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1、精品学习资源2021 届）专科毕业设计基于单片机数字秒表设计学院的毫微差距，也打算着冠军的归属；在现在的体育竞技竞赛中，随着运动员的水平不断提高，差距也在不断缩小；有些运动对时间精度的要求也越来越高，有时竞赛冠亚军之间的差距只有几毫秒，因此就需要高精度的秒表来记录成果；有关计时钟表的进展历史，大致可以分为三个演化阶段；一、从大型钟向小型钟演化；二、从小型钟向袋表过渡；三、从袋表向腕表发展；每一阶段的进展都是和当时的技术创造分不开的；1088 年，当时我国宋朝的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的装置；它以水力作为动力来源，具有科学的擒纵机欢迎下载精品学
2、习资源构，虽然几十年后毁于战乱，但它在世界钟表史上具有极其重要的意义；1656 年，荷兰的科学家惠更斯应用伽利略的理论设计了钟摆，其次年，在他的指导下年轻钟匠 S.Coster 制造胜利了第一个摆钟； 1675 年，他又用游丝取代了原始的钟摆，这样就形成了以发条为动力、以游丝为调速机构的小型钟，同时也为制造便于携带的袋表供应了条件；18 世纪期间创造了各种各样的擒纵机构，为袋表的进一步产生与进展奠定了基础；英国人 George Graham在 1726 年完善了工字轮擒纵机构，它和之前创造的垂直放置的机轴擒纵机构不同，所以使得袋表机芯相对变薄；20 世纪初，特殊是第一次世界大战的爆发，袋表已经
3、不能适应作战军人的需要， 腕表的生产成为大势所趋；很多新的设计和技术也被应用在腕表上，成为真正意义上的带在手腕上的计时工具；紧接着的二战使腕表的生产量大幅度增加，价格也随之下降，使一般大众也可以拥有它；腕表的岁月到来了！1998 年：建立超冷铯原子钟，比微微秒又要精确10 万倍；从我国水运仪像台的创造到现在各国都在研制的原子钟这几百年的钟表演化过程中，我们可以看到，各个不同时期的科学家和钟表工匠用他们的聪慧的聪慧和不断的实践融合成了一座时间的隧道，同时也为我们勾画了一条钟表文化和科技进展的轨 迹；本设计利用 AT89C52 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；利用中断系统
4、使其能实现开头暂停的功能；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，分别实现开头、暂停、清零和查看上次时间的功能；显示电路由五位共阴极数码管组成；初始状态下计时器显示 00.000，当按下开头键时，外部中断INT1 向 CPU 发出中断恳求， CPU 转去执行外部中断 1 服务程序，即开启定时器T0；计时采纳定时器 T0 中断完成，定时溢出中断周期为1ms，当一处中断后向 CPU 发出溢出中断恳求，每发出一次中断恳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
5、；在计时过程中，只要按下暂停键，外部中断INT0 向CPU 发出中断恳求， CPU 转去执行外部中断 0 服务程序 ,即关闭定时器 T0，调用显示程序，实现暂停功能，同时将此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；等待下一次计时开头；在按下暂停键时，将此时的计时时间存入中间缓存区，当再次按下开头键时，就欢迎下载精品学习资源讲中间缓存区的数据转入最终缓存区；秒表停止后对查看键 P2.5 进行扫描， P2.5 按下为低电平常，调用最终缓存区的数据进行显示，即显示上一次计时成果；当 P2.5 位高电平常，调用显示缓存区的数据进行显示，即显示当此计时的成果；依据
6、以上设计思路从而实现数字电子秒表的计时和查看上一次计时时间的功能；本文主要内容包括三部分：第一部分介绍硬件部分设计思路及方案；其次部分介绍了软件部分的设计思路和设计；最终一部分就是整个系统的安装与调试过程；第 1 章硬件设计1.1 总体方案的设计数字电子秒表具有显示直观、读取便利、精度高等优点，在计时中广泛使用；本设计用单片机组成数字电子秒表，力求结构简洁、精度高为目标；设计中包括硬件电路的设计和系统程序的设计；其硬件电路主要有主掌握器，计时与显示电路和回零、启动和停表电路等；主掌握器采纳单片机AT89C52，显示电路采纳共阴极 LED 数码管显示计时时间；本设计利用 AT89C52 单片机的
7、定时器 / 计数器定时和记数的原理，使其能精确计时；利用中断系统使其能实现开头暂停的功能；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，分别实现开头、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的要求是正确性，其次是布局合理，最终在正确性和布局合理的前提下力求美观；硬件电路图依据图1.1 进行设计；五位数码管AT89C52单片机掌握器掌握开关位驱动图 1.1 数字秒表硬件电路基本原理图依据要求知道秒表设计主要实现的功能是计时和显示；因此设置了四个按键和五位数码管显示时间，三个按键分别是开头，停止、复位和查看上次
8、计时时间按键；利欢迎下载精品学习资源用这四个建来实现秒表的全部功能，而五位数码管就能显示最多99.999 秒的计时；本设计中，数码管显示的数据存放在内存单元79H 7DH 中；其中 79H 存放毫秒位数据， 7AH 存放十毫秒位数据， 7BH 存放百毫秒位数据， 7CH 存放秒位数据， 7DH 存放十秒位数据，每一地址单元内均为十进制BCD 码；由于采纳软件动态扫描实现数据显示功能，显示用十进制BCD 码数据的对应段码存放在ROM 表中；显示时，先取出 79H-7dH 某一地址中的数据，然后查得对应的显示用段码，并从P0 口输出， P2 口将对应的数码管选中供电，就能显示该地址单元的数据值；最
9、终缓存区就设置为 59H-5DH，数据存放规章和 79H-7DH 一样；分别对应存放毫秒位至十秒位数据；与 79H-7DH 储备区不一样的是： 59H-5DH 储备的内容为数字秒表上一次计时显示的时间；而 79H-7DH 为当前计时时间储备区；计时采纳定时器 T0 中断完成，定时溢出中断周期为 1ms，当一处中断后向 CPU 发出溢出中断恳求，每发出一次中断恳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；再看按键的处理；这四个键可以采纳中断的方法，也可以采纳扫描的方法来识别；复位键和查看主要功能在于数值复位和查询上次计时时间，对于时间
10、的要求不是很严格；而开头和停止键就是用于对时间的锁定，需要比较精确的掌握；因此可以对复位和查看按键实行扫描的方式；而对开头和停止键采纳外部中断的方式；设计中包括硬件电路的设计和系统程序的设计；其硬件电路主要有主掌握器，显示电路和回零、启动、查看、停表电路等；主掌握器采纳单片机AT89C52，显示电路采纳共阴极 LED数码管显示计时时间，四个按键均采纳触点式按键；1.2 单片机的挑选本课题在选取单片机时，充分借鉴了很多成形产品使用单片机的体会，并依据自己的实际情形，挑选了ATMEL 公司的 AT89S51；ATMEL 公司的 89 系列单片机以其杰出的性能、完善的兼容性、快捷便利的电擦写操作，低
11、廉的价格、超强的加密功能，完全替代87C51/62 和 8751/52，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、军品级等多种温度等级，是当今世界上性能最好、价格最低、最受欢迎的八位单片机3；AT89C52P 为 40 脚双列直插封装的 8 位通用微处理器，采纳工业标准的C51 内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控欢迎下载精品学习资源制；功能包括对会聚主 IC 内部寄存器、数据RAM 及外部接口等功能部件的初始化， 会聚调整掌握，会聚测试图掌握，红外遥控信号IR 的接收解码及与主板CPU 通信等；单片机的
12、外部结构AT89S52 单片机采纳 40 引脚的双列直插封装方式；图1.2 为引脚排列图， 40 条引脚说明如下：主电源引脚 Vss和 VccVss 接地Vcc 正常操作时为 +5 伏电源外接晶振引脚 XTAL1 和 XTAL2XTAL1 内部振荡电路反相放大器的输入端，是外接晶体的一个引脚；当采纳外部振荡器时，此引脚接地；XTAL2 内部振荡电路反相放大器的输出端；是外接晶体的另一端；当采纳外部振荡器时，此引脚接外部振荡源；图 1.2单片机引脚图欢迎下载精品学习资源掌握或与其它电源复用引脚 RST/VPD ，ALE/ PROG ， PSEN和 EA /Vpp RST/VPD 当振荡器运行时，
13、在此引脚上显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 向内部供应备用电源，以保持内部 RAM 中的数据；ALE/ PROG 正常操作时为 ALE 功能答应地址锁存）供应把地址的低字节锁存到外部锁存器， ALE 引脚以不变的频率 振荡器频率的 1/6）周期性地发出正脉冲信号；因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的；但要留意，每当拜访外部数据储备器时，将跳过一个 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，此引脚接收编程脉冲 PROG 功能
14、） PSEN外部程序储备器读选通信号输出端，在从外部程序储备取指令或数据）期间， PSEN在每个机器周期内两次有效； PSEN同样可以驱动八 LSTTL 输入； EA /Vpp、 EA /Vpp 为内部程序储备器和外部程序储备器挑选端；当EA /Vpp 为高电平常，拜访内部程序储备器，当EA /Vpp 为低电平常，就拜访外部程序储备器；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）是一个 8 位
15、漏极开路型双向I/O 口，在拜访外部储备器时， 它是分时传送的低字节地址和数据总线，P0 口能以吸取电流的方式驱动八个LSTTL 负载；P1 口四个 LSTTL 负载； P2 口四个 LSTTL 负载；P3 口四个 LSTTL 负载6 ；AT89C52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash， 256 字节 RAM ，32 位 I/O 口线，看门狗定时器， 2 个数据指针，三个 16 位定时器 /计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振准时钟电路；另外，AT89C52 可降至 0Hz 静态规律操作，支持2 种软件可挑选节电模式；闲暇模式下， CPU 停止工作，答应 R
16、AM 、定时器 /计数器、欢迎下载精品学习资源串口、中断连续工作；掉电爱护方式下， RAM 内容被储存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止； CPU 是单片机的核心部件；它由运算器和掌握器等部件组成 2；1） 运算器运算器的功能是进行算术运算和规律运算；可以对半字节 4 位）、单字节等数据进行操作；例如能完成加、减、乘、除、加 1、减 1、BCD 码十进制调整、比较等算术运算和与、或、异或、求补、循环等规律操作，操作结果的状态信息送至状态寄存器；89C52 运算器仍包含有一个布尔处理器，用来处理位操作；它是以进位标志位 C 为累加器的，可执行置位、复位、取反、等于
17、1 转移、等于 0 转移、等于 1 转移且清 0 以及进位标志位与其他可寻址的位之间进行数据传送等位操作，也能使进位标志位与其他可移位寻址的位之间进行规律与、或操作5；2） 程序计数器 PC程序计数器 PC 用来存放即将要执行的指令地址，共16 位，可对 64K 程序储备器直接寻址；执行指令时， PC 内容的低 8 位经 P0口输出，高 8 位经 P2口输出；，一般多采纳并行接口，对单片机的接口要求较高，占用资源多；另外， AT89S52 单片机本身无特地的液晶驱动接口；而数码管作为一种主动显示器件，具有亮度高、响应速度快、防潮防湿性能好、温度特性极性、价格廉价、易于购买等优点，而且有远距离视
18、觉成效，很 适合夜间或是远距离操作；因此，本设计的显示电路采纳 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；由于本设计需要采纳五位数码管显示时间，假如静态显示就 占用的口线多，硬件电路复杂；所以采纳动态显示；段驱五位数码管AT89C52动位驱动图 1.3显示电路基本原理图动态显示是一位一位地轮番点亮各位数码管，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 口掌握；各位的公共阴极位选线由另外的I/O 口线掌握；动态方式显示时，各数码管分时轮番选通，要使其稳固显示必需采纳扫描方式，即在某一时刻只选通一位数码管，并送出相应的
19、段码，在另一时刻选通另一位数码管，并送出相应的段码，依此规律循环，即可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的时刻分别显示，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；数码显示管分为共阳数码管和共阴数码管两种共阳极数 码管 的 8 个发光二 极管 的阳极 二极 管正 端）连 接在一起 ， 如图1.4b），通常，公共阳极接高电平一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出端； 当某段驱动电路的输出端为低电平常，就该端所连接的字段导通并点亮，依据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符；此时，要求段驱动电路能吸取额定的段导通电流，仍需依据外接电源及额定段导通
20、电流来确定相应的限流电阻；共阴极数码管的8 个发光二极管的阴极 二极管负端）连接在一起，如图c），通常，公共阴极接低电平 一般接地），其它管脚接段驱动电路输出端，当某段驱动电路欢迎下载精品学习资源图 1.4 a ）数码管引脚图 b ）共阳极内部结构图 c）共阴极内部结构图本设计采纳共阴极数码显示管做显示电路，由于采纳的是共阴的数码显示管，所 以只要数码管的 a、b、c、d、e、f 、g、h 引脚为高电平，那么其对应的二极管就会发的输出端为高电平常，就该端所连接的字段导通并点亮，依据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符；此时，要求段驱动电路能供应额定的段导通电流，仍需依据外接电源及额定段导通
21、电流来确定相应的限流电阻；光，使数码显示管显示09 的编码见表 1.1；表 1.1共阴极数码显示管字型代码字型共阴极代码字型共阴极代码03FH56DH106H67DH25BH707H34FH87FH466H96FH动态显示电路由显示块、字形码驱动模块、字位驱动模块三部分组成；如图1.3 所示为本系统的 5 位 LED 动态显示器接口电路；图中， 5 个数码管的 8 段段选线分别与外接上拉电阻的单片机 P0 口对应相连，而 5 个数码管的位掌握端就和NPN 型三极管的集电极相连接；单片机的P2.0P2.4 口就分别对应数码显示管的最低位到最高位， P2.0P2.4 口分别和五个 NPN 型三极管
22、的基极相连，做三极管导通的掌握端，而NPN 型三极管选用 9013 型三极管；依据9013 的资料显示：其耐压值为40V，最大功率为0.65W，最大电流为 0.5A ，电气性能完全满意本设计的要求；另外数码管显示是采纳欢迎下载精品学习资源动态显示，所以对三极管的开关频率有肯定的要求；依据电子秒表的设计运算可知动态显示的频率最高为 3KHz ，而 9013 的导通频率为 150MHz ，完全能满意本设计的要求，所以最终选取 9013三极管最为位掌握开关；由于数码管是有P0 口来驱动，它内部没有上拉电阻，作为输出口时驱动才能比较弱，不能点亮数码显示管，因此P0 口必需接上拉电阻来提高驱动才能；另外
23、一位共阴数码管的驱动电流一般为20mA 左右，假如电流太大简洁造成数码管损坏，所以也需要依据电源的电压值来确定上拉电阻的大小；假如电阻过小，势必会形成灌电流过大，造成单片机IO 的损坏，假如电阻过大，那么对拉电流没有太大的影响；电源供电电压为 5V ，当上拉电阻选用 220电阻时灌电流为 22mA ；不会损坏单片机的 I/O 口， 同时也可以为数码显示管起到限制电流的爱护作用；1.4 按键电路的挑选与设计本设计中有四个按键，分别实现开头、暂停、复位和查看功能；这三个键可以采纳中断的方法，也可以采纳查询的方法来识别；对于复位键和查看键，主要功能在于数值复位和对上次计时时间的查看，对于时间的要求不
24、是很严格，而开头和暂停键主要用于时间的锁定，需要比较精确的掌握；因此可以考虑，对复位键和查看键采纳查询的方式，而对于开头和暂停键采纳外部中断；四个按键均采纳低电平有效，具体电路连接图如图 1.5 所示；当按键没有按下时，单片机的I/O 口直接连接电源，因此需要接上拉电阻来进行限流，本设计中选取阻值为2k 的电阻作为上拉电阻，依据运算可知此时的灌电流为2.5mA，查看 AT89C52 的资料得知次电流在安全范畴内，符合安全设计要求；欢迎下载精品学习资源VCC开头P3.3INT1暂停P3.2INT0复位P1.1查看P2.5图 1.5按键电路按键电路中由于采纳了外部中断，所以需要用到P3 口的其次功
25、能； P3 口引脚的其次功能如表 1.2表 1.2 P3口引脚其次功能表P3 口引脚特殊功能P3.0RXD串行输入口）P3.1TXD串行输出口）P3.2INT0外部中断 0 恳求输入端）P3.3INT1外部中断 1 恳求输入端）P3.4T0定时器 / 计数器 0 计数脉冲输入端）P3.5T1P3.7RD片内数据储备器读选通信号输出端）1.5 时钟电路的挑选与设计单片机的时钟信号用来供应单片机内各种微操作的时间基准，89S52 片内设有一个由反向放大器所构成的振荡电路，XTAL1和 XTAL2分别为振荡电路的输入和输出 端， 89S52 单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式与外部
26、振荡方欢迎下载精品学习资源式；外部方式的时钟很少用，如要用时，只要将XTAL1接地， XTAL2 接外部振荡器就行；对外部振荡信号无特殊要求，只要保证脉冲宽度，一般采纳频率低于12MHz 的方波信号；时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟信号P1 和 P2 供单片机使用； P1 在每一个状态S 的前半部分有效， P2 在每个状态的后半部分有效；本设计采纳的内部振荡方式，内部振荡方式所得的时钟信号比较稳固，有用电路中使用较多；本设计系统的时钟电路如图1.4 所示；只要依据图1.6 所示电路进行设计连接就能使系统牢靠起振并能稳固运行；图中，电容器C1 、C2 起稳固振荡频率、快速起振的作用，
27、电容值一般为 5 33pF；但在时钟电路的实际应用中肯定要留意正确挑选其大小，并保证电路的对称性，尽可能匹配，选用正牌的瓷片或云母电容，假如可能的话，温度系数尽可能低；本设计中采纳大小为 30pF 的电容和 12MHz 的晶振8；欢迎下载精品学习资源4） 时序图 1.6内部振荡电路欢迎下载精品学习资源AT89S52 典型的指令周期 执行一条指令的时间称为指令周期）为一个机器周期， 一个机器周期由六个状态和b给出了单字节单机器周期和双字节单机器周期指令的时序； 89S52 指令大部分在一个机器周期完成；乘 MUL ） 和除给出了一般单字节双机器周期指令的时序9；1.6 复位电路的挑选与设计关于单
28、片机的置位和复位，都是为了把电路初始化到一个确定的状态，一般来说，单片机复位电路作用是把一个例如状态机初始化到空状态，而在单片机内部，复欢迎下载精品学习资源位的时候单片机是把一些寄存器以及储备设备装入厂商预设的一个值，复位是一个很重要的操作方式；但单片机本身是不能自动进行复位的，必需协作相应的外部电路才能实现；当 AT89C52 单片机的复位引脚RST全称 RESET）显现 2 个机器周期以上的高电平常，单片机就完成了复位操作；假如RST 连续为高电平，单片机就处于循环复位状态，而无法执行程序；因此要求单片机复位后能脱离复位状态；而本系统选用的是12MHz 的晶振，因此一个机器周期为1s，那么
29、复位脉冲宽度最小应为2s；在实际应用系统中，考虑到电源的稳固时间，参数漂移，晶振稳固时间以及复位的牢靠性等因素，必需有足够的余量；依据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位、手动复位；上电复位要求接 通电源后 ， 自动实现复 位操 作 ；80C51 单片机的 上电复 位PORPower On Reset）实质上就是上电延时复位，也就是在上电延时期间把单片机锁定在复位状态上；在单片机每次初始加电时，第一投入工作的功能部件是复位电路；复位电路把单片机锁定在复位状态上并且爱护一个延时记作 TRST），以便赐予电源电压从上升到稳固的一个等待时间；在电源电压稳固之后，再插入一个延时，赐予时钟振荡器从起振到稳固的一个等待时间；在单片机开头进入运行状态之前，仍要至少推迟 2 个机器周期的延时；上述一系列的延时，都是利用在单片机RST 引脚上外接一个RC 支路的充电时间而形成的；典型复位电路如图1.8a）所示，其中的阻容值是原始手册中供应的；在经 历了一系列延时之后，单片机才开头依据时钟源的工作频率，进入到正常的程序运行状态；在电源电压以及振荡器输出信号稳固之后，又等待了一段较长的延时才释放RST 信号，使得 CPU 脱离复位锁定状态；而 RST 信号一旦被释放，立刻在 ALE 引脚上就可检测到连续的脉冲信号 8；图 1.8 上电复位延时电路欢