单片机基于PROTEUS仿真的秒表的课程设计

1 引言

1.1 课程设计的目的

1) 通过本次课程设计加深对单片机课程的全面认识和掌握，对单片机课程的应用进一步的了解。

2) 通过本次课程设计将单片机软硬件结合起来，对程序进行编辑，校验，锻炼理论联系实际的能力。

3) 综合运用《单片机原理及应用》课程的理论知识、与设计课题相关的参考资料、基本开发仪器及工具和实验室所具有的其它软硬件环境，设计一个典型的单片机应用系统并通过仿真调试出结果。

4) 通过本次课程设计提高学生的综合能力、动手能力、文献资料查阅能力，为毕业设计和以后工作打下一个良好的基础。

1.2 课程设计的任务

用Proteus仿真MCS51系列单片机及其外围电路，用它与Keil开发工具结合，搭建单片机开发平台。

设计一个单片机控制的秒表系统。利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，结合显示电路、LED数码管以及按键来设计秒表计时器。

基本功能要求：用AT89C51设计一个2位LED数码显示“秒表”，开始时，显示“00”：第一次按下SP1后就开始从0~9.9计时，显示精度为0.1s；第二次按SP1后，计时停止，显示当前计时值；第三次按SP1后，及时停止归零。

1．3 课程设计的要求

1)硬件设计：根据任务要求，完成单片机最小系统及其扩展设计，组成功

能完整的系统；

2)软件设计：根据秒表的设计要求，完成控制软件的编写与调试；

3)用PROTEUS ARES绘制电路原理图并生成PCB图；

4)PROTEUS仿真。

2 硬件设计

2．1 设计方案介绍及工作原理说明

该实验要求进行计时并在数码管上显示时间，则可利用proteus仿真软件设计电路并仿真AT89C51。

使用AT89C51单片机作为核心控制部件，采用12M晶体振荡器及微小电容构成振荡电路；用两个共阴极数码显示管作为显示部分，构成数字式秒表的主体结构，配合独立式键盘和复位电路完成此秒表的计时、清零、停止各项功能。

对于时钟，它有两方面的含义：一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间，是用软件实现，即用单片机内部的可编程定时/计数器来实现，但误差很大。

LED数码显示器有如下两种连接方法：共阳极接法：把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极，使用时公共阳极接+5V，每个发光二极管的阴极通过电阻与输入端相连。共阴极接法：把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极，使用时公共阴极接地。每个发光二极管的阳极通过电阻与输入端相连。键盘部分方案：键盘控制采用独立式按键，按键的一端均接地，另一端直接和P1口相连，在按键和P1口之间通过10K电阻与+5V电源相连。键盘通过检测输入线的电平状态就可以很容易地判断哪个键被按下了，这种方法操作速度高而且软件结构很简单，比较适合按键较少或操作速度较高的场合，这种独立式接口的应用很普遍。

2.2 控制芯片的介绍

AT89C51是一种低功耗、高性能的片内含有4KB快闪可编程/擦除只读存储器，的8位CMOS微控制器，使用高密度、非易失存储技术制造，并与80S52引脚和指令系统完全兼容。

主要性能：

与MCS-51微控制器产品系列兼容。

片内有4KB可在线重复编程的快闪擦写存储器

存储数据保存时间为10年

宽工作电压范围：VCC可为2.7V到6V

全静态工作：可从0Hz至16MHz

程序存储器具有3级加密保护

128*8位内部RAB

32条可编程I/O线

两个16位定时器/计数器

中断结构具有5个中断源和2个优先级

可编程全双串行通道

空闲状态维持低功耗和掉电状态保存存储内容

2.3 硬件接线

时钟引脚：XTAL1和XTAL2与内部的反相放大器构成一个振荡器，它提供单片机的时钟控制信号。

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。

PO口：PO.O-PO.6端口用排线连接到数码管显示模块区域中的A-G端口上；PO.O对应着A，......，PO.6对应着G。

P2口：P2.O-P2.6端口用排线连接到数码管显示模块区域中的A-G端口上；P2.O对应着A，......，P2.6对应着G。

P3.7接“开始”按键。

3 软件设计

3.1 程序流程

3.1.1 主程序

图3.1 主程序图

3.1.2 中断服务程序

图3.2 中断服务程序图3.2 源程序

SECOND EQU 30H

TCOUNT EQU 31H

KCOUNT EQU 32H

KEY BIT P3.7

ORG 00H

SJMP START

ORG 0BH

LJMP INT_T0

START: MOV DPTR,#TABLE

MOV P0,#3FH

MOV P2,#3FH ;开始,数码管显示"00"

MOV SECOND,#00H

MOV TCOUNT,#00H

MOV KCOUNT,#00H

MOV TMOD,#01H ;定时器0工作在方式1

MOV TL0,#(65536-50000)/256

MOV TH0,#(65536-50000) MOD 256

K1: JB KEY,$ ;等待按键

LCALL DELAY

JB KEY,$

MOV A,KCOUNT

CJNE A,#00H,K2 ;判断按键次数

SETB TR0 ;第1次按键,启动定时器

MOV IE,#82H

JNB KEY,$

INC KCOUNT ;按键抬起,按键次数值加1

LJMP K1

K2: CJNE A,#01H,K3

CLR TR0 ;第2次按键,关闭定时器

MOV IE,#00H

JNB KEY,$

INC KCOUNT ;按键抬起,按键次数值加1

LJMP K1

K3: CJNE A,#02H,K1 ;第3次按键,返回初始状态JNB KEY,$

LJMP START

INT_T0: MOV TH0,#(65536-50000)/256

MOV TL0,#(65536-50000) MOD 256

INC TCOUNT

MOV A,TCOUNT

CJNE A,#2,I2 ;是否计够0.1秒

MOV TCOUNT,#00H

INC SECOND

MOV A,SECOND

CJNE A,#100,I1 ;是否计够10秒

MOV SECOND,#00H

I1: MOV A,SECOND

MOV B,#10

DIV AB

MOVC A,@A+DPTR ;显示时间

MOV P0,A

MOV A,B

MOVC A,@A+DPTR

MOV P2,A

I2: RETI

TABLE: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H

DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH

DELAY: MOV R6,#20

D1: MOV R7,#250

DJNZ R7,$

DJNZ R6,D1

RET

END

4 调试与仿真

4.1 硬件电路

图4.1 硬件电路图4.2 仿真

图4.2 Proteus仿真图

5 生成PCB

图5.1 PCB图

6 课程设计体会

通过本次课程设计加深对单片机课程的全面认识和掌握，对单片机课程的应用进一步的了解。将单片机软硬件结合起来，对程序进行编辑，校验，锻炼了理论联系实际的能力。提高自己的综合能力、动手能力、文献资料查阅能力，为毕业设计和以后工作打下一个良好的基础。

参考文献

[1] 胡汉才.单片机原理及其接口技术.北京：清华大学出版社

[2] 何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术.北京：北京航空天大学出版社

[3] 沈德金.MCS-51系列单片机接口电路与应用程序实例.北京：北京航空航天大学版社