单片机简易秒表课程设计报告书.docx

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1、单片机课程设计题 目： 简易秒表系 部：机电工程系专 业：机电一体化班级：094班姓名：三学 号：2023044056指导教师： 富 强名目摘要 .1二绪论 .22.1 单片机的进展 .22.2 MCS-51系列单片机介绍 .4三 设计任务及要求.5四工作原理 .54.1 七段数码管概述 . .54.2 MCS-51的引脚及相关功能 .7五简易秒表电路图 .9六 流程图 .10七源程序 .10八 系统硬件设计 .12九总结 .13十 课程设计心得 .13参考文献 .14 摘要单 片 机 自 7 0 年 代 问 世 以 来 得 到 蓬 勃 发 展 ， 目 前 单 片 机 功 能正 日 渐 完 善

2、 : 单 片 机 集 成 越 来 越 多 资 源 ， 部 存 储 资 源 日 益 丰 富 ， 用 户 不 需 要 扩 充 资 源 就 可 以 完 成 项 目 开 发 ，不 仅 是 开 发 简 单 ，产品 小 巧 美 观 ， 同 时 抗 干 扰 能 力 加 强 , 系 统 也 更 加 稳 定 ， 使 得 它 更加 适 合 工 业 控 制 领 域 ，具 有 更 加 广 阔 的 市 场 前 景 ；提 供 在 线 编 程能 力 ， 加 速 了 产 品 的 开 发 进 程 ， 为 企 业 产 品 上 市 赢 得 宝 贵 时 间 。此 外 单 片 机 具 有 性 能 高 、 速 度 快 、 体 积 小 、

3、 价 格 低 、 稳 定 可 靠 、应用广泛、通 用性强等 突出优点。单 片机 的 设 计 目 标 主 要 是 增 强“ 控 制 ” 能 力 ， 满 足 实 时 控 制 的 需 要 。本 文 的 主 要 容 是 掌 握 各 种 单 片 机 的 结 构 、接 口 、片 上 外 设 的特 点 ，并 利 用 自 行 制 作 的 单 片 机 最 小 系 统 ，完 成 一 个 简 单 应 用 简易 秒 表 的 设 计 与 软 件 及 硬 件 设 计 制 作 ，让 读 者 掌 握 数 字 单 片 机最 小 系 统 的 设 计 及 单 片 机 系 统 的 应 用 方 法 。二 绪论当 前 社 会 信 息 化

4、 建 设 在 各 地 蓬 勃 发 展 ，作为 信 息 发 布 的 终 端显 示 设 备 ， LE D 显 示 屏 己 经 广 泛 应 用 于 工 作 和 生 活 的 各 个 方 面 ， 主 要 用 于 显 示 文 字 、 图 像 、 动 画 等 。 L E D 显 示 屏 的 应 用 涉 及 社 会的很多领域 ， 主要包括 ： 金融证券 、 体育场馆 、 道路交通、 邮 政电 信 、 商 场 购 物 中 心 等 服 务 领 域 的 业 务 宣 传 及 信 息 显 示 。 L ED 是 发 光 二 极 管 的 简 称 (L ig ht Em it ti ng Dio de ) 。 由 于 它 具

5、 有 亮 度高、 响应速 度快、 低电 压、 功耗小 、 耐震惊、 寿 命长等优 点， 使其 成 为 室 外 信 息 显 示 终 端 的 主 要 发 光 器 件 。 L ED 显 示 屏 是 2 0 世纪 9 0 年 代 出 现 的 型 平 板 显 示 器 件 ，由 于 其 亮 度 高 、画 面 清 晰 、颜色明媚，使 它在公众 多媒体显示 领域一枝独 秀，因 此市场 空间巨 大 。 LE D 显 示 屏 的 发 展 可 分 为 以 下 几 个 阶 段 ：第 一 阶 段 为 19 90 年 到 19 9 5 年，主 要是单色和 1 6 级 双色图文屏 。用 于显示 文字和简 单 图 片 ， 主

6、 要 用 在 车 站 、 金 融 证 券 、 银 行 、 邮 局 等 公 共 场 所 ， 作 为 公 共 信 息 显 示 工 具 。 第 二 阶 段 是 1 995 年 到 19 99 年 ， 出 现了 6 4 级 、 2 5 6 级 灰 度 的 双 基 色 视 频 屏 。 视 频 控 制 技 术 、 图 像 处理技术、光纤 通信技术等 的应用将 LE D 显 示 屏 提 升 到 了 一 个 的台 阶 。 LE D 显 示 屏 控 制 专 用 大 规 模 集 成 电 路 芯 片 也 在 此 时 由 国 企业 开 发 出 来 并 得 以 应 用 。 第 三 阶 段 从 19 9 9 年 开 始

7、， 红 、 纯 绿 、纯 蓝 LE D 大量涌 入中国，同 时国企业进 行了深入的 研发工作，使用红、绿、蓝三原色 LE D 生 产 的 全 彩 色 显 示 屏 被 广 泛 应 用 ， 大 量进入体育场 馆、会展中 心、广场等 公共场所， 从而将国的大 屏 幕带 入 全 彩 时 代 。2.1 单片机的进展单 片 机 也 被 称 为 微 控 制 器 M ic ro co nt r ol le r ，是 由于它最早 被 用 在 工 业 控 制 领 域 。单片 机 由 芯 片 仅 有 CP U 的 专 用 处 理 器 进展而来。最早 的设计理念 是通过将大 量外围设备 和 CP U 集 成 在 一个

8、芯片中，使 计算机 系 统更小，更 简洁集成进 简单的而 对体积要求 严 格 的 控 制 设 备 当 中 。 IN TE L 的 Z 80 是 最 早 按 照 这 种 思 想 设 计出的处理器 ，从 此以后 ，单 片机和专用 处理器的发 展便分道扬 镳 。单 片 机 又 称 单 片 微 控 制 器 , 它 不 是 完 成 某 一 个 逻 辑 功 能 的 芯 片 ,而 是 把 一 个 计 算 机 系 统 集 成 到 一 个 芯 片 上 。相当 于 一 个 微 型 的 计算机， 和计 算机相比， 单 片机只缺 少了 I/ O 设 备。概括的 讲： 一块 芯 片 就 成 了 一 台 计 算 机 。它

9、 的 体 积 小 、质 量 轻 、价 格 便 宜 、为学习、应用 和开发供给 了便利条件 。同时， 学 习使用单片机 是了解 计 算 机 原 理 与 结 构 的 最 佳 选 择 。单片 机 部 也 用和 电 脑功 能 类似 的模 块 ， 比 如 CPU ， 存 ， 并行总线，还 有和硬盘 作用一样的 存 储 器 件 ，不 同的是 它的这些部 件 性 能 都 相 对 我 们 的 家 用 电 脑 弱 很 多 ，不 过 价 钱 也 是 低 的 ，一般 不 超 过 1 0 元 即 可 . 用 它 来 做 一 些 控 制 电 器 一 类 不 是 很 简单 的 工 作 足 矣 了 。我们 现 在 用 的

10、全 自 动 滚 筒 洗 衣 机 、排烟 罩 、VC D 等 等 的 家 电 里 面 都 可 以 看 到 它 的 身 影 ！. 它 主 要 是 作 为 控 制部 分 的核 心 部 件。 它 是 一 种在 线 式实 时 控 制 计算 机， 在 线 式 就是 现 场 控 制 ， 需要 的是有较强 的抗干扰能 力， 较低的 本钱， 这也是 和 离 线 式 计 算 机 的 比 如 家 用 PC 的 主 要 区 别 。L E D 显 示 屏 可 以 显 示 变 化 的 数 字 、 文 字 、 图 形 图 像 ； 不 仅 可以 用 于 室 环 境 还 可 以 用 于 室 外 环 境 ， 具 有 投 影 仪

11、、电 视 墙 、液 晶显 示 屏 无 法 比 拟 的 优 点 。单 片 机 是 靠 程 序 运 行 的 ，并 且 可 以 修 改 。通 过 不 同 的 程 序 实现不同的功 能，尤 其是 特别的独特 的一些功能 ，这 是别的器 件需要 费 很 大 力 气 才 能 做 到 的 ，有 些 则 是 花 大 力 气 也 很 难 做 到 的 。一个 不 是 很 复 杂 的 功 能 要 是 用 美 国 5 0 年 代 开 发 的 7 4 系 列 ， 或 者 6 0 年月 的 C D4 00 0 系 列 这 些 纯 硬 件 来 搞 定 的 话 ， 电 路 一 定 是 一 块大 PC B 板 ！ 但 是 如

12、果 要 是 用 美 国 7 0 年 代 成 功 投 放 市 场 的 系 列 单片机，结 果 就会有天壤 之别！只 因 为单片机的 通过你编写的 程序可 以 实 现 高 智 能 ， 高 效 率 ， 以 及 高 可 靠 性 ！L E D 之 所 以 受 到 广 泛 重 视 而 得 到 迅 速 发 展 ， 是 与 它 本 身 所 具有 的 优 点 分 不 开 的 。这些 优 点 概 括 起 来 是 ：亮度 高 、工作 电 压 低 、功耗小、 小 型化、 寿命 长、 耐冲击 和性能稳定 。 L E D 的 发 展 前 景极为宽阔， 目前正朝着 更高亮度、更高耐气候性 、更高的发 光密度 、 更 高 的

13、 发 光 均 匀 性 ， 可 靠 性 、 全 色 化 方 向 发 展 。2.2 MCS-51 系列单片机介绍单 片 机 的 全 称 是 单 片 微 型 计 算 机 Si ng leC h ip M i cr oc om pu te r 。为 了 使用便利，它 把组成计 算机的主要功 能部件： 中心处 理器 C P U 、 数据存储 器 R AM 、 程序存储器 R OM 、E P RO M、 E 2P RO M 或 F L AS H 、 定时 / 计 数 器 和 各 种 输 入 / 输 出 接 口 电路 等 都 集 成 在 一 块 半 导 体 芯 片 上 ， 构 成 了 一 个 完 整 的 计

14、 算 机 系统。与 通用 的计算机不 同，单 片机 的指令功能 是依据工业控 制的要 求 设 计 ， 因 此 它 又 被 称 为 微 控 制 器 Mi cr oc on tr ol ler 。M C S5 1 系 列 单 片 机 是 美 国 In te l 公 司 于 19 80 年 推 出 的 一 种 8 位单片机系 列。 该系列 的根本型产 品是 80 51 、 8 03 1 和 8 7 51 。 这3 种 产 品 之 间 的 区 别 只 是 在 片 程 序 存 储 器 方 面 。8 05 1 的 片 程 序 存储 器 RO M 是 掩 膜 型 的 ， 即 在 制 造 芯 片 时 已 将

15、应 用 程 序 固 化 进去 ； 80 31 片 没 有 程 序 存 储 器 ； 87 51 部 包 含 有 用 作 程 序 存 储 器 的4 KB 的 EP RO M。 由 于 8 05 1 的 编 程 需 要 制 造 商 的 支 持 ， 8 7 51 的 价格 昂 贵 ， 因 此 80 31 获 得 了 更 为 广 泛 的 使 用 。M C S51 系 列 单 片 机 优 异 的 性 能 / 价 格 比 使 得 它 从 面 世 以 来 就获 得 用 户 的 认 可 。 I n te l 公 司 把 这 种 单 片 机 的 核 ， 即 80 5 1 核 ， 以 出 售 或 互 换 专 利 的

16、 方 式 授 权 给 一 些 公 司 ， 如 A tm el 、 P h il ip s 、A D I 等 。这 些 公司的 这类产品也 被称为 80 5 1 兼 容芯片 ，这 些 80 51 兼 容 芯 片 在 原 来 的 基 础 上 增 加 了 许 多 特 性 。本书 应 用 电 路 中 采 用了 At me l 公 司 的 AT 8 9S 51 芯 片 ， 它 与 MC S5 1 单 片 机 指 令 集 兼 容 ， 同 时 它 的 部 包 含 用 作 程 序 存 储 器 的 4 KB 的 基 于 F LA S H 技 术 的 只 读存 储 器 。 采 用 这 款 芯 片 既 克 服 了

17、采 用 80 3 1 需 要 添 加 外 部 程 序 存储 器 导 致 电 路 复 杂 的 缺 点 ， 又 克 服 了 采 用 87 5 1 导 致 电 路 制 作 本钱 高 的 缺 点 。三 设计任务及要求1 、掌 握 数码管显示 掌握系统的 显示原理，学 习数码管 显示数 字 和 字 符 的 编 程 方 法 .2 、试设计一简易秒表，使得七段符显示管的 a-g 分别接在单片机的 P 口上，输出低电寻常，显示管点亮， 要求从数字“0”显示到数字“9”，延时间隔为 1 秒。四 工作原理4.1 七段数码管概述七 段 数 码 管 是 单 片 机 系 统 中 常 用 的 显 示 器 元 件 ，可以

18、用 来 显示 单 片 机 系 统 的 工 作 状 态 、 运 算 结 果 等 各 种 信 息 。单 个 七 段 数 码 管 的 外 形 如 图 4- 1 所示。七段数码 管有八个 LE D 发 光 二 极 管 分 别 构 成 其 7 个 字 段 和 一 个 小 数 点 ， 通 过 不 同 的 字 段和 小 数 点 亮 灭 组 合 可 以 显 示 数 字 0 9 、 字 符 A F、 H、 L、 P、 R、U 、 Y、 “ ” 符 号 以 及 小 数 点 “ .” 等 图 形 。组 成 七 段 数 码 管 的 八 个 LE D发 光 二 极 管 的 连 接 方 法 通 常 是 将其 其 中 一

19、极 接 在 一 起 形 成 一 个 公 共 极 ，剩下 一 个 极 作 为 个 字 段 的控 制 极 。将 八 个 LE D发 光 二 极 管 的 阳 极 连 在 一 起 构 成 的 公 共 极 的 七段 数 码 管 称 为 共 阳 极 七 段 数 码 管 ，其 部 结 构 如 图 所 示 ，而 将 这 八个 LE D发 光 二 极 管 的 阴 极 连 在 一 起 构 成 的 公 共 极 称 为 共 阴 极 七 段数码管 。要 点 亮共阳极数 码管对应的 字段 ，需 要公 共极接高电 平 ， 同 时 对 应 段 控 制 极 接 低 电 平 ， 同 时 对 应 段 控 制 极 接 高 电 平 。

20、通 常 应 用 中 将 a g 、d p控 制 极 依 次 有 地 位 接 到 高 位 控 制 线 ， 由 此 我 们 可 以 得 到 共 阳 极 、 共 阳 极 数 码 管 的 字 型 码 ， 如 图 6- 1 所示 。让 七 段 数 码 管 对 应 段 可 控 制 极 得 到 表 6 1 中 所 示 的 高 电 平 ， 则 在 数 码 管 上 就 会 显 示 对 应 字 符 ，这是 单 片 机 控 制 七 段 数 码 管 显示 的 核 心 。单 片 机 控 制 单 个 七 段 数 码 管 的 最 简 单 方 法 就 是 直 接 使 用 一个 并 口 的 八 个 I/ 0 引 脚 分 别 接

21、 数 码 管 的 八 个 端 控 制 极 ， 然 后 编 写单 片 机 程 序 通 过 此 并 口 给 数 码 管 对 应 引 脚 提 供 相 应 电 平 ，就可 以在其显示容 了。需 要注 意的是，因 各段的发光 二极管额定电 流一般 为 10 mA 左 右 ， 所 以 需 要 保 护 数 码 管 。共 阳 极 数 码 管共 阴 极 数 码 管字符dpgfedcba字码型dpgf e d cba字型码表 4-1共阳极、 共阴极数码管的字符码表011000000C 0 H001111113 F H101011010F 9 H000001100 6 H201101100A 4 H01100000

22、5 B H300110110B O H000000004 F H4011000019 9 H001011016 6 H5011000109 2 H001001016 D H6110010008 2 H001101107 D H700110001F 8 H001100010 7 H8001101118 0 H000111117 F H9111110019 0 H001100016 F HA011101108 8 H011001117 7 HB001101008 3 H010011007 C HC00110101C 6 H000000103 9 HD00110101A 1 H011111005 E

23、 HE001101018 6 H010001017 9 HF001101008 E H011101017 1 HH001101008 9 H011001007 6 HL00110100C 7 H001101013 8 HP001101018 C H000101017 3 HU00110111C E J001101013 1 HY10000001C I H011001013 E H-101111119 1 H010000004 0 H.01111111B F H100000008 0 H熄灭11111111F F H000000000 0 H图 4-1 七段数码管外形图与引脚图4.2 MCS-5

24、1 的引脚及相关功能40 个引脚按引脚功能大致可分为 4 个种类：电源、时钟、掌握和 I/O 引脚。如右图 电源:注：用万用表测试单片机引脚电流一般为 0v 或者 5v，这是标准的TTL 电平，但有时候在单片机程序正在工作时候测试结果并不是这个值而是介于 0v-5v 之间， 其实这之是万用表反映没这么快而已，在某一个瞬间单片机引脚电流还是保持在0v 或者 5v 的。 时钟：XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 掌握线：掌握线共有 4 根， ALE/PROG：地址锁存允许/片 EPROM 编程脉冲 ALE 功能：用来锁存 P0 口送出的低 8 位地址 PROG 功能：片有

25、EPROM 的芯片，在EPROM 编程期间，此引脚输入编程脉冲。 RST/VPD：复位/备用电源。 RSTReset功能：复位信号输入端。 VPD 功能：在 Vcc 掉电状况下，接备用电源。 EA/Vpp：外 ROM 选择/片 EPROM 编程电源。 EA 功能：外 ROM 选择端。 Vpp 功能：片有 EPROM 的芯片，在 EPROM 编程期间，施加编程电源 Vpp。) I/O 线80S51 共有 4 个 8 位并行 I/O 端口：P0、P1、P2、P3 口，共 32 个引脚。P3 口还具有其次功能，用于特别信号输入输出和掌握信号属掌握总线五 简易秒表电路图六 流程图开头赋初值宏定义运算，

26、查表输出P1 输出数字变量自增运算否Second10是返回开头七 源程序Second EQU 30H；定义变量Second 的存储地址为 30H 单元ORG 0000H；指定程序起始地址为 0000HLJMP MAIN；跳到MAIN 程序段执行ORG 0030HMAIN:MOV Second,#00HNEXT:MOV A,Second MOV DPTR，#TABLEMOVC A, A+DPTR MOV P2,ALCALL DELAYINC Second MOV A,SecondCJNE A,#10,NEXT；指定MAIN 程序段的起始地址为 0030H；给Second 变量赋初值为 00H；将

27、Second 变量放累加器A 中；把TABLE 表的表头地址赋给DPTR，预备查表；用查表法得到字段码；将字段码送到P2 口，显示数字；调用DELAY 延时程序段，实现 1 秒延时；Second 自变量增加 1；将的Second 变量送到累加器A；用CJNE 语句推断累加器 A 中的 Second 变量是否到达 10，假设未到达 10，则返回NEXT 处，显示的Second 变量值LJMP MAINDELAY:MOV R5,#10 D2:MOV R6,#20；假设Second 变量到达 10，则返回START 让其变为零；实现 1 秒延时的延时程序段D1:MOV R7,#248 DJNZ R7

28、,$DJNZ R6,D1 DJNZ R5,D2RET；返回调用DELAY 程序段的语句处TABLE:；共阴极数码管 0-9 字段码表DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,6FHEND；程序完毕八 系统硬件设计一个单片机应用系统的硬件电路设计包含两局部容：一是系统扩展，即单片机部的功能单元，如ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时，必需在片外进展扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。二是系统的配置，即依据系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、A/D、D/A转换器等，要设计适宜的接口电路。系统的扩展和配置应遵循以下原则

29、：1、尽可能选择典型电路，并符合单片机常规用法。为硬件系统的标准化、模块化打下良好的根底。2、系统扩展与外围设备的配置水平应充分满足应用系统的功能要求，并留有适当余地，以便进展二次开发。3、硬件构造应结合应用软件方案一并考虑。硬件构造与软件方案会产生相互影响，考虑原则是：软件能实现的功能尽可能由软件实殃，以简化硬件构造。但必需留意，由软件实现的硬件功能，一般响应时间比硬件实现长，且占用CPU 时间。4、系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配。如选用CMOS芯片单片机构成低功耗系统时，系统中全部芯片都应尽可能选择低功耗产品。5、牢靠性及抗干扰设计是硬件设计必不行少的一局部，它包括芯片、器件选择、去

30、耦滤波、印刷电路板布线、通道隔离等。6、单片机外围电路较多时，必需考虑其驱动力量。驱动力量缺乏时，系统工作不行靠，可通过增设线驱动器增加驱动力量或削减芯片功耗来降低总线负载。7、尽量朝“单片”方向设计硬件系统。系统器件越多，器件之间相互干扰也越强，功耗也增大，也不行避开地降低了系统的稳定性。随着单片机片集成的功能越来越强，真正的片上系统 SoC 已经可以实现，如 ST 公司 PSD32 系列产品在一块芯片上集成了 80C32 核、大容量 FLASH 存储器、SRAM、A/D、I/O、两个串口、看门狗、上电复位电路等等。九 总结单片机是当前流行的掌握技术，使用简洁、功能强大、本钱也很低，对于我们

31、以后的工作有很大用处，这次课设我们用单片机来完成不仅提高了我们对单片机的兴趣，而且使我们所学学问在实际中得到应用，提高了我们的应用力量。课设使用了点阵，我们上课并没有学习这方面的容，通过我们查资料，很快领悟了点阵的使用方法，课设使用了多种软件帮助设计，让我们对设计方法有了进一步了解，而且我们设计了不同的显示容，让我们对点阵的显示有了根本的把握，我们感觉很有成就感。我在这个学期做了一个单片机的小工程，对单片机已经比较生疏，这次课设并没用感觉到很难，我们小组分工明确，各负其责，我主要负责软件的设计与调试。经过我们三个的共同努力，很快便将仿真结果做了出来。作出的结果可能不能让教师格外满足，但我们已经

32、为我们的成果欢呼雀跃了。这只是一次简洁的课设，在实际中的应用还会更难，这都需要我们不断的学习的技术，不断提高自己的应用力量。十 课程设计心得二十一世纪，一个信息的时代。至改革开放以来全国经受了几次全国性计算机普及高等学校的计算机教育进展格外快速，所以学习单片机应用技术是一种必定的要求。很多高校不仅在计算机专业开设了这门课，还在非计算机转业开设了这门课。以前，我们只能在班级听教师讲，实践的时机很少，所以我们只能学到一些理论上的东西。为了适应社会经济和科学技术快速进展及教育教学改革的需要， 依据“以市场需求为导向，以职业技能为本位，以培育应用型高技能人才为中心” 的原则，留意增加认知构造与力量的有

33、机结合。学校在这周为我们安排了为期一周半的单片机应用技术的实训。这次的实训虽然只有短短的一周半时间,可我们学到的却远超过我们寻常一周半所学到的学问。这次的实训以制做一个简易秒表作为主线，融入各种根底学问和实践阅历。再拓展到各种计算机学问。与焊接相比较，连接编程的工作是更大量、更费时间和精力的，也是更重要的。在这次的实训过程中单片机的编程给我留下了深刻的印象。记得刚开头时大家听教师讲似乎很简洁，可当教师让我们每个人自己都动手编时，大家才觉察这也是问题，那也是问题。不过经过教师的屡次讲解、示我们很难完成。现在我们每个人都能编写程序了。通过这一的课程设计，我深刻体会到了单片机应用技术是一门实践性很强

34、的课程。既要把握概念，又要动手实践。通过短短一周半时间，我对单片机应用技术有了更为具体的了解。解决了我以前的很多疑心。在这段时间，我以我最大的力量和端正的态度完成了这门课的实训。因此我将会尽我最大的努力将所学到的学问运用到其它更多的地方进展实践和更好的把握。参考文献1. 单片机原理及应用 文方工业大学 2023 年 5 月2. 电 气 控 制 与 PL C 应 用 桂 香 19 953. 可 编 程 控 制 器 原 理 及 应 用 江 晓 光 20 014. FP O 可 编 程 序 控 制 器 使 用 手 册 源 峰 科 技 发 展 公 司2 0 035. 可 编 程 控 制 器 次 猛2 0 096. PL C 应 用 技 术 徐 国 林20 077. 机 电 控 制 与 PL C铮20 05