单片机秒表课程设计

单片机课程设计

学生姓名 _____________________

专业班级 _____________________

学 号 ________________________ 1课程设计的目的及要求

2设计的方案及论证

2.1 方案设计

2.2 方案选择

2.3 方案确定 3硬件电路设计 4软件设计

4.1 主要模块流程图

4.2 程序的主要模块

5电路仿真1.1 课程设计的目的

1.2 课程设计的任务

1.3 课程设计的要求

6电路的焊接与调试

6.1电路的焊接

6.2电路的调试

7总结 11

参考文献 12

附录1：总体电路原理图 13

附录2：元器件清单 14

附录3：编码程序 15 -LX. —1— 刖言

近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断的走向深入,

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的单

片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机 方面的知识是不够的，还要根据具体的硬件结构，以及针对具体的应 用对象的软件结合，加以完善。

人们在日常生活中，有很多时候要精确地计算时间，但往往因为 人为因素造成人们不愿意看到的误差。本设计利用AT89C51单片机的 定时器/计数器定时和记数的原理，使其能精确计时。计时精度达到 0.01s，P1 口 P2 口接数码管显示功能，P3.4、P3.5、P3.6、P3.7分别接 四个按钮开关，分别实现开始、暂停、清零、保存、读取的功能。显 示电路由两个四位共阴极数码管组成。

电子秒表精确度的提高，使它的运用越来越广泛，它解决了传统 的由于计时精度不够造成的误差和不公平性是各种体育竞赛的必备设 备之一。1课程设计的目的及要求

1.1课程设计的目的

(1)掌握51单片机的基本使用方法和相关电子器件的应用。

(2)掌握键盘的使用，灵活运用中断。

(3)掌握Proteus的仿真与调试。

(4)秒表具有启动/停止、保存、读取、复位功能。

(5)单片机为控制核心，实现方案设计、电路的设计、程序设计， 并在PROTEUS电子设计平台实现仿真。

1.2 课程设计的任务

本设计是基于AT89C51数码管显示的电子秒表，利用AT89C51 单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，使其计时精度达到0.01s，

P1 口 P2 口接数码管显示功能，P3.4、P3.5、P3.6、P3.7分别接四个按 钮开关，分别实现开始、暂停、清零、保存、读取的功能。

1.3 课程设计的要求

(1)设计基于单片机AT89C51数码管显示的电子秒表。

(2)通过按键控制开始、清零、暂停和停止能够准确计时并显示。

(3)开始显示00-00-00。

(4)最大计时59-59-99，最大精确到0.01秒。

2设计的方案及论证

2.1 方案设计

(1)在性价比满足应用系统要求的基础上，选择更可靠、更熟悉的 单片机，缩短研制周期。

(2)尽可能选择较成熟的典型应用电路，以提高系统的可靠性。

(3)单片机内部的资源与外部扩展资源应在满足应用系统设计要求

的基础上留有余地，为进一步升级和扩展其功能提供方便。

(4)应充分结合软件方案统筹考虑硬件结构，通常硬件功能较完善，

其相应的软件就简单，但硬件成本较高；而硬件功能略低，其相应的

软件就复杂。实际中应尽量以软件替代硬件来降低成本。

2.2 方案选择

在方案选取的时候有两个方案可以选：方案一如图2-1所示，能

够最大显示99秒，精确度为1秒，具有开始/暂停，复位功能。

P0.0/AD0 P0.1/AD1

P0.2/AD2

P0.3/AD3

P0.4/AD4

P0.5/AD5

P0.6/AD6

P0.7/AD7

P2.0/A8

P2.1/A9

P2.2/A10

P2.3/A11 P2.4/A12

P2.5/A13

P2.6/A14

P2.7/A15

P3.0/RXD

P3.WXD

P3.2/INT0

P3.3/INT1

P3.4/T0

P3.5/T1

P3.6/WR

P3.7/RD

图2-1方案一原理图

方案二如图2-2所示，能够最大显示59-59-99,精确度为0.01

秒。具有开始/暂停、复位、保存、读取功能。

图2-2方案二原理图 2.3方案确定

总体设计案如图2-3所示:

图2-3方案总体设计 我们选用较熟悉的具有内部程序存储器的AT89C51单片机作为

主控电路。选用时钟电路、复位电路和AT89C51单片机组成最小控制 系统，再通过按键电路控制显示电路来组成的硬件电路。

通过分析与比对，我们选用方案二，它能够精确0.01秒，并且能

够显示时间更长，具有开始/暂停，复位，保存，读取功能。

3硬件电路设计

本次课程设计是基于单片机的秒表设计，其中硬件电路采用

AT89C51单片机的定时器/计数器定时和记数的原理；时钟电路及复位

电路组成的最小控制系统，复位电路采用上电复位；显示模块是采用 两个共阳极数码管；按键电路包含四个按键开关及74ls08与门芯片， 四个开关分别具有开始/暂停，复位清零，保存数据，读取数据的功能，

与门芯片与四个开关相与，然后接入外部中断接口。

与门芯片真值表如图3-1所示：

4软件设计 4.1 主要模块流程图

主程序流程图如图4-1所示:

图4-1主程序流程图

4.2 程序的主要模块

本程序主要分为四部分：主程序模块、显示模块、按键中断模块、 定时模块。

(1)主程序分析：主程序负责整个程序的调用和转跳，实现启动与 暂停、复位、保存、读取之间的切换。程序开始时进行系统初始化， 之后显示“00-00-00”，接着等待“启动”按键触发。 (2)显示模块分析：显示模块负责把分、秒、毫秒通过8位数码管 显示出来，中间通过“-”隔开。首先根据定时器用来保存分、秒、毫 秒的寄存器的值，判断得知每个数字的段码，把分的高位送到数码管 的第一位，再把分的低位送到数码管的第二位，接着把“-”的段码送 到数码管的第三位，同样的方法把秒和微秒送到数码管，然后循环扫 描每一位把时间显示出来。

(3)按键中断服务程序分析：产生外部中断时，进行按键判断，程 序采用3次条件转跳进行按键判断，每个按键都标志相应的值：“启 动/停止”时把定时器开放或与停止，“复位”时，把用来保存时间的 寄存器清0，“保存”时，把用来保存时间的寄存器的值保存到连续 的单元中，“读取”时把保存时间的单元依次读取出来放回到用来保 存时间的寄存器里。

(4)定时程序分析：当按了 “启动”键时，开放定时，以10MS作 为一个计时单位，每计100个10毫秒(即1秒)，就进一位，用(INC R6)实现，R6加了 60次之后，R7就加1，表示“分”加1。

5电路仿真

本次课程设计仿真所用到的软件有keil编译软件和proteus仿真

软件，先把写好的程序用keil软件编译生成hex文件，在proteus 仿真软件中查找元器件，连接电路图，再把hex文件加载到仿真软件 的单片机中，最后进行仿真测试。

仿真图如图5-1所示： 图5-1电路仿真图

6电路的焊接与调试

6.1 电路的焊接

(1)使用电烙铁时，首先检查焊头，焊头若出现黑色的氧化物就先

磨掉。上锡的具体方法是：插上电源插头，将电烙铁烧热，刚刚熔化

焊锡时，涂上助焊剂，再用焊锡均匀地涂在烙铁头上，是烙铁头均匀

地涂上一层锡。

(2)焊接时将引脚对应好焊接电路板的焊接位置上，接着先将焊丝

接触然后电烙铁从下至上的较快速的上锡。焊接出来的焊点应该饱满， 略有尖头。 (3)导线焊接：导线焊接前要出去末端绝缘层。导线焊接，搪锡是

关键步骤，尤其多股导线。

(4)焊接时间不宜过长，否则容易烫坏元件，必要时可用镊子夹住管

脚帮忙散热

(5)焊点应呈正弦波峰形状，表面应光亮圆滑，无焊刺，锡量适中。

焊接完成后，再对照电路图检查一遍接线有无错误，若有及时更正，

没有的话就可加电压测试了。加上电压后，若正常工作且符合设计要

求和目的，则电路设计成功，否则继续调试找出问题所在，修正错误

直至达到正常工作且符合设计要求和目的。

6.2 电路的调试

硬件调试一般分为四步骤：

第一个是目测法。只要是检查一些很明显的错误，如电解电容的 电极是否连错、焊点否光亮饱满无虚焊，用万用板连的线是否连好了、 焊盘有否脱落。对单片机应用系统中所用的器件与设备，要仔细核对 型号，检查它们对外连线(包括集成芯片引脚)是否完整无损。通过 目测查出一些明显的器件、设备故障并及时排除。

第二个是万用表测试。。先用万用表复核目测中认为可疑的连接或

接点，检查它们的通断状态是否与设计规定相符。再检查各种电源线 与地线之间是否有短路现象，如有再仔细查出并排除。

第三个是上电检查。首先检查所有插座或器件的电源端是否有符

合要求的电压，接地端电压是否接近于零，接固定电平的引脚端是否 电平正确。在对各芯片、器件加电过程中，是否出现打火、过热、变 色、冒烟、异味的现象。如出现这些现象，应立即断电，仔细检查电