51单片机数字秒表设计报告论文Word下载.docx
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本设计是由硬件电路和软件程序两部分组成，硬件电路由AT89C51单片机、按键控制电路、数码显示电路、晶振电路以及复位电路组成，它使用元件少，电路结构简单，功能强大；
软件采用C语言程序设计，使用keil编译源程序，产生的可执行性文件能够让单片机快速执行。
该设计充分利用单片机内部资源，通过程序利用定时器中断服务程序对计时秒表开始、暂停、清零等操作进行处理，提高单片机的工作效率，使得系统能实现0~99秒的计时。
关键字：
51单片机；
秒表；
定时器；
中断服务程序
ABSTRACT
advancedelectroniccounter,moreapplicationinteachingequipment,timing,etc.,andadoptsdigitaldisplay,intuitive,easytoread,convenientfeatures,andmanyotheradvantages.Thisdesignisconsistsoftwoparts,hardwarecircuitandsoftwareprogram,thehardwarecircuitiscontrolledbyAT89C51,keycircuit,digitaldisplaycircuit,crystalscircuitandresetcircuit,itUSESlesscomponent,thecircuitstructureissimple,powerful;
SoftwareusingClanguageprogramdesign,usethekeilcompilersourcecode,canlettheenforceabilityfilemicrocontrollerrapidexecution.Thisdesignmakefulluseofthesinglechipmicrocomputerinternalresources,throughtheapplicationusingthetimerinterruptserviceroutinefortimingstopwatchstart,pause,resetoperationssuchasprocessing,improvetheworkefficiencyofthesinglechipmicrocomputersystemcanrealizethetimingof0~99seconds.
Keywords:
51singlechip，microcomputerAstopwatch，Thetimer，Interruptserviceroutin
第一章引言
20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。
时间对于我们每个人来说都是很宝贵的，市场上出现的各式个样的钟表都很受消费者的欢迎和喜爱，钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，满足大家的需求，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。
诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、定时启闭电路、定时开关烘箱、通断动力设备，甚至各种定时电气的自动启用等等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。
本秒表设计就是利用单片机体积小、成本低、抗干扰能力强、面向控制、可以实现分机各分布式控制等优点，采用目前市场上性能价格比较高的MCS-52单片机设计而成的最小系统。
1.1秒表的概述
秒表是电器制造，电国，工业自动化控制、国防、实验室及科研单位理想的计时仪器，它广泛应用于各种继电器、电磁开关，控制器、廷时器、定时器等的时间测试。
目前所使用的电秒表大多是指针式或集成电路型的，结构相对复杂、测试功能单一。
但我们这次设计的秒表比较简单，所以使用很简单。
1.2本设计任务
利用AT89C51单片机来制作一个手动计数器，在AT89C51单片机的P3.5管脚接一个轻触开关，作为手动计数的按钮，用单片机的P0.0－P0.7接两个共阳数码管，作为00－99计数的位显示。
（1）按下开始键后，开始计时。
（2）按下暂停键后，计时停止。
（3）按下清零键后，计时归零。
1.3系统主要功能
99秒计时器主要是用在精确计时方面。
比如：
学校里的校运会、答题倒计时等方面。
它通过一个按键来控制它的开和停，它能及时有效的记录瞬间时间。
而且它在我们生活中运用很广泛，希望我们做的这个计时器对以上方面有所帮助。
它也许比较简单，而且有可能达不到很多人的要求，但我相信通过我们过一步的学习，我们一定会制造出更好的系统，为社会大众服务。
第二章硬件设计
2.1总体方案的设计
数字秒表具有显示直观、读取方便、精度高等优点，在计时中广泛应用。
本设计中用单片机和数码管组成数字秒表力求结构简单。
设计中包括硬件电路的设计和系统程序的设计。
硬件电路主要有主控制器、控制按钮与显示电路组成。
主控制器采用单片机AT89S52，显示电路采用两位共阳极数码管显示计时时间。
本设计利用AT89S52单片机的定时器，使其能精确计时。
利用中断系统使其实现启动和暂停的功能，P0口输出段码数据，P2.0~P2.1连上译码器作为位选，P3.2和P3.3接口的两个按钮分别实现启动和暂停功能。
设计的基本要求是正确性。
硬件电路按下图2-1进行设计。
图2-1硬件设计总框图
计时器采用T0中断实现，定时溢出中断周期为1ms，当溢出中断后向CPU发出溢出中断请求，每发出1000次中断请求就对1s位（即最后一位）加1，1s位加到10就对10s位加1，以此类推，直到99s为止。
再看按键的处理。
两个按键采用中断的方法，设置外部中断0和外部中断1位脉冲边沿触发方式，这样一来每当按键按下时便会触发中断，从而实现启动和暂停。
2.2单片机的选择
本设计在选取单片机时，充分借鉴了许多成型产品使用单片机的经验。
并根据自己的实际情况，选用了ATMEL公司的AT89S52。
ATMEL公司的89系列单片机以其卓越的性能、完善的兼容性、快捷便利的电擦写操作、低廉的价格完全替代了87C51/62和8751/52，低电压、低功耗，有DIP、PLCC、QFP封装，是目前性能最好、价格最低、最受欢迎的单片机之一。
AT89S52为40脚双列直插封装的8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8XC52相同，其主要用于汇聚调整时的功能控制。
功能包括对汇聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，汇聚调整控制，汇聚测试图控制等。
AT89S52单片机采用40脚的DIP封装，如下图2-2所示。
图2-280C51引脚图
（1）主电源引脚Vss和Vcc
Vss接地
Vcc正常操作时为+5V接地，外接晶振引脚XTAL1和XTAL2
a、XTAL1内部振荡电路反相放大器的输出端，是外接晶体的一个引脚。
当采用外部振荡时，此引脚接地。
b、XTAL2内部振荡电路反相放大器的输出端，是外接晶体的的另一端。
当采用外部振荡时，此引脚接外部振荡源。
（2）控制或与其他电源复用引脚
a、RST/VPD当振荡器运行是，在此引脚上出现两个机器周期的高电平（由低到高跳变），将使单片机复位在Vcc掉电期间，此引脚可接上备用电源，由VPD向内部提供备用电源，以保持内部RAM中的数据。
b、ALE/PROG正常操作时为ALE功能（允许地址锁存）提供把地址的低字节锁存到外部存储器，ALE引脚以不变的频率（振荡器频率的1/6）周期性的发出正脉冲信号。
因此，它可以用作对外输出的时钟，或用于定时目的。
c、PSEN外部程序存储器读选通信号输出端，在从外部程序存储取指令（或数据）期间，PSEN在每个机器周期内两次有效。
d、EA/Vpp内部程序存储器和外部程序存储器选择端。
当EA/Vpp位高电平时，访问内部程序存储器，当EA/Vpp为低电平时，则访问外部程序存储器。
对于EPROM编程期间，此引脚上加21VEPROM编程电源（Vpp）。
（3）输入/输出引脚P0.0~P0.7，P1.0~P1.7，P2.0~P2.7，P3.0~P3.7。
a、P0口（P0.0~P0.7）是一个8位漏极开路型双向I/O口，在访问外部存储器时，它是分时传送的低字节地址和数据总线，P0口能以吸收电流的方式驱动八个LSTTL负载。
b、P1口（P1.0~P1.7）是一个带有内部上拉电阻的8位准双向I/O口。
能驱动四个LSTTL负载。
c、P2口（P2.0~P2.7）是一个带有内部上拉电阻的8位准双向I/O口，在访问外部存储器时，它输出高8位地址。
P2口可以驱动四个LSTTL负载。
d、P3口（P3.0~P3.7）是一个带有内部上拉电阻的8位准双向I/O口。
2.3各部分电路设计
2.3.1系统时钟电路的设计
80C52单片机内有一个高增益反相放大器，其频率范围为1.2MHz~12MHz，XTAL1和XTAL2分别为放大器的输入端和输出端。
时钟可以由内部方式或外部方式产生。
80C52内部方式时钟电路如图2-3（a）所示。
在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，就能构成自激振荡电路。
定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振电路。
电容器C1和C2主要起频率微调作用，电容值可选取为30pF左右（外接晶体时）或40pF左右（外接陶瓷谐振器时）。
80C52外部方式时钟电路如图2-3（b）所示。
XTAL1接外部振荡器，XTAL2悬空。
对外部振荡信号无特殊要求，只要保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的方波信号。
图2-380C51单片机的时钟电路
2.3.2系统复位电路的设计
电路中C3、R15组成复位电路，该电路采用的是上电复位，即整个系统从新开始工作。
复位电路有很多种，分别可由不同的元件组成，可靠性也各有不同，本设计采用简单的上电复位。
如图2-4所示。
图2-4复位电路
2.3.3按键与按钮电路设计
本设计中只使用一个按键开关SET，来对时、分、秒进行调整。
SET还作为复位按钮，也可以进入省电（不显示LED数码管）和正常显示三种状态。
图2-5所示为按钮电路。
图2-5按钮电路
2.4显示电路的选择与设计
对于数字显示电路，通常采用液晶显示或数码管显示。
对于一般的段式液晶屏，需要专门的驱动电路，而且液晶显示作为一种被动显示，可视性差，不适合远距离观看；
对于具有驱动电路和单片机接口的液晶显示模块，一般多采用并行接口，对单片机的接口要求较高，占用资源多；
另外，AT89S52单片机本身没有专门的液晶驱动接口。
而数码管作为一种主动显示器件，具有亮度高、响应速度快、价格便宜、易于购买等优点，而且有远距离视觉效果，很适合夜间或者远距离操作。
因此在本设计中，我们采用7段数码管作为显示介质。
数码管显示可以分为静态显示和动态显示两种。
由于本设计需要采用两位数码管显示时间，如果静态显示则占用的口线多，硬件电路复杂，所以采用动态显示。
驱动数码管采用动态显示。
动态驱动是将所有的数码管的8个显示笔画“a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端连在一起，另外每个数码管中的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，通过分时轮流控制各个数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控制显示。
P0口加上拉电阻，P0端口必须外接上拉电阻才能正常输出“0”和“1”电平，保证P1端口所接的LED数码管能够正常显示数字，和软件相配合来驱动数码管显示。
2.4.1数码管的内部结构
数码管的结构有单个数码管和集成数码管（即一个封装内至少有两个数码管集成在一起）两种，结构图如图7所示，其中（a）为数码管的引脚图，有共阴极和共阳极两种。
本设计采用共阳极数码管，其内部结构图如图（b）所示。
它们都是由基本的7个条状的发光二极管（LED）排列而成的，可实现数字“0-9”及少量字符的显示。
另外，为了显示小数点，增加了1个点状的发光二极管，因此数码管就由8个LED组成，把这些发光二极管命名为“a、b、c、d、e、f、g、DP”，对应引脚如图2-6所示。
图2-6数码管的内部结构与引脚图
2.4.2数码管的外部结构
数码管的外部结构图，如图2-7所示。
图2-7数码管的外部结构图
动态显示是一位一位地轮流点亮各位数码管，这种逐位点亮显示器的方式称为位扫描。
通常各位数码管的段选线相应并联在一起，由一个8位的I/O口控制；
各位的公共阳极位选线由另外的I/O口线控制。
动态方式显示时，各数码管轮流选通，要使其稳定显示必须采用扫描方式，即在某一时刻只选通一位数码管并送出相应的段码，在另一时刻选通另一数码管，并送出相应的段码，依次规律循环，即可以使各位数码管显示将要显示的字符，虽然这些字符是在不同时刻分别显示，但由于人眼存在视觉暂留效应，只要每位显示间隔足够短就可以给人同时显示的感觉。
数码管显示总体框图如下图2-8所示。
图2-8数码管显示总体框图
2.5系统总体电路的设计
系统总体电路如下图2-9所示。
AT89S52单片机为主电路的核心部分，各个电路均与单片机相连，由单片机统筹协调各个电路的运行工作。
开始键和暂停键使用了外部中断，所以需要连到单片机的P3.2和P3.3引脚上，这两个I/O口的第二功能是单片机的外部中断0端口和外部中断1端口。
显示电路由四位数码管组成，采用动态显示方式，因此有8位段控制和2位位控制，8位段控制位接P0口，P0.0~P0.7分别控制数码管的abcdefgdp显示，位控制分别接在P2.0和P2.1口实现位控制。
图2-9系统总体电路
第三章软件设计
3.1主程序设计
本系统程序主要模块由主程序、定时中断服务程序、外部中断0服务程序和外部中断1服务程序组成。
其中主程序是整个程序的主体。
可以对各个中断程序进行调用。
协调各个子程序之间的关系。
主程序主要是设置定时器大的工作模式，对定时器赋初值，开总中断、两个外部中断以及定时器溢出中断。
并设置外部中断为脉冲边沿触发方式。
其主程序执行流程见图3-1所示。
图3-1主程序流程图
3.2中断程序设计
本方案中用到了三个中断:
外部中断0、外部中断1和定时器T0溢出中断。
CPU在响应中断时，先处理高级中断，后处理低级中断，若有多个同级中断时，则应按自然优先顺序处理。
例如当CPU正在处理一个中断申请时，又出现了另一个优先级比它高的中断请求，这时，CPU就暂停对当前优先级较低的中断源的服务，转去响应优先级比它高的中断请求，并为其服务。
待服务结束，再继续执行原来较低级的中断服务程序。
而当CPU为级别高的中断服务程序服务时，如果级别低的中断发出中断请求，此时CPU是不会响应的，所以为了避免开始和暂停两个按键中的一个出现没有响应的情况，在进行编程是要注意中断的使用，避免出现中断的嵌套。
合理分配中断对本设计是很重要的。
（1）外部中断0服务程序
外部中断0服务程序结合外部P3.2键实现数字秒表的启动功能。
流程如下图3-2所示。
图3-2外部中断0服务程序框图
（2）外部中断1服务程序
外部中断1服务程序结合外部P3.3键实现数字秒表的停止功能。
流程图如下图3-3所示。
图3-3外部中断1服务程序框图
（3）定时器T0中断服务程序
当T0=1后，向CPU发出中断请求信号。
CPU跳转到定时中断程序执行。
当中断次数为1000时为1s。
具体流程如下：
定时器中断入口重置计数初值中断次数加1中断次数等于1000？
中断次数清零，1秒位加11秒位到10？
1秒位清零，10秒位加110秒位到10？
10秒位清零中断返回。
3.3程序清单
#include<
reg52.h>
sbitTR1=P3^5;
unsignedintdatatable[]={
0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,
0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e};
//显示码值
unsignedinti,j,count;
voiddelay（unsignedintz）//延时程序
{
unsignedintx;
for（x=z;
x!
=0;
x--）;
}
voidex0（）interrupt0//外部中断0
TR0=1;
//开定时器，开始计数
voidex1（）interrupt2//外部中断0
TR0=0;
//停止计数
}
voidtimer0（）interrupt1//定时器T0溢出中断
TH0=0xfc;
//重装计数初值
TL0=0x18;
count++;
//溢出中断次数加一
if（count==1000）
{
count=0;
i++;
//溢出1000次，1s位加一
if（i==10）
{
i=0;
//1s位到10了，清零，10s位加一
j++;
if（j==10）
{
j=0;
//10s位到10了，清零
}
}
}
voidmain（）
TMOD=0x01;
//设置定时器为模式1
EA=1;
//开中断
EX0=1;
EX1=1;
ET0=1;
IT0=1;
//设置外部中断位脉冲边沿触发方式
IT1=1;
while
（1）//数码显示
if（!
TR1）
i=0;
j=0;
TR0=0;
P0=0xff;
//消除鬼影
P2=0x02;
P0=table[i];
delay（10）;
P2=0x01;
P0=table[j];
}
第四章系统调试
ProteusISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件，它可以仿真、分析各种模拟器件和集成电路。
该软件的主要特点为：
实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合的功能，支持目前主流单片机系统的仿真，提供了软件调试的功能，具有强大的原理图绘制功能。
总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大。
在电子领域中起到了很大的作用，它的出现仿真不需要先焊接电路板，可以先仿真调试通过之后再焊接电路，节省了不少在硬件调试上花费的时间。
打开已经画好的ProteusDSN文件，双击图中的AT89S52芯片，就弹出一个窗口，在programfile项中通过路径选择在keil中生成hex文件，双击选中后确定，这样仿真图中的AT89C52芯片就已经读取了本设计中的hex文件，然后进行仿真。
在调试中遇到的问题:
1本设计电源是采用5V直流电源直接供电，故在硬件电板的焊接中直接采用5V电源供电。
2在对软件电路仿真时，电路的输出电压较低，致使电路软件不能达到预定效果。
经过检查，是引脚接错。
3在对各元器件的检查发现，由于硬件电路的焊接过程中的疏忽。
个别色环电阻阻值与要求有差别，阻碍了硬件电路的调试，经过仔细核对，排除了这些问题。
4对于电容器露在印制电路板面上多余引脚均需齐根剪去。
第五章总结
本设计的数字秒表是由AT89S52单片机、共阳极数码管和控制按键等器件组成的，设有两位计时显示。
计时精度能达到1s。
系统设计合理，线路简单，性能稳定、程序简单。
给出了较为详尽的电路设计方法。
本系统以单片机为核心，但仅单片机方面的知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软硬件结合，以作完善。
本系统主要由三章完成，第二章中，主要是硬件电路和其实现的功能，在本次设计中各部分都实现了其功能。
在第三章中，主要介绍的是软件实现过程的框图。
在第四章中，粗略地介绍了硬件和软件的调试，最终保证系统能够正常运行。
通过本次课程设计，我们复习巩固了以前所学的数字电路、单片机原理及接口技术等知识，加深了对各门课程间相互关系的理解，并成功使用了keil、Proteus两款软件，使理论知识系统化、实用化。
在整机联调阶段，由于焊接水平有限和部分零件的参数不匹配从而出现了很多问题（LED不显示数字、数字以乱码形式出现等等）。
所以我们认为在我们未来的生活或工作当中，无论做什么事情，都要有认真仔细的态度，以免造成不可挽回的损失。
同时在课程设计的过程中，我也发现了本系统的许多不足和可以改进的地方，虽然存在不足，但本设计开发的数字秒表仍有一定的使用价值。
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