基于单片机的多功能秒表设计毕业设计论文

郑州科技学院

单片机课程设计

题目基于单片机的

多功能秒表

学生姓名

专业班级

学号

院（系）

指导教师

完成时间2015 年 1 月16 日

目录

1 设计总体方案 (1)

1.1 设计要求与目的 (1)

1.2 设计思路 (1)

1.3工作原理 (2)

1.4 功能说明 (2)

2 主要元器件介绍 (3)

2.1 AT89C51单片机 (3)

2.2 四位共阴数码管 (5)

3 系统硬件设计 (6)

3.1 电源电路 (6)

3.2 时钟电路 (6)

3.3 复位电路 (7)

3.4 显示电路 (7)

3.5 键盘电路 (8)

4 软件设计 (9)

5 系统调试及结果分析 (11)

6 总结 (12)

参考文献 (13)

附录1：总体电路原理图 (14)

附录2：元器件清单 (15)

附录3：实物图 (16)

附录4：源程序 (17)

1 设计总体方案

1.1 设计要求与目的

设计一个单片机控制的多功能秒表系统，利用单片机的定时器/计时器定时和计数的原理，结合显示电路、用四位共阴极LED数码管以及按键来设计秒表计时器，实现暂停与清零功能，并多次计数。

在设计系统前，我们主要考虑以下一些原则：节约元器件，尽量降低系统实现成本；硬件电路尽量简单，使得硬件实现、问题检查、软件编程以及系统调试的难度都降低；能在软件上实现，使芯片利用率尽可能高；软件设计方案要优化，使得做成实物尽可能简单，方便仿真与检测；设计方案要和当前的试验平台相应；充分利用各种资源，尽量采用成熟与经典的电路。

1.2 设计思路

因为秒表的设计相对较为简单，因此在软件设计中我们一般采用模块化程序设计的方法。模块是一个具有独立功能的程序，可以单独设计、调试与管理，模块可以分为功能模块和控制模块两类。我们通过模块化程序设计可按适当的原则把一个情况复杂、规模较大的程序划分为一个个较小的、功能相关而又相对独立的模块。

根据电子秒表的设计要求，主要设计一个计数系统、译码驱动、数码显示系统、控制系统。其主要核心技术在于产生秒表信号的计数脉冲与计数器之间的级联。

1.3工作原理

本系统采用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，结合硬件电路如电源电路，晶振电路，复位电路，显示电路，以及一些按键电路等来设计计时器，将软、硬件有机地结合起来。其中软件系统采用汇编语言编写程序，包括显示程序，加减计数程序，快加快减程序，中断，延时程序等，并调试运行，硬件系统利用proteus强大的功能来实现，简单且易于观察，在仿真中就可以观察到实际的工作状态。

1.4 功能说明

开始按钮是用来开始进行计数的。停止按键用来暂停程序的运行，当按下暂停键时，程序停留在原地，等待再次按下暂停键，再次按下暂停键后，程序继续运行。计数按钮用来记录数据，每按下一次计数按钮，程序自动记录一个数据，并存放到指定内存单元中。复位按钮是用来对程序复位，每当程序出现死循环的时候，按下复位键即可跳出死循环，回到程序的开始。

这些功能分别用开始/暂停键、记录键、上翻键、下翻键以及复位键来实现。还有一个是清零键，用于对当前数码管的计数进行清零，但是对芯片内存单元保存的记录并不产生影响，这点事清零键与复位键的区别。

2 主要元器件介绍

2.1 AT89C51单片机

AT89C51单片机是低电压、高性能CMOS 8位微处理器，是一种带2k字节闪存可编程可擦除只读存储器。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次，含128字节内部RAM，32个I/O口线，2个16位定时/计数器，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。空闲时停止CPU的工作，但允许RAM、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。引脚图见图2-1所示：

图2-1 AT89C51引脚图

VCC：供电电压。

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。

P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

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

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。

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）

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）

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数

据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：来自反向振荡器的输出。

2.2 四位共阴数码管

共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管，共阴数码管在应用时应将公共极COM 接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。

从左下角开始逆时针一圈分别是1至12个引脚，12、9、8、6为数码管的公共端，a、b、c、d、e、f、g、dP分别为数码管的段引脚，这些段引脚分别对应11、7、4、2、、1、10、5、3这些位置，A1、A2、A3、A4分别表示数码管的四个位。

图2-2 四位共阴数码管