单片机多功能秒表优秀课程设计优质报告.doc

单片机课程设计
课程设计任务书
20 17 －20 18 年 第 一 学期　第 17周－ 18 周
题目
基于51单片机控制多功效秒表系统
内容及要求
1.设计制作一个秒表系统，可用多位数码管显示时间。
2.可用开关控制并用多位数码管显示目前时间。
3.能够进行计时并能清零重新计时。
进度安排
1.部署任务、方案论证 1天
2.硬件制作、程序编写、仿真调试 3天
3.检验、整理、写设计汇报、小结 2天
4.答辩 1天

学生姓名： 许乐 郭利铂
指导时间： 12月 23 日－ 12 月 29 日
指导地点： F 楼 403 室
任务下达
年 12月 23日
任务完成
年 12 月 29 日
考评方法
1.评阅 √ 2.答辩 √ 3.实际操作 √ 　4.其它□
指导老师
蒋沅
系（部）主任
王长坤
注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课老师讲课时自带一份备查。
2、课程设计结束后和“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。

摘要
本设计是设计一个单片机控制多功效秒表系统。
多年来伴随科技飞速发展，单片机应用正在不停地走向深入，同时带动着传统控制检测日新月异更新。在实时检测和自动控制单片机应用系统中，单片机往往是作为一个关键部件来使用，仅单片机方面知识是不够，还要依据具体硬件结构，和针对具体应用对象软件结合，加以完善。秒表出现，处理了传统因为人为原因造成误差和不公平性。
本设计多功效秒表系统采取AT89C51单片机为中心器件，利用其定时器/计数器定时和记数原理，结合显示电路、电源电路、LED数码管和按键电路来设计计时器。将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计数，而且结合对应显示驱动程序，使数码管能够正确地显示时间，暂停和中止。我们设计秒表能够同时统计八个相对独立时间，经过上翻下翻来查看这八个不一样计时值，可谓功效强大。其中软件系统采取汇编语言编写程序，包含显示程序，计数程序，中止，延时程序，按键消抖程序等，硬件系统利用PROTEUS强大功效来实现，简单且易于观察，在仿真中就能够观察到实际工作状态。
关键字：单片机，多功效秒表

小组组员：许乐，郭利铂
小组分工：
小组组员：讨论并确定秒表要实现哪些功效
许乐：硬件电路设计仿真，查阅资料
郭利铂：编写程序，撰写试验汇报

目录

1.概述 4
1.1设计目标 4
1.2设计要求 4
1.3设计意义 4
2．系统总体方案及硬件设计 4
2.1系统总体方案 4
2.2硬件设计 5
2.2.189C51单片机 5
2.2.2晶体振荡电路 6
2.2.3 复位电路 7
2.2.5显示电路 8
2.2.6 系统电路图 9
3.软件设计 9
3.1设计特点 9
3.2设计思绪 10
3.2.1程序步骤图 10
3.2.2程序 10
4.PROTEUS软件仿真 13
4.1仿真 13
4.2仿真结果描述 14
4.3结论及深入设想 15
5.元器件清单 ………………………………………………………………………16
6.课程设计体会 16
7.参考文件 …………………………………………………………………….….18

1.概述
1.1设计目标
设计一个单片机控制秒表系统。利用单片机定时器/计数器定时和记数原理，结合显示电路、LED数码管和按键来设计秒表。将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，同时含有开始/暂停，统计，上翻下翻，清零等功效。
1.2设计要求
（1）共四位LED显示，显示时间为00:00~59.99
（2）共五个按键，分别是开始/暂停，统计，上翻，下翻，清零键;
（3）能同时统计多个相对独立时间并分别显示;
（4）翻页按钮查看多个不一样计时值;
1.3设计意义
（1）经过此次课程设计能够使我们深入熟悉和掌握单片机内部结构和工作原理，了解单片机应用系统设计基础步骤和方法。
（2）经过利用AT89C51单片机，了解单片机在自动化仪表中作用和掌握单片机编程方法。
（3）经过设计一个简单实际应用输入及显示模拟系统，掌握单片机仿真软件PROTEUS使用方法。
（4）该试验经过单片机定时器/计数器定时和计数原理,设计简单计时器系统,拥有正确计时、暂停、清零、功效,并能同时统计多个相对独立时间利用翻页按钮查看多个不一样计时值,该种秒表在现实生活中应用广泛,含有现实意义。

2．系统总体方案及硬件设计
2.1系统总体方案
本系统采取AT89C51单片机为中心器件，利用其定时器/计数器定时和记数原理，结合硬件电路如电源电路，晶振电路，复位电路，显示电路，和部分按键电路等来设计计时器，将软、硬件有机地结合起来。其中软件系统采取汇编语言编写程序，包含显示，计数，中止，延时，按键消抖程序等，并在编程软件中调试运行，硬件系统利用PROTEUS强大功效来实现，简单且易于观察，在仿真中就能够观察到实际工作状态。

单
片
机
外围
电路
电路
电源
电路
电路
显示电路
键盘电路

图1 系统电路原理
2.2硬件设计
2.2.189C51单片机
MCS-51系列单片机是8位单片机产品，89C51是其中经典代表，基础模块包含以下多个部分：
（1）CPU：89C51CPU是8位，另外89C51内部有1个位处理器
（2）R0M:4KB片内程序存放器，存放开发调试完成应用程序
（3）RAM:256B片内数据存放器，容量小，但作用大
（4）I/O口：P0-P3，共4个口32条双向且可位寻址I/O口线
（5）中止系统：共5个中止源，3个内部中止，2个外部中止
（6）定时器/计数器：2个16位可编程定时器/计数器
（7）通用串行口：全双工通用异步接收器/发送器
（8）振荡器：89C51外接晶振和内部时钟振荡器为CPU提供时钟信号
（9）总线控制：89C51对外提供若干控制总线，便于系统扩展
89C51引脚图以下:

89C51单片机引脚图
2.2.2晶体振荡电路

89C51芯片内部有一个高增益反相放大器，用于组成振荡器。引线 XTAL1和XTAL2分别为反向放大器输入和输出，两端跨接石英晶体及两个电容就可组成稳定自激振荡器。
这里，我们选择51单片机12MHZ内部振荡方法，电容器C1，C2起稳定振荡频率，并对振荡频率有微调作用，C1和C2可在20-100PF之间取值,这里取33PF。

2.2.3 复位电路
采取上电加按键复位电路，上电后，因为电容充电，使RST连续一段高电平时间。当单片机已在运行之中时，按下复位键也能使RST连续一段时间高电平，从而实现上电加按键复位操作。

2.2.4按键电路

在按键电路中，我们能够在I/O口上直接接按键，或经过I/O口设计一个键盘，然后经过键盘扫描程序判定是否有键按下等。键盘扫描电路节省I/O口，但编程有些复杂，在这里，因为我们所用按键较少，且系统是一个小系统，有足够I/O口能够使用，为了使程序简化，我们采取按键电路，用部分P1口做开关，P1.0开始/暂停，P1.1统计，P1.2上翻，P1.3下翻，P1.4清零。对于按键设计，采取了防抖动程序设计，使系统性能得到深入提升。当按键被按下时，对应引脚被拉低，经扫描后，取得键值，并实施键功效程序，所以按下不一样按键，将实施不一样功效程序。
2.2.5显示电路

显示电路既能够选择液晶显示器，也能够选择数码管显示。我们采取是数码管显示电路。用四个共阴极LED显示，LED是七段式显示器，内部有7个条形发光二极管和1个小圆点发光二极管组成，依据各管亮暗组合成字符。
在用数码管显示时，我们有静态和动态两种选择，静态显示程序简单，显示稳定，不过占用端口比较多；动态显示所使用端口比较少，能够节省单片机I/O口。
在设计中，我们采取LED动态显示，用P0口驱动显示。因为P0口输出级是开漏电路，用它驱动时需要外接上拉电阻才能输出高电平。
2.2.6 系统电路图

3.软件设计
3.1设计特点
在软件设计中，通常采取模块化程序设计方法，它含有显著优点。把一个多功效复杂程序划分为若干个简单、功效单一程序模块，有利于程序设计和调试，优化和分工，提升了程序阅读性和可靠性，使程序结构层次一目了然。
应用系统程序由包含多个模块主程序和多种子程序组成。各程序模块全部要完成一个明确任务，实现某个具体功效，如：计数、延时、和显示等，在具体需要时调用对应模块即可。
功效描述：用四位LED数码管显示时间。一个"开始/暂停"键,一个"复位"键,一个“统计”键，可同时统计八个相对独立时间；一个“上翻”键，一个“下翻”键，查看八个不一样计时值。五个按键分别经过五个端口控制秒表五个功效。
3.2设计思绪
3.2.1程序步骤图
开始
初始化化
P1.0=0??
P1.1=0??
P1.2=0??
P1.3=0??
P1.4=0??
停止
下翻
上翻
够8个个？
N
Ｙ
统计
N
N

N

N

N

Ｙ
Ｙ
Ｙ
Ｙ
Y

清零

开始
初始化
P1.0=0?
P1.1=0?
P1.2=0?
P1.3=0?
P1.4=0?
停止
下翻
上翻
够8个？
N
Ｙ
暂停统计
N

N

N

N

N

Ｙ
Ｙ
Ｙ
Ｙ
Ｙ
清零

3.2.2程序
程序以下：
/*
1、程序目标：使用定时器学习秒表计时，统计8组数据，经过上翻、下翻键查看统计数据
2、硬件要求：数码管、晶振12M
*/
#include <reg52.h>
code unsigned char tab[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; //共阴数码管 0-9
code unsigned char tab1[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef} ;//共阴数码管0-9带小数点
sbit key1 = P1^0; //开始、暂停
sbit key2 = P1^1; //记数
sbit key3 = P1^2; //上翻
sbit key4 = P1^3; //下翻
sbit key5 = P1^4; //清零
static unsigned char ms,sec;
static unsigned char Sec[8],Ms[8];
static int i ,j;
void delay(unsigned int cnt) //延时程序
{
while(--cnt);
}
void main()
{
unsigned char key3_flag=0,key4_flag=0;
TMOD |=0x01;//定时器0 10ms in 12M crystal 用于计时
TH0=0xd8;
TL0=0xf0;
ET0=1;
TR0=1;
TMOD |=0x10; //定时器1用于动态扫描
TH1=0xF8;
TL1=0xf0;
ET1=1;
TR1=1;
EA =1;
sec=0; //初始化
ms=0;
P1=0xff;
i=0;
j=0;
while(1)
{ if(i>=8)
i=0;
start: //开始、暂停
if(!key1) //判定是否按下
{
delay(50); //去抖
if(!key1)
{
while(!key1) //等候按键释放
{;}
TR0=!TR0;
}
} //统计
if(!key2) //判定是否按下
{
delay(50); //去抖
if(!key2)
{ while(!key2) //等候按键释放
{;}
if(i>=8) //8组数据统计完成
{TR0=0; goto start;}
Sec[i]= sec; //将数据存入数组
Ms[i]= ms;
i++;
}
}//上翻
if(!key3)
{
delay(50);
if(!key3)
{ while(!key3)
{;}
TR0=0;
key3_flag=1; //按键3标志
if(j==i)
goto start;
else
if(key4_flag)
j+=2;
key4_flag=0;
sec=Sec[j];ms=Ms[j];
j++;
}
}//下翻
if(!key4)
{
delay(50);
if(!key4)
{
while(!key4)
{;}
TR0=0;
key4_flag=1; //按键4标志
if(j<0)
goto start;
else
if(key3_flag)
j-=2;
key3_flag=0;
sec=Sec[j];ms=Ms[j]; //显示数组里内容
j--;
}
} //清零
if(!key5)
{
delay(50);
if(!key5)
while(!key5)
{;}
TR0=0;
ms=0;
sec=0;
for(i=0;i<8;i++)
{
Sec[i]=0;Ms[i]=0;
}
i=0;
}
}
}
/********************************/
/* 定时中止1 */
/********************************/
void time1_isr(void) interrupt 3 using 0//定时器1用来动态扫描
{
static unsigned char num;
TH1=0xF8;//重入初值
TL1=0xf0;
switch(num)
{
case 0: P2=0xfe;P0=tab[sec/10];break;//显示秒十位
case 1: P2=0xfd;P0=tab1[sec%10];break; //显示秒个位
case 2: P2=0xfb;P0=tab[ms/10];break;//显示十位
case 3: P2=0xf7;P0=tab[ms%10];break; //显示个位
default:break;
}
num++;
if(num==4)
num=0;
}
/********************************/
/* 定时中止0 */
/********************************/
void tim(void) interrupt 1 using 1
{
TH0=0xd8;//重新赋值
TL0=0xf0;
ms++;//毫秒单元加1
if(ms>=100)
{
ms=0;//等于100时归零
sec++;//秒加1
if(sec>=60)
{
sec=0;//秒等于60时归零
}
}
}
4.PROTEUS软件仿真
4.1仿真
将以上程序清单导入先前做好Proteus仿真电路，汇编以后，开始进行仿真。仿真结果以下：
显示清零功效：
按下开始键后显示

按下清零键后显示

4.2仿真结果描述：
按“开始”键，秒表开始计时；按“暂停”键，秒表暂停计时；按统计键，秒表统计时间，共可统计八个数值；按上翻下翻键，可查看这八个不一样计时值。

4.3结论及深入设想：
依据试验要求，此次课设基础完成了设计要求，因为秒表系统并不一定仅仅局限于计时，定时等功效，还能够进行多项扩展，能够利用AT89C51强大扩展功效，深入丰富秒表功效,比如可设定计时时间，倒计时等等众多功效。单片机以其强大功效和良好兼容性能够愈加好地为我们服务，经过查阅多种资料，多了解部分单片机相关知识，能够为以后工作和学习生活发明更多便利条件。

5.元器件清单
元件名称
型号
数量/个
单片机
AT89C52
1
晶振
12MHZ
1
电容
22pF
2
电解电容
10uF
1
电源
5V
1
数码管
HS-3461AS
1
电阻
1K/10K
5/8
按键开关

6

6.课程设计体会
经过此次课程设计，我们深刻地认识到自己有很多不足之处，比如在自主学习能力方面不足，实际动手操作能力不足等。 这次单片机课程设计是理论和实践相结合范例。该设计从头到尾全部要自己参与进来，熟悉了整个设计步骤才能愈加快地设计出方案并完成设计。
此次课程设计我关键负责硬件电路焊接，写程序和查阅相关资料。单片机课程早已结束，相关知识已经很模糊，造成我们在设计硬件电路中碰到了不少麻烦。首先是不知从何入手。即使小组讨论后确定了秒表要实现功效，可是没有相关理论知识熟知和实践操作。查阅了和89C51单片机相关资料也阅读了其它人单片机数字秒表设计，慢慢地我们开始了解其中原理，一步步设计出了硬件电路各个部分，如晶体振荡电路，复位电路，按键电路，显示电路。完成设计后需要利用PROTEUS软件进行设计仿真。
这次课程设计同学进行了交流和讨论，我们分工进行设计，从搜索资料到硬件、软件调试，每一步、每一个细节全部经过我们自己思索，我们共同讨论各方案比较选择、硬件、软件设计和调试，最终拿出了我们结果。在做过程中不仅加深了我们对单片机理论知识认识和了解还认识到了这门学科在应用方面宽广前景。
实践是最有高度也是最能表现整体水平整个设计过程中，我们不停地探索，设计出了不一样硬件电路图，写过了不一样程序，正如设计中怎样能使硬件电路图简单明了，程序简单而正确，怎样能正确运行，全部是经过和同学老师交流，慢慢探索出来。以上不停探索，使我们深入熟悉和掌握单片机内部结构和工作原理，了解单片机应用系统设计基础步骤和方法。经过利用AT89C51单片机，了解单片机在自动化仪表中作用和掌握单片机编程方法。经过设计一个简单实际应用输入及显示模拟系统，掌握单片机仿真软件PROTEUS使用方法。
我们设计这种含有统计，上翻下翻功效秒表在现实生活中应用广泛,如体育项目，所以此次课程设计含有现实意义，我很快乐能将知识利用到实践中并在自主学习中收获到那么多。

7.参考文件
[1]万福君.  单片微机原理系统设计和应用. 合肥:中国科技大学出版社,
[2]杨光友. 单片微型计算机原理和接口技术. 北京:水利水电出版社,
[3]胡耀辉.  单片机系统开发实例经典.  北京:冶金工业出版社,
[4]刘守义、杨宏丽. 单片机应用技术. 西安：西安电子科技大学出版社，
[5]姜武中、姜春霞.  片机原理和接口技术.  大连：大连理工大学出版社，
[6]李朝青. 单片机原理及其接口技术.  北京:北京航空大学出版社，1998
[7]肖玲妮.  Protel99SE印刷电路板设计教程.  北京:清华大学出版社，