基于单片机的数字电子秒表的设计与实现样本.doc
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1、沈阳理工大学应用技术学院毕业设计(论文)题 目: 基于单片机数字电子秒表设计与实现 系 别: 信息工程系 专 业: 自动化 学生姓名: 胡 培 指引教师: 唐朝仁 年 月 日摘 要近年来随着科技飞速发展,单片机应用正在不断走向进一步。本文阐述了基于单片机数字电子秒表设计。本设计重要特点是计时精度达到0.001s,解决了老式由于计时精度不够导致误差和不公平性,是各种体育竞赛必备设备之一。此外硬件某些设立了查看按键,可以对秒表上一次计时时间进行保存,供使用者查询。本设计数字电子秒表系统采用AT89C52单片机为中心器件,运用其定期器/计数器定期和记数原理,结合显示电路、LED数码管以及外部中断电路
2、来设计计时器。将软、硬件有机地结合起来,使得系统可以实现五位LED显示,显示时间为099.999秒,计时精度为0.001秒,能对的地进行计时,同步能记录一次时间,并在下一次计时后对上一次计时时间进行查询。其中软件系统采用汇编语言编写程序,涉及显示程序,定期中断服务,外部中断服务程序,延时程序等,并在WAVE中调试运营,硬件系统运用PROTEUS强大功能来实现,简朴切易于观测,在仿真中就可以观测到实际工作状态。 核心字:单片机;数字电子秒表;仿真 AbstractWith the rapid development of science and technology in recent year
3、s,SCM applications are constant-depth manner. In this paper,based on single chip design of digital electronic stopwatch. The main characteristics of this design timing accuracy of 0.001s,to solve the traditional result of a lack accuracy due to timing errors and unfair,and is a variety of sports com
4、petitions,one of the essential equipment. In addition the hardware part of the set View button on the stopwatch can be the last time to save time for user queries.The design of the multi-function stopwatch system uses STC89C52 microcontroller as the central device,and use its timer / counter timing
5、and the count principles,combined with display circuit,LED digital tube,as well as the external interrupt circuit to design a timer. The software and hardware together organically,allowing the system to achieve two LED display shows the time from 0 to 99.999 seconds,Timing accuracy of 0.001 seconds,
6、Be able to correctly time at the same time to record a time,and the next time after the last time the time to search.automatically added a second in which software systems using assembly language programming,including the display program,timing,interrupt service,external interrupt service routine,de
7、lay procedures,key consumer shaking procedures,and WAVE in the commissioning,operation,hardware system uses to achieve PROTEUS powerful,simple and easy to observe the cut in the simulation can be observed on the actual working condition.Keyword:LED display;High-precision stopwatch;STC89C52目 录绪 论11 硬
8、件设计41.1 总体方案设计41.2 单片机选取51.3 显示电路选取与设计81.4 按键电路选取与设计111.5 时钟电路选取与设计121.6 复位电路选取与设计141.7 系统总电路设计162 软件设计192.1 程序设计思想192.2 系统资源分派192.3 主程序设计202.4 中断程序设计213 数字电子秒表安装与调试263.1 软件仿真与调试263.2 硬件安装与调试263.3 系统程序烧录273.4 数字电子秒表精度调试28结 论29致 谢30参照文献31附录A 资料翻译32A.1 英文原文32A.2 中文翻译39附录B 程序44附录C 电路原理图51附录D 硬件实物图52绪 论
9、秒表计时器是电器制造,工业自动化控制、国防、实验室及科研单位抱负计时仪器,它广泛应用于各种继电器、电磁开关,控制器、延时器、定期器等时间测试。奥运男子百米飞人大战中,牙买加飞人博尔特以9秒69成绩夺得冠军。而博尔特冲过终点瞬间,荧屏显示其成绩为9秒68。相差这个0.01秒,系由电子计时系统确认。奥运会男子100米蝶泳决赛上,美国选手菲尔普斯以50秒58成绩惊险夺冠,距离“八金梦想”仅一步之遥。塞尔维亚选手查维奇以50.59秒获得银牌,只比菲尔普斯慢0.01秒。这种细微差距,虽然是现场大屏幕用典型超慢镜头回放,也无法辨别。8月28日15点15分,中华人民共和国选手孟关良/杨文军在雅典奥运会男子5
10、00米划艇决赛中,以1分40秒278成绩获得中华人民共和国在雅典奥运会第28金。这是中华人民共和国皮划艇项目第一枚奥运金牌,也是中华人民共和国水上项目在历届奥运会上所获得第一枚金牌。孟关良/杨文军成绩比获得银牌古巴选手只快了 0.072秒,以至于两人在夺冠之后还不敢相信。自首届当代奥运会在希腊雅典举办以来,奥运计时技术始终在不断地向前发展。一百近年过去了,首届当代奥运会上计时所用跑表如今换成了一系列高科技计时装 置,如高速数码摄像机、电子触摸垫、红外光束、无线应答器等等。鉴于当今计时技术迅速发展,即便千分之一秒(为眨眼40倍)毫微差距,也决定着冠军归属。在当前体育竞技比赛中,随着运动员水平不断
11、提高,差距也在不断缩小。有些运动对时间精度规定也越来越高,有时比赛冠亚军之间差距只有几毫秒,因而就需要高精度秒表来记录成绩。关于计时钟表发展历史,大体可以分为三个演变阶段。一、从大型钟向小型钟演变。二、从小型钟向袋表过渡。三、从袋表向腕表发展。每一阶段发展都是和当时技术创造分不开。1088年,当时国内宋朝科学家苏颂和韩工廉等人制造了水运仪象台,它是把浑仪、浑象和机械计时器组合起来装置。它以水力作为动力来源,具备科学擒纵机构,虽然几十年后毁于战乱,但它在世界钟表史上具备极其重要意义。1656年,荷兰科学家惠更斯应用伽利略理论设计了钟摆,次年,在她指引下年轻钟匠S.Coster制导致功了第一种摆钟
12、。1675年,她又用游丝取代了原始钟摆,这样就形成了以发条为动力、以游丝为调速机构小型钟,同步也为制造便于携带袋表提供了条件。18世纪期间创造了各种各样擒纵机构,为袋表进一步产生与发展奠定了基本。英国人George Graham在1726年完善了工字轮擒纵机构,它和之前创造垂直放置机轴擒纵机构不同,因此使得袋表机芯相对变薄。20世纪初,特别是第一次世界大战爆发,袋表已经不能适应作战军人需要,腕表生产成为大势所趋。许多新设计和技术也被应用在腕表上,成为真正意义上带在手腕上计时工具。紧接着二战使腕表生产量大幅度增长,价格也随之下降,使普通大众也可以拥有它。腕表年代到来了!1998年:建立超冷铯原子
13、钟,比微微秒又要精准10万倍。 从国内水运仪像台创造到当前各国都在研制原子钟这几百年钟表演变过程中,咱们可以看到,各个不同步期科学家和钟表工匠用她们聪颖智慧和不断实践融合成了一座时间隧道,同步也为咱们勾勒了一条钟表文化和科技发展轨迹。本设计运用AT89C52单片机定期器/计数器定期和记数原理,使其能精准计时。运用中断系统使其能实现开始暂停功能。P0口输出段码数据,P2.0-P2.4口作列扫描输出,P1.1、P3.2、P3.3、P2.5分别接四个按钮开关,分别实现开始、暂停、清零和查看上次时间功能。显示电路由五位共阴极数码管构成。初始状态下计时器显示00.000,当按下开始键时,外部中断INT1
14、向CPU发出中断祈求,CPU转去执行外部中断1服务程序,即启动定期器T0。计时采用定期器T0中断完毕,定期溢出中断周期为1ms,当一处中断后向CPU发出溢出中断祈求,每发出一次中断祈求就对毫秒计数单元进行加一,达到10次就对十毫秒位进行加一,依次类推,直到99.999秒重新复位。在计时过程中,只要按下暂停键,外部中断INT0向CPU发出中断祈求,CPU转去执行外部中断0服务程序,即关闭定期器T0,调用显示程序,实现暂停功能,同步将本次计时时间存入寄存区。然后对P1.1进行扫描。当P1.1按下时就跳转回主程序。等待下一次计时开始。在按下暂停键时,将此时计时时间存入中间缓存区,当再次按下开始键时,
15、则讲中间缓存区数据转入最后缓存区。秒表停止后对查看键P2.5进行扫描,P2.5按下为低电平时,调用最后缓存区数据进行显示,即显示上一次计时成绩。当P2.5位高电平时,调用显示缓存区数据进行显示,即显示当此计时成绩。依照以上设计思路从而实现数字电子秒表计时和查看上一次计时时间功能。本文重要内容涉及三某些:第一某些简介硬件某些设计思路及方案;第二某些简介了软件某些设计思路和设计;最后一某些则是整个系统安装与调试过程。1 硬件设计1.1 总体方案设计数字电子秒表具备显示直观、读取以便、精度高等长处,在计时中广泛使用。本设计用单片机构成数字电子秒表,力求构造简朴、精度高为目的。设计中涉及硬件电路设计和
16、系统程序设计。其硬件电路重要有主控制器,计时与显示电路和回零、启动和停表电路等。主控制器采用单片机AT89C52,显示电路采用共阴极LED数码管显示计时时间。本设计运用AT89C52单片机定期器/计数器定期和记数原理,使其能精准计时。运用中断系统使其能实现开始暂停功能。P0口输出段码数据,P2.0-P2.4口作列扫描输出,P1.1、P3.2、P3.3、P2.5口接四个按钮开关,分别实现开始、暂停、清零和查看上次计时时间功能。电路原理图设计最基本规定是对的性,另一方面是布局合理,最后在对的性和布局合理前提下力求美观。硬件电路图按照图1.1进行设计。图1.1 数字秒表硬件电路基本原理图依照规定懂得
17、秒表设计重要实现功能是计时和显示。因而设立了四个按键和五位数码管显示时间,三个按键分别是开始,停止、复位和查看上次计时时间按键。运用这四个建来实现秒表所有功能,而五位数码管则能显示最多99.999秒计时。本设计中,数码管显示数据存储在内存单元79H7DH中。其中79H存储毫秒位数据,7AH存储十毫秒位数据,7BH存储百毫秒位数据,7CH存储秒位数据,7DH存储十秒位数据,每一地址单元内均为十进制BCD码。由于采用软件动态扫描实现数据显示功能,显示用十进制BCD码数据相应段码存储在ROM表中。显示时,先取出79H-7dH某一地址中数据,然后查得相应显示用段码,并从P0口输出,P2口将相应数码管选
18、中供电,就能显示该地址单元数据值。最后缓存区则设立为59H-5DH,数据存储规则和79H-7DH同样。分别相应存储毫秒位至十秒位数据。与79H-7DH存储区不同样是:59H-5DH存储内容为数字秒表上一次计时显示时间。而79H-7DH为当前计时时间存储区。计时采用定期器T0中断完毕,定期溢出中断周期为1ms,当一处中断后向CPU发出溢出中断祈求,每发出一次中断祈求就对毫秒计数单元进行加一,达到10次就对十毫秒位进行加一,依次类推,直到99.999秒重新复位。 再看按键解决。这四个键可以采用中断办法,也可以采用扫描办法来辨认。复位键和查看重要功能在于数值复位和查询上次计时时间,对于时间规定不是很
19、严格。而开始和停止键则是用于对时间锁定,需要比较精确控制。因而可以对复位和查看按键采用扫描方式。而对开始和停止键采用外部中断方式。设计中涉及硬件电路设计和系统程序设计。其硬件电路重要有主控制器,显示电路和回零、启动、查看、停表电路等。主控制器采用单片机AT89C52,显示电路采用共阴极LED数码管显示计时时间,四个按键均采用触点式按键。1.2 单片机选取本课题在选用单片机时,充分借鉴了许多成形产品使用单片机经验,并依照自己实际状况,选取了ATMEL公司AT89S51。ATMEL公司89系列单片机以其卓越性能、完善兼容性、快捷便利电擦写操作,低便宜格、超强加密功能,完全代替87C51/62和87
20、51/52,低电压、低电源、低功耗,有DIP、PLCC、QFP封装,有民用型、工业级、汽车级、军品级等各种温度级别,是当今世界上性能最佳、价格最低、最受欢迎八位单片机3。AT89C52P为40 脚双列直插封装8 位通用微解决器,采用工业原则C51内核,在内部功能及管脚排布上与通用8xc52 相似,其重要用于会聚调节时功能控制。功能涉及对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件初始化,会聚调节控制,会聚测试图控制,红外遥控信号IR接受解码及与主板CPU通信等。单片机外部构造AT89S52单片机采用40引脚双列直插封装方式。图1.2为引脚排列图, 40条引脚阐明如下:主电源引脚Vss
21、和Vcc Vss接地 Vcc正常操作时为+5伏电源外接晶振引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1内部振荡电路反相放大器输入端,是外接晶体一种引脚。当采用外部振荡器时,此引脚接地。 XTAL2内部振荡电路反相放大器输出端。是外接晶体另一端。当采用外部振荡器时,此引脚接外部振荡源。图1.2 单片机引脚图控制或与其他电源复用引脚RST/VPD,ALE/,和/Vpp RST/VPD 当振荡器运营时,在此引脚上浮现两个机器周期高电平(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中数据。 ALE/正常操作时为ALE功能(容许地址锁存)提
22、供把地址低字节锁存到外部锁存器,ALE 引脚以不变频率(振荡器频率1/6)周期性地发出正脉冲信号。因而,它可用作对外输出时钟,或用于定期目。但要注意,每当访问外部数据存储器时,将跳过一种ALE脉冲,ALE 端可以驱动(吸取或输出电流)八个LSTTL电路。对于EPROM型单片机,在EPROM编程期间,此引脚接受编程脉冲(功能) 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,在每个机器周期内两次有效。同样可以驱动八LSTTL输入。 /Vpp、/Vpp为内部程序存储器和外部程序存储器选取端。当/Vpp为高电平时,访问内部程序存储器,当/Vpp为低电平时,则访问外部程序存储器。
23、对于EPROM型单片机,在EPROM编程期间,此引脚上加21伏EPROM编程电源(Vpp)。输入/输出引脚P0.0 - P0.7,P1.0 - P1.7,P2.0 - P2.7,P3.0 - P3.7。 P0口(P0.0 - P0.7)是一种8位漏极开路型双向I/O口,在访问外部存储器时,它是分时传送低字节地址和数据总线,P0口能以吸取电流方式驱动八个LSTTL负载。 P1口(P1.0 - P1.7)是一种带有内部提高电阻8位准双向I/O口。能驱动(吸取或输出电流)四个LSTTL负载。 P2口(P2.0 - P2.7)是一种带有内部提高电阻8位准双向I/O口,在访问外部存储器时,它输出高8位地
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