用定时器计数器设计一个简单的秒表

目录
摘要 (I)
1 Proteus简介 (1)
2 主要相关硬件介绍 (2)
2.1 AT89C52简介 (2)
2.2 四位数码管 (4)
2.3 74LS139芯片介绍 (5)
3 设计原理 (5)
4 电路设计 (6)
4.1 电路框图设计 (6)
4.2 电路模块介绍 (7)
4.2.1 控制电路 (7)
4.2.2 译码电路 (7)
4.2.3 数码管显示电路 (7)
4.3 仿真电路图 (8)
5 设计代码 (8)
6 仿真图 (12)
7 仿真结果分析 (14)
8 实物图 (14)
9 心得体会 (15)
参考文献 (16)
摘要
现在单片机的运用越来越宽泛，大到导弹的导航装置、飞机上各种仪表的控制、计算机的网络通讯与数据传输、工业自动化过程的实时控制和数据处理，小到广泛使用的各种智能IC卡、各种计时和计数器等等。

本次课设我们要设计一个能显示计时状态和结果的秒表，它是基于定时器/计数器设计一个简单的秒表。

本次设计的数字电子秒表系统采用AT89C51单片机为中心器件，利用其定时器/计数器定时和记数的原理，结合显示电路、LED数码管以及外部中断电路来设计计时器。

将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够实现四位LED显示，显示时间为0～99.99秒，计时精度为0.01秒，能正确地进行计时，并显示计时状态和结果。

其中软件系统采用汇编或者C语言编写程序，包括显示程序，定时中断服务，外部中断服务程序，延时程序等，并在keil中调试运行，硬件系统利用PROTEUS强大的功能来实现，简单切易于观察，在仿真中就可以观察到实际的工作状态。

关键词：秒表，AT89C51，proteus，C语言
1 Proteus简介
Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。

是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、A VR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。

在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。

Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：multisim）的功能。

这些功能是：1．原理布图
2．PCB自动或人工布线
3．SPICE电路仿真
4．互动的电路仿真
5．仿真处理器及其外围电路
Proteus拥有丰富的资源，它体现在：
1．Proteus可提供的仿真元器件资源：仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有30多个元件库。

2．Proteus可提供的仿真仪表资源：示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。

理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。

3．除了现实存在的仪器外，Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。

这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。

这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。

4．Proteus可提供的调试手段Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。

这些测试信号包括模拟信号和数字信号。

Proteus不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。

前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示
实验难以达到的效果。

课程设计、毕业设计是学生走向就业的重要实践环节。

由于PROTEUS提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台
随着科技的发展，“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。

它具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。

可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险。

相信在单片机开发应用中PROTEUS也能茯得愈来愈广泛的应用。

2 主要相关硬件介绍
2.1 AT89C52简介
AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。

AT89C52单片机参数如下：
1、兼容MCS51指令系统
2、8kB可反复擦写(大于1000次）Flash ROM；
3、32个双向I/O口；
4、256x8bit部RAM；
5、3个16位可编程定时/计数器中断；
6、时钟频率0-24MHz；
7、2个串行中断，可编程UART串行通道；
8、2个外部中断源，共8个中断源；
9、2个读写中断口线，3级加密位；
10、低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能；
11、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等几种封装形式，以适应不同产品的需求。

AT89C52工作原理与A T89C51单片机工作原理类似，AT89C52为8 位通用微处理器，采用工业标准的C51核，在部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。

功能包括对会聚主IC 部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。

主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。

RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。

VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。

P0~P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（32~39 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能，详细端口分布见图2-1
图2-1 AT89C52端口图
2.2 四位数码管
四位数码管可以分为共阳极与共阴极两种，共阳极就是把所有LED的阳极连接到共同接点com，而每个LED的阴极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点）；共阴极则是把所有LED的阴极连接到共同接点com，而每个LED的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点），如下图2-2所示。

通过控制各个LED的亮灭来显示数字。

图2-2 四位数码管
2.3 74LS139芯片介绍
74LS139 为两个2线－4 线译码器，共有54/74S139和54/74LS139 两种线路结构型式，当选通端（G1）为低电平，可将地址端（A、B）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。

若将选通端（G1）作为数据输入端时，139 还可作数据分配器。

具体的端口图见图2-3
.
图2-3 74LS139引脚图
3 设计原理
利用AT89S52单片机的定时器，使其能精确计时。

利用中断系统使其实现启动、暂停以及复位清零的功能，P0口输出段码数据，P2.0~P2.2连上译码器作为位选，P3.2和P3.3接口的两个按钮分别实现启动/暂停和复位功能。

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。

再看按键的处理。

两个按键采用中断的方法，设置外部中断0和外部中断1位脉冲边沿触发方式，这样一来每当按键按下时便会触发中断，从而实现启动/暂停和复位。

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，P0.0~P0.7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2—4译码器实现位控制。

4 电路设计
4.1 电路框图设计
图4-1 电路设计框图
4.2 电路模块介绍
4.2.1 控制电路
图4-2控制模块
本次课设设计了两个按钮，一个为开始和暂时按钮，另外一个为复位按钮，当按下按钮时，会根据程序中的相应中断程序来实现相关功能。

4.2.2 译码电路
图4-3 2-4译码电路
2-4译码电路通过74LS139芯片来实现译码功能，其中A口接单片机P2.0口，B口接P2.1口，E口接地，Y0~Y3口接数码管的1234口，2-4译码电路实现了对数码的位选功能。

4.2.3 数码管显示电路
图4-4 数码管显示电路
本次显示使用的数码管为八段数码管，共有8八二极管显示单元，其中一个为小数点了，A、B、C、D、E、F、G、DP口接单片机上的P0.0~P0.7口，来进行段选，1~4口接上文的译码电路。

完成对秒表记时的显示。

4.3 仿真电路图
图4-2 仿真电路
5 设计代码
#include<reg52.h>
unsigned int data table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; //显示码值
unsigned int i,j,k,l,count;
char sw=0;
void delay(unisigned int z) //延时程序
{
unsigned int x,y;
for(x=z;x!=0;x--)
for(y=110;y!=0;y--);
}
void main()
{
TMOD=0x01; //设置定时器为模式1 TH0=(65536-1000)/256; //给定时器赋定时初值TL0=(65536-1000)%256;
EA=1; //开中断EX0=1;//打开外部中断0中断
EX1=1;//打开外部中断1中断
ET0=1;//打开T0中断
IT0=1; //设置外部中断位脉冲边沿触发方式IT1=1; //跳变沿触发方式INT1上电平从从高到低的负跳变有效while(1) // 数码显示{
P2=0x03;
P0=table[i];
delay(1);
P2=0x02;
P0=table[j];
delay(1);
P2=0x01;
P0=(table[k]+0x80);
delay(1);
P2=0x00;
P0=table[l];
delay(1);
};
}
void ex0() interrupt 0 //外部中断0 {
sw=!sw; //设置复位
TR0=sw;
}
void ex1() interrupt 2 //外部中断0 {
l=k=j=i=0;
}
void timer0() interrupt 1 //定时器T0溢出中断{
TH0=(65536-1000)/256; //重装计数初值TL0=(65536-1000)%256;
count++; //溢出中断次数加一
if(count==10)
{
count=0;
i++; //溢出10次，0.01s位加一
if(i==10)
{
i=0; //0.01s位到10了，清零，0.1s位加一
j++;
if(j==10)
{
j=0; //0.1s位到10了，清零，1s位加一
k++;
if(k==10)
{
k=0; //1s位到10了，清零，10s位加一
l++;
}
}
}
}
}
6 仿真图
图6-1 开始记时
图6-2 暂停记时
图6-3 复位
7 仿真结果分析
通过以上的分析，我们可知所设计的秒表计时器，可实现记时功能，既可以进行启动记时，也可以通过同一个按键来实现暂停，并能通过复位清零键来使秒表记时器复位，以实现重新记时，在记时到99秒时，秒表会自动清零，需要重新按开始键才可以。

8 实物图
图8-1 单片机实物图
9 心得体会
本次课设要求我们定时器/计数器设计一个简单的秒表，能显示计时状态和结果。

要求进行电路实验或仿真，并使用C语言进行程序的开发。

能力拓展训练使得我们又一次熟悉了已学的C语言和先学的单片机的应用。

通过这次能力拓展使我们的动手能得到了提升，而且学会了独立完成一项任务。

在做这次设计之前，通过查找相关资料，我已经对本次课设有了一定的了解，在查询了大量资料和请教同学之后，我最终能成功的做出本次课设。

但是在做课设的过程中发现有很多知识点没有掌握，基础知识不可缺少，但是一些核心的高层次的知识点更是不可忽视。

在完成课设的过程中没少向同学请教，由此我意识到，任何时候任何事情，闭门造车是不可取的，要一直坚持向周围的师长，同学求教，以取得新的思考途径。

通过这次强化训练基础课程知识的了解。

这次的能力拓展训练主要与C 语言编程和单片机原理等方面的知识，充分锻炼了我运用所学知识解决实际问题的能力。

通过查阅资料，温习课本知识和学习笔记，我深刻领悟到各课程之间的联系，并初步掌握了综合运用课本知识分析问题的方法。

本次简单秒表的设计采用单片机与微机原理编程的方法，实现了秒表Proteus原理图的绘制和仿真，达到了预期目的，完成了设计的任务要求。

这次设计充分检验了我自学的能力。

这次的设计任务涉及到了许多软件方面的知识。

通过查阅资料，我不但巩固了所学的课本知识，而且学会了熟练使用许多软件。

通过这次拓展训练，我也意识到自己的不足，单片机方面的知识对我们工作和学习都非常重要，而我在这方面还存在很多不足，以后还是要多多学习相关知识，虚心请教他人才能取得长足的进步，是自己的专业知识技能更近一步，使自己在以后的学习工作有能力胜任相关的工作要求。

参考文献
[1] 群芳，士军.单片微型计算机与接口技术.电子工业，2010.7.1
[2] 毅刚. 基于Proteus的单片机课程的基础实验与课程设计.人民邮电.2012.4
[3] 薛晓书.单片微机原理及接口技术[M].石油大学2002.3
[4] 朱清慧. Proteus教程.清华大学.2011.6
[5] 郭天祥.新概念51单片机C语言教程.电子工业.2009.1.1
[6] John Byrne,JohnBolton等编著. Proteus. Marvel Comics，2009.5
本科生课程设计成绩评定表
指导教师签字：
年月日。