简易秒表的制作 完结

课题设计论文

课题名称: 简易秒表的制作

班级： P14电气2班

姓名：潘娟康盼红

学号： 201403170131 201403170130 指导教师：李红艳

2015年 12月 28 日

一、设计任务与设计要求

1、设计任务

用8051单片机设计4位LED数码管显示“分值”和“秒值”。

2、设计要求

用8051单片机，采用动态扫描的方式，用4位LED数码管显示秒值，晶振采用6赫兹。具体要求如下：

a.从右向左显示秒值的个位、十位，分值的各位和十位，个位能向十位进位。

b.上电后首先显示00.00，表示从00.00秒开始计时，当时间显示到59.59时，

4位显示都清零从头开始。

c.以三个独立式按键实现复位、启动、停止。

二、设计方案

本设计分为时钟电路、复位电路、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。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。复位电路中的“复位”按钮是按键手动复位，它有电平和脉冲两，种方式，本设计选择了按键电平复位电路，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。使用动态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。

根据硬件设计，由单片机的p2口控制位码输出，p0口控制段码输出。动态显示程序中，在单片机内部RAM中设置待显示数据缓冲区，由查表程序完成显示译码，将缓冲区内待显示数据转换成相应的段码，再将段码通过8051的p0口输出：位码数据由累加器循环左移指令产生，再通过p2口输出。

整体程序主要分为3部分：主程序、显示子程序、和定时器中断程序。

主程序主要是初始化部分和不断调用动态显示子程序部分。动态显示子程序完成4位LED的轮流位扫描，它被主程序不断调用，以保证稳定可靠的显示。显示时间的刷新由定时器中断产生，定时器每秒50ms中断一次，当中断20次后（即1s后），对时间单元（秒计数单元、分计数单元）进行更新，然后通过拆字子程序将时间单元里面的十六进制数拆开为两个BCD码，并送到显示缓冲区。返回主程序后显示缓冲区的待显示数据被刷新一次，数码管相应的显示数值也就随之发生变化。通过键盘扫描方式取得KE0、KE1、KE2的键值，用键盘的中断处理程序实现秒表的启动、停止、复位。

三、主要硬件电路设计

1、单元电路设计

（1）时钟电路

注：//单元电路设计中的网络标号的数字即为单片机的管脚//

时钟电路如图所示，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6MHz，又根据谐振性质，电路中的电容C1、C2选择为30pF左右。该电容的的大小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）复位电路

复位电路如图所示，单片机复位条件是，必须使RST\VPD或RST引脚9加上持续2个机器周期的高电平。在本次设计中时钟频率为6MHz,每个机器周期为2us，则需要4us以上时间的高电平，在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。

（a）为上电复位电路，它是利用电容充电来实现的。在接电瞬间，RST端的电位与VCC相同，随着充电电流的减少，RST的电位逐渐下降。只要保证RST为高电平的时间大于两个机器周期，便能正常复位。（b）为按键复位电路，该电路除了具有上电复位功能外，若要复位只需按图中的RESET键，此时电源VCC经电阻R1、R2分压，在RST端产生一个复位高电平。

（3）显示电路

4位LED显示的位码由单片机的P2口输出，段码由P0口输出，P2口线与LED 之间接有500欧母限流电阻；LED为共阳极数码管，显示方式为动态显示方式；3个

按键可以采用独立式键盘，其中两个按键分别连接到外部中断INT0、INT1，第3个按键连接到定时器1的T1端口，以中断方式实现键盘的扫描。动态显示程序中，在单片机内部RAM中设置待显示数据缓冲区，由查表程序完成显示译码，将缓冲区内待显示数据转换成相应的段码，再将段码痛过8051的P0口输出；位码数据由累加器循环左移指令产生，再通过P2口输出。

2、电路元件介绍

51单片机的引脚图

8051微控制器属于MCS-51系列，自1980年开始由inter公司设计以来，由于其完善的指令集，在嵌入系统中占有很大的市场。其资源包括8K的程序存储器，1K 的数据存储器，两个16bit的计数控制器和四组八位的通用I\O口。

CPU结构:

8051内部CPU是一个字长为二进制8位的中央处理单元，也就是他对数据的处理是按字节为单位进行的。8051内部CPU也是由运算器、控制器和专用寄存器组三部分电路组成。

存储器：

标准8501单片机在物理上有4个存储空间：片内程序存储器和片外程序存储器、片内数据存储器、片外数据存储器。

I\O输入、输出端口：

1、 P0.0~P0.7 P0口位双向口线（在引脚的39—32号端子）。

2 、P1.0~P1.7 P1口8位双向口线（在引脚的1—8号端子）。

3 、P2.0~P2.7 P2口8位双向口线（在引脚的21—28号端子）。

4、 P3.0~P3.7 P3口8位双向口线（在引脚的10—17号端子）

其中单片机的P3口有第二功能：

8051单片机P0、P1、P2、P3口介绍：

P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，P0口被分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。

P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。

P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL逻辑门电路。对端口P2 写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。

P3 口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流。

RST——复位端：当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。

数码管

数码管由8个发光二极管构成数码管又分为共阴极和共阳极二种结构。共阳极数码管的8个发光二极管的阴极连接在一起，通常接高电平，其他管脚接段驱动电