【正文】 課 程 設 計 報 告課程名稱 單片機原理與應用 課題名稱 電子秒表設計 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 電氣1101 班 學 號 201101010124 姓 名 劉精菁 指導教師 尋大勇 2014 年 6 月 19日 湖南工程學院課 程 設 計 任 務 書課程名稱 單片機原理與應用 課 題 電子秒表設計 專業(yè)班級 電氣工程及其自動化 學生姓名 劉精菁 學 號 201101010124 指導老師 尋大勇 審 批 任務書下達日期 2014年 6 月 9 日 任務完成日期 2014年 6月 19 日設計內容與設計要求設計內容：本課題以單片機為核心，利用其定時器和6段數碼管，設計一個電子秒表。有以下功能： 開機時，顯示時鐘； 按下菜單鍵與選擇鍵時進行時鐘/秒表切換選擇； 能夠實現30個秒表成績的記錄。 有復位電路。設計要求：1）確定系統設計方案； 2）進行系統的硬件設計；3）完成必要的參數計算與元器件選擇；4）完成應用程序設計；5）進行單元電路及應用程序的調試；6）寫出使用說明書。主 要 設 計 條 件 MCS51單片機實驗操作臺1臺； PC機及單片機調試軟件； 單片機應用系統板1套； 制作工具1套； 系統設計所需的元器件。 說 明 書 格 式1. 課程設計任務書2. 目錄3. 說明書內容1）課題的設計要求、目的、意義2）系統總體方案選擇與說明3）系統結構框圖與工作原理4）各單元硬件設計說明及計算方法5）軟件設計與說明（包括流程圖）6）調試結果與必要的調試說明7）使用說明8）程序清單9）總結10）參考文獻附錄附錄A 系統原理圖附錄B 程序清單評分表進 度 安 排設計時間為兩周第一周星期一、上午：布置課題任務，講課及課題介紹 下午：借閱有關資料，總體方案討論星期二、確定總體設計方案星期三、硬件模塊方案設計星期四、軟件模塊方案設計星期五、各硬件模塊設計第二周星期一、各硬件模塊設計星期二、各軟件模塊設計星期三、各軟件模塊設計星期四、寫說明書星期五、上午：寫說明書，整理資料下午：交設計資料，答辯參 考 文 獻[1]王迎旭.《單片機原理與應用》.[2]胡漢才.《單片機原理及系統設計》.[3]潘永雄.《新編單片機原理與應用》.[4]張迎新.《單片微型計算機原理、應用及接口技術》.國防工業(yè)出版社 目 錄第一章 概述 71．1 課題的設計要求 71．2 課題設計的目的和意義 7第二章 總體設計方案 82．1 課題設計說明 82．2 總體設計思路 8第三章 結構框圖及工作原理 93．1 系統結構框架圖 93．2 電路組成及工作原理 93．2．1 總體設計原理 93．2．2 單機片的最小系統硬件電路原理圖 10第4章 各單元硬件設計及計算方法 124．1 硬件設計 124．1．1 最小系統設計 124．1．2 數字鐘外圍電路設計 164．2 計算方法 18第五章 軟件設計及說明 201 軟件設計 205．2 流程圖 21第六章 調試結果與調試說明 226．1 調試步驟 226．2 調試結果 22總 結 23參考文獻 24附 錄 25程序原理圖 26程序清單 26第一章 概述1．1 課題的設計要求本課題以單片機為核心，利用其定時器和6段數碼管，設計一個電子時鐘。要求有以下功能：開機時，顯示時鐘；按下菜單鍵與選擇鍵能進行時鐘與秒表的切換。能夠實現30個秒表成績的記錄。具有復位功能。1．2 課題設計的目的和意義目的：通過課程設計的教學實踐，進一步學習、掌握單片機應用系統的有關知識，加深了解單片機的工作原理。在教師指導下，運用工程的方法，通過一個較簡單課題的設計練習，可使我們通過綜合的系統設計，熟悉設計過程、設計要求、完成的工作內容和具體的設計方法，掌握必須提交的各項工程文件。初步掌握簡單單片機應用系統的設計、制作、調試的方法。提高動手實踐能力、提高科學的思維能力。意義：在日常生活和工作中，我們常常用到定時控制，如擴印過程中的曝光定時等。早期常用的一些時間控制單元都使用模擬電路設計制作的，其定時準確性和重復精度都不是很理想，現在基本上都是基于數字技術的新一代產品，隨著單片機性能價格比的不斷提高，新一代產品的應用也越來越廣泛，大可構成復雜的工業(yè)過程控制系統，完成復雜的控制功能。它功能強大，體積小，質量輕，靈活好用，配以適當的接口芯片，可以構造各種各樣、功能各異的微電子產品。第二章 總體設計方案2．1 課題設計說明利用MSC51單片機實驗平臺、韋福匯編軟件以及Protues仿真軟件編程實現一個可控數字時鐘，可以實現秒表、時鐘以及復位等基本功能。2．2 總體設計思路主要設計思想是：整個系統用單片機為中央控制器，由單片機執(zhí)行采集時鐘芯片的時間信號并通過顯示模塊來輸出信號及相關的控制功能。時鐘芯片產生時鐘信號，利用單片機的I/O口傳給單片機；并通過I/O口實現LED的顯示。系統設有6個按鍵可以對秒表的開始，計數、停止、查看成績以及秒表與時鐘的切換還可以復位時鐘。為了實現LED顯示器的數字顯示，可以采用靜態(tài)顯示法和動態(tài)顯示法。由于靜態(tài)顯示法需要數據鎖存器等硬件，接口復雜一些?？紤]時鐘顯示只有4位，且系統沒有其他復雜的處理任務，所以決定采用動態(tài)掃描法實現LED的顯示。單片機采用AT89S51系列，這種單片機可具有足夠的空余硬件資源實現其它的擴充功能。第三章 結構框圖及工作原理3．1 系統結構框架圖圖31系統總體框架圖3．2 電路組成及工作原理3．2．1 總體設計原理本設計實現了時鐘、秒表、倒計時、時間調整四大功能。主控器為一塊AT80C51單片機，~，P20~P24在秒表中為開始、計數、停止、查看成績的功能；在倒計時鐘表示為數位切換、數值加、減、倒計時開始的功能；在時間調整中為數位切換、數值加、減、確定的功能。P0接口連接一個6段數共陰碼管，~P1~5連接片選端，此數碼管用來顯示各種時間信息；P3口連接一個1段共陰數碼管顯示功能選擇；另外在單片機上還連接了復位電路以應對程序跑飛問題。本設計總共利用了單片機一個時鐘（T0）資源，一個定時器0中斷。軟件的設計采用了結構化編程的思想盡可能做到讓每個功能模塊獨立能夠很好的配合按鍵進行操作；主程序中主要檢測M_S這個全局變量的設置值以選擇作為功能模塊的入口，這樣就很好的避免了模塊之間的交接增強了了功能模塊之間的獨立性以及程序的可讀性3．2．2 單機片的最小系統硬件電路原理圖圖32AT89S51最小系統發(fā)光二極管導通時，產生一個正向的工作電流IF，工作電流根據發(fā)光二極管的材料、功率等不同，額定電流一般在10～40mA左右，發(fā)光二極管導通時的正向壓降VF比較大，～3V()。因此在正常使用中，為了保證發(fā)光二極管在電源電壓V的作用下管子的工作電流不超過額定值，必須給發(fā)光二極管串聯一只限流電阻R，R的阻值可由下式算出：R＝（VVF）/IF。其中V為工作電源電壓，VF為發(fā)光二極管的正向壓降，IF為額定工作電流。從上面原理圖1可知，（0V）時，有正向工作電流流過發(fā)光二極管，發(fā)光二極管就亮；相反，（5V）時，發(fā)光二極管沒有足夠電壓差產生工作電流，此時發(fā)光二極管不亮。因此，“0”和高電平“1”就可以讓發(fā)光二極管閃爍發(fā)光。 第4章 各單元硬件設計及計算方法4．1 硬件設計4．1．1 最小系統設計 AT89C51單片機 圖41 AT89C51引腳圖AT89C51單片機簡介：AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內含4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS51指令系統及80C51引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應用系統提供高性價比的解決方案。 AT89S51具有如下特點：40個引腳，4k Bytes Flash片內程序存儲器，128 bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數器,2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內時鐘振蕩器。此外，AT89S51設計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數器，串行口，外中斷系統可繼續(xù)工作，掉電模式凍結振蕩器而保存RAM的數據，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。主要功能特性為：兼容MCS51指令系統；4k可反復擦寫(1000次）ISP Flash ROM；32個雙向I/O口；；2個16位可編程定時/計數器；時鐘頻率033MHz；全雙工UART串行中斷口線；128x8bit內部RAM；2個外部中斷源；低功耗空閑和省電模式；中斷喚醒省電模式；看門狗（W