基于51单片机的秒表设计1.doc

实训报告

题 目 秒表系统的设计

年 级 专 业
班 级 学 号
姓 名
地 点
日 期

目录
一，设计目标………………………………………………………………3
二，系统硬件设计…………………………………………………………4
三，系统软件设计…………………………………………………………7
四，系统调试与设计结果…………………………………………………12
五，单片机实训小结………………………………………………………13

设计目标
近年来随着科学技术的发展，单片机的应用范围越来越广，也成为很多专业的必修课。本文简单阐述了基于单片机的秒表设计。本设计的主要特点是计时精度达到0.01秒，可以用来为各种体育竞赛计时等。
本设计的数字秒表采用AT89才51单片机为主要器件，利用其定时器的原理，结LED数码管以及外部中断电路来设计计时器。将软硬件结合起来，使得系统能实现0~99.99秒的计时，计时精度位0.01秒。当按下一个键1时，开始显示数字，即计时开始，再按下键2时，暂停计时并显示刚才的结果，这个时候如果再按键1，则继续计时，也就是显示的数字包括刚才的数据。按下键3时，数据清零。

系统硬件设计
1、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，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AT89才51，显示电路采用四位共阴极数码管显示计时时间。
本设计利用AT89才51单片机的定时器，使其能精确计时。利用键盘上的独立按键实现开始计时和暂停以及清零。P0口输出段码数据，P2.0~P2.2连上译码器作为位选。设计的基本要求是正确性。
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10次中断请求就对10ms位（即最后一位）加一，达到100次就对100ms位加一，以此类推，直到99.99s为止。
1.2 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AT89才51。
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。
AT89才51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。
单片机外部结构
（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）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，P3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。
1.3 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四位数码管显示时间，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。
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；各位的公共阴极位选线由另外的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。
1.4系统总体电路的设计
系统总体电路如下图所示
AT89才51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。
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4位位控制，8位段接控制接P0口，P0.0~P0.7分别控制数码管的a b c d e f g dp显示。
系统软件设计
2.1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、程序组成。主程序主要是对定时器赋初值，开总中断、定时器溢出中断。
2.2定时器T0中断服务程序
当T0一处后，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2时为10ms。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2？ 中断次数清零，0.01秒位加1 0.01秒位到10？ 0.01秒位清零，0.1秒位加1 0.1秒位到10？ 0.1秒位清零，1秒位加1 1秒位到10？ 1秒位清零，10秒位加1 10秒位到10？ 10秒位清零 中断返回。
2.3 程序清单
#include<reg52.h>
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
void delay(uint); //延时程序
sbit k1=P3^4; //定义开始键
sbit k2=P3^5; //定义暂停键
sbit k3=P3^6; //定义清零键
sbit dula=P2^6;
sbit wela=P2^7;
uchar code table[]={
0x3f,0x06,0x5b,0x4f,
0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f};
uchar tt,i,j,k,l;
void display(uchar i,uchar j,uchar k,uchar l); //数码管显示数
void main()
{
tt=0;
i=0;
j=0;
k=0;
l=0; //数码管显示0
TMOD=0x01; //设置定时器为模式1
TH0=(65536-5000)/256; //给定时器赋定时初值
TL0=(65536-5000)%256;
EA=1; //开总中断
ET0=1; TR0=0;
while(1)
{
if(k1==0) //判断是否按下开始键
{
delay(10); //消抖
if(k1==0)
TR0=1;
}
if(k2==0) //判断是否按下暂停键
{
delay(10); //消抖
if(k2==0)
TR0=0;
}
if(k3==0) //判断是否按下清零键
{
delay(10);
if(k3==0)
{
i=0;j=0;k=0;l=0;
TR0=0; //清零
}
}
display(i,j,k,l); //数码管显示
}
}
void delay(uint z)
{
uint x,y;
for(x=100;x>0;x--)
for(y=z;y>0;y--); //延时
}
void exter0() interrupt 1 //定时器溢出中断
{
TH0=(65536-5000)/256; //重装计时初值
TL0=(65536-5000)%256;
tt++;
if(tt==2)
{
tt=0;
i++; //溢出两次，0.01秒位加1
if(i==10)
{
i=0;
j++; //0.01秒位到10,0.1位加1
}
if(j==10)
{
j=0;
k++; //0.1秒位到10,1秒位加1
}
if(k==10)
{
k=0;
l++; //1秒位到10,10秒位加1
}
if(l==10)
{
l=0; //10秒位到10，清零
}
}
}
void display(uchar i,uchar j,uchar k,uchar l)
{
dula=1;
P0=table[i]; //显示数值
dula=0;
wela=1;
P0=0xf7; //0.01秒位显示
wela=0;
delay(1);
dula=1; //数值显示
P0=table[j];
dula=0;
wela=1;
P0=0xfb; //0.1秒位显示
wela=0;
delay(1);
dula=1; //数值显示
P0=table[k]|0x80; //始终在1秒位后面显示小数点
dula=0;
wela=1;
P0=0xfd; //1秒位显示
wela=0;
delay(1);
dula=1;
P0=table[l]; //数值显示
dula=0;
wela=1;
P0=0xfe; //10秒位显示
wela=0;
delay(1);
}

系统调试与设计结果
利用开发板显示结果：
通过STC-ISP V29 Beta5,将程序与开发板连接起来，此时，数码管前4位均显示0.按下键盘上独立键中的P3^4键，开始计时。按下P3^5键，即暂停计时。此时若继续按下P3^4键，则继续计时，在此前数据基础上计时。按下P3^6键，则表示清零，数码管前四位均显示0。
当计数值到99.99时，接下来数码管又会回到开始那样，从0累加并显示。

单片机实训小结
不知不觉，十天的单片机实训又结束了，不得不感慨，有事做了，时间也过的超快。此前的labview实训，由于学的不那么难，就导致我不是很重视，上课的时候就盼着下课。而这个单片机实训，一直在忙活，竟然就这样结束了。
很久以前就听说过单片机，也尝试过去图书馆借阅，可是借回来后，一直放到超期都没动过，后来翻了一下正文第一页，根本不知道说的什么，从那以后，就一直认为单片机是个很难很难的东西。有了那个想法后，就一直排斥单片机，觉得自己肯定学不会。所以，在8月12号到14号实训期间，我什么都没干，老师讲课没听，别人在看视频我在玩。当我开始看视频的时候，别人已经开始编程，然后用protues仿真了，这个时候我就意识到自己的问题大了。于是，开始狂追，我看的是郭天祥的51单片机视频教程，也没看书，没看其他东西，就只依靠他的视频，好在他讲课的内容也是一步一步从基本讲起，在我的接受范围之内。刚看的时候，觉得自己当初的排斥太错误了，所以有点怠慢，越到后期越觉得，学单片机真耗时间，不能小觑。后来便开始认真对待。因此，到现在为止，也学到了很多东西。
单板机也就是将CPU芯片、存储器芯片、I/O接口芯片和简单的I/O设备（小键盘、LED显示器）等装配在一块印刷电路板上，再配上监控程序（固化在ROM中），就构成了一台单板微型计算机（简称单板机）。
单片机的用途非常广泛，主要有：
一，实物展示、用到单片机的项目经验介绍、手持粮库温度寻检设备、毕页设计答辩打分器、电话台灯、自动感应水龙头等等。
二，工业自动化：数据采集、测控技术。
三，智能仪器仪表：数字示波器、数字信号源、数字万用表、感应电流表等。
四，消费类电子产品：洗衣机、电冰箱、空调机、电视机、微波炉、手机、IC卡、汽车电子设备等。
五，通讯方面：调制解调器、程控交换技术、手机、小灵通等。
六，武器装备：飞机、军舰、坦克、导弹、航天飞机、鱼雷制导、智能武器等。
凡是与控制或简单计算有关的电子设备都可以用单片机来实现，可见单片机对科技发展的作用之大。
学单片机需要的基础：与以前所学的知识关联很少，只需要掌握很基本的数电模电知识，如二进制、十进制、十六进制之间的转换，与、或、非逻辑关系等，对各种器件的概念基本上是从0开始，如果要用C语言编程，需具备简单的C语言基础。而我们之前都学过C语言，这也让我们对单片机的学习稍微简化了一点，这样几乎所有人都站在了同一起跑线上。
其实到现在，我也只学到了键盘那里，看了接近5集视频，平均每集都差不多3个小时，而且在看的过程中还要停下来，自己编程，再仿真。眼睛一直对着电脑，看的眼都花了，而且有些程序即使编对了，在protues仿真时也可能出错。后来买了开发板，就顿时觉得兴趣上来了，可以准确的看到自己的程序的效果，自豪感油然而生。，每天对着电脑，但是有所收获，虽然身体受伤害，精神上却非常开心。这也极大的提高了我对单片机的兴趣。
后来老师布置了作业，题目是基于51单片机的秒表设计，当时听到这个题目，凭想像再加上想到之前的labview就觉得这个设计应该不难，因此，开始没想着做题，还是依旧慢吞吞的看我的视频，直到前天我企图编程序的时候才发现，我压根不知道要用到哪些程序，或者说不知道如何把我的想法，用正确的程序编出来，也因为毕竟keil跟C语言不是完全一样的，所不清楚keil对程序的硬性要求有哪些，因此编了很久，也编的乱七八糟，还总是显示错误，又由于程序有点长，也不容易找出错误。还有，有些语句之间的位置倒了就导致整个程序运行不出自己想要的结果，最后弄的我心力交瘁。这个时候才发现，现实与理想之间的差别太大了。
今天是最后一天了，这十天累并快乐着，学到了很多东西。真心感谢学校可以给我们提供这样的平台和机会，也很感谢老师们不辞劳苦的给我们上课，也希望以后还能有这样的机会，即使没有，我也会自己摸索。我想，我们整个班的同学都不会浪费这个机会，我们都在好好学！

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