单片机课题设计.docx

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单片机课题设计

单片机课程设计报告书

课题名称

秒表计时器的设计

姓名

马德明

学号

院、系、部

光电工程系

专业

应用电子技术

指导教师

2014年6月20日

一、设计任务及要求：

设计任务：

1、设计一个秒表计时器，含有启动、暂停、停止（至少）三个键，能够记录至多6组时间数据。

2、当启动按下后，开始计时，若按下停止键，数据存储并停止计时；若按下暂停键，数据存储的同时继续计时，直到计满了6组数据之后停止计时。

3、计数显示精确到0.1秒。

设计要求：

首先进行预设计，根据设计的任务要求，先确定设计的硬件电路方案，然后进行硬件电路的初步设计，在计算机上画出硬件电路图，在老师的指导下进行修正硬件电路图，并对所涉及的参数进行计算。

在确定硬件的基础上，要进行软件的总体设计，包括软件主流程的设计以及各子程序的设计，同时，要写出详细的操作说明，如时间的调整方法，显示窗口的时间切换等，以配合软件的设计。

然后进入硬件的调试及编程工作，设计组内的同学可根据任务分工，有调试硬件各功能模块的，如键盘子程序、显示子程序等，有进行整体程序的编制的，各模块的编制过程中要注意资源的衔接，最好采用伪定义的方式采用单片机的片内RAM资源。

最后进入联机调试，联机调试的原则也要采用分步走的原则，各个功能模块要逐步套入，通过一个再增加一项功能，从而达到设计的总体要求，不要上来编制个最大的程序，最后无法查找错误！

最后写出设计报告。

指导教师签名：

年月日

二、指导教师评语：

指导教师签名：

年月日

三、成绩

指导教师签名：

年月日

目录

一、绪言2

二、系统设计3

1设计任务3

2方案论证3

2.1系统整体设计框图3

2.2系统主要实现如下功能：

3

三、硬件电路设计5

3.1秒表/时钟计时器的硬件电路设计5

3.2单片机最小系统设计6

3.3数码管显示电路的设计6

3.4摁键控制系统模块的设计7

四、程序流程图8

4.1显示子程序8

4.2定时器T0中断服务程序9

4.3T1中断服务程序9

4.4调时功能程序10

4.5整点响程序10

4.6时钟/秒表功能程序10

五、汇编程序设计11

六、电子密码锁控制器仿真21

6.1Proteus调试21

七、结束语22

八、参考文献23

一、绪言

现今的计时器通常只能通过启/停按键实现断点计时的功能，即通过启/停按键来记录一段时间。

这种计时器查看的时间只能为计时结束时刻。

实际的应用中往往需要在不影响正常计时的基础上，能查看记录过程中的某些点的时间。

本课设即针对此问题，设计了一种能通过按键方式查看记录过程中任一时刻值的计时器。

这种计时器在查看中间值时不会影响整个记录过程，并且能把相应数据送入存储模块及显示模块，以便查看。

二、系统设计

1设计任务

通过对秒表计时器发展现状的了解，结合自己本次设计的课题，本次设计任务要完成的目标是：

1、设计一个秒表计时器，含有启动、暂停、停止（至少）三个键，能够记录至多6组时间数据。

2、当启动按下后，开始计时，若按下停止键，数据存储并停止计时；若按下暂停键，数据存储的同时继续计时，直到计满了6组数据之后停止计时。

3、计数显示精确到0.1秒。

2方案论证

2.1系统整体设计框图

图1系统总体设计框图

2.2系统主要实现如下功能：

2.2.1时钟功能

对于时钟功能，需要在数码管上显示小时、分钟和秒钟，因此，可以在内部存储空间分别定义它们的显示缓存空间，来存放小时、分钟和秒钟的BCD码，各2个字节。

由于时钟是不能停止的，因此需要采用内部定时器自动计时，并使用定时器中断处理程序来定时进行时间数值的刷新。

52单片机的2个定时器都具有16位定时器的

工作模式。

当晶振为12MHz时，16位定时器的最大定时值为65.536mS；要达到1秒钟，可以采用两种方法：

采用一个定时器定时与软件计数相结合的方法；或者采用两个定时器级联的方法。

由于秒表在计时功能时也需要用到1个定时器，因此，我们采用第一个方法，只使用1个定时器，例如使用T0。

为了达到较为准确的计时，使T0的溢出时间为50ms，使用一个字节作为软件计数器ST，计数值为20。

定时器的中断处理程序对ST进行减1操作，当ST为0时，1秒到达，此时更新存放小时、分钟、秒钟的显示缓存区。

2.2.2计时功能

当秒表用作计时功能时，也需要一个定时器进行10MS的定时，在本例中使用单片机的TIMER1。

在TIMER1的中断处理程序中对SS和ss的缓存空间进行更新，与上面类似。

2.2.3功能按键

再看按键的处理。

这3个键可以采用中断的方法，也可以采用查询的方法来识别。

对于A、B键，主要功能在于功能切换和数值复位，对于时间的要求不是很严格，而C键主要用于时间的锁定，需要比较准确的控制。

因此可以考虑，对A、B键采用查询的方式，而对于C键采用外部中断。

2.2.4中断嵌套和控制

现在在我的方案中有3个中断，T0、T1中断和外部中断INT0。

这3个中断的特点是：

T0的工作是连续的，可以在误差范围内可以被打断但不可以停止；T1的工作同样可以在误差范围内被打断，但可以被INT0停止；INT0是用来启动或停止T1的。

三硬件电路设计

3.1秒表/时钟计时器的硬件电路设计

采用AT89C52单片机,数字显示采用共阳六段LED显示器，P0口输出段码数据，P2.0-P2.5口作为列扫描输出，P1.0、P1.1、P1.3口接三个开关按钮，用以实现调时及秒表／时钟功能切换设置。

为了给共阳LED数码管提供驱动电压，采用三极管作电源驱动输出。

采用12MHZ晶振，有利于提高系统计时的精确性。

对于A、B键，主要功能在于功能切换和数值复位，对于时间的要求不是很严格，而C键主要用于时间的锁定，需要比较准确的控制。

因此可以考虑，对A、B键采用查询的方式，而对于C键采用外部中断。

图2电子密码锁控制线路图

3.2单片机最小系统设计

图3单片机最小系统

3.3数码管显示电路的设计

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"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共阴极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位选通端，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。

图4LED显示器及工作原理

3.4摁键控制系统模块的设计

由P1口作为独立摁键信号的输入端控制时钟的加1s、减1s、复位60.0s等操作。

用外部中断0作为秒表计时器的开启和暂停的操作。

且所有摁键均为低电平有效。

其中部分摁键为单刀双掷开关用于控制增计时或减计时以及限60.0s计时和60.0s外计时。

四、程序流程图

图5主程序流程图

4.1显示子程序

数码管显示的数据存放在内存单元70H－75H中。

其中70H-71H存放秒数据，72H-73H存放分数据，74H-75H存放时数据，每一地址单元内均为十进制BCD码。

由于采用软件动态扫描实现数据显示功能，显示用十进制BCD码数据的对应段码存放在ROM表中。

显示时，先取出70H-75H某一地址中的数据，然后查得对应的显示用段码，并从P0口输出，P2口将对应的数码管选中供电，就能显示该地址单元的数据值。

为了显示小数点及“－”、“A”等特殊字符，在显示班级及计时时采用不同的显示子程序。

4.2定时器T0中断服务程序

定时器TO用于时间计时，定时溢出中断周期可分别设为50ms和10ms.中断进入后，现判断是时钟计时还是秒表计时，时钟计时累计中断20次（即1s）时，对秒计数单元进行加1操作，秒表计时每10ms进行加1操作。

时钟计数单元地址分别在70H-71H（秒）、76H-77H（分）和78H-79H（时），最大计时值为23时59分59秒。

而秒表计数单元地址也在70H-71H（0.01毫秒）、76H-77H（秒）和78H-79H（分），最大计时值为99分59.99秒。

7AH单元内存放“熄灭符”数据（＃0AH）。

在计数单元中采用十进制BCD码计数，满60（秒表功能时有100）进位，T0中断服务程序执行流程见下图

图6

定时器T0、T1溢出周期为50ms（10ms），T0为秒计数用，T1为调整时闪烁用；P1.0，P1.1，P1.2为调整按钮，P0口为字符输出口，采用共阳显示管。

4.3T1中断服务程序

T1中断服务程序用于指示调整单元数字的亮闪。

在时间调整状态下，每过0.3s，将对应单元的显示数据换成“熄灭符”数据（＃0AH）。

这样在调整时间时，对应调整单元的显示数据会间隔闪亮。

4.4调时功能程序

调时功能程序的设计方法时：

按下P1.0口按键，若按下时间短于1s,则进入省电状态（数码管不亮，时钟不停）；否则进入调分状态，等待操作，此时计时器停止走动。

当再按下按钮时，若按下时间短于0.5s，则时间加1分；若按下时间长于0.5s，则进入小时调整状态。

在小时调整状态下，当按键按下的时间长于0.5s，退出调整状态，时钟继续走动。

P1.1口按键在调时状态下可实现减1功能。

4.5整点响程序

如果在时钟状态下，如果是整点那么就用P3.2这个引脚来控制蜂鸣器。

4.6时钟/秒表功能程序

在正常计时状态下，若按下P1.1口按键，则进行时钟/秒表功能的转换，转换后计时从开始。

当按下P1.2口的按键时，可实现清0、计时启动、暂停功能。

五、汇编程序设计

程序清单：

/*AT89C52秒表/时钟程序*/

/*定时器T0、T1溢出周期为50ms（10ms）,T0为秒计数用，T1为调整时闪烁用*/

/*P1.0P1.1P1.2为字符输出口，采用共阳显示管。

*/

/*主程序*/

START：

　　　　MOV　R0，＃70H/*清零70H~7AH共11个内存单元*/

　　　　MOV　R7，＃0BH

CLEARDISP：

MOV　＠R0，＃00H

　　　　　　INC　R0

DJNZ　R7，CLEARDISP

MOV　20H，＃00H/*清20H（标志用）*/

MOV　7AH，＃0AH/*放入“熄灭符”数据*/

MOV　TMOD，＃11H/*设置T0、T1为16位定时器*/

MOV　TL0，＃0B0H/*50ms定时初值（T0计时用）*/

MOV　TH0，＃3CH

MOV　TL1，＃0B0H/*50ms定时初值（T1闪烁定时用）*/

MOV　TH1，＃3CH/*50ms定时初值*/

SETB　EA/*总中断开放*/

SETB　ET0/*允许T0中断*/

SETB　TR0

MOV　R4，＃14H

START1：

LCALL　DISPLAY　/*调用显示子程序*/

JNB　P1.0,SETMM1/*P1.0口为0时，转时间调整程序*/

JNBP1.1,FUNSS/*秒表功能，P1.1按键调时时作减1操作*/

JNBP1.2,FUNPT/*STOP、PUSE、CLR*/

SJMPSTART1/*P1.0口为1时跳回START1*/

SETMM1：

LJMPSETMM/*转到时间调整程序SETMM*/

FUNSS：

LCALL　DS20MS　

JB　P1.1，START1

WAIT11：

JNB　P1.1，WAIT11

CPL　03H

MOV　70H，＃00H

MOV　71H，＃00H

MOV　76H，＃00H

MOV　77H，＃00H

MOV　78H，＃00H

MOV　79H，＃00H

AJMP　START1

ACALLZDBS

FUNPT：

LCALL　DS20MS

JB　P1.2，START1

WAIT22：

JNB　P1.2，WAIT21

CLR　ET0

CLR　TR0

WAIT33：

JB　P1.2，WAIT31

LCALL　DS20MS

JB　P1.2，WAIT33

WAIT66：

JNB　P1.2，WAIT61/*清70~79H共10个内存单元*/

MOV　R0，＃70H

MOV　R7，＃0AH

CLEARP：

MOV　＠R0，00H

INC　R0

DJNZ　R7,CLEARP

WAIT44：

JBP1.2，WAIT41

LCALLDS20MS

JBP1.2，WAIT44

WAIT55：

JNBP1.2，WAIT51

SETBET0

SETBTR0

AJMPSTART1

WAIT21：

LCALLDISPLAY

AJMPWAIT22

WAIT31：

LCALLDISPLAY

AJMPWAIT33

WAIT41：

LCALLDISPLAY

AJMPWAIT44

WAIT51：

LCALLDISPLAY

AJMPWAIT55

WAIT61：

LCALLDISPLAY

AJMPWAIT66

/*中断入口程序*/

ORG　0000H；/*程序执行开始地址*/

LJMPSTART；/*跳到标号START执行*/

ORG　0003H；/*外部中断0中断程序入口

RETI　/*外部中断0中断返回*/

ORG　000BH/*定时器T0中断程序入口*/

LJMP　INTT0

ORG　0013H/*外部中断1中断程序入口*/

TETI/*外部中断1中断返回*/

ORG　001BH

LJMP　INTT1/*跳至INTT1执行*/

ORG　0023H/*串行中断程序入口地址*/

RETI

/*T0中断服务程序*/

INTT0：

PUSH　ACC/*累加器入栈保护*/

　　　　PUSH　PSW　/*状态字入栈保护*/

　　　CLR　ET0/*关T0中断允许*/

　　　　CLR　TR0/*关闭定时器T0*/

　　　　JB　03H，FSS/*标志为1转秒表处理程序（10ms定时）*/

　　　　MOV　A，＃0B7H/*中断响应时间同步修正*/

　　　　ADD　A，TL0/*低8位初值修正*/

　　　　MOV　TL0，A/*重装初值（低8位修正值）*/

　　　　MOV　A，＃3CH/*高8位初值修正*/

　　　　ADCC　A，TH0

　　　　MOV　HT0，A/*重装初值（高8位修正值）*/

　　　　SETB　TR0/*开始定时器T0*/

　　　　DJNZ　R4，OUTT0/*20次中断未到中断退出*/

ADDSS：

MOV　R4，＃14H/*20次中断到（1s）重赋初值*/

　　　　MOV　R0，＃71H　/*指向秒计时单元（71H～72H）

　　　　ACALL　ADD1/*调用加1程序（加1s操作）

　　　　MOV　A，R3

　　　　CLR　C/*清进位标志*/

　　　　CJNE　A，＃60H，ADDMM

ADDMM：

JC　OUTT0/*短于60s时中断退出*/

　　　　ACALL　CLR0/*长与或者等于60s时对秒计时单元清零*/

　　　　MOV　R0，＃77H/*指向分计时单元（76H~77H）*/

　　　　ACALL　ADD1/*分计时单元加1min*/

　　　　MOV　A，R3/*分数据放入A*/

　　　　CLR　C/*清零位标志*/

　　　　CJNE　A，＃60H，ADDHH

ADDHH：

JC　OUTT0/*短于60min时中断退出*/

　　　　ACALL　LCR0/*长与或者等于60s时对秒计秒单元清零*/

　　　　MOV　R0，＃79H/*指向小时计时单元（78H～79H）*/

　　　　ACALL　ADD1/*小时计时单元加1h*/

　　　　MOV　A，R3/*时数据放入A*/

　　　　CLR　C　/*清进位标志*/

　　　　JB　03H，OUTT0/*秒表时最大数为99*/

　　　　CJNE　A，＃24H，HOUR

HOUR：

JC　OUTT0/*短于24h时中断退出*/

　　　ACALL　CLR0/*长与或者等于24h时对秒计时单元清零*/

OUTT0：

MOV　72H，76H/*中断退出时将分、时计时单元数据移

　　　　MOV　73H，77H入对应显示单元*/

　　　　MOV　74H，78H

　　　　MOV　75H，79H

　　　　POP　PSW　/*恢复状态字（出栈）*/

　　　　POP　ACC　/*恢复累加器*/

　　　　SETB　ET0/*开放T0中断*/

　　　　RETI/*中断返回*/

/*秒表计时程序（10min加1），低2位为0.1、0.01秒，中间2位为秒，最高2位为分。

*/

最大计数值为99分59.99秒

FSS:

MOVA,#0F7H

ADDA,TL0

MOVTL0,A

MOVA,#0D8H

ADDCA,THO

MOVTHO,A

SETBTHO

MOVR0,#71H

ACALLADD1

CLRC

MOVA,R3

JZFSS1

SETBC

FSS1:

AJMPADDMM

/*闪动调时程序*/

/*T1中断服务程序，用作时间调整时时调整单元闪烁指示*/

INTT1：

PUSH　ACC　/*中断现场保护*/

　　　PUSH　PSW　

　　　MOV　TL1，＃0B0H/*装入定时器T1定时初值*/

　　　MOV　TH1，＃3CH

　　　DJNZ　R2，INTT1OUT

　　　MOV　R2，＃06H

　　　CPL　02H

　　　JB　02H，FLASH1

　　　MOV　72H，76H

　　　MOV　73H，77H

　　　MOV　74H，78H

　　　MOV　75H，79H

INTT1OUT：

POP　PSW/*恢复现场*/

　　　　　　POP　ACC

　　　　　　RET1

FLASH1：

JB　01H，FLASH2/*01位为1时，转[小]时熄灭控制*/

　　　　　MOV　72H，7AH

　　　　　MOV　73H，7AH

　　　　　MOV　74H，78H

　　　　　MOV　75H，79H

　　　　　AJMP　INTT1OUT　

FLASH2：

MOV　72H，76H

　　　　　MOV　73H，77H

　　　　　MOV　74H，7AH

　　　　　MOV　75H，7AH

　　　　　AJMP　INTT1OUT

/*加1子程序*/　

ADD1：

MOV　A，＠R0/*取当前计时单元数据到A*/

　　　　DEC　R0

　　　　SWAP　A

　　　　ORL　A，＠R0

　　　　ADD　A，＃01H

　　　　DA　A

　　　　MOV　R3，A

　　　　ANL　A，＃0FH

　　　　MOV　＠R0，A　

　　　　MOV　A，R3

　　　　INC　R0

　　　　SWAP　A

　　　　ANL　A，＃0FH

　　　　MOV　＠R0，A

　　　　RET

/*分减1子程序*/

SUB1：

MOV　A，＠R0　　/*取当前计时单元数据到A*/

　　　　DEC　R0

　　　　SWAP　A

　　　　ORL　A，＠R0

　　　　JZ　SUB11

　　　　DEC　A

SUB111：

MOV　R3，A/*移入R3中暂存数据*/

　　　　ANL　A，＃0FH　

　　　　CLR　C

　　　　SUBB　A，＃0AH

SUB1111：

JC　SUB1110

　　　　　MOV　＠R0，＃09H

SUB110：

MOV　A，R3/*取回R3中存数据*/

　　　　　INC　R0

　　　　　SWAP　A

　　　　　ANL　A，＃0FH

　　　　　MOV　＠R0，A

　　　　　RET

SUB11：

MOV　A，＃59H

　　　　AJMP　SUB111

SUB1110：

MOV　A，R3/*移入R3存储器*/

　　　　　ANL　A，＃0FH

　　　　　MOV　＠R0，A

　　　　　AJMP　SUB110

/*时减1子程序*/

SUBB1：

MOV　A，＠R0/*取当前计时单元数据到A*/

　　　　DEC　R0

　　　　SWAP　A

　　　　ORL　A，＠R0

　　　　JZ　SUBB11

　　　　DEC　A

SUBB111：

MOV　R3，A/*移入R3存储器*/

　　　　ANL　A，＃0FH

　　　　CLR　C

　　　　SUBB　A，＃0AH

SUBB1111：

JC　SUBB1110

　　　　　MOV　＠R0，＃09H

SUBB110：

MOV　A，R3

　　　　　INC　R0

　　　　　SWAP　A　

　　　　　ANL　A，＃0FH

　　　　　MOV　＠R0，A

　　　　　RET

SUBB11：

MOV　A，＃23H

　　　　　AJMP　SUBB111

SUBB1110：

MOV　A，R3

　　　　　　ANL　A，＃0FH

　　　　　　MOV　＠R0，A　

　　　　　　AJMP　SUBB110

/*清0程序*/

/*为计时单元复0用*/

CLR0：

CLR　A

　　　　MOV　＠R0，A

　　　　DEC　R0

　　　　MOV　＠R0，A

　　　　RET

/*时钟调整程序*/

当调时按键按下进入此程序

SETMM：

CLR　ET0/*关定时器T0中断*/

　　　　　CLR　TR0/*关定时器T0*/

　　　　LCALL　DLIS

　　　　JB　P1.0，CLOSEDIS

　　　　MOV　R2，＃06H

　　　　SETB　ET1

　　　　SETB　TR1

SET2：

JNB　P1.0，SET1/*P1口为0，等待*/

　　　SETB　00H

SET4：

JB　P1.0，SET3/*等待键按下*/

　　　LCALL　DL05S

　　　JNB　P1.0，SETHH

　　　MOV　R0，＃77H

　　　LCALL　ADD1

　　　MOV　A，R3

　　　CLR　C

　　　CJNE　A，＃60H，HHH

HHH：

JC　SET4

　　　LCALL　CLR0

　　　CLR　C

　　　AJMP　SET4

CLOSEDIS：

SETB　ET0

　　　　　　SETB　TR0

CLOSE：

JB　P1.0，CLOSE　/*无键按下，等待*/

　　　　LCALL　DISPLAY

　　　　JB　P1.0，CLOSE

WAITH：

JNB　P1.0，WAITH

　　　　LJMP　START1

SETHH：

CLR　00H

SETHH1：

JNB　P1.0，SET5

　　　　　SETB　01H

SET6：

JB　P1.0，SET7/*等待键按下*/

　　　LCA