基于51单片机的数字秒表设计

单片机系统课程设计

成绩评定表

设计课题：数字秒表

学院名称：电气工程学院

专业班级：自动1204

学生：

学号：

指导教师：王黎

设计地点：31-630

设计时间：2013-12-29～2013-1-9

单片机系统

课程设计

课程设计名称：数字秒表

专业班级：自动1204

学生姓名：

学号：

指导教师：王黎

课程设计地点：31-630

课程设计时间：2013-12-29～2013-1-9

单片机系统课程设计任务书

目录

1绪论 (3)

2系统概述 (4)

2.1数字式秒表的设计意义 (4)

2.2设计要求与分析 (5)

3 硬件电路设计 (6)

3.1基准脉冲的获取 (6)

3.2键盘及控制电路 (12)

3.3计数、译码及显示电路 (14)

4 数字秒表系统软件设计 (16)

4.1 主程序软件设计 (16)

4.2 中断服务程序设计 (16)

5调试与仿真 (19)

5.1软件调试与烧写 (19)

5.2 硬件仿真 (20)

6. 结论 (21)

参考文献： (23)

附录 (24)

附录一系统原理图 (24)

附录二源程序代码 (25)

1绪论

21世纪，单片机的发展非常的迅速。单片机是把主要计算机功能部件都集成在一块芯片上的微型计算机。它是一种集计数和多种接口于一体的微控制器，被广泛应用在智能产品和工业自动化上，而51单片机是个单片机中最为典型和最有代表性的一种。51单片机是对所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机，后来随着Flash rom技术的发展，8031单片机取得了长足的进展，成为应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是Atmel的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。很多公司都有51系列的兼容机型推出，今后很长的一段时间将占有大量市场。

本次的设计任务是一个数字秒表，而秒表与普通的钟表不同，它的目的是对从某一时刻到另一时刻的时间间隔进行计时。秒表的数字化常给人们的生活带来

极大的方便，它广泛应用于社会的各个领域。通过对数字式秒表的设计，我们可以清楚的了解到它的工作原理，进而也了解了数字钟表的工作原理。

在翻阅相关资料后，我们把秒表的设计分成了三大部分：基准脉冲产生部分；控制部分和计数、译码、显示部分。本设计的数字电子秒表系统采用STC89C51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数码管以及独立键盘来设计秒表,将软、硬件有机地结合起来。

基准脉冲产生部分由石英振荡器和由计数器组成的分频器构成。在石英振荡器中，石英晶体的固有频率是1M Hz，即振荡器的输出为1M Hz的矩形脉冲。而分频器将1M Hz分频为100 Hz的基准脉冲。

控制部分可由基本RS触发器和相应的开关组成。计数、译码、显示部分中，将使用同步四位二进制加法计数器74LS161 来计数。74LS48是BCD-7段译码器/驱动器，专用于驱动LED七段共阴极显示数码管。

关键字：基准脉冲计数译码数字显示

2系统概述

2.1数字式秒表的设计意义

秒表的数字化常给人们的生活带来极大的方便，它广泛应用于社会的各个领域。通过对数字式秒表的设计，我们可以清楚的了解到它的工作原理，进而也了解了数字钟表的工作原理。

在秒表的设计中，我们对《数字电子技术基础》中所学到的知识有了更深刻的认识》。比如：555多谐振荡器的应用、计数器、译码及显示器的应用。

总之，数字秒表的设计让我们体会了学以致用的乐趣。

2.2设计要求与分析

设计要求如下：

秒表的最大计时值为99分59.99秒；

6位数码管显示，分辨率为0.01秒

具有清零、启动计时、暂停及继续计数等控制功能；

控制操作键不超过二个。

首先，秒表的分辨率为0.01秒，故要获得频率为100 Hz的基准毫秒脉冲；其次，分、毫秒计数器为100进制计数器，秒计数器为60进制计数器；最后，用一个控制键实现秒表的启动/暂停/继续计数功能，用另一个控制健实现秒表的清零功能。分别实现以上模块功能，即可设计出符合要求的数字秒表。

设计方案论证：

即为数字式秒表，那么必须有数字显示。按设计要求，须用数码管来做显示器。题目要求最大记数值为99分59.99秒，那则需要六个数码管。要求计数分辨率为0.01秒，那么我们需要相应频率的信号发生器。选择信号发生器时，有两种方案：一种是用晶体震荡器，另一种方案是采用集成电路555定时器与电阻和电容组成的多谐振荡器。秒表核心部分使用六个74161计数器采用串联方式构成，这种连接方式简单，使用元器件数量少。因为对秒表的精度要求高，故CP脉冲是由石英振荡器产生的，而没有用555构成的多谐振荡器。

总体设计方案框图及分析：

通过以上的分析，查阅相关资料后，得数字式秒表的原理方框图如图1所示。

图1数字秒表的原理方框图

本电路由启动、清零复位电路、多谐振荡电路、分频计数电路、译码显示电路等组成，整体上是按照基准脉冲产生部分，控制部分和计数、译码、显示部分这三大部分来设计的。

3 硬件电路设计

硬件电路由启动、清零复位电路、多谐振荡电路、分频计数电路、译码显示电路等组成，整体上是按照基准脉冲产生控制部分和计数、译码、显示部分这三大部分来设计的

3.1基准脉冲的获取

1.方案一：由555构成多谐振荡器

⑴555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件，它的电源电压围宽，可在 4.5V~16V 工作，输出驱动电流大约为200mA，因而它的输出可与TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。