基于单片机的电子秒表的设计毕业论文.doc

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1、毕业设计（论文）基于单片机的电子秒表的设计姓 名： 学 号： * 班 级： * 指 导 教 师： 所 在 系 部： 信息工程系 二一三年六月毕业论文（设计）开题报告学生姓名 班级*指导教师 学号毕业论文（设计）题目基于单片机的电子秒表的设计随着人们生活水平的不断提高，在电子领域尤其是自动化智能控制领域，传统的分立元件或数字逻辑电路构成的控制系统，正以前所未见的速度被单片机智能控制系统所取代。目前，一个学习与应用单片机的高潮正在工厂、学校及企事业单位大规模地兴起。本设计用AT89C51单片机自制了电子秒表，介绍了其硬件电路及软件编程方法，在实践中体验单片机的自动控制功能。该设计具有实际意义，可以

2、在生活各行各业中得到广泛应用。通过本论文课题的研究，预计达到: 1.通过AT89C51和数码管进行控制，实现秒表的不同时刻的显示。2.通过软件编程、调试来学习更多的软件编程方法。具体安排进度：2013年3月1日3月30日，搜索资料，完成设计方案论证，准备元器件；2013年4月1日4月30日，完成系统软硬件设计及仿真调试；2013年5月1日5月31日，完成论文的撰写，准备答辩。毕业论文（设计）成绩评定指导教师意见刘冰同学的论文设计了基于单片机的电子秒表，预期目标基本实现，有一定的参考价值。论文结构基本合理，条理较为清晰，语言表达比较流畅，格式基本符合规范要求。同意参加毕业论文答辩。答辩专家组意见

3、系专业教学委员会意见摘要本文对当前数字秒表开发与设计进行比较和分析最终确定采用AT89C51单片机实现数字秒表的设计。本设计以AT89C51单片机为核心，采用7位LED数码管显示以及外部中断电路来实现数字秒表的基本功能。本文简单介绍了其系统组成，重点讨论了其硬软件的实现过程，并对其计时精度进行了确定。最后通过对硬件系统的仿真观察其实际运行情况，给我们以直观的认识。关键字：单片机、AT89C51、数码管AbstractIn the era of information, people have been paying more and more attention to computer dat

4、a security than ever before. So study the reasons of the data loss, prevention methods and data recovery technology becomes more and more important . This thesis mainly does researchThis system based on the MCU assembly language for software design, the assembly language and SCM underlying combinati

5、on, make the logic relation of designing program more concise. This program directly in the Keil software compiler, using Proteus simulation debugging, easy to modify the program.Key Words: hard drive, file system, data recovery, data loss, data security. 目 录引 言5第一章 硬件设计51.1.使用硬件介绍：51.1.1硬件电路的设计要遵循以

6、下原则：51.1.2单片机的选择61.1.3管脚说明：81.2显示电路的设计91.3系统总体控制电路的设计10第二章 软件设计112.1主程序设计112.2中断程序设计112.2.1外部中断0服务程序112.2.2外部中断1服务程序142.3源程序代码16第三章 系统调试173.1程序编译173.2程序仿真18第四章 结束语20第五章 致谢21参考文献21引 言在单片机技术日趋成熟的今天，其灵活的硬件电路的设计和软件的设计，使单片机得到了广泛的应用，从小的电子产品到大型的工业控制，单片机都起到了举足轻重的作用。单片机小的系统结构可谓是具有可编程硬件的一个缩影，对我们学习和研究微机系统具有重大意

7、义。本文用AT89C51单片机自制电子秒表，以单片机为核心对硬件和软件的设计做了深入的探索，各部分都实现了其功能。第一章 硬件设计1.1.使用硬件介绍：1.1.1硬件电路的设计要遵循以下原则：(1)在性价比满足应用系统要求的基础上，选择更可靠、更熟悉的单片机，缩短研制周期。(2)尽可能选择较成熟的典型应用电路，以提高系统的可靠性。(3)单片机内部的资源与外部扩展资源应在满足应用系统设计要求的基础上留有余地，为进一步升级和扩展其功能提供方便。(4)应充分结合软件方案统筹考虑硬件结构，通常硬件功能较完善，其相应的软件就简单，但硬件成本较高；而硬件功能略低，其相应的软件就复杂。实际中应尽量以软件替代

8、硬件来降低成本。(5)整个系统的相关器件应尽可能做到性能匹配，如电平、速度的匹配等。(6)充分考虑整个系统的抗干扰设计，如选择具有抗干扰设计的单片机并充分筛选芯片与器件，在电路中采取隔离和屏蔽措施等。根据以上原则，通过分析与比对，我们选用较熟悉的具有内部程序存储器的AT89C51单片机作为主控电路，选用四位共阴极的7段数码管作为显示电路来组成硬件电路。总体设计方案如下所示在硬件电路中，利用AT89C51单片机的定时器作精确的定时，利用数码管对其进行显示；控制按钮利用外部中断0使其实现启动、外部中断1使其实现暂停的功能，设置中断为边沿触发方式，P0口输出段码数据，P2.0P2.1连上译码器作为位

9、选；计时器采用T0中断实现，定时溢出中断周期为1ms，当溢出中断后向CPU发出溢出中断请求，每发出10次中断请求就对10ms位（即最后一位）加一，达到100次就对100ms位加一，以此类推，直到99.99s为止。1.1.2单片机的选择本设计在选取单片机时，在充分查阅资料并对各种单片机有一个初步了解的基础上选用了AT89C51。 AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，

10、与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。下图为AT89C51。1.1.3管脚说明：VCC：供电电压。 GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻

11、的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数

12、据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入

13、）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。1.2显示电路的设计对于数字显示电路而言，通常采用LCD显示或LED显示。对于一般的段式LCD，需要专门的驱动电路，而且可视性差；对于具有驱动电路和单片机接口的LCD显示模块，一般多采用并行接口，对单片机的接口要求较高，占用资源多；另外，AT89C51单片机本身没有专门的LCD驱动接口。而LED数码管作为一种主动显示器件，具有结构简单、亮度高、响应速度快、价格便宜、易于购买等优点，而且有远距离视觉效果，很适合夜间或者远距离操作。因此在本设计中，我们采用7段数码管作为

14、显示介质。数码管显示可以分为静态显示和动态显示两种。由于本设计需要采用四位数码管显示时间，如果静态显示则占用的口线多，硬件电路复杂，所以采用动态显示。动态显示是一位一位地轮流点亮各位数码管，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口控制；各位的公共阴极位选线由另外的I/O口线控制。动态方式显示时，各数码管轮流选通，要使其稳定显示必须采用扫描方式，即在某一时刻只选通一位数码管并送出相应的段码，在另一时刻选通另一数码管，并送出相应的段码，依次规律循环，即可以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时刻分别显示，但由于人眼存在视觉暂留效

15、应，只要每位显示间隔足够短就可以给人同时显示的感觉。数码管的结构及字形码表如下图所示1.3系统总体控制电路的设计系统采用AT89C51单片机为主电路的核心部分，各个电路均与单片机相连，由单片机统筹协调各个电路的运行工作。开始键和暂停键使用了外部中断，所以需要连到单片机的P3.2和P3.3引脚上，这两个I/O口的第二功能是单片机的外部中断0端口和外部中断1端口。显示电路由四位数码管组成，采用动态显示方式，因此有8位段控制和4位位控制，8位段接控制接P0口，P0.0P0.7分别控制数码管的a b c d e f g dp显示，位控制接在P2.0和P2.1两个口，在通过一个24译码器实现位控制。系统

16、总体电路如下图所示第二章 软件设计待硬件电路接线完成后，通常可先编写简单的测试程序对硬件电路进行测试，排除硬件电路设计中存在的错误。然后根据设计任务的要求确定系统程序的整体结构，尽可能采用模块化程序设计的方法，将任务划分为相对独立的功能模块，明确各模块的功能、时间顺序和相互关系，并画出各程序模块的流程图，根据流程图逐一编写程序，最后将各个模块连接成完整的程序。2.1主程序设计本系统程序主要模块由主程序、外部中断0服务程序和外部中断1服务程序组成。其中主程序是整个程序的主体。可以对各个中断程序进行调用。协调各个子程序之间的关系。主程序主要是设置定时器的工作模式，对定时器赋初值，开总中断、两个外部

17、中断以及定时器溢出中断。并设置外部中断为脉冲边沿触发方式。2.2中断程序设计中断是通过硬件来改变CPU的运行方向的。计算机在执行程序的过程中，当出现CPU以外的某种情况时，由服务对象向CPU发出中断请求信号，要求CPU暂时中断当前程序的执行而转去执行相应的处理程序，待处理程序执行完毕后，再继续执行原来被中断的程序。 中断之后所执行的相应的处理程序通常称之为中断服务或中断处理子程序，原来正常运行的程序称为主程序。调用中断服务程序的过程类似于调用子程序，其区别在于调用子程序在程序中是事先安排好的，而何时调用中断服务程序事先却无法确定，因为中断的发生是由外部因素决定的，程序中无法事先安排调用指令，因

18、此，调用中断服务程序的过程是由硬件自动完成的。本方案中用到了三个中断:外部中断0、外部中断1和定时器T0溢出中断。按CPU在响应中断时的处理顺序，先处理高级中断，后处理低级中断，若有多个同级中断时，则应按自然优先顺序处理。2.2.1外部中断0服务程序外部中断0服务程序结合外部P2.0键实现电子秒表的启动功能。流程如下图所示。外部中断0入口启动定时器T0 TR0=1中断返回2.2.2外部中断1服务程序外部中断1服务程序结合外部P2.1键实现电子秒表的停止功能。流程图如下所示。外部中断1入口停止计时TR1=0 中断返回 2.3源程序代码 ORG 00HLJMP MAINORG 000BHLJMP

19、TIME0ORG 0030HMAIN: MOV R0,#0MOV R1,#0MOV R2,#0MOV TMOD,#01HMOV TH0,#3CHMOV TL0,#0B0H SETB EASETB ET0LOOP: LCALL DISJB P3.2, LOOPLCALL DLY10MSJB P3.2, LOOPJNB P3.2, $LCALL KEYAJMP LOOPKEY: INCR2CJNER2,#1,KEY2SETBTR0RETKEY2: CJNER2,#2,KEY3CLRTR0RETKEY3: CJNER2,#3,BACKMOVR0,#0MOVR1,#0MOVR2,#0BACK: RET

20、TIME0： MOV TH0,#3CHMOV TL0,#0B0HINC R0CJNE R0,#20,I_RETMOV R0,#0INC R1CJNE R1,#100,I_RETMOV R1,#0I_RET: RETIDIS: MOVA,R1MOV B,#10 DIV AB MOVDPTR,#TAB MOVP2,#11111101B ACALLSEG7MOV P0,A LCALL DLY1MS MOV A,B MOV P2,#11111110B ACALLSEG7 MOV P0,A LCALL DLY1MSDLY10M：MOV R7,#20D1: MOV R6,#248 DJNZR6,$ DJN

21、Z R7,D1RETDLY1MS:MOVR5,#2D2:MOVR4,#248 DJNZR4,$ DJNZR5,D2 RET SEG7:MOVC A,A+DPTRRETTAB： DB 0C0H,0F9H,0A4HDB0B0H,99H,92HDB82H,0F8HDB80H,90H END第三章 系统调试3.1程序编译（1）输入源程序打开keil软件，输入源程序，输入时应以西文方式输入字母和符号，且中文注释前要加分号。（2）对源程序进行编译和纠错根据自动编译提供的错误信息逐条纠正错误，直至编译信息提示“错误(0)”，编译结束。（3）确定调试方案在调试程序前一定要认真分析源程序，明确各功能程序运行的预

22、期结果。然后结合源程序应达到的结果，确定出如何通过某些关键参数和实验现象检验程序运行结果正确与否。（4）调试程序调试程序时首先要明确程序的具体功能，对程序做认真分析。程序运行后，观察有无显示，时钟是否工作，运行结果是否正确。若运行结果不正确，首先应根据程序运行的实际现象分析判断哪些因素可引起相关故障，再通过调试方法逐一认证和排除。通过反复调试，发现并排除软件与硬件存在的各类问题，以满足系统设计的预期目的。在编译调试通过以后，生成hex文件以待仿真之用。3.2程序仿真对程序的仿真电路分析与实物仿真软件Proteus进行，它可以仿真、分析各种模拟器件和集成电路。在仿真时，我们首先打开已经画好的Pr

23、oteus DSN文件，右键点击图中的AT89C51芯片，就弹出一个菜单，选择添加文件，查找已经生成的hex文件并添加进去，这样仿真图中的AT89C51芯片就已经读取了本设计中的hex文件，然后进行仿真，仿真图如下所示。第四章 结束语本次设计的电子秒表其预期目的基本达到，各项测试结果还比较令人满意，系统设计注重基础，系统的阐述了设计过程。以单片机为核心对硬件和软件的设计做了深入的探索，各部分都实现了其功能。通过本次毕业设计，我从中学习到许多知识，也对以前所学知识进行了巩固，并成功使用了keil、Proteus两款软件，使理论知识系统化、实用化。同时也认识到，作为新时代的大学生，在竞争如此激烈的

24、社会环境里，动手实践和创新能力显得尤为重要，通过这次毕业设计我还发现自己还存在诸多方面的不足。理论知识终究不是实践能力，在实践面前一系列问题就会突然被发现，但是没有扎实的理论知识实践能力就大大削弱，二者可谓缺一不可，要注重理论与实践相结合，并且要认认真真去做每一件事，不要怕麻烦，遇到不懂的问题，就应该积极主动的向老师同学请教，不断提高自己的能力。第五章 致谢首先诚挚的感谢项老师的指导，老师悉心的教导使我得以完成此论文的设计。老师细心给我们讲解了有关论文的各方面主义的事项，还有有关电子秒表讲解，老师在这一方面给了我们很大的帮助，老师还帮我们预先设计了好的电路，有不懂的老师细心的给我们讲解，非常感

25、谢老师。 主要是编程学的不太成功，在老师的细心指导下，然后再加以修改错误，最后完成设计。 这次的毕业设计让我学到了许多东西，让我知道了做什么事都要细心、耐心，一个毕业设计需要许多方面的帮助才能完成，最后再次向所有帮助过我的老师和同学表示感谢。参考文献1 李朝青. 单片机原理及接口技术（第3版）. 北京：北京航空航天大学出版社，20062 赵建领. 51系列单片机开发宝典. 北京：电子工业出版社，2007 3 朱清慧，张凤蕊，翟天嵩，王志奎. Proteus教程电子线路设计、制版与仿真. 北京：清华大学出版社，20084 耿永刚，陶国正. 单片机与接口应用技术. 上海：华东师范大学出版社，2008 5 孙惠芹. 单片机项目设计教程. 北京：电子工业出版社，20096 杨欣，王玉凤，刘湘黔. 电子设计从零开始. 北京：清华大学出版社，20057 余永权. ATMEL89系列单片机应用技术. 北京：北京航空航天大学出版社，2002