單片機簡易秒表課程設計

1、<p><b>　　單片機課程設計</b></p><p>　　題 目： 簡易秒表</p><p>　　系 部：機電工程系</p><p>　　專 業：機電一體化</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一 摘要1&

2、lt;/b></p><p><b>　　二 緒論2</b></p><p>　　2.1單片機的發展2</p><p>　　2.2 MCS-51系列單片機介紹4</p><p>　　三 設計任務及要求5</p><p><b>　　四 工作原理5</b>&

3、lt;/p><p>　　4.1 七段數碼管概述5</p><p>　　4.2 MCS--51的引腳及相關功能7</p><p>　　五 簡易秒表電路圖9</p><p><b>　　六 流程圖10</b></p><p><b>　　七 源程序10</b></

4、p><p>　　八 系統硬件設計12</p><p><b>　　九 總結13</b></p><p>　　十 課程設計心得13</p><p><b>　　參考文獻14</b></p><p><b>　　一 摘要</b></p>

5、<p>　　單片機自70年代問世以來得到蓬勃發展，目前單片機功能正日漸完善:單片機集成越來越多資源，內部存儲資源日益豐富，用戶不需要擴充資源就可以完成項目開發，不僅是開發簡單，產品小巧美觀，同時抗干擾能力加強,系統也更加穩定，使得它更加適合工業控制領域，具有更加廣闊的市場前景；提供在線編程能力，加速了產品的開發進程，為企業產品上市贏得寶貴時間。此外單片機具有性能高、速度快、體積小、價格低、穩定可靠、應用廣泛、通用性強等突出優

6、點。單片機的設計目標主要是增強“控制”能力，滿足實時控制 的需要。</p><p>　　本文的主要內容是掌握各種單片機的結構、接口、片上外設的特點，并利用自行制作的單片機最小系統，完成一個簡單應用（簡易秒表）的設計與軟件及硬件設計制作，讓讀者掌握數字單片機最小系統的設計及單片機系統的應用方法。</p><p><b>　　二 緒論</b></p>&l

7、t;p>　　當前社會信息化建設在各地蓬勃發展，作為信息發布的終端顯示設備，LED顯示屏己經廣泛應用于工作和生活的各個方面，主要用于顯示文字、圖像、動畫等。LED顯示屏的應用涉及社會的許多領域，主要包括：金融證券、體育場館、道路交通、郵政電信、商場購物中心等服務領域的業務宣傳及信息顯示。 LED是發光二極管的簡稱(Light Emitting Diode)。由于它具有亮度高、響應速度快、低電壓、功耗小、耐震動、壽命長等優點，使其成為

8、室內外信息顯示終端的主要發光器件。 LED顯示屏是20世紀90年代出現的新型平板顯示器件，由于其亮度高、畫面清晰、色彩鮮艷，使它在公眾多媒體顯示領域一枝獨秀，因此市場空間巨大。 LED顯示屏的發展可分為以下幾個階段：第一階段為1990年到1995年，主要是單色和16級雙色圖文屏。用于顯示文字和簡單圖片，主要用在車站、金融證券、銀行、郵局等公共場所，作為公共信息顯示工具。 第二階段是1995年到1999年，出現了64級、256級灰度的雙基

9、色視頻屏。視頻控制技術、圖像處理技術、光纖通信技術等的應用將LED顯示屏提升到了一個新的臺階。LED顯示屏控制專用大規模集成電路芯片也在此</p><p><b>　　2.1單片機的發展</b></p><p>　　單片機也被稱為微控制器（Microcontroller），是因為它最早被用在工業控制領域。單片機由芯片內僅有CPU的專用處理器發展而來。最早的設計理念是通

10、過將大量外圍設備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統更小，更容易集成進復雜的而對體積要求嚴格的控制設備當中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設計出的處理器，從此以后，單片機和專用處理器的發展便分道揚鑣?！纹瑱C又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統集成到一個芯片上。相當于一個微型的計算機，和計算機相比，單片機只缺少了I/O設備。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質量輕、價格便宜、為學習

11、、應用和開發提供了便利條件。同時，學習使用單片機是了解計算機原理與結構的最佳選擇。</p><p>　　單片機內部也用和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，不過價錢也是低的，一般不超過10元即可......用它來做一些控制電器一類不是很復雜的工作足矣了。我們現在用的全自動滾筒洗衣機、排煙罩、VCD等等的家電里面都可以看到

12、它的身影！......它主要是作為控制部分的核心部件。 它是一種在線式實時控制計算機，在線式就是現場控制，需要的是有較強的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計算機的（比如家用PC）的主要區別。 </p><p>　　單片機是靠程序運行的，并且可以修改。通過不同的程序實現不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，這是別的器件需要費很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個不是很復雜的功能要是用美國50

13、年代開發的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大PCB板！但是如果要是用美國70年代成功投放市場的系列單片機，結果就會有天壤之別！只因為單片機的通過你編寫的程序可以實現高智能，高效率，以及高可靠性！ </p><p>　　LED顯示屏可以顯示變化的數字、文字、圖形圖像；不僅可以用于室內環境還可以用于室外環境，具有投影儀、電視墻、液晶顯示屏無法比擬的優點。 </p>

14、;<p>　　LED之所以受到廣泛重視而得到迅速發展，是與它本身所具有的優點分不開的。這些優點概括起來是：亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、壽命長、耐沖擊和性能穩定。LED的發展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高耐氣候性、更高的發光密度、更高的發光均勻性，可靠性、全色化方向發展。</p><p>　　2.2 MCS-51系列單片機介紹</p><p>　　單片機的全稱是

15、單片微型計算機（Single Chip Microcomputer）。為了使用方便，它把組成計算機的主要功能部件：中央處理器（CPU）、數據存儲器（RAM）、程序存儲器（ROM、EPROM、E2PROM或FLASH）、定時/計數器和各種輸入/輸出接口電路等都集成在一塊半導體芯片上，構成了一個完整的計算機系統。與通用的計算機不同，單片機的指令功能是按照工業控制的要求設計，因此它又被稱為微控制器（Microcontroller）。</

16、p><p>　　MCS51系列單片機是美國Intel公司于1980年推出的一種8位單片機系列。該系列的基本型產品是8051、8031和8751。這3種產品之間的區別只是在片內程序存儲器方面。8051的片內程序存儲器（ROM）是掩膜型的，即在制造芯片時已將應用程序固化進去；8031片內沒有程序存儲器；8751內部包含有用作程序存儲器的4KB的EPROM。由于8051的編程需要制造商的支持，8751的價格昂貴，因此803

17、1獲得了更為廣泛的使用。</p><p>　　MCS51系列單片機優異的性能/價格比使得它從面世以來就獲得用戶的認可。Intel公司把這種單片機的內核，即8051內核，以出售或互換專利的方式授權給一些公司，如Atmel、Philips、ADI等。這些公司的這類產品也被稱為8051兼容芯片，這些8051兼容芯片在原來的基礎上增加了許多特性。本書應用電路中采用了Atmel公司的AT89S51芯片，它與MCS51單片機

18、指令集兼容，同時它的內部包含用作程序存儲器的4KB的基于FLASH技術的只讀存儲器。采用這款芯片既克服了采用8031需要添加外部程序存儲器導致電路復雜的缺點，又克服了采用8751導致電路制作成本高的缺點。</p><p><b>　　三 設計任務及要求</b></p><p>　　1、掌握數碼管顯示控制系統的顯示原理，學習數碼管顯示數字和字符的編程方法.</p&

19、gt;<p>　　2、試設計一簡易秒表，使得七段符顯示管的a-g分別接在單片機的P口上，輸出低電平時，顯示管點亮， 要求從數字“0”顯示到數字“9”，延時間隔為1秒。</p><p><b>　　四 工作原理</b></p><p>　　4.1 七段數碼管概述</p><p>　　七段數碼管是單片機系統中常用的顯示器元件，可以用

20、來顯示單片機系統的工作狀態、運算結果等各種信息。</p><p>　　單個七段數碼管的外形如圖4-1所示。七段數碼管有八個LED發光二極管分別構成其7個字段和一個小數點，通過不同的字段和小數點亮滅組合可以顯示數字0—9、字符A—F、H、L、P、R、U、Y、“—”符號以及小數點“.”等圖形。</p><p>　　組成七段數碼管的八個LED發光二極管的連接方法通常是將其其中一極接在一起形成一個

21、公共極，剩下一個極作為個字段的控制極。</p><p>　　將八個LED發光二極管的陽極連在一起構成的公共極的七段數碼管稱為共陽極七段數碼管，其內部結構如圖所示，而將這八個LED發光二極管的陰極連在一起構成的公共極稱為共陰極七段數碼管。要點亮共陽極數碼管對應的字段，需要公共極接高電平，同時對應段控制極接低電平，同時對應段控制極接高電平。</p><p>　　通常應用中將a—g、dp控制極依

22、次有地位接到高位控制線，由此我們可以得到共陽極、共陽極數碼管的字型碼，如圖6-1所示。</p><p>　　讓七段數碼管對應段可控制極得到表6—1中所示的高電平，則在數碼管上就會顯示對應字符，這是單片機控制七段數碼管顯示的核心。</p><p>　　單片機控制單個七段數碼管的最簡單方法就是直接使用一個并口的八個I/0引腳分別接數碼管的八個端控制極，然后編寫單片機程序通過此并口給數碼管對應引

23、腳提供相應電平，就可以在其顯示內容了。需要注意的是，因各段的發光二極管額定電流一般為10mA左右，所以需要保護數碼管。</p><p>　　表4-1 共陽極、共陰極數碼管的字符碼表</p><p>　　圖4-1七段數碼管外形圖與引腳圖</p><p>　　4.2 MCS--51的引腳及相關功能</p><p>　　40個引腳按引腳功能大致可

24、分為4個種類：電源、時鐘、控制和I/O引腳。如右圖 </p><p>　?、保?電源: </p><p>　　注：用萬用表測試單片機引腳電流一般為0v或者5v，這是標準的TTL電平，但有時候在單片機程序正在工作時候測試結果并不是這個值而是介于0v-5v之間，其實這之是萬用表反映

25、沒這么快而已，在某一個瞬間單片機引腳電流還是保持在0v或者5v的。</p><p>　?、玻?時鐘：XTAL1、XTAL2 - 晶體振蕩</p><p>　　電路反相輸入端和輸出端。 </p><p>　?、常?控制線：控制線共有4根，</p><p>　?、?ALE/PROG：地址鎖存允許/片內EPROM編程脈沖</p>&l

26、t;p>　?、?ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址</p><p>　?、?PROG功能：片內有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。</p><p>　?、?RST/VPD：復位/備用電源。</p><p>　?、?RST（Reset）功能：復位信號輸入端。 </p><p>　?、?/p>

27、 VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。</p><p>　?、?EA/Vpp：內外ROM選擇/片內EPROM編程電源。</p><p>　?、?EA功能：內外ROM選擇端。</p><p>　?、?Vpp功能：片內有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。</p><p><b>　?、? I/O線<

28、;/b></p><p>　　80S51共有4個8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個引腳。P3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號（屬控制總線）</p><p>　　五 簡易秒表電路圖</p><p><b>　　六 流程圖</b></p><p><b>　　七 源程序

29、</b></p><p>　　Second EQU 30H ；定義變量Second的存儲地址為30H單元</p><p>　　ORG 0000H ；指定程序起始地址為0000H</p><p>　　LJMP MAIN ；跳到MAIN程序段執行</p><p>　　

30、ORG 0030H ；指定MAIN程序段的起始地址為0030H</p><p>　　MAIN:MOV Second,#00H ；給Second變量賦初值為00H</p><p>　　NEXT:MOV A,Second ；將Second變量放累加器A中</p><p>　　MOV DPTR，#TABLE ；把TABL

31、E表的表頭地址賦給DPTR，準備 </p><p><b>　　查表</b></p><p>　　MOVC A, @A+DPTR ；用查表法得到字段碼</p><p>　　MOV P2,A ；將字段碼送到P2口，顯示數字</p><p>　　LCALL DELAY

32、 ；調用DELAY延時程序段，實現1秒延時</p><p>　　INC Second ；Second自變量增加1</p><p>　　MOV A,Second ；將新的Second變量送到累加器A</p><p>　　CJNE A,#10,NEXT ；用CJNE語句判斷累加器A中的Second變<

33、;/p><p>　　量是否達到10，如果未達到10，則返回</p><p>　　NEXT處，顯示新的Second變量值</p><p>　　LJMP MAIN ；如果Second變量達到10，則返回START</p><p><b>　　讓其變為零</b></p><p>　

34、　DELAY:MOV R5,#10 ；實現1秒延時的延時程序段</p><p>　　D2:MOV R6,#20</p><p>　　D1:MOV R7,#248</p><p><b>　　DJNZ R7,$</b></p><p>　　DJNZ R6,D1</p><p>　　DJN

35、Z R5,D2</p><p>　　RET ；返回調用DELAY程序段的語句處</p><p>　　TABLE: ；共陰極數碼管0-9字段碼表</p><p>　　DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,6FH</p><p>　　END

36、 ；程序結束</p><p><b>　　八 系統硬件設計</b></p><p>　　一個單片機應用系統的硬件電路設計包含兩部分內容：一是系統擴展，即單片機內部的功能單元，如ROM、RAM、I/O、定時器/計數器、中斷系統等不能滿足應用系統的要求時，必須在片外進行擴展，選擇適當的芯片，設計相應的電路。二是系統的配置，即按照系統功能要求配置外圍設備

37、，如鍵盤、顯示器、打印機、A/D、D/A轉換器等，要設計合適的接口電路。</p><p>　　系統的擴展和配置應遵循以下原則： </p><p>　　1、盡可能選擇典型電路，并符合單片機常規用法。為硬件系統的標準化、模塊化打下良好的基礎。</p><p>　　2、系統擴展與外圍設備的配置水平應充分滿足應用系統的功能要求，并留有適當余地，以便進行二次開發。</p

38、><p>　　3、硬件結構應結合應用軟件方案一并考慮。硬件結構與軟件方案會產生相互影響，考慮原則是：軟件能實現的功能盡可能由軟件實殃，以簡化硬件結構。但必須注意，由軟件實現的硬件功能，一般響應時間比硬件實現長，且占用CPU時間。</p><p>　　4、系統中的相關器件要盡可能做到性能匹配。如選用CMOS芯片單片機構成低功耗系統時，系統中所有芯片都應盡可能選擇低功耗產品。</p>

39、<p>　　5、可靠性及抗干擾設計是硬件設計必不可少的一部分，它包括芯片、器件選擇、去耦濾波、印刷電路板布線、通道隔離等。</p><p>　　6、單片機外圍電路較多時，必須考慮其驅動能力。驅動能力不足時，系統工作不可靠，可通過增設線驅動器增強驅動能力或減少芯片功耗來降低總線負載。</p><p>　　7、盡量朝“單片”方向設計硬件系統。系統器件越多，器件之間相互干擾也越強，功

40、耗也增大，也不可避免地降低了系統的穩定性。隨著單片機片內集成的功能越來越強，真正的片上系統SoC已經可以實現，如ST公司新μPSD32××系列產品在一塊芯片上集成了80C32核、大容量FLASH存儲器、SRAM、A/D、I/O、兩個串口、看門狗、上電復位電路等等。</p><p><b>　　九 總結</b></p><p>　　單片機是當前流行

41、的控制技術，使用簡單、功能強大、成本也很低，對于我們以后的工作有很大用處，這次課設我們用單片機來完成不僅提高了我們對單片機的興趣，而且使我們所學知識在實際中得到應用，提高了我們的應用能力。</p><p>　　課設使用了點陣，我們上課并沒有學習這方面的內容，通過我們查資料，很快領會了點陣的使用方法，課設使用了多種軟件幫助設計，讓我們對設計方法有了進一步了解，而且我們設計了不同的顯示內容，讓我們對點陣的顯示有了基本

42、的掌握，我們感覺很有成就感。</p><p>　　我在這個學期做了一個單片機的小項目，對單片機已經比較熟悉，這次課設并沒用感覺到很難，我們小組分工明確，各負其責，我主要負責軟件的設計與調試。經過我們三個的共同努力，很快便將仿真結果做了出來。作出的結果可能不能讓老師十分滿意，但我們已經為我們的成果歡呼雀躍了。這只是一次簡單的課設，在實際中的應用還會更難，這都需要我們不斷的學習新的技術，不斷提高自己的應用能力。<

43、;/p><p><b>　　十 課程設計心得</b></p><p>　　二十一世紀，一個信息的時代。至改革開放以來全國經歷了幾次全國性計算機普及高等學校的計算機教育發展十分迅速，所以學習單片機應用技術是一種必然的要求。許多高校不僅在計算機專業開設了這門課，還在非計算機轉業開設了這門課。</p><p>　　以前，我們只能在班級聽老師講，實踐的機會

44、很少，所以我們只能學到一些理論上的東西。為了適應社會經濟和科學技術迅速發展及教育教學改革的需要，根據“以市場需求為導向，以職業技能為本位，以培養應用型高技能人才為中心”的原則，注重增強認知結構與能力的有機結合。學校在這周為我們安排了為期一周半的單片機應用技術的實訓。這次的實訓雖然只有短短的一周半時間,可我們學到的卻遠超過我們平時一周半所學到的知識。這次的實訓以制做一個簡易秒表作為主線，融入各種基礎知識和實踐經驗。再拓展到各種計算機知識。

45、與焊接相比較，連接編程的工作是更大量、更費時間和精力的，也是更重要的。</p><p>　　在這次的實訓過程中單片機的編程給我留下了深刻的印象。記得剛開始時大家聽老師講好像很簡單，可當老師讓我們每個人自己都動手編時，大家才發現這也是問題，那也是問題。不過經過老師的多次講解、示范我們很難完成?，F在我們每個人都能編寫程序了。</p><p>　　通過這一的課程設計，我深刻體會到了單片機應用技術

46、是一門實踐性很強的課程。既要掌握概念，又要動手實踐。通過短短一周半時間，我對單片機應用技術有了更為詳細的了解。解決了我以前的許多疑惑。</p><p>　　在這段時間，我以我最大的能力和端正的態度完成了這門課的實訓。因此我將會盡我最大的努力將所學到的知識運用到其它更多的地方進行實踐和更好的掌握。</p><p><b>　　參考文獻</b></p>&l

47、t;p>　　1.《單片機原理及應用》 李文方 哈爾濱工業大學出版社 2010年5月</p><p>　　2.《電氣控制與PLC應用》 張桂香 1995</p><p>　　3.《可編程控制器原理及應用》 江曉光 2001</p><p>　　4.《FPO可編程序控制器使用手冊》 天津源峰科技發展公司 2003</p>&