51单片机课程设计秒表

微控制器技术课程

设计报告

设计题目：秒表

专业：供用电技术

班级：供电141

学号：*********

姓名：***

指导教师：**

设计时间：2016.6.21

微控制器技术课程设计任务书

设计题目：秒表

设计时间：2016.6.20

设计任务：

在单片机开发板或软件仿真，编制程序，实现以下功能

1、利用定时器实现秒表功能，精确到0.1S；

2、数码管显示当前计时时间；

3、设定三个键，计时开始，停止计时和复位清零。

背景资料：1、单片机原理与应用

2、检测技术

3、计算机原理与接口技术

进度安排：

1、第1天，领取题目，熟悉设计内容，分解设计步骤和任务；

2、第3天，规划设计软硬件，编制程序流程、绘制硬件电路。

3、第5天，动手制作硬件电路，或编写软件，并调试。

4、第7天，中期检查。

5、第9天，完善设计内容，书写设计报告。

6、第13天，提交设计报告，整理设计实物，等待答辩。

7、第14天，设计答辩。

目录

一、设计任务和要求 (3)

（1）设计任务 (3)

(2)设计要求 (3)

二、设计方案与论证 (3)

三、单元电路设计与参数计算 (4)

（1）时钟电路 (4)

（2）按钮电路 (4)

（3）显示电路 (5)

（4）单片机 (5)

四、原理图及器件清单 (6)

( 1 )总原理图 (6)

（2）PCB图 (7)

（3）Proteus仿真图 (7)

（4）元器件清单 (8)

五、安装与调试 (8)

（1）安装 (8)

（2）调试 (8)

六、性能测试和分析 (9)

七、结论和心得 (9)

八、参考文献 (9)

题目：秒表

二、方案设计与论证

本设计分为时钟电路、按钮电路、显示电路和单片机四大部分，这些模块中单片机占主控地位。其模块电路如图2-1所示。时钟电路常用的有内部时钟方式和外部时钟方式，但因为本设计中只需要一片单片机，所以采用内部时钟方式比较简单。按钮电路中的“复位”按钮是按键手动复位，它有电平和脉冲两种方式，比较电路的复杂程度，本设计选择了按钮电平复位电路，其他几个按钮则是通过单片机判断高低电平的不同来控制按钮。显示电路所用的数码管有共阴和共阳之分，不管使用何种数码管，P0口作为I/O使用时都是需要上拉电阻才能驱动数码管。另外，因为单片机的4个并行I/O口的输出电流一般是1mA,短路电流为4mA左右，而数码管的最少驱动电流也需要10mA，因而不管在使用共阴数码管时，单片机输出口也必须使用上拉电阻提高输出电流，才能驱动数码管。为了使电路简单化，本设计选用共阳数码管。但根据显示方式的不同选择，我们可以有几种方案：

方案一：使用静态显示方式。静态显示方式下的数码管的显示字符一经确定，相应锁存器锁存的断码输出將维持不变，直到送入另一个字符的断码为止。因而此设计中使用的显示位数使用了三个8位并行I/0口。如果另外想扩展单片机功能，则能使用的输出管脚很是有限。

方案二：使用动态显示方式。这个显示方式是将所有显示位的段码线的相应段并联在一起，由一个8位I/O口控制，而各位的共阴或共阴极分别由相应的I/O线控制，形成各位的分时选通。这种显示方式，简化了硬件电路，特别在多位数码管显示时尤为突出。

本小组尝试了各种方案，在此报告中以静态显示方式为例说明。（动态显示方式省略）

三、单元电路设计与参数计算

注：//单元电路设计中的网络标号的数字即为单片机的管脚//

（1）时钟电路

图3-1

时钟电路如图3-1所示，时钟电路的晶振频率越高，系统的时钟频率越高，单片机的运行速度也就越快。晶振频率根据设计需要设为12MHz，又根据谐振性质，电路中的电容C1、C2选择为30pF左右。该电容的的大少会影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。

（2）按钮电路

图3-2a 图3-2b

A、复位按钮

根据计算容抗的公式

1

X

jwc

以及并联电阻变小的性质，可以知道，当S13断开

时，C3的容抗大，管脚9处的电位U9为电阻R3上的压降，因而U9为低电平，复位键无效。当S13按下时，R2与C3的并联阻抗变小，R3上的压降增大，U9为高电平，复位键有效，实现复位功能。本设计中C3取值22uF，电阻R2取值100欧姆，R3取值1K欧姆。具体电路如图3-2a所示。

B、开始，停止、翻页按钮

电路如图3-2b所示

（3）显示电路

P1口控制显示的是十位，p0口控制显示的是个位，P2口控制显示的是十分位。

不同的数码管显示方式，对应的最适合的共阴或者共阳级的数码管也不同。静态显示的适宜选共阳的数码管，动态显示的适宜选共阴的数码管。如果动态显示方式下选择共阳的数码管，位选端直接用单片机驱动则数码管的亮度不够，因而应该在位选端使用上拉电阻以提高数码管的驱动电流，但因为显示那个的数据段选的数目不同，故而需要用电阻对各段进行限流，以保证显示的每个数据亮度相同。相同情况下，静态显示的数码管的亮度要比动态的亮。

（4）单片机

单片机的程序可用汇编语言也可用C语言，为了提高使用汇编语言的能力，本设计特用了汇编语言了编写程序主程序流程图如下所示，具体程序见电子档。主程序流程图：

四、总原理图及元器件清单 (1)总原理图

程序开始

程序初始化

P1.7=？0

开各中断

P3.3=？0

计五次？

翻页

调用显示子程序

关定时器

复位