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1、精品学习资源二、设计目的：3三、设计内容：4四、课程设计心得体会21五、参考文献22六、课程设计指导老师评审标准及成果评定23附件 1：秒表原理图（实际接线图）24附件 2:仿真图 125附件 3：仿真图 226一、设计题目和要求： 题目三：秒表应用 AT89C51 的定时器设计一个 2 位的 LED 数码显示作为 “秒表 ”：显示时间为 00 99s，每秒自动加 1，设计一个 “开头 ”键，按下 “开头 ”键秒表开头计时；设计一个 “复位 ”键，按下 “复位 ”键后，秒表从0 开头计时；欢迎下载精品学习资源二、设计目的：1. 进一步把握 AT89C51 单片机的结构和工作原理；2. 把握单片
2、机的接口技术及外围芯片的工作原理及掌握方法；3. 进一步把握单片机程序编写及程序调试过程，把握模块化程序设计方法；4. 把握 PROTEUS 仿真软件的使用方法；5. 把握 LED 数码管原理及使用方法；6. 把握定时器、外部中断的设置和编程原理；7. 通过此次课程设计能够将单片机软硬件结合起来，对程序进行编辑，校验；8. 该课程设计通过单片机的定时器/计数器定时和计数原理，设计简洁的计时器系统，拥有正确的计时、暂停、清零、复位功能，并同时可以用数码管显示；欢迎下载精品学习资源三、设计内容：明白 8051 芯片的的工作原理和工作方式，使用该芯片对 LED 数码管进行显示掌握，实现用单片机的端口
3、掌握数码管，显示分、秒，并能用按钮实现秒表起动、停止、清零功能，精确到1 秒；AT89C51 单片机的主要工作特性：内含 4KB 的 FLASH 储备器，擦写次数1000 次；内含 28 字节的 RAM ；具有 32 根可编程 I/O 线；具有 2 个 16 位可编程定时器；具有 6 个中断源、 5 个中断矢量、 2 级优先权的中断结构；具有 1 个全双工的可编程串行通信接口；具有一个数据指针DPTR ；欢迎下载精品学习资源两种低功耗工作模式，即闲暇模式和掉电模式；具有可编程的 3 级程序锁定定位；AT89C51 的工作电源电压为5（10.2） V 且典型值为 5V ,最高工作频率为 24MH
4、z. AT89C51 各部分的组成及功能：振荡器和时钟电路程序储备器14KB数据储备器128 字节两个 16 位定时器计数器CPU中断掌握内部总线总线扩展控制器并行可编程I/O 口可编程串行口外部中断扩展掌握P0 P1 P2 P3RXDTXD1.单片机的中心处理器（CPU ）是单片机的核心，完成运算和操作掌握，主要包括运算器和掌握器两部欢迎下载精品学习资源分；暂存器 2指令指令定时PSEN ALE寄译及EA（ 1） PSWALU运算器运算器主要用来实现算术、规律运算和位操作；其中包括算术和规律运算单元存器码器控A逻LU 、RST片内 ROM地址寄存器PC 增量器B器寄 存ACCC暂 存 器1程
5、 序 计 数器PC制振器荡XTAL1XTAL22.累加器 ACC 、B 寄存器、程序状态字PSW 和两个暂存器等；1 ALU是运算电路的核心，实质上是一个全加器，完成基本的算术和规律运算；算术运算包括加、减、乘、除、增量、减量、BCD 码运算；规律运算包括“与”、“或”、 “异或 ”、左移位、右移位和半字节交换，以及位操作中的位置位、位复位等；暂存器 1 和暂存器 2 是 ALU 的两个输入，用于暂存参加运算的数据；ALU 的输出也是两个：一个是累加器，数据经运算后，其结果又通过内部总线返回到累加器；另一个是程序状态字PSW，用于储备运算和操作结果的状态；累加器是 CPU 使用最频繁的一个寄存
6、器；ACC 既是 ALU 处理数据的来源，又是ALU 运算结果的存放单元；单片机与片外RAM 或 I/O 扩展口进行数据交换必需通过ACC 来进行；B 寄存器在乘法和除法指令中作为ALU 的输入之一，另一个输入来自ACC ；运算结果存于AB 寄存器中；（ 2）掌握器掌握器是识别指令并依据指令性质和谐运算机内各组成单元进行工作的部件，主要包括程序计数器PC、PC 增量器、指令寄存器、指令译码器、定时及掌握规律电路等，其功能是掌握指令的读入、译码和执行，并对指令执行过程进行定时和规律掌握；AT89C51 单片机中， PC 是一个 16 位的计数器，可欢迎下载精品学习资源对 64KB 程序储备器进行
7、寻址；复位时PC 的内容是 0000H.3 储备器单片机内部的储备器分为程序储备器和数据储备器；AT89C51 单片机的程序储备器采纳4KB 的快速擦写储备器 Flash Memory, 编程和擦除完全是电器实现；（ 4）外围接口电路AT89C51 单片机的外围接口电路主要包括：4 个可编程并行 I/O 口,1 个可编程串行口， 2 个 16 位的可编程定时器以及中断系统等；AT89C51 的工作原理：3. 引脚排列及功能AT89C51 的封装形式有 PDIP,TQFP,PLCC 等，现以 PDIP 为例；（ 1） I/O 口线P0 口 8 位、漏极开路的双向I/O 口；当使用片外储备器及外扩
8、I/O 口时， P0 口作为低字节地址 /数据复用线；在编程时，P0 口可用于接收指令代码字节；程序校验时，可输出指令字节；P0 口也可做通用I/O 口使用，但需加上拉电阻；作为一般输入时，应输出锁存器配置1；P0 口可驱动 8 个 TTL 负载；P1 口 8 位、准双向 I/O 口，具有内部上拉电阻；P1 口是为用户预备的I/O 双向口；在编程和校验时，可用作输入低8 位地址；用作输入时，应先将输出锁存器置 1；P1 口可驱动 4 个 TTL 负载；P28 位、准双向 I/O 口，具有内部上拉电阻；当使用外储备器或外扩I/O 口时， P2 口输出高8 位地址；在编程和校验时，P2 口接收高字
9、节地址和某些掌握信号；P38 位、准双向 I/O 口，具有内部上拉电阻；P3 口可作为一般 I/O 口；用作输入时，应先将输出锁存器置1；在编程 /校验时， P3 口接收某些掌握信号；它可驱动4 个 TTL 负载；（ 2）掌握信号线RST复位输入信号，高电平有效；在振荡器稳固工作时，在RST 脚施加两个机器周期以上的高电平，将器件复位；EA/VPP外部程序储备器拜访答应信号EA.欢迎下载精品学习资源当 EA 信号接地时，对ROM 的读操作限定在外部程序储备器，地址为0000H-FFFFH ；当 EA 接 VCC时，对 ROM 的读操作从内部程序储备器开头，并可连续至外部程序储备器；在编程时，该
10、引脚可接编程电压 5V 或 12V ；在编程校验时，该引脚可接VCC ；PSEN片外程序储备器读选通信号PSEN，低电平有效；在片外程序储备器取指期间，当PSEN 有效时，程序储备器的内容被送至P0 口；在拜访外部 RAM 时， PSEN 无效；ALE/PROG低字节锁存信号ALE. 在系统扩展时， ALE 的下降沿将P0 口输出的低8 位地址锁存在外接的地址锁存器中，以实现低字节地址和数据的分时传送；此外，ALE端连续输出正脉冲，频率为晶振频率的 1/6，可做外部定时脉冲使用；（ 3）外部晶振引线XTAL1片内振荡器反向放大器和时钟发生线路的输入端；使用片内振荡器时，连接外部石英晶体和微调电
11、容；XTAL2片内振荡器反相放大器的输出端；当使用片内振荡器时，外接石英晶体和微调电容；4. 储备器组织和特别功能寄存器AT89C51 的储备器将程序储备器和数据储备器分开，并有各自的储备空间和拜访指令；它有4个储备空间：片内储备器、片外储备器、片内数据储备器及片外储备器；欢迎下载精品学习资源4.1 时钟电路和工作时序（ 1） 振荡器电路原理振荡器欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源XTAL1PDRf&Q2Q36欢迎下载精品学习资源2 振荡电路的接法C2NCXTAL2外部振荡器信XTAL1CND号XTAL2XTAL1C1GND欢迎下载精品学习资源4.2 LED 数码管的结构和工作原理LED
12、数码管（ LEDSegment Displays ）是由多个发光二极管封装在一起组成“ 8字”型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极；LED数码管常用段数一般为7 段有的另加一个小数点，仍有一种是类似于3 位“+1”型；位数有半位， 1， 2， 3，4， 5， 6，8， 10 位等等 .， LED 数码管依据 LED 的接法不同分为共阴和共阳两类，明白LED 的这些特性，对编程是很重要的，由于不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的；图2 是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已；颜色有红，绿，蓝，黄等
13、几种； LED 数码管广泛用于外表，时钟，车站，家电等场合；选用时要留意产品尺寸颜色，功耗，亮度，波长等；下面将介绍常用LED 数码管内部引脚图；图 1 这是一个 7 段两位带小数点 10 引脚的 LED 数码管图 2 引脚定义每一笔划都是对应一个字母表示DP 是小数点 .数码管分为共阳极的LED数码管、共阴极的LED 数码管两种；下图例举的是共阳极的LED 数码管，共阳就是 7 段的显示字码共用一个电源的正；led 数码管原理图示意：欢迎下载精品学习资源图 3 引脚示意图从上图可以看出，要是数码管显示数字，有两个条件：1、是要在 VT 端（ 3/8 脚）加正电源； 2、要使（ a,b,c,d
14、,e,f,g,dp 端接低电平或 “0电”平；这样才能显示的；共阳极 LED 数码管的内部结构原理图图4：图 4 共阳极 LED 数码管的内部结构原理图共阴极 LED 数码管的内部结构原理图：图 5 共阴极 LED 数码管的内部结构原理图表 1.1 显示数字对应的二进制电平信号欢迎下载精品学习资源LED 数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数位， 因此依据 LED 数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类；A 、静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动；静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O 口进行驱动，或者使用如BCD 码二 -十进
15、位转换器进行驱动；静态驱动的优点是编程简洁，显示亮度高，缺点是占用 I/O 口多，如驱动 5 个数码管静态显示就需要5840 根 I/O 口来驱动，要知道一个89S51 单片机可用的 I/O 口才 32 个呢；故实际应用时必需增加驱动器进行驱动，增加了硬体电路的复杂性；B 、动态显示驱动：数码管动态显示介面是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将全部数码管的8个显示笔划 a,b,c,d,e,f,g,dp 的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通掌握电路，位选通由各自独立的I/O 线掌握，当单片机输出字形码时，全部数码管都接收到相同的字形码，但到底是那个数码管会显
16、示出字形，取决于单片机对位元选通COM 端电路的掌握，所以我们只要将需要显示的数码管的选通掌握打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮；欢迎下载精品学习资源4.3 设计思路（方案）该试验要求进行计时并在数码管上显示时间，就可利用DVCC系列单片机微机仿真试验系统中的芯片 8032（芯片的功能类似于芯片AT89C51 ，其管脚功能也和AT89C51 的管脚功能类似）中的P3.2 管脚做为外部中断0 的入口地址，并实现 “开头 ”按键的功能；将P3.3 做为外部中断 1 的入口地址，并实现 “清零 ”按键的功能；将P3.0 做为数据信号 DA TA 输入的入口地址；将P3.1 做为时钟信号
17、 CLK 输入的入口地址；定时器T0 作为每秒加一的定时器；定时器T1 作为 “快加 ”键的定时器；其中“开头 ”按键当开关由 1 拨向 0（由上向下拨）时开头计时；“清零 ”按键当开关由 1 拨向 0（由上向下拨）时数码管清零，此时如再拨 “开头 ”按键就又可重新开头计时；4.4 系统总体方案及硬件设计（方案论证、设计、调试及仪器说明）4.4.1 系统总体方案本系统采纳 AT89C51 单片机为中心器件，利用其定时器/ 计数器定时计数的原理，结合硬件电路如电源电路，晶振电路，复位电路和显示电路，以及一些按键电路等来设计计数器，将软硬件有机结合起来，其中软件系统采纳汇编语言编写程序，包括显示程
18、序，计数程序，中断，硬件系统利用Protues强大的功能来实现，简洁易于观看，在仿真中就可以观看到实际的工作状态；欢迎下载精品学习资源4.4.2 硬件电路设计1） 晶振电路MCS-51 单片机内部的晶振电路是一个高增益反相放大器，引用XTAL1 和 XTAL2 分别为反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入和来自反向振荡器的输出，该反向放大器可以配置为片内振荡器；这里，我们选用51 单片机12MHZ的内部振荡方式，电路如下：电容器C1 、C2 起稳固振荡频率，快速起振的作用，C1 和 C2 可以在 20-100PF 之间取值，这里取20PF，接线时要使晶体振荡器X1 尽可能接近单片机；欢迎
19、下载精品学习资源2） 按键部分电路接线在按键电路中，我们可以在 I/O 口上直接按键，或者通过 I/O 口设计一个键盘，然后通过键盘扫描程序判定是否有按键按下等；此系统是一个小系统，有足够的 I/O 口可以使用，为了使程序简化，我们采纳按键电路，用部分 P1 口做开关， P1.0 开头， P1.1 暂停， P1.2 清零， P1.3 复位；欢迎下载精品学习资源3） 显示电路电路显示电路我们采纳的是数码管显示电路；用2 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，依据各二极管的亮灭组合成字符；在用数码管显示时，我们有静态和动态两种挑选
20、，静态显示程序简洁，显示温度，但是占用端口比较多；动态显示所使用的端口比较少，可以节约单片机的I/O 口；在设计中，我们采纳LED 动态显示，用 P0 口驱动显示；由于P0 口的输出极是开漏电路，用它驱动时需要外接上拉电阻才能输出高电平；欢迎下载精品学习资源4.5 软件设计4.5.1 软件设计概述在软件设计中，一般采纳模块化的程序设计方法，它具有明显的优点，把一个多功能的复杂的程序划分成多个简洁的、单一的程序模块，有利于程序的测试和调试，有利于程序的优化和分工，提高了程序的阅读性和牢靠性，使程序的结构一目了然；4.5.2 程序流程图开头T0 中断显示单元清零爱护现场T0 设为 16 位计时器模
21、允 许 T0中秒表调用显示子程序N按键按下 .加 1s 处理Y进入功能程序复原 ,中断返回1）系统主程序流程图2）定时器中断 T0 流程图4.5.3 子程序模块设计1）显示精度为 1 秒程序MAIN:MOVR0,#20 MOVTMOD,#01H MOVTH0,#3CH MOVTL0,#0B0H MOVDPTR,#TABLESETB EA SETB ET02）延时程序 DELAY:；误差 0us欢迎下载精品学习资源MOV R6,#01H DL0:MOV R5,#61H4.6 秒表汇编程序；*；本程序实现秒表从0s 计到 99sK_SBITP1.0；秒表开头掌握位Z_TBITP1.1；秒表暂停掌握
22、位Q_LBITP1.2；秒表清零掌握位F_WBITP1.3；秒表复位掌握位SECONDEQU30HTCNTEQU34HORG00HSJMPSTART ORG0BHLJMPINT_T0START: MOVDPTR,#TABLEMOVSECOND,#0MOVTCNT,#0MOVTMOD,#01HSETBP1.0SETBP1.1SETBP1.2SETBP1.3JBK_S,$；秒表开头掌握位MOVTH0,#3CH；fosc=12MHz, 定时 50 毫秒MOVTL0,#0B0HMOVIE,#82HSETBTR0；*；对秒表的两位显示进行掌握A1:LCALL DISPLAY欢迎下载精品学习资源MOVA,
23、SECONDCJNEA,#99,A1；判定是否加到 99 秒CLEAR:MOVSECOND,#0；*；定时器中断服务程序,对 秒 计数INT_T0:JNBZ_T,ZT；秒表暂停掌握位NEXT:M OVTH0,#3CHMOVTL0,#0B0HINCTCNTMOVA,TCNTCJNEA,#20,RETUNE；计时 1 秒 用#20 INCSECONDMOVTCNT,#0MOVA,SECOND CJNEA,#99,RETUNEMOVSECOND,#0RETUNE:RETI；*；显示掌握子程序DISPLAY:JNBQ_L,CLEAR；秒表清零掌握位JNBF_W,START；秒表复位掌握位MOVA,SE
24、COND；显示秒表的两位MOVB,#10DIVABCLRP3.6MOVCA,A+DPTR MOVP0,ALCALL DELAY SETBP3.6MOVA,BCLRP3.7MOVCA,A+DPTRMOVP2,A；片选信号LCALL DELAY SETBP3.7ZT:JNBK_S,NEXT；秒表暂停掌握位欢迎下载精品学习资源TABLE:DELAY:RET DB DBMOV3FH,06H,5BH,4FH,66H6DH,7DH,07H,7FH,6FH R6,#10D1:MOVDJNZR7,$R7,#250DJNZ RETENDR6,D14.7 Protues 软件仿真Protus 仿真软件可以看做是构
25、建了一个特别的单片机系统，只要将所写程序的HEX 文件导入该单片机系统，就可以它他一句句的执行所写的指令，也可以让它与Keil 实现联调，程序有问题可以随时改，帮忙快速调试程序；欢迎下载精品学习资源四、课程设计心得体会本文主要从软硬件两方面说明设计的总体思路和设计的实现过程，预期的设计目的是：能够实现时钟的基本功能，正常显示分秒.在设计过程中，曾经遇到很多的障碍，设计图经过很多次的修改最终欢迎下载精品学习资源才定下来，但在调试的过程中又显现了问题，需要修改原理图；比如硬件的布局，要作到使连接的线路最短，并不没有想象中的那么简洁；并且对汇编语言有了更深刻的明白；设计过程中遇到程序设计问题，网上找
26、到视频教程学习中断程序的编写，以及查阅C 语言课本得以解决；通过网上视频学习了Proteus，对 Proteus 的运用有了肯定的明白，通过编程对C 语言也学到了不少，更重要的是，更进一步懂得了单片机的功能与用法；在做完设计之后，认真回想这几天来的收成，和同学们相互帮忙，共同进步，也复习了一学期来学过的一些学问；仍有，学会了处理问题的方法，以及更多的耐心和学习的才能；五、参考文献单片机原理及接口技术，高等训练出版社出版，李全钊、迟荣强等 编著；Proteus 教程 电子线路设计、制板与仿真，清华高校出版社出版，朱清慧、张凤蕊、翟天嵩、王志奎编著；基于 Proteus 的 80C51 单片机实例
27、教程，电子工业出版社出版，李学礼主编；51 系列单片机应用与实践教程，北京航空航天高校出版社出版，周向红主编；单片机应用及技术，电子工业出版社欢迎下载精品学习资源单片机原理及应用，基于Proteus 单片机系统设计及应用，何宏、王红君、刘瑞安、张志宏 编著；六、课程设计指导老师评审标准及成果评定评判实际序号评审工程评审指标比例得分工作量、工作量完成情形，论文（设计）难易程度，有表达本专业1工作态度基本训练的内容；工作纪律、作风是否严谨；20%独立查阅文献、调研情形；开题报告完成情形；综合归2调查论证纳、收集和正确利用各种信息的才能；15%欢迎下载精品学习资源试验、设计方案合理、可行；独立操作试
28、验，数据采集、试验、设计方3运算、处理的才能；结构设计、工艺、推导正确或程序运案与试验技能20%行是否牢靠；分析与解决问运用所学学问和技能及猎取新学问去发觉与解决实际问题420%题的才能的才能；对课题进行理论分析的才能，得出结论情形；立论正确，论据充分，结论严谨合理；试验正确，分析、设计（运算）5处理问题科学；结构格式符合论文（设计）要求；文理、说明书质量20%技术用语正确规范；图表完成情形；工作有创新意识；对前人工作有改进、突破，或有特殊见6创 新解及应用价值情形；5%评定成果：100%指导老师签字：2021 年 12 月 12 日附件 1：秒表原理图（实际接线图）欢迎下载精品学习资源附件 2:仿真图 1欢迎下载精品学习资源附件 3：仿真图 2欢迎下载精品学习资源欢迎下载