单片机简易秒表优秀课程设计.doc

单片机课程设计

题 目： 简易秒表

系 部：机电工程系
专 业：机电一体化
班 级： 0 9 4 班
姓 名： 张三
学 号：044056
指导老师：杨 富 强

目录

一 摘要 1
二 绪论 2
2.1单片机发展 2
2.2 MCS-51系列单片机介绍 4
三 设计任务及要求 5
四 工作原理 5
4.1 七段数码管概述 5
4.2 MCS--51引脚及相关功效 7
五 简易秒表电路图 9
六 步骤图 10
七 源程序 10
八 系统硬件设计 12
九 总结 13
十 课程设计心得 13
参考文件 14

一 摘要
单片机自70年代问世以来得到蓬勃发展，现在单片机功效正日渐完善:单片机集成越来越多资源，内部存放资源日益丰富，用户不需要扩充资源就能够完成项目开发，不仅是开发简单，产品小巧美观，同时抗干扰能力加强,系统也愈加稳定，使得它愈加适合工业控制领域，含有愈加宽广市场前景；提供在线编程能力，加速了产品开发进程，为企业产品上市赢得宝贵时间。另外单片机含有性能高、速度快、体积小、价格低、稳定可靠、应用广泛、通用性强等突出优点。单片机设计目标关键是增强“控制”能力，满足实时控制 需要。
本文关键内容是掌握多种单片机结构、接口、片上外设特点，并利用自行制作单片机最小系统，完成一个简单应用（简易秒表）设计和软件及硬件设计制作，让读者掌握数字单片机最小系统设计及单片机系统应用方法。

二 绪论
目前社会信息化建设在各地蓬勃发展，作为信息公布终端显示设备，LED显示器己经广泛应用于工作和生活各个方面，关键用于显示文字、图像、动画等。LED显示器应用包含社会很多领域，关键包含：金融证券、体育场馆、道路交通、邮政电信、商场购物中心等服务领域业务宣传及信息显示。 LED是发光二极管简称(Light Emitting Diode)。因为它含有亮度高、响应速度快、低电压、功耗小、耐震动、寿命长等优点，使其成为室内外信息显示终端关键发光器件。 LED显示器是20世纪90年代出现新型平板显示器件，因为其亮度高、画面清楚、色彩鲜艳，使它在公众多媒体显示领域一枝独秀，所以市场空间巨大。 LED显示器发展可分为以下多个阶段：第一阶段为1990年到1995年，关键是单色和16级双色图文屏。用于显示文字和简单图片，关键用在车站、金融证券、银行、邮局等公共场所，作为公共信息显示工具。 第二阶段是1995年到1999年，出现了64级、256级灰度双基色视频屏。视频控制技术、图像处理技术、光纤通信技术等应用将LED显示器提升到了一个新台阶。LED显示器控制专用大规模集成电路芯片也在此时由中国企业开发出来并得以应用。 第三阶段从1999年开始，红、纯绿、纯蓝LED大量涌入中国，同时中国企业进行了深入研发工作，使用红、绿、蓝三原色LED生产全彩色显示器被广泛应用，大量进入体育场馆、会展中心、广场等公共场所，从而将中国大屏幕带入全彩时代。
2.1单片机发展
单片机也被称为微控制器（Microcontroller），是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU专用处理器发展而来。最早设计理念是经过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更轻易集成进复杂而对体积要求严格控制设备当中。INTELZ80是最早根据这种思想设计出处理器，以后以后，单片机和专用处理器发展便分道扬镳。　单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功效芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型计算机，和计算机相比，单片机只缺乏了I/O设备。概括讲：一块芯片就成了一台计算机。它体积小、质量轻、价格廉价、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理和结构最好选择。
　　单片机内部也用和电脑功效类似模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同存放器件，不一样是它这些部件性能全部相对我们家用电脑弱很多，不过价钱也是低，通常不超出10元即可......用它来做部分控制电器一类不是很复杂工作足矣了。我们现在用全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等家电里面全部能够看到它身影！......它关键是作为控制部分关键部件。 它是一个在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要是有较强抗干扰能力，较低成本，这也是和离线式计算机（比如家用PC）关键区分。
单片机是靠程序运行，而且能够修改。经过不一样程序实现不一样功效，尤其是特殊独特部分功效，这是别器件需要费很大力气才能做到，有些则是花大力气也极难做到。一个不是很复杂功效要是用美国50年代开发74系列，或60年代CD4000系列这些纯硬件来搞定话，电路一定是一块大PCB板！不过假如要是用美国70年代成功投放市场系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机经过你编写程序能够实现高智能，高效率，和高可靠性！
LED显示器能够显示改变数字、文字、图形图像；不仅能够用于室内环境还能够用于室外环境，含有投影仪、电视墙、液晶显示器无法比拟优点。
LED之所以受到广泛重视而得到快速发展，是和它本身所含有优点分不开。这些优点概括起来是：亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。LED发展前景极为宽广，现在正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高发光密度、更高发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。
2.2 MCS-51系列单片机介绍
单片机全称是单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）。为了使用方便，它把组成计算机关键功效部件：中央处理器（CPU）、数据存放器（RAM）、程序存放器（ROM、EPROM、E2PROM或FLASH）、定时/计数器和多种输入/输出接口电路等全部集成在一块半导体芯片上，组成了一个完整计算机系统。和通用计算机不一样，单片机指令功效是根据工业控制要求设计，所以它又被称为微控制器（Microcontroller）。
MCS51系列单片机是美国Intel企业于1980年推出一个8位单片机系列。该系列基础型产品是8051、8031和8751。这3种产品之间区分只是在片内程序存放器方面。8051片内程序存放器（ROM）是掩膜型，即在制造芯片时已将应用程序固化进去；8031片内没有程序存放器；8751内部包含有用作程序存放器4KBEPROM。因为8051编程需要制造商支持，8751价格昂贵，所以8031取得了更为广泛使用。
MCS51系列单片机优异性能/价格比使得它从面世以来就取得用户认可。Intel企业把这种单片机内核，即8051内核，以出售或交换专利方法授权给部分企业，如Atmel、Philips、ADI等。这些企业这类产品也被称为8051兼容芯片，这些8051兼容芯片在原来基础上增加了很多特征。本书应用电路中采取了Atmel企业AT89S51芯片，它和MCS51单片机指令集兼容，同时它内部包含用作程序存放器4KB基于FLASH技术只读存放器。采取这款芯片既克服了采取8031需要添加外部程序存放器造成电路复杂缺点，又克服了采取8751造成电路制作成本高缺点。

三 设计任务及要求
1、掌握数码管显示控制系统显示原理，学习数码管显示数字和字符编程方法.
2、试设计一简易秒表，使得七段符显示管a-g分别接在单片机P口上，输出低电平时，显示管点亮， 要求从数字“0”显示到数字“9”，延时间隔为1秒。
四 工作原理
4.1 七段数码管概述
七段数码管是单片机系统中常见显示器元件，能够用来显示单片机系统工作状态、运算结果等多种信息。
单个七段数码管外形图4-1所表示。七段数码管有八个LED发光二极管分别组成其7个字段和一个小数点，经过不一样字段和小数点亮灭组合能够显示数字0—9、字符A—F、H、L、P、R、U、Y、“—”符号和小数点“.”等图形。
组成七段数码管八个LED发光二极管连接方法通常是将其其中一极接在一起形成一个公共极，剩下一个极作为个字段控制极。
将八个LED发光二极管阳极连在一起组成公共极七段数码管称为共阳极七段数码管，其内部结构图所表示，而将这八个LED发光二极管阴极连在一起组成公共极称为共阴极七段数码管。关键点亮共阳极数码管对应字段，需要公共极接高电平，同时对应段控制极接低电平，同时对应段控制极接高电平。
通常应用中将a—g、dp控制极依次有地位接到高位控制线，由此我们能够得到共阳极、共阳极数码管字型码，图6-1所表示。
让七段数码管对应段可控制极得到表6—1中所表示高电平，则在数码管上就会显示对应字符，这是单片机控制七段数码管显示关键。
单片机控制单个七段数码管最简单方法就是直接使用一个并口八个I/0引脚分别接数码管八个端控制极，然后编写单片机程序经过此并口给数码管对应引脚提供对应电平，就能够在其显示内容了。需要注意是，因各段发光二极管额定电流通常为10mA左右，所以需要保护数码管。
表4-1 共阳极、共阴极数码管字符码表
字符
共阳极数码管
共阴极数码管
dp
g
f
e
d
c
b
a
字型码
dp
g
f
e
d
c
b
a
字型码
0
1
1
0
0
0
0
0
0
C0H
0
0
1
1
1
1
1
1
3FH
1
0
1
0
1
1
0
1
0
F9H
0
0
0
0
0
1
1
0
06H
2
0
1
1
0
1
1
0
0
A4H
0
1
1
0
0
0
0
0
5BH
3
0
0
1
1
0
1
1
0
BOH
0
0
0
0
0
0
0
0
4FH
4
0
1
1
0
0
0
0
1
99H
0
0
1
0
1
1
0
1
66H
5
0
1
1
0
0
0
1
0
92H
0
0
1
0
0
1
0
1
6DH
6
1
1
0
0
1
0
0
0
82H
0
0
1
1
0
1
1
0
7DH
7
0
0
1
1
0
0
0
1
F8H
0
0
1
1
0
0
0
1
07H
8
0
0
1
1
0
1
1
1
80H
0
0
0
1
1
1
1
1
7FH
9
1
1
1
1
1
0
0
1
90H
0
0
1
1
0
0
0
1
6FH
A
0
1
1
1
0
1
1
0
88H
0
1
1
0
0
1
1
1
77H
B
0
0
1
1
0
1
0
0
83H
0
1
0
0
1
1
0
0
7CH
C
0
0
1
1
0
1
0
1
C6H
0
0
0
0
0
0
1
0
39H
D
0
0
1
1
0
1
0
1
A1H
0
1
1
1
1
1
0
0
5EH
E
0
0
1
1
0
1
0
1
86H
0
1
0
0
0
1
0
1
79H
F
0
0
1
1
0
1
0
0
8EH
0
1
1
1
0
1
0
1
71H
H
0
0
1
1
0
1
0
0
89H
0
1
1
0
0
1
0
0
76H
L
0
0
1
1
0
1
0
0
C7H
0
0
1
1
0
1
0
1
38H
P
0
0
1
1
0
1
0
1
8CH
0
0
0
1
0
1
0
1
73H
U
0
0
1
1
0
1
1
1
CEJ
0
0
1
1
0
1
0
1
31H
Y
1
0
0
0
0
0
0
1
CIH
0
1
1
0
0
1
0
1
3EH
-
1
0
1
1
1
1
1
1
91H
0
1
0
0
0
0
0
0
40H
.
0
1
1
1
1
1
1
1
BFH
1
0
0
0
0
0
0
0
80H
熄灭
1
1
1
1
1
1
1
1
FFH
0
0
0
0
0
0
0
0
00H

图4-1七段数码管外形图和引脚图

4.2 MCS--51引脚及相关功效
40个引脚按引脚功效大致可分为4个种类：电源、时钟、控制和I/O引脚。如右图
⒈） 电源:
注：用万用表测试单片机引脚电流通常为0v或5v，这是标准TTL电平，但有时候在单片机程序正在工作时候测试结果并不是这个值而是介于0v-5v之间，其实这之是万用表反应没这么快而已，在某一个瞬间单片机引脚电流还是保持在0v或5v。
⒉） 时钟：XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡
电路反相输入端和输出端。

⒊） 控制线：控制线共有4根，
⑴ ALE/PROG：地址锁存许可/片内EPROM编程脉冲
① ALE功效：用来锁存P0口送出低8位地址
② PROG功效：片内有EPROM芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。
⑶ RST/VPD：复位/备用电源。
① RST（Reset）功效：复位信号输入端。
② VPD功效：在Vcc掉电情况下，接备用电源。
⑷ EA/Vpp：内外ROM选择/片内EPROM编程电源。
① EA功效：内外ROM选择端。
② Vpp功效：片内有EPROM芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。
⒋) I/O线
80S51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P3口还含有第二功效，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）

五 简易秒表电路图

六 步骤图
开始
赋初值宏定义
运算，查表

输出
P1输出数字

变量自增运算
Second<10
是
返回开始
否

七 源程序
Second EQU 30H ；定义变量Second存放地址为30H单元
ORG 0000H ；指定程序起始地址为0000H
LJMP MAIN ；跳到MAIN程序段实施
ORG 0030H ；指定MAIN程序段起始地址为0030H
MAIN:MOV Second,#00H ；给Second变量赋初值为00H
NEXT:MOV A,Second ；将Second变量放累加器A中
MOV DPTR，#TABLE ；把TABLE表表头地址赋给DPTR，准备
查表
MOVC A, @A+DPTR ；用查表法得到字段码
MOV P2,A ；将字段码送到P2口，显示数字
LCALL DELAY ；调用DELAY延时程序段，实现1秒延时
INC Second ；Second自变量增加1
MOV A,Second ；将新Second变量送到累加器A
CJNE A,#10,NEXT ；用CJNE语句判定累加器A中Second变
量是否达成10，假如未达成10，则返回
NEXT处，显示新Second变量值
LJMP MAIN ；假如Second变量达成10，则返回START
让其变为零
DELAY:MOV R5,#10 ；实现1秒延时延时程序段
D2:MOV R6,#20
D1:MOV R7,#248
DJNZ R7,$
DJNZ R6,D1
DJNZ R5,D2
RET ；返回调用DELAY程序段语句处
TABLE: ；共阴极数码管0-9字段码表
DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,6FH
END ；程序结束

八 系统硬件设计
一个单片机应用系统硬件电路设计包含两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部功效单元，如ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中止系统等不能满足应用系统要求时，必需在片外进行扩展，选择合适芯片，设计对应电路。二是系统配置，即根据系统功效要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、A/D、D/A转换器等，要设计适宜接口电路。
系统扩展和配置应遵照以下标准：
1、尽可能选择经典电路，并符合单片机常规使用方法。为硬件系统标准化、模块化打下良好基础。
2、系统扩展和外围设备配置水平应充足满足应用系统功效要求，并留有合适余地，方便进行二次开发。
3、硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结构和软件方案会产生相互影响，考虑标准是：软件能实现功效尽可能由软件实殃，以简化硬件结构。但必需注意，由软件实现硬件功效，通常响应时间比硬件实现长，且占用CPU时间。
4、系统中相关器件要尽可能做到性能匹配。如选择CMOS芯片单片机组成低功耗系统时，系统中全部芯片全部应尽可能选择低功耗产品。
5、可靠性及抗干扰设计是硬件设计必不可少一部分，它包含芯片、器件选择、去耦滤波、印刷电路板布线、通道隔离等。
6、单片机外围电路较多时，必需考虑其驱动能力。驱动能力不足时，系统工作不可靠，可经过增设线驱动器增强驱动能力或降低芯片功耗来降低总线负载。
7、尽可能朝“单片”方向设计硬件系统。系统器件越多，器件之间相互干扰也越强，功耗也增大，也不可避免地降低了系统稳定性。伴随单片机片内集成功效越来越强，真正片上系统SoC已经能够实现，如ST企业新μPSD32××系列产品在一块芯片上集成了80C32核、大容量FLASH存放器、SRAM、A/D、I/O、两个串口、看门狗、上电复位电路等等。

九 总结
单片机是目前流行控制技术，使用简单、功效强大、成本也很低，对于我们以后工作有很大用处，这次课设我们用单片机来完成不仅提升了我们对单片机爱好，而且使我们所学知识在实际中得到应用，提升了我们应用能力。
课设使用了点阵，我们上课并没有学习这方面内容，经过我们查资料，很快领会了点阵使用方法，课设使用了多个软件帮助设计，让我们对设计方法有了深入了解，而且我们设计了不一样显示内容，让我们对点阵显示有了基础掌握，我们感觉很有成就感。
我在这个学期做了一个单片机小项目，对单片机已经比较熟悉，这次课设并没用感觉到极难，我们小组分工明确，各负其责，我关键负责软件设计和调试。经过我们三个共同努力，很快便将仿真结果做了出来。作出结果可能不能让老师十分满意，但我们已经为我们结果欢呼雀跃了。这只是一次简单课设，在实际中应用还会更难，这全部需要我们不停学习新技术，不停提升自己应用能力。

十 课程设计心得
二十一世纪，一个信息时代。至改革开放以来全国经历了几次全国性计算机普及高等学校计算机教育发展十分快速，所以学习单片机应用技术是一个肯定要求。很多高校不仅在计算机专业开设了这门课，还在非计算机转业开设了这门课。
以前，我们只能在班级听老师讲，实践机会极少，所以我们只能学到部分理论上东西。为了适应社会经济和科学技术快速发展及教育教学改革需要，依据“以市场需求为导向，以职业技能为本位，以培养应用型高技能人才为中心”标准，重视增强认知结构和能力有机结合。学校在这周为我们安排了为期一周半单片机应用技术实训。这次实训即使只有短短一周半时间,可我们学到却远超出我们平时一周半所学到知识。这次实训以制做一个简易秒表作为根本，融入多种基础知识和实践经验。再拓展到多种计算机知识。和焊接相比较，连接编程工作是更大量、更费时间和精力，也是更关键。
在这次实训过程中单片机编程给我留下了深刻印象。记得刚开始时大家听老师讲仿佛很简单，可当老师让我们每个人自己全部动手编时，大家才发觉这也是问题，那也是问题。不过经过老师数次讲解、示范我们极难完成。现在我们每个人全部能编写程序了。
经过这一课程设计，我深刻体会到了单片机应用技术是一门实践性很强课程。既要掌握概念，又要动手实践。经过短短一周半时间，我对单片机应用技术有了更为具体了解。处理了我以前很多迷惑。
在这段时间，我以我最大能力和端正态度完成了这门课实训。所以我将会尽我最大努力将所学到知识利用到其它更多地方进行实践和愈加好掌握。

参考文件
1.《单片机原理及应用》 李文方 哈尔滨工业大学出版社 5月
2.《电气控制和PLC应用》 张桂香 1995
3.《可编程控制器原理及应用》 江晓光
4.《FPO可编程序控制器使用手册》 天津源峰科技发展企业
5.《可编程控制器》 范次猛
6.《PLC应用技术》 徐国林
7.《机电控制和PLC》 张铮