单片机课程设计论文

数字秒表系统设计

摘要

本设计是设计一个单片机控制的数字电子秒表系统的设计。近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断的走向深入，同时带动着传统控制检测日新月异更新。本秒表采用8051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、电源电路、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，使得系统能够实现两位LED显示，显示时间为00～99秒，每秒自动加1，能正确地进行计时，且具有快加功能。其软件系统采用汇编语言编写程序，包括显示程序，定时中断服务，快加程序，外部中断服务程序，延时程序等，并在keil下调试通过，硬件电路通过proteus模拟连接，并与软件相结合，调试修改，使达到预期的目的。

1. 引言

1.1 单片机的发展概况

单片机以其高可靠性、高性价比、低电压、低功耗等一系列优点，近几年得到迅猛发展和大范围推广，广泛应用于工业控制系统，数据采集系统、智能化仪器仪表，及通讯设备、日常消费类产品、玩具等。并且已经深入到工业生产的各个环节以及人民生活的各层次中，如车间流水线控制、自动化系统等、智能型家用电器（冰箱、空调、彩电）等。

管脚图如图1所示。

图1 MCS—51单片机引脚图

(1) 电源地组Vcc和Vss；VCC—(40)脚接+5V电压；VSS—(20)脚接地

(2) 时钟电路组XTAL1和XTAL2

(3) 控制信号组RST/ALE/PSEN和EA

(4) I/O端口P0, P1, P2和P3

近来，单片机的发展尤为迅猛，并且趋于高智能化、存储器大量化、更多的外围电路内装化以及工艺上的多元化等方向，广泛应用于单机应用领域、多机应用领域、自动控制领域和智能化控制领域等。单片机应用系统的结构通常分为三个层次，即单片机、单片机系统和单片机应用系统。单片机通常指应用系统主处理机，即所选择的单片机器件等。单片机系统指按照单片机的技术要求和嵌入对象的资源要求而构成的基本系统。时钟电路、复位电路和扩展存储器等与单片机共同构成了单片机系统。单片机应用系统指能满足嵌入对象要求的全部电路系统。在单片机系统的基础上加上面向对象的接口电路，如前向通道、后向通道、人机交互通道(键盘、显示器、打印机等)和串行通信口(RS232)以及应用程序等。单片

机应用系统层次关系如图2所示。

图2 单片机应用系统三个层次的关系

1.2 数字秒表的描述与分析

(1)问题描述

设计一个秒表，按“开始”按键，开始计数，数码管显示从00每秒自动加一；按“复位”按键，系统清零，数码管显示00；按“暂停”按键，系统暂停计数，数码管显示当前的计数；按“快加”按键，系统每10ms快速加一，即数码管显示在原先的计数上快速加一。

(2)设计要求

1) 使用两位数码管显示，显示时间00~99秒；

2) 正常计数时，每秒自动加一；

3) 一个开始按键，一个复位按键，一个暂停按键和一个快加按键；

4) 实现计数、复位、清零和快加功能；

5) 单片机通电后，首先初始化，然后进行对按键扫描。开始键用来控制秒表工作的开始；暂停键用来暂停程序的运行；快加键控制快速计数的开始，利用暂停键停止；复位键是用来对程序复位用的，当程序出现死循环或想从00开始重新计时，按下复位键可返回程序开始，重新执行。

2. 系统的方案及原理

该实验要求进行计时并在数码管上显示时间，则可利用MCS系列单片机微机仿真实验系统中的芯片8051中的P3.2管脚作为外部中断0的入口地址，并实现“开始”按键的功能；将P3.3作为外部中断1的入口地址，并实现“清零”按键的功能；使用P0口作为段码数据输出控制口，74LS164用作驱动输出控制，P1.1、P1.2口分别实现暂停、快加的功能。显示电路由两位共阴极数码管组成。使用定时器

T0实现10ms的定时，进行快加延时；当想实现正常计数时的1s延时，只需要实现40次25ms的定时器T1控制延时就可以实现。其中“开始”按键当开关由1拨向0时开始计时；“清零”按键当开关由1拨向0时数码管清零，此时若再拨“开始”按键则又可重新开始计时。

初始状态下计时器显示00，当按下开始键时，外部中断INT0向CPU发出中断请求，CPU转去执行外部中断0服务程序，即开启定时器T0，并且进行100次计数，当到100次时，即延时1s时，产生一个中断信号，向CPU发出请求，执行计数器加一且送往数码管显示。在计时过程中，只要按下暂停键，即根据P1.0口电平变化去执行控制程序，关断定时器T0和T1，调用显示子程序，实现暂停功能。在按下暂停键时，将此时的计时时间存入中间缓存区，当再次按下开始键时，则讲中间缓存区的数据转入最终缓存区。

计时采用定时器T1中断完成，定时溢出中断周期为25ms，并同时进行40次计数，当有溢出时，会产生中断信号，向CPU发出中断请求，每发出一次中断请求就对计数单元低位进行加一，达到10次就对高位进行加一，送数码管显示，依此类推，直到99秒后再加一后返回00，重新开始。

数码管显示电路采用动态扫描的方式，由于数码管采用共阴极的接法，当位选信号为高电平时，该位选通，P0口中的数据送到该段上显示，节省接口资源，又能实时动态的性能。

再看按键的处理。这四个键可以采用中断的方法，也可以采用扫描的方法来识别。复位键和开始键功能在于使程序从头执行，对于时间的要求即单片机上电初始化时的值00；而停止键则要用于对时间的锁定，需要比较准确的控制；而对于快加键，当检测到有快加信号时，则启动定时器T0, 完成一个周期定时时产生一个溢出中断请求，向CPU发送请求，每发一次就对计数单元低位进行加一操作，达到10次就对高位进行加一操作，送数码管显示，依次循环；同时检测是否有暂停信号，有暂停信号时，跳出快加程序，执行显示子程序。因此可以对暂停和快加按键采取扫描的方式。而对开始和复位键采用外部中断的方式。

3．硬件设计

3.1 数字秒表电路设计

数字电子秒表具有显示直观、读取方便、精度高等优点，在计时中广泛使用。本设计用单片机组成数字电子秒表，力求结构简单、精度高为目标。

设计中包括硬件电路的设计和系统程序的设计。其硬件电路主要有主控制器，计时与显示电路和回零、启动和快加电路等。主控制器采用单片机8051，显示电路采用两位共阴极LED数码管显示计时时间。

本设计利用8051单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，使其能精确计