毕业论文(设计)基于单片机数字式电子秒表电路设计.doc
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1、毕业论文基于单片机数字式电子秒表电路设计基于单片机数字式电子秒表电路设计II摘要时间是工农业生产,国防,人民生活等领域不可缺少的。它涉及到我们工作,生活的各个方面。没有时间人们的一切行为都无法进行。本篇论文是利用单片机(Single chip Microcomputer)AT89C51和接口外围电路8279芯片等组成的时钟和秒表双重功能的电子秒表电路。整个电路由硬件电路和软件程序两部分组成。硬件电路由单片机AT89C51、接口芯片8279等元件组成,它使用元件少,电路结构简单,功能强;软件程序采用汇编语言进行设计,它结构合理,思路清晰,利用中断服务程序对各种事件进行处理,提高微处理器的工作效率
2、。关键词:微处理器 中断 接口电路 数码显示 按键电路Abstract Time is the industry and agriculture production, national defense, and peoples living areas such as indispensable. It involves our work, all aspects of life. Not all the time people are unable to act. This paper is using single-chip Microcomputer chip (your) AT89C
3、51 and interface circuit 8279 peripheral components, such as chip clocks and stopwatch function of electronic stopwatch circuit.The circuit hardware circuit and software program by two parts. The hardware circuit of microcomputer AT89C51, interface chip 8279 etc, it USES components components, such
4、as simple structure, the function is strong, Software design using assembly language, its structure is reasonable, clarity, using an interrupt service routine treatment of various events, improve work efficiency of microprocessors.Keywords: Microcomputer,interrupt,interface circuit,digital display,s
5、witch circuit目录摘要Abstract目录III前言11.设计功能与要求21.1系统功能21.2设计要求2 2.设计构思33.硬件电路原理框图44.硬件电路的设计与实现54.1 AT89C51微处理器介绍54.1.1 AT89C51微处理器的背景54.1.2 AT89C51单片机的功能结构54.1.3 AT89C51单片机的应用64.2 接口芯片的介绍74.2.1 芯片8279的背景74.2.2 芯片8279的功能结构74.2.3 芯片8279的应用84.3 译码器74LS138功能结构94.4总线锁存器74LS373功能结构114.5 按键电路的实现124.6 LED数码显示电路
6、的实现124.7 硬件电路的实现134.7.1 总电路图134.7.2 硬件电路的工作过程135.软件程序的设计与实现155.1 电子秒表主程序设计155.1.1 主程序的设计构思155.1.2 主程序的流程框图185.1.3 主程序的实现195.1.4 键扫描子程序225.1.5 8位LED数码管显示子程序235.2 中断服务程序设计245.2.1 中断的概念245.2.2 中断服务程序的设计构思255.2.3 中断服务程序流程框图265.2.4 中断服务程序实现265.3 软件程序的调试与运行286.直流电源297.总结318.致谢329.参考文献33附图3434前言时间是工农业生产,国防
7、,人民生活等领域不可缺少的。它涉及到我们工作,生活的各个方面。没有时间人们的一切行为都无法进行。本电路是利用单片机和外围接口电路组成的时钟和秒表双重功能的电子秒表电路。它比仅用分立元件构成的电子秒表电路结构更合理、使用元件少、功能更强大等很多优点。整个电路设计分为硬件电路和软件程序两大部分组成。硬件电路由单片机AT89C51(微处理器CPU)、接口芯片8279、8位LED数码管显示电路、按键电路等构成。软件程序由主程序和中断服务程序组成。主程序包括主程序初始化设置、键扫描子程序、8位LED数码管显示子程序等。中断服务程序的主要作用是时钟累计和判别时钟是否已运行带到24小时。利用汇编语言实现软件
8、程序,它与硬件电路的关系最直接。 1.设计功能与要求1.1系统功能数字式电子秒表系统具有毫秒、秒、分、时的累进显示功能(到24小时后自动复零),并可以任意设置时钟初值,即可以在任意时刻开机运行。作为秒表,系统可通过按键开始记录时间,在某一事件结束时,又通过按键使秒表停止运行,并显示该事件经历的时间,要求精确到0.01s(即10ms)。1.2设计要求(1)采用单片机(AT89C51)为核心器件,构成数字式电子秒表系统。(2)用8位LED数码管分别显示时、分、秒、毫秒(显示格式要求为XX、XX、XX、XX)。(3)通过按键,实现下列人机对话功能:按A键,电子秒表开始计时;按B键,输入时钟初值;按C
9、键,时钟清零;按D键,电子秒表停止计时。(4)利用定时器/计数器/作10ms的定时,当定时时间到后,进入中断服务程序,在中断服务程序中实现时钟累进。(5)通过4个按键实现时钟运行,停止等人机对话功能,利用8279芯片连接按键盘和LED数码管,实现时钟的显示。2.设计构思首先,以微处理器AT89C51为核心,利用微处理器的P0端口和P2端口实现数据、地址的传送。由于P0端口无锁存功能,所以P0端在进行地址传送时需加锁存器。因微处理器AT89C51芯片内有程序存储器EPROM 8K和数据存储器RAM 256字节,所以微处理器没有进行外存储器的扩展,直接利用微处理器内部的程序存储器和数据存储器。其次
10、,利用8279是一种通用的可编程的键盘/显示器接口芯片,将8279的8个显示器刷新寄存器输出与8个LED数码显示管的八个引脚a、b、c、d、e、f、g、dp经驱动器74LS244相连。由于是8个LED数码管将8279的SL0-SL3扫描线中三根线SL0-SL2经74LS138译码器产生8个扫描线分别接到八个数码管共阴极控制端。利用经74LS138译码后的8个扫描信号与8279的4个回扫信号RL0-RL3组成具有32个键的键盘。再次,系统软件的主程序,它包括三个部分:第一部分为初始化设置,包括设置堆栈指针、8279初始化、定时器/计数器初始化、显示缓冲区初始化、开中断、定时器/计数器启动等。第二
11、部分是对键盘进行扫描,判断是否键按下,按的是哪一个键,根据不同的按键实现各种人机对话功能;第三部分是实现电子秒表的显示。最后,中断服务程序,它的主要功能是实现时钟累进,以及如何判断是否已到24小时。3.硬件电路原理框图硬件电路由微处理器AT89C51、锁存器、接口电路、LED数码管、按键电路等组成微处理器AT89C51锁存器接口电路82794位LED显示键盘电路图3-1 硬件电路原理框图4.硬件电路的设计与实现4.1 AT89C51微处理器介绍4.1.1 AT89C51微处理器的背景AT89C系列单片机(微处理器)是ATMEL公司1993年开始研制生产的,优越的性能价格比使其成为颇受欢迎的8位
12、单片机。AT89C系列与MCS51系列单片机在软、硬件上相互兼容,但AT89C系列与MCS51系列单片机相比有两大优势:第一,片内程序存储器采用闪速存储器,使程序的写入更加方便;第二,提供了更小尺寸的芯片(AT89C2051/1051),使整个硬件电路的体积更小。AT89C系列单片机有四种型号:AT89C51、AT89C52、AT89C1051、AT89C2051,其中AT89C2051/1051是ATMEL公司AT89C系列的新成员。它的较小的体积、良好的性能价格比倍受青睐,在家电产品、工业控制、计算机产品、医疗器械等应用方面成为用户降低成本的首选器件。4.1.2 AT89C51单片机的功能
13、结构 AT89C51单片机芯片为40个引脚,HMOS工艺制造的芯片采用双列直插(DIP)方式,其引脚示意及功能分类如图4.1所示。它具有如下主要特性:AT89C51与MCS-51兼容;内部带4KB可编程闪速存储器;寿命为1000次擦/写循环;数据保留时间为10年;工作电压范围为2.7V6V;令静态工作频率为0Hz24Hz;1288位内部RAM;32条可编程I/O线;2个16位定时器/计数器;5个两级中断源;可编程全双工串行UART通道;图4.1 AT89C51引脚图4.1.3 AT89C51单片机的应用 在本电路中AT89C51单片机只用到了P0端口和P2端口的一部分,以及中断 (P3.3)、
14、定时器/计数器(P3.5)、读/写状态线(P3.6、P3.7)、复位端RST/VP0(9脚)、ALE/(30脚)允许地址锁存信号端。(29脚)片外程序存储器读选通信号输出端,按高电平;/VPP为访问外部程序存储器控制信号端,按高电平;中断0(P3.2)按高电平;将P0端口与接口芯片8279的8位数据线DB0DB7相连,读/写状态线(/)与接口芯片8279的读/写状态线(/)相连。XTAL1、XTAL2(18、19脚)外接12MHZ的晶体振荡器。4.2 接口芯片的介绍4.2.1 芯片8279的背景8279是一种通用的可编程键盘/显示器接口芯片。它能接收与识别来自键盘陈列的输入数据并完成预处理,还
15、能显示数据和对数码显示器进行自动扫描控制,是实现CPU与键盘、LED数码显示器之间进行信息交换的1种专用接口芯片。8279与MCS51单片机、AT89C51单片机的接口非常简单,因而在单片机应用系统中得到了广泛的应用。4.2.2 芯片8279的功能结构8279芯片有40条引脚,由单一+5V电源供电。它主要由以下几部分组成:I/O控制和数据缓冲器;控制和定时寄存器及定时控制部分;扫描计数器;回送缓冲器与键盘去抖动控制电路;F1F0(先进先出)寄存器和状态电路;显示器地址寄存器及显示RAM;8279的引脚如图4.2所示,下面对引脚名称作简要说明: DB0DB7:双向数据总线。 A0:命令状态或数据
16、选择线。A0=1,表示从DB0DB7线上传送的命令或状态字;A0=0表示为数据。 、:读、写信号线。IRQ:中断请求线。 SL0SL3:扫描线。若用38译码器的话,则扫描线为8选1。 RL0RL7:回送线。内部有上拉电阻,从此线上得到键盘的回扫信号。outA0outA3、outB0outB3:显示器刷新寄存器输出,与扫描线同步。图4.2 8279引脚图4.2.3 芯片8279的应用在本电路中8279接口芯片管理32个键的键盘和8个LED数码显示器,以及8279芯片与AT89C51单片机相连。作为一个外设接口芯片,8279的片选信号由AT89C51的P2.5、P2.6、P2.7这3条地址线经地址
17、译码器译码后得到的(P2.7、P2.6、P2.5=111)。其片内寻址线A0与AT89C51系统的地址线A0相连,此时8279数据口的地址号为FF80H,命令/状态口的地址号为FF82H。8279向AT89C51申请中断的信号,IRQ经反向后与AT89C51的外部中断1的输入端相连。利用扫描线SL2、SL1、SL0再经38译码器74LS138后得到、8个扫描线与8个LED数码管共阴极端相连。、8个扫描线与RL3、RL2、RL1、RL0四个回送线组成32个键编码扫描式工作方式。这种连接方式,10个数字键09与编码相一致,而且功能键的编码也是连续的。这给编制键命令分析程序带来了方便。4.3 译码器
18、74LS138功能结构 38译码器74LS138为一种常用的地址译码器芯片,其管脚图如图4.3所示。其中,G1、2A、2B为3个控制端,只有当G1为“1”且2A、2B均为“0”时,译码器才能进行译码输出。否则译码器的8个输出端全为高阻状态。译码输入端与输出端之间的译码关系表4.1所示。图4.3 74LS138引脚图表4.1 74LS138的译码关系A2A1A0输出有效0000010100111001011101114.4总线锁存器74LS373功能结构74LS373是一种带输出三态门的8D锁存器,其结构示意图如图4.4所示,其引脚示意图如图4.5所示 图4.7 74LS373结构图4.5 74
19、LS373引脚其中:1D8D为8个输入端。1Q8Q为8个输出端。G为数据打入端:当G为“1”时,锁存器输出状态(1Q8Q)同输入状态(1D8D);当G由“1”变为“0”时,数据打入锁存器中。为输出允许端:当=0时,三态门打开;当=1时,三态门关闭,输出呈高阻。4.5 按键电路的实现对于键的识别,采用专用的可编程键盘显示器接口8279,该器件能对数码显示器自动扫描,并能自动识别键盘上闭合键的键号,还能消除键的抖动。这些工作都是由8279自动完成的,并不需要依靠程序来实现。利用扫描线SL2、SL1、SL0再经38译码器74LS138后得到、的行信号与RL3、RL2、RL1、RL0回送线组成32个键
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