，單片機就處于循環復位狀態，而無法執行程序。因此要求單片機復位后能脫離復位狀態。而本系統選用的是12MHz的晶振，因此一個機器周期為1s，那么復位脈沖寬度最小應為2s。在實際應用系統中，考慮到電源的穩定時間，參數漂移，晶振穩定時間以及復位的可靠性等因素，必須有足夠的余量。根據應用的要求，復位操作通常有兩種基本形式：上電復位、手動復位。上電復位要求接通電源后，自動實現復位操作。80C51單片機的上電復位POR（Power On Reset）實質上就是上電延時復位，也就是在上電延時期間把單片機鎖定在復位狀態上。在單片機每次初始加電時，首先投入工作的

13、功能部件是復位電路。復位電路把單片機鎖定在復位狀態上并且維持一個延時（記作TRST），以便給予電源電壓從上升到穩定的一個等待時間；在電源電壓穩定之后，再插入一個延時，給予時鐘振蕩器從起振到穩定的一個等待時間；在單片機開始進入運行狀態之前，還要至少推遲2個機器周期的延時。上述一系列的延時，都是利用在單片機RST引腳上外接一個RC支路的充電時間而形成的。典型復位電路如圖1.8（a）所示，其中的阻容值是原始手冊中提供的。上電復位延時電路標準80C51不僅復位源比較單一，而且還沒有設計內部上電復位的延時功能，因此必須借助于外接阻容支路來增加延時環節，如圖1.8(a)所示。其實，外接電阻R還是可以省略的

14、，理由是一些CMOS單片機芯片內部存在一個現成的下拉電阻Rrst。例如，80C51系列的Rrst阻值約為50200 k；P89V51Rx2系列的Rrst阻值約為40225 k，如圖1.9所示。因此，在圖1.8(a)基礎上，上電復位延時電路還可以精簡為圖1.8(b)所示的簡化電路（其中電容C的容量也相應減小了）。 復位引腳RST內部電路在每次單片機斷電之后，須使延時電容C上的電荷立刻放掉，以便為隨后可能在很短的時間內再次加電作好準備。否則，在斷電后C還沒有充分放電的情況下，如果很快又加電，那么RC支路就失去了它應有的延遲功能。因此，在圖1.8(a)的基礎上添加一個放電二極管D，上電復位延時電路就

15、變成了如圖1.8(c)所示的改進電路。也就是說，只有RC支路的充電過程對電路是有用的，放電過程不僅無用，而且會帶來潛在的危害。于是附加一個放電二極管D來大力縮短放電持續時間，以便消除隱患。二極管D只有在單片機斷電的瞬間（即VCC趨近于0 V，可以看作VCC對地短路）正向導通，平時一直處于反偏截止狀態。手動復位要求在電源接通的條件下，在單片機運行期間，如果發生死機，用按鈕開關操作使單片機復位。單片機要完成復位，必須向復位端輸出并持續兩個機器周期以上的高電平，從而實現復位操作。本設計采用上電且開關復位電路，如圖1.10所示上電后，由于電容充電，使RST持續一段高電平時間。當單片機已在運行之中時，按

16、下復位鍵也能使RST持續一段時間的高電平，從而實現上電且開關復位的操作。通常選擇C=1030F，R=1K，本設計采用的電容值為22F的電容和電阻為1K的電阻。單片機復位電路2.5 系統總電路的設計系統總電路由以上設計的顯示電路，時鐘電路，按鍵電路和復位電路組成，只要將單片機與以上各部分電路合理的連接就組成了系統總電路。系統總電路圖附錄B所示。8051單片機為主電路的核心部分，各個電路均和單片機相連接，由單片機統籌和協調各個電路的運行工作。8051單片機提供了XTAL1和XTAL2兩個專用引腳接晶振電路，因此只要將晶振電路接到兩個專用引腳即可為單片機提供時鐘脈沖，但在焊接晶振電路時要盡量使晶振電

17、路靠近單片機，這樣可以為單片機提供穩定的始終脈沖。 復位電路同晶振電路，單片機設有一個專用的硬件復位接口，并設置為高電平有效。按鍵電路與單片機的端口連接可以由用戶自己設定，本設計中軟件復位鍵和查看鍵分別接單片機的P1.1和P2.5，均設為低電平有效。而另外的開始鍵和暫停鍵兩鍵使用了外部中斷，所以需要連接到單片機的特殊接口P3.3和P3.2，這兩個I/O口的第二功能分別為單片機的外部中斷1端口和外部中斷0端口。同樣設置為位低電平有效。顯示電路由五位數碼管組成，采用動態顯示方式，因此有8位段控制端和5位位控制端，八位段控制接P0口，P0.0P0.7分別控制數碼顯示管的a、b、c、d、e、f、g、d

18、p顯示，8051的P0口沒有集成上拉電阻，高電平的驅動能力很弱，所以需要接上拉電阻來提高P0的高電平驅動能力。五位位控制則由低位到高位分別接到P2.0P2.4口，NPN三極管9013做為位控制端的開關，當P2.0P2.4端口任意一個端口為高電平時，與其相對應的三極管就導通，對應的數碼管導通顯示。通過以上設計已經將各部分電路與單片機有機的結合到一起，硬件部分的設計以大功告成，剩下的部分就是對單片機的編程，使單片機按程序運行，實現數字電子秒表的全部功能。3 系統軟件設計本設計采用了匯編語言編寫，匯編語言由于采用了助記符號來編寫程序，比用機器語言的二進制代碼編程要方便些，在一定程度上簡化了編程過程。

19、匯編語言的特點是用符號代替了機器指令代碼，而且助記符與指令代碼一一對應，基本保留了機器語言的靈活性。使用匯編語言能面向機器并較好地發揮機器的特性，得到質量較高的程序。匯編語言的特點:(1).面向機器的低級語言，通常是為特定的計算機或系列計算機專門設計的。(2).保持了機器語言的優點，具有直接和簡捷的特點。(3).可有效地訪問、控制計算機的各種硬件設備，如磁盤、存儲器、CPU、I/O端口等。(4).目標代碼簡短，占用內存少，執行速度快，是高效的程序設計語言。(5).經常與高級語言配合使用，應用十分廣泛。在程序設計過程中，為了有效地完成任務，把所要完成的任務精心的分割成若干個相互獨立但相互又仍可有

20、聯系的任務模塊，這些任務模塊使得任務變得相對單純，對外的數據交換相對簡單，容易編寫，容易檢測，容易閱讀和維護。這種程序設計思想稱為模塊化程序設計思想。模塊化結構程序的設計，可以使系統軟件便于調試與優化，也使其他人更好地理解和閱讀系統的程序設計。程序的主要模塊有：主程序、顯示程序、定時溢出中斷服務程序、外部中斷服務程序。Proteus ISIS是英國Labcenter公司開發的電路分析與實物仿真軟件，它可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路。該軟件的主要特點總結后有以下四點：實現了單片機仿真和SPICE電路仿真相結合的功能。支持目前主流單片機系統的仿真。提供了軟件調試功能，并可以與W

21、AVE聯合仿真調試。具有強大的原理圖繪制功能。總之，該軟件是一款集單片機和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大。在電子領域中也起到了很大的作用，它的出現仿真不需要先焊接電路，可以先仿真調試通過后在焊電路，節省了不少在硬件調試上所花的時間。Proteus ISIS的工作界面是一種標準的Windows界面。它包括標題欄、主菜單、狀態欄、標準工具欄、繪圖工具欄、對象選擇按鈕、預覽對象方位控制按鈕、仿真進程控制按鈕、預覽窗口、對象選擇器窗口、圖形編輯窗口等十幾個工具，方便了使用者的使用。首先打開已經畫好的proteus DSN文件，雙擊圖中的AT89S52芯片，就彈出一個窗口，在Program

22、 File項中通過路徑選擇在WAVE中生成的HEX文件，雙擊選中后確定，這樣仿真圖中的AT89S52芯片就已經讀取了本設計中的HEX文件。單擊“三角形按鈕”進行仿真。通過對仿真結果的觀察來對程序進行修改，最終使程序到達設計要求。程序仿真圖總結 本設計的數字電子秒表是由8051單片機、共陰數碼顯示管、控制按鍵、三極管等器件構成的，設有六位計時顯示，開始、暫停、復位按鍵以及一個系統整機復位按鈕。計時精度能到達10ms，設計精簡，使用簡單易懂。系統設計合理，線路簡單、功能先進，性能穩定，程序精簡。并給出了詳細的電路設計方法。本系統是以單片機為核心，僅單片機方面知識是不夠的，還應根據具體硬件結構，以及

23、針對具體應用對象特點的軟件結合，以作完善。所以采用匯編語言來進行軟件設計，利用匯編語言面向機器并能較好的發揮機器的特性，得到較高的程序，同時匯編語言目標代碼簡短，占用內存少，執行速度快，能提高秒表的精度。通過本次設計，復習鞏固我們以前所學習的數字、模擬電子技術、單片機原理及應用等課程知識，加深對各門課程及相互關系的理解，并成功使用了Wave、Protel 99se和Proteus三款電子軟件，使理論知識系統化、實用化，系統地掌握微機應用系統的一般設計方法，培養較強的編程能力、開發能力。同時，在設計的過程中，我也發現了本系統的許多不足和可以改進的地方。但因時間緊迫等原因沒能改進。本設計的數字電子

24、秒表缺少對多次計時時間進行記錄的功能。應給在單片機的內部存儲區多設置一些存儲空間，用來存儲多次計時時間。并在程序中編入對多次計時時間的調用顯示。雖然存在不足，但本設計的數字電子秒表仍具有它的實用性。參考文獻 1王東峰等.單片機C語言應用100例M.電子工業出版社，2009. 2陳海宴.51單片機原理及應用M.北京航空航天大學出版社，2010. 3占躍華.C語言程序設計M.北京郵電大學出版社，2010. 4李平等.單片機入門與開發M.機械工業出版社，2008.  附錄A 程序#include<reg51.h>#define uint

25、unsigned int#define uchar unsigned charUchar code segcode=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xbf;/0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,-uchar code dispbit=0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80;/數碼管位選碼uchar buffer=0,0,0,0,0,0,0,0;uint min,sec,ms,kk;sbit key1=P10;sbit key2=P13;uint status;/函數聲明void d

26、elayMS(uint t) ; void keyprocess(unsigned char key);void display();void timer0();main() /主函數 bit keyrelease; uchar buf; uchar keyinput; keyrelease=1; buf=0xff; TMOD=0x01; /T0工作在方式1，16位計數器 TH0=(65536-1000)/256; / 定時器0設置延時1ms中斷初始值 TL0=(65536-1000)%256; TR0=1; IE=0x82; /開定時器0中斷 status=0; while(1) /鍵掃描程

27、序 keyinput=P1&0xf0; if(keyinput!=0xf0) delayMS(1); if(keyinput!=0xf0) if(keyrelease=1) keyrelease=0; buf = keyinput; /buf用來暫時存放鍵值 else keyrelease=1; keyprocess(buf); /調用按鍵處理函數 buf = 0xff; else keyrelease=1; keyprocess(buf); buf=0xff; display(); /延時函數 void delayMS(uint t) / 晶振頻率12M uint i; while(t-)for(i=0;i<125;i+);void keyprocess(unsigned char key) if(key1=0) delayMS(1);while(key