基于单片机的电子秒表(共29页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上 课程设计(论文)说明书题 目: 基于单片机的电子秒表 院 (系): 信息与通信学院 专 业: 电子信息工程 学生姓名: 学 号: 指导教师: 武小年 职 称: 副教授 2012年 12 月 9 日专心-专注-专业 摘 要 近年来随着科技的飞速发展,单片机的应用正在不断地走向深入。 本设计采用AT89S52单片机、3-8线译码器74LS138芯片、74hc573锁存器以及max232芯片设计了一个数字电子秒表系统,利用定时器/计数定时和计数的原理,结合显示电路、LED数码管以及外部中断电路来设计的计时器;系统使用6位数码管显示;还设置了复位和暂停等按键,方便使用者控制
2、。软件系统采用C语言编程输入程序。本文将软、硬件有机地结合起来,使得系统能够实现6位LED显示,显示时间从秒到小时,计时范围比较广。 关键字: 单片机; 数字电子秒表; LED数码管Abstract In recent years along with the rapid development of science and technology, SCM applications are constantly deepening. In this paper based on singlechip digital electronic stopwatch design. This desig
3、n is mainly characterized by the use of 6 digital tube display, in seconds, while the precision is not very high, but solves the stopwatch is cumbersome, and the design is also provided with a reset and pause button, convenient for users to control. The design of the digital electronic stopwatch sys
4、tem using AT89S52 microcontroller as the center device, using the timer / counter timing and counting principles, combined with the display circuit, the LED digital tube as well as the external interrupt circuit to design the timer. The software and hardware combination, so that the system can achie
5、ve 6 LED display, display the time from seconds to hours, a relatively wide range of timing. The software system adopts C language programming input program. The hardware also used 3-8 line decoder 74LS138 chip, 74hc573 latch and an MAX232 chip. Key word: SCM; Digital electronic stopwatch; LED Digit
6、al tube目 录引言.11 电子秒表的工作原理.11.1 电子秒表简介.11.2 电子秒表的工作原理.12 硬件设计.22.1 键盘模块.22.2 控制模块.32.3 显示模块.83 软件设计.113.1 秒表设计流程.113.2 延时模块.123.3 中断模块.134 电子秒表的制作与调试分析.144.1 使用protel99se软件设计电路图.144.2 电路板的制作 .154.3 电路板的调试与分析.155 结束语.16谢辞.17参考文献.18附录.19引言 随着时代的发展与进步,人们对时间的要求越来越高,需要计时的也越来越多;现在的很多体育赛事都需要用到秒表。在实际生活中秒表分为指
7、针式和数字式两种,而后者具有更高地精确度和更好地直观性,在生活中被广泛应用。电子秒表是一种较先进的电子计时器,目前国产的电子秒表一般都是利用石英振荡器的振荡频率作为时间基准,采用6位液晶数字显示时间。电子秒表的使用功能比机械秒表要多得多。 现在高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器,由于电子计时器采用了石英技术,因此走时精度高,稳定性好,使用方便,不需要经常调试,数字式电子钟用集成电路计时,译码代替机械式传动,用LED显示器代替指针显示进而显示时间,减小了计时误差,这种表具有时、分、秒显示时间的功能,还可以进行时和分的校对,片选的灵活性好。使用起来也比较方便。电子秒表是一种较先进的电子计
8、时器,它能精确的记录所用的时间,广泛应用于各类需要计时的比赛中;特别是最近这几年,随着科技的发展,各种运动对时间的要求不断地提高,秒表也越来越广泛地应用在各类比赛中。1 电子秒表1.1 电子秒表简介电子秒表是一种较先进的电子计时器,目前国产的电子秒表一般都是利用石英振荡器的振荡频率作为时间基准,采用6位液晶数字显示时间。电子秒表的使用功能比机械秒表要多得多。它不仅能显示分、秒,还能显示时、日、月及星期,并且有1l00s的功能。一般的电子秒表连续累计时间为59min 59.99s,可读到1l00s,平均日差0.5s。电子秒表是一种较先进的电子计时器,它能精确的记录所用的时间,广泛应用于各类需要计
9、时的比赛中;特别是最近这几年,随着科技的发展,各种运动对时间的要求不断地提高,秒表也越来越广泛地应用在各类比赛中。1.2 电子秒表的工作原理 (1)电子秒表的系统设计是利用单片机的定时器功能,在周期的时间内产生中断来执行既定的程序,单片机AT89S52共有3个定时器,本系统采用了定时器1的工作模式1:此工作模式中,计数寄存器由16位组成,此时TH1、TL1都作为8位计数器使用,工作原理为:TL1计数溢出向TH1进位,TH1计数溢出时置位TF1=1,并向CPU申请中断,最大的计数值为216 =65536 (2)系统采用的晶振频率为fosc =12MHz,机器周期为Tcy =1us ,定时范围为1
10、65536us。定时器的定时时间T为:T= NTcy =(216 - X)Tcy计数器的计数值为: N=216 - X=65536-X,X为预置初值,计数范围为165536.(3)系统采用了两个分频信号,以完成定时,采用预置初值为:TH1=0xd8,TL1=0xf0;定时时间为0.01us ;因此累积10次计时达到0.1us,累积100次计时达到1s,刚好达到系统要求。(4)系统采用键盘扫描的方式,来判断键盘是否被按下。系统共采用两个按键,start 启动与暂停键、ret复位清零键,当键被按下,便执行相应的程序。 2 硬件设计硬件框图如图2-1所示:AT89S52键盘模块显示模块5V供电电源
11、图2-1后面要给出这个图和表的题目,下面的图和表类似2.1 键盘模块 在键盘模块上设有3个开关按键,分别为1个开始控制开关,一个暂停控制开关,1个复位控制开关。利用这3个控制开关来实现秒表的计时,暂停和清零的功能。当按下开始开关时,秒表开始工作;当按下暂停开关时,秒表暂停工作,当再次按下开始控制开关时,秒表又接着原来的数据继续计时;当按下复位键控制开关时,秒表恢复到原始状态,又可以进行新一轮的计时。键盘模块原理图如图2-2所示。 图2-22.2 控制模块2.2.1单片机的介绍 单片机全称为单片机微型计算机(Single Chip Microsoftcomputer)。从应用领域来看,单片机主要
12、用来控制,所以又称为微控制器(Microcontroller Unit)或嵌入式控制器。单片机是将计算机的基本部件微型化并集成在一块芯片上的微型计算机。 我国开始使用单片机是在1982 年,短短五年时间里发展极为迅速。1986 年在上海召开了全国首届单片机开发与应用交流会,有的地区还成立了单片微型计算机应用协会,那是全国形成的第一次高潮。截止今日,单片机应用技术飞速发展,我们上因特网输入一个“单片机”的搜索,将会看到上万个介绍单片机的网站,这还不包括国外的。与它相应的专业杂志现在也有很多,比如由单片机界的权威何立民主编的单片机与嵌入式系统应用杂志现以风靡电子界,在2003年7月,(91 猎头网
13、)在上海、广州、北京等大城市所做的一次专业人才需求报告中,单片机人才的需求量位居第一。一块小小的片子,为何有这样的魔力?我们首先从它的构成说起:单片机,亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、输入/输出端口(I/0)等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。计算机的产生加快了人类改造世界的步伐,但是它毕竟体积大。微计算机(单片机)在这种情况下诞生了,它为我们改变了什么?纵观我们现在生活的各个领域,从导弹的导航装置,到飞机上各种仪表的控制,从计算机的网络通讯与数据传输,到工业自动化过程的实时控制和数据处理,以及
14、我们生活中广泛使用的各种智能IC 卡、电子宠物等,这些都离不开单片机。以前没有单片机时,这些东西也能做,但是只能使用复杂的模拟电路,然而这样做出来的产品不仅体积大,而且成本高,并且由于长期使用,元器件不断老化,控制的精度自然也会达不到标准。在单片机产生后,我们就将控制这些东西变为智能化了,我们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路,核心部分只是由人为的写入程序来完成。这样产品的体积变小了,成本也降低了,长期使用也不会担心精度达不到了。所以,它的魔力不仅是在现在,在将来将会有更多的人来接受它、使用它。它通过内部总线把计算机的各主要部件 接为一体,其内部总线包括地址总线、数据总线和控制总线。其中,
15、地址总线的作用是在进行数据交换时提供地址,CPU通过它们将地址输出到存储器或I/O接口;/数据总线的作用是在CPU与存储器或I/O接口之间,或存储器与外设之间交换数据;控制总线包括CPU发出的控制信号线和外部送入CPU的应答信号线等。2.2.2单片机AT89S52AT89S52为 ATMEL 所生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flsah存储器。(一)、AT89S52主要功能列举如下:1、拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash2、晶片内部具时钟振荡器(传统最高工作频率可至 12MHz)3、内部程序存储器(ROM)为 8KB4、内部数据存储器(RAM)为 2
16、56字节5、32 个可编程I/O 口线6、8 个中断向量源7、三个 16 位定时器/计数器8、三级加密程序存储器9、全双工UART串行通道(二)、AT89S52各引脚功能介绍:VCC:AT89S52电源正端输入,接+5V。VSS:电源地端。XTAL1:单芯片系统时钟的反相放大器输入端。XTAL2:系统时钟的反相放大器输出端,一般在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了,此外可以在两引脚与地之间加入一 20PF 的小电容,可以使系统更稳定,避免噪声干扰而死机。RESET:AT89S52的重置引脚,高电平动作,当要对晶片重置时,只要对此引脚电平提升至高电平
17、并保持两个机器周期以上的时间,AT89S51便能完成系统重置的各项动作,使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态,并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序。EA/Vpp:EA为英文External Access的缩写,表示存取外部程序代码之意,低电平动作,也就是说当此引脚接低电平后,系统会取用外部的程序代码(存于外部EPROM中)来执行程序。因此在8031及8032中,EA引脚必须接低电平,因为其内部无程序存储器空间。如果是使用 8751 内部程序空间时,此引脚要接成高电平。此外,在将程序代码烧录至8751内部EPROM时,可以利用此引脚来输入21V的烧录高压(Vpp)。ALE/P
18、ROG:ALE是英文Address Latch Enable的缩写,表示地址锁存器启用信号。AT89S52可以利用这支引脚来触发外部的8位锁存器(如74LS373),将端口0的地址总线(A0A7)锁进锁存器中,因为AT89S52是以多工的方式送出地址及数据。平时在程序执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6,因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。此外在烧录8751程序代码时,此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使用。PSEN:此为Program Store Enable的缩写,其意为程序储存启用,当8051被设成为读取外部程序代码工作模式时(EA=0),会送出此信号以便取得程序代码,
19、通常这支脚是接到EPROM的OE脚。AT89S52可以利用PSEN及RD引脚分别启用存在外部的RAM与EPROM,使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64K的定址范围。PORT0(P0.0P0.7):端口0是一个8位宽的开路汲极(Open Drain)双向输出入端口,共有8个位,P0.0表示位0,P0.1表示位1,依此类推。其他三个I/O端口(P1、P2、P3)则不具有此电路组态,而是内部有一提升电路,P0在当做I/O用时可以推动8个LS的TTL负载。如果当EA引脚为低电平时(即取用外部程序代码或数据存储器),P0就以多工方式提供地址总线(A0A7)及数据总线(D0D7)。设计者必须
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