基于单片机的电子秒表的设计.docx

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基于单片机的电子秒表的设计

前言

毕业设计是在修完所有课程以后，咱们走向社会之前的一次综合性设计。

本次设计的课题是基于单片机的电子秒表设计，是对以前所学课程的一个总结。

21世纪是一个电子技术和电子元件有更大进展的世纪。

目前数字电子技术已经普遍地应用于运算机，自动操纵，电子测量仪表，电视，雷达，通信等各个领域。

例如在现代测量技术中，数字测量仪表不仅比模拟测量仪表精度高，功能强，而且容易实现测量的自动化和智能化。

随着集成技术的进展，尤其是中、大规模和超大规模集成电路的进展，数字电子技术的应用范围将会更普遍地渗透到国民经济的各个部门，并将产生愈来愈深刻的阻碍。

随着现代社会的电子科技的迅速进展，要求咱们要理论联系实际，数字电路课题设计的进行使咱们有了那个超级好的机遇，通过这种综合性训练，我的动手能力、实际操作能力、综合知识应用能力取得了更好的提升。

最近几年来随着科技的飞速进展，单片机的应用正在不断的走向深切，同时带动着传统操纵检测日新月异更新。

在实时检测和自动操纵的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来利用，仅单片机方面的知识是不够的，还要依照具体的硬件结构，和针对具体的应用对象的软件结合，加以完善。

人们在日常生活中，有很多时候要精准地计算时刻，但往往因为人为因素造成人们不肯意看到的误差。

秒表的显现，解决了传统的由于人为因素造成的误差和不公平性。

本次毕业设计取得了广大老师和同窗的帮忙，在此一一表示感激！

由于实践体会的缺乏，且水平有限，时刻仓促。

设计进程中不免有错误和欠妥的地方，恳请列位老师和同窗批评指正。

摘要.............................................................3

Abstract..........................................................3

第一章绪论.....................................................4

第二章任务分析与方案确信.....................................6

设计任务要求及分析........................................6

任务要求............................................6

任务分析............................................6

方案确信..................................................6

单片机的概述..............................................7

单片机的特点........................................7

单片机的应用........................................8

AT89C52单片机简介..................................8

第三章操纵系统的硬件电路设计................................14

电路原理分析..............................................14

复位电路..................................................14

按键电路..................................................15

时钟电路..................................................16

驱动显示电路..............................................16

第四章操纵系统的软件设计....................................19

程序设计思想..............................................19

初始化参数设置............................................19

按键设置程序..............................................20

显示子程序................................................20

中断按时子程序............................................22

第五章调试.....................................................25

硬件调试..................................................26

软件调试..................................................26

系统联调..................................................27

现场调试..................................................27

终止语...........................................................29

致谢.............................................................30

附录.............................................................31

参考文献........................................................38

摘要

本次设计要紧完成具有大体功能的电子秒表的理论和实践设计，电子秒表是重要的记时工具，普遍运用于各行各业中。

作为一种测量工具，电子秒表相对其它一样的记时工具具有便利、准确、可比性高等优势。

不仅能够提高精准度，而且能够大大减轻操作人员的负担，降低错误率。

因此电子秒表常经常使用于体育竞赛及各类其他要求有较精准时刻的各领域中。

其中开启、停止按键的利用方式与传统的机械计时器相同，即按一下开启按键，启动计时器开始计时，按一下停止按键计时终止。

而复位按键能够在任何情形下利用，即便在计时进程中，只要按一下复位按键，计时应当即终止，并对计时器清零。

关键字

电子秒表，单片机，按时中断

Abstract

Thecompletionofthedesignwiththebasicfunctionsofthemajorelectronicstopwatchandtheoreticaldesign，electronicstopwatchisimportanttoolofrememberthetime，widelyusedinallwalksoflife．Asameasurementtool，relativetoothergeneraltool，electronicstopwatchhasconvenient，accurate，comparableadvantagesandsoon．Notonlyimproveaccuracy，andcangreatlyreducetheburdenonoperatorstoreducetheerrorrate．Soelectronicstopwatchisoftenusedforsportscompetitionsandvariousotherrequirementshavemoreaccuratetimeinvariousfields．Onestartandstopbuttontousetraditionalmechanicaltimersandthesame，thatis，clickstartbutton，starttimerstartrunning，andthenclickstopbuttontoterminateatime．Theresetbuttoncanbeusedunderanycircumstances，eveninthecourseoftime，simplyclicktheresetbutton，timeshallbeterminatedimmediately，andclearedthetimer．

Keyword

Single-chip，Electronicstopwatch，Timinginterruption

第一章绪论

近十几年来，单片机在生产进程操纵、自动检测、数据搜集与处置、科技计算、商业治理和办公室自动化等方面取得了普遍的应用。

单片机具有体积小、重量轻、耗能省、价钱低、靠得住性高和通用灵活等优势，因此也普遍应用于卫星定位、汽车火花操纵、交通自动治理和微波炉等专用操纵上。

近几年来，单片机的进展更为迅速，它已渗透到诸多学科的领域，和人们生活的方方面面。

单片机不求规模大，只求小而全。

厂家在一个芯片上制成了CPU和必然容量的程序存储器和数据存储器和必然数量的输入/输出接口（Intel）。

在一个大规模集成电路芯片上构造了完整的运算机结构，故称之为单片机。

MCS-51系列中的一片89C52芯片，内部构造了完整的运算机硬件系统。

从CPU、存储器到输入输出端口，一应俱全。

只要写入程序，就可完成中央操纵或数据搜集、处置及通信传输的信息处置，MCS-51单片机指令系统中为适应操纵的需要设有极强的位处置功能，具有加、减、乘、除指令；CPU时钟高达12MHz，完成单字节乘法或除法运算仅需要4Ns；具有多机通信功能，可作为多机系统中的一个子系统。

最近几年来，在国际上显现了Mechanics和Electronics复合成Mechtronics那个新词，我国译为“机电一体化”。

这种机械和电子技术、信息技术紧密结合的新的学科领域是先进制造技术研究和普及的结果。

机电一体化产品要实现电器操纵的实时性、高靠得住性、可编程和必然的人工智能。

同时追求体积小、价钱低，乃至低功耗等。

正是针对上述各类要求而设计的单片机自然成为机电一体化操纵器的最佳选择。

单片机显现的历史并非长，它的产生与进展和微处置器的产生与进展大体上同步，也经历了四个时期：

第一时期：

1971～1974年，4位微处置器Intel4004及8位微处置器Intel8008，这些运算机价钱廉价、功能有限，只用于消耗类电子产品。

第二时期：

1974～1978年，低级单片机时期，以Intel公司的MCS-48为代表，8位单片机。

第三时期：

1978～1983年，高性能单片机时期。

以Intel公司的MCS-51,Motorola公司的6801和Zilog公司的Z8等为代表。

这一时期推出的单片机普遍带有串行口，有多级中断处置系统、16位按时器/计数器，有的片内还带有A/D转换器接口，片内RAM,ROM容量加大，寻址范围可达64K字节。

普遍应用于工业操纵、外部设备操纵、宏观操纵、局部网络及家用运算机中。

第四时期：

1983年至今，8位单片机巩固进展及16位单片机推出时期。

例如Mostek公司的MK6800、Intel公司的MCS-96等。

MCS-96集成度为12万只品体管/片，寻址范围64K字节、5个8位并行口、一个全双工串行口、4个16位按时器、8通道10位A/D转换器等，另外MCS-96指令能处置位、字节、字，有16位乘16位乘法、32位除16位除法指令，一块单片运算机的功能能够和一台多片系统机相媲美。

单片机己经进入一个崭新的时期。

同时随着微电子技术的不断进展，数控系统也在不断地更新换代，前后经历了电子管（1952年）、晶体管（1959年）、小规模集成电路（1965年）、大规模集成电路及小型运算机（1970年）和微处置机或微型运算机（1974年）等五代数控系统。

前三代数控系统是属于采纳专用操纵运算机的硬接线（硬线）数控系统，一样称为一般数控系统，简称NC。

70年代初，随着运算机技术的进展，使小型运算机的价钱急剧下降，采纳小型运算机代替专用操纵运算机的第四代数控系统，不仅在经济上更为合算，而且许多功能可用编制的专用程序来实现，将它存储在小型运算机的存储器中，组成所谓操纵软件，提高了系统的靠得住性和功能特色。

这种数控系统又称为软接线（软线）数控，即运算机数控系统，简称CNC。

1974年制成以微处置机为核心的数控系统，称为第五代微型机数控系统，简称MNC。

单片机操纵系统的电子秒表，自动化程度高、本钱低、体积小、操纵精准等优势，有专门好的经济效益和广漠的进展前景。

单片机操纵系统的研制成功，是电子秒表进展中的一次较大的进步，它表明了目前正在利用的许多操纵系统完全能够由单片机操纵系统所代替。

第二章任务分析与方案确信

设计任务要求及分析

任务要求：

1、设计数码管显示的电子秒表。

2、能够准确的计时并显示。

3、开机显示。

4、用户能够随时清零、暂停、计时。

5、最大记时99分钟，最大精准到秒。

任务分析：

要验证所设计的电子秒表是不是合理正确，单单靠理论说明还不够充分，我就相应地制作了硬件实物，这对理论就有了个更好的说明验证。

第一要显示，那么就要六位的数码管。

要达到的精准度，能够用按时器按时10ms作为基数，计时就能够够在那个基础上累加起来。

并把分、秒和小数后两位的数据用三个单元暂存，然后通过处置程序来处置三个单元，并送到I/O口来显示，如此就能够够显示到秒。

在实现清零、暂停、计时功能，能够考虑用三个按钮来实现，一个按钮是复位来清零；一个按钮是暂停和停止；一个按钮是计时开始。

方案确信

依照专业对应所学知识，而且对大体理论知识进行相应的巩固、扩展，我选择了电子秒表作为设计内容，其特点是融合了多方面的大体理论知识，不管是硬件或软件上都属于比较典型的设计。

本电路直接采纳单片机配合数码管和按键，直接实现功能，要紧决定于软件程序的设计。

利用单片机的按时中断产生10ms按时来更新数据，再利用数制转换更新显示。

要紧的难度在于操纵部份的程序编写。

在此利用了3个按键别离对各个功能进行操纵，显示部份用数码管，用的是两个3位数码管，而摒弃了用一个6位数码管做显示的方案，主若是为了节约本钱。

在此要考虑硬件的设计和整体电路的靠得住性，因此选用了那个方案，使得本电路的硬件设计难度不高，便于检查排错。

在软件程序上利用空闲及参数转变时对显示进行及时更新，从而保证了显示的持续性与实时性。

理论上能够利用按时中断和循环扫描这两种方式实现显示功能，前者效率较高，在整体上也使程序大大简化，可是这种方案是以捐躯一个内部按时中断作为代价的，在稍复杂的程序设计中是不划算的，因此我选择了第2种方案，即循环扫描的方式，尽管这种方式使程序的编写增加了必然的难度，但能够节约了单片机宝贵的中断资源。

单片机概述

电子运算机是20世界纪40年代进展起来的新技术之一，它的显现是科学技术产生了一场深刻的革命。

专门是自1971年以来，随着大规模集成电路的进展，又显现了微型运算机。

它对进展现代化的工业、农业、国防和科学技术具有极为庞大的推动作用。

作为微型机操纵系统的组成，要紧分为两大部份，硬件和软件。

硬件是指微型运算机本身及其外围设备；软件是指治理运算机的程序和进程操纵应用程序。

单片机的特点

1.有优良的性能价钱比。

2.集成度高、体积小、有很高的靠得住性。

单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采纳总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的靠得住性和抗干扰能力。

另外，其体积小，关于强磁场环境易于采取屏蔽方法，适合在恶劣环境下工作。

3.控制功能强。

为了知足工业操纵的要求，一样单片机的指令系统中均有极丰硕的转移指令、I/O口的逻辑操作和位处置功能。

单片机的逻辑操纵功能及运行速度均高于同一档次的微机。

4.低功耗、低电压，便于生产便携式产品。

5.外部总线增加了I2C（Inter-IntegratedCircuit）及SPI（SerialPeripheralInterface）等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构。

6.单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，容易组成各类规模的应用系统。

单片机的应用

由于单片机具有显著的优势，它已成为科技领域的有力工具，人类生活的得力助手。

它的应用遍及各个领域，要紧表此刻以下几个方面：

1.单片机在智能仪表中的应用

2.单片机在机电一体化中的应用

3.单片机在实时操纵中的应用

4.单片机在散布式多机系统中的应用

5.单片机在人类生活中的应用

单片机已成为运算机进展和应用的一个重要方面，另一方面，单片机应用的重要意义还在于，它从全然上改变了传统的操纵系统设计思想和设计方式。

之前必需由模拟电路或数字电路实现的大部份功能，此刻已能通过单片机来实现了。

这种用软件代替硬件的操纵技术也称为微操纵技术，是对传统操纵技术的一次革命。

另外，单片机本钱低、集成度高、操纵功能多，可灵活地组装成各类智能操纵装置，并能有针对性设计成专用系统，解决从简单到复杂的各类需要，实现最佳的性价比。

专门是单片机与传统机械产品相结合，使原有机械产品的结构简化、操纵智能化。

如数控机床确实是典型实例。

最近几年来，单片机进展极快，其产量占微机产量的70%以上。

目前，至少有50个系列400余种机型，性能和结构各不相同，Intel、Motorola、Zilcg等公司都有系列单片微型运算机。

国内普及的几乎都是Intel公司的产品。

单片机简介

AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采纳Atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处置器（CPU）和Flash存储单元，功能壮大AT89C52单片机适合于许多较为复杂操纵应用处合。

AT89C52的引脚图如图2-1所示。

图2-1AT89C52引脚图

1.要紧性能参数：

·与MCS-51产品指令和引脚完全兼容

·8k字节可重擦写Flash闪速存储器

·1000次擦写周期

·全静态操作：

0Hz～24Hz

·三级加密程序存储器

·256×8字节内部RAM

·32个可编程I/O口线

·3个16位按时/计数器

·8个中断

·可编程串行UART通道

·低功耗空闲和掉电模式

功能特性概述：

AT89C52提供以下标准功能：

8k字节Flash闪速存储器，256字节内部RAM，32个I/O口线，3个16位按时/计数器，1个6向量两级中断结构，1个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。

同时，AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。

空闲方式停止CPU的工作，但许诺RAM，按时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。

掉电方式保留RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。

引脚功能说明：

·VCC：

电源电压

·GND：

地

·P0口：

P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。

可作为输出口历时，每位可吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。

在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。

在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。

·P1口：

P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，现在可作输入口。

作输入口利用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（I）。

与AT89C51不同的地方是，和还可别离作为按时/计数器2的外部计数输入（T2）和输入（T2EX），参见表2-1。

Flash编程和程序校验期间，P1口接收低8位地址。

表2-1和的第二功能

引脚号

功能特性

T2（定时/计数器2外部计数脉冲输入），时钟输出

T2EX（定时/计数2捕获/重装载触发和方向控制）

·P2口：

P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，现在可作输入口，作输入口利用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（I）。

在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。

在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@RI指令）时，P2口输出P2锁存器的内容。

Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些操纵信号。

·P3口：

P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。

现在，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（I）。

P3口除了作为一样的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表2-2所示。

表2-2P3口第二功能

端口引脚

第二功能

RXD（串行输入口）

TXD（串行输出口）

（外中断0）

（外中断1）

T0（定时/计数器0）

T1（定时/计数器1）

（外部数据存储器写选通）

（外部数据存储器读选通）

另外，P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的操纵信号。

·RST：

复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚显现两个机械周期以上高电平使单片机复位。

·ALE/

：

当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存许诺）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

一样情形下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于按时目的。

要注意的是：

每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。

对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（

）。

如有必要，可通过对特殊功能寄放器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。

该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。

另外，此引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。

·

：

程序储存许诺（

）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每一个机械周期两次

有效，即输出两个脉冲。

在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次

信号。

·

/VPP：

外部访问许诺。

欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H—FFFFH），

端必需维持低电平（接地）。

要注意的是：

若是加密位LB1被编程，复位时内部会锁存

端状态。

如

端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。

Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程许诺电源VPP，固