(完整版)基于51单片机的数字秒表毕业设计论文

摘要近年来随着科学技术的发展，单片机的应用正在不断走下面还深入。

本文简单阐述了基于单片机的数字秒表的的设计。

本设计的主要特点是计时精度达到0.01秒，是各种体育竞赛的必要设备之一。

本设计的数字秒表采用AT89S52单片机为主要器件，利用其定时器的原理，结合显示电路、LED数码管以及外部外部中断电路来设计计时器。

将软硬件结合起来，使得系统能实现0~99.99秒的计时，计时精度位0.01秒。

硬件系统利用proteus仿真，在仿真中就能观察到系统的实际运行情况。

关键字：单片机数字秒表仿真一硬件设计1、1 总体方案的设计数字秒表具有显示直观、读取方便、精度高等优点，在计时中广泛应用。

本设计中用单片机和数码管组成数字秒表力求结构简单。

设计中包括硬件电路的设计和系统程序的设计。

硬件电路主要有主控制器、控制按钮与显示电路组成。

主控制器采用单片机AT89S52，显示电路采用四位共阴极数码管显示计时时间。

本设计利用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和暂停的功能，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和暂停功能。

设计的基本要求是正确性。

硬件电路按下图进行设计。

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，从而实现启动和暂停。

1.2 单片机的选择本设计在选取单片机时，充分借鉴了许多成型产品使用单片机的经验。

并根据自己的实际情况，选用了ATMEL公司的AT89S52。

ATMEL公司的89系列单片机以其卓越的性能、完善的兼容性、快捷便利的电擦写操作、低廉的价格完全替代了87C5162和875152，低电压、低功耗，有DIP、PLCC、QFP封装，是目前性能最好、价格最低、最受欢迎的单片机之一。

AT89S52为40脚双列直插封装的8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8XC52相同，其主要用于汇聚调整时的功能控制。

功能包括对汇聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，汇聚调整控制，汇聚测试图控制等。

单片机外部结构AT89S52单片机采用40脚的DIP封装，如下所示。

（1）主电源引脚Vss和Vcca、Vss接地b、Vcc正常操作时为+5V接地外接晶振引脚XTAL1和XTAL2a、XTAL1内部振荡电路反相放大器的输出端，是外接晶体的一个引脚。

当采用外部振荡时，此引脚接地。

b、XTAL2内部振荡电路反相放大器的输出端，是外接晶体的的另一端。

当采用外部振荡时，此引脚接外部振荡源。

（2）控制或与其他电源复用引脚a、RSTVPD 当振荡器运行是，在此引脚上出现两个机器周期的高电平（由低到高跳变），将使单片机复位在Vcc掉电期间，此引脚可接上备用电源，由VPD向内部提供备用电源，以保持内部RAM中的数据。

b、ALEPROG 正常操作时为ALE功能（允许地址锁存）提供把地址的低字节锁存到外部存储器，ALE引脚以不变的频率（振荡器频率的16）周期性的发出正脉冲信号。

因此，它可以用作对外输出的时钟，或用于定时目的。

c、PSEN 外部程序存储器读选通信号输出端，在从外部程序存储取指令（或数据）期间，PSEN在每个机器周期内两次有效。

d、EA Vpp 内部程序存储器和外部程序存储器选择端。

当EA Vpp位高电平时，访问内部程序存储器，当EA Vpp为低电平时，则访问外部程序存储器。

对于EPROM编程期间，此引脚上加21VEPROM编程电源（Vpp）。

（3）输入输出引脚P0.0~P0.7，P1.0~P1.7，P2.0~P2.7，P3.0~P3.7。

a、P0口（P0.0~P0.7）是一个8位漏极开路型双向IO口，在访问外部存储器时，它是分时传送的低字节地址和数据总线，P0口能以吸收电流的方式驱动八个LSTTL负载。

b、P1口（P1.0~P1.7）是一个带有内部上拉电阻的8位准双向IO口。

能驱动四个LSTTL负载。

c、P2口（P2.0~P2.7）是一个带有内部上拉电阻的8位准双向IO口，在访问外部存储器时，它输出高8位地址。

P2口可以驱动四个LSTTL负载。

d、P3口（P3.0~P3.7）是一个带有内部上拉电阻的8位准双向IO口。

能驱动四个LSTTL负载。

1.3 显示电路的选择与设计对于数字显示电路，通常采用液晶显示或数码管显示。

对于一般的段式液晶屏，需要专门的驱动电路，而且液晶显示作为一种被动显示，可视性差，不适合远距离观看；对于具有驱动电路和单片机接口的液晶显示模块，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，AT89S52单片机本身没有专门的液晶驱动接口。

而数码管作为一种主动显示器件，具有亮度高、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IO口控制；各位的公共阴极位选线由另外的IO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应，只要每位显示间隔足够短就可以给人同时显示的感觉。

1.4系统总体电路的设计系统总体电路如下图所示AT89S52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IO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。

二软件设计2.1主程序设计本系统程序主要模块由主程序、定时中断服务程序、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大的工作模式，对定时器赋初值，开总中断、两个外部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。

CPU在响应中断时，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。

例如当CPU正在处理一个中断申请时，又出现了另一个优先级比它高的中断请求，这时，CPU就暂停对当前优先级较低的中断源的服务，转去响应优先级比它高的中断请求，并为其服务。

待服务结束，再继续执行原来较低级的中断服务程序。

而当CPU 为级别高的中断服务程序服务时，如果级别低的中断发出中断请求，此时CPU是不会响应的，所以为了避免开始和暂停两个按键中的一个出现没有响应的情况，在进行编程是要注意中断的使用，避免出现中断的嵌套。

合理分配中断对本设计是很重要的。

（1）外部中断0服务程序外部中断0服务程序结合外部P3.2键实现数字秒表的启动功能。

流程如下图所示。

（2）外部中断1服务程序外部中断1服务程序结合外部P3.3键实现数字秒表的停止功能。

流程图如下所示。

（3）定时器T0中断服务程序当T0一处后，向CPU发出中断请求信号。

CPU跳转到定时中断程序执行，具体流程如下。

2.3程序清单#include<reg52.(){TMOD=0x01; 设置定时器为模式1TH0=()256; 给定时器赋定时初值TL0=()%256;EA=1;开中断EX0=1;EX1=1;ET0=1;IT0=1; 设置外部中断位脉冲边沿触发方式IT1=1；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{TR0=1; 开定时器，开始计数}void ex1() interrupt 2 外部中断0{TR0=0; 停止计数}void timer0() interrupt 1 定时器T0溢出中断{TH0=()256; 重装计数初值TL0=()%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++;}}}}}三系统调试Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件，它可以仿真、分析各种模拟器件和集成电路。

该软件的主要特点为：实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合的功能，支持目前主流单片机系统的仿真，提供了软件调试的功能，具有强大的原理图绘制功能。

总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大。

在电子领域中起到了很大的作用，它的出现仿真不需要先焊接电路板，可以先仿真调试通过之后再焊接电路，节省了不少在硬件调试上花费的时间。

打开已经画好的Proteus DSN文件，双击图中的AT89S52芯片，就弹出一个窗口，在program file项中通过路径选择在keil中生成hex文件，双击选中后确定，这样仿真图中的AT89S52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。

系统运行时的情况：四结束语本设计的数字秒表是由AT89S52单片机、共阴极数码管和控制按键等器件组成的，设有四位计时显示。