秒表时钟计时器设计2

第１章总体方案的设计及方案比较

1.1总体方案设计

总原理图可以包括以下几个单元电路、电源电路、下载口电路、复位电路、振荡电路、键盘及显示电路

.. 数字钟计时的标准信号应该是频率相当稳定的1HZ脉冲，所以要设置标准时间源。

数字钟计时周期是24小时，因此必须设置24小时计数器，他应由模为60的秒计数器和分计数器及模为24的时计数器组成，秒、分、时由七段数码管显示。

为使数字钟走时与标准时间一致，校时电路是必不可少的。设计中采用开关控制校时直接用秒脉冲先后对“时”“分”“秒”计数器进行校时操作。

使用按键开关可以实现时年调整、秒表/时钟功能的转换关闭显示等功能

1.2方案比较

方案一：采用CPLD作为主控制器控制外围电路进行时钟控制、键盘和LED控制。此方案逻辑电路复杂，且灵活性较低，不利于各种功能的扩展，在测电压时将通过A/D测得的数值转化为电压有效值时有一定的困难。

方案二：采用AT89S51单片机来实现系统的控制，该芯片可以进行时分秒的计数，用1的总开关来控制电源，用三个按键开关来实现时分的调整、秒表/时钟的转换，并且可以对其方便的进行程序控制，完全能满足题目的要求所以采用方案二。

其总体电路图没见附A

1.3 方案论证

为了实现LED显示器的是数字显示，可以采用静态显示法和动态显示法。由于静态显示法需要数据锁存器等硬件，接口复杂一些。考虑时钟显示只有六位，而且系统没有其他复杂的处理任务，所以决定才用动态扫描法实现LED的显示。单片机采用容易购买的AT89S51系列，这样单片机可具有客户足够的余硬件资源实现其他的扩充功

能，硬件系统的总体构成框架如下

图1-2 硬件系统总体设计框架

第２章系统硬件电路的设计

秒表/时钟计数器的硬件电路如图8 ，采用AT89S51单片机，最小化应用设计；采用共阴极七段LED显示器，P0口输出端数据，P20～P25口作为扫描输出，P10、P11、P12口接三个按键开关，用以调时及功能设置。为了提供共阴极LED数码管的驱动电压，用三极管8550作电源驱动输出。采用12MHZ晶振，有利于提高秒表计时的精确性。

２.1电源电路：

JP1是电源输入插孔。S5为电源开关。电路采用7805三端稳压管，为单片机提供稳定的工作电压（工作电压为5V）其1脚为输入端，2脚为接地端，3脚为输出端。D1是二极管IN4007，并联在7805上，作用是反接保护电路。C2是电源滤波电容，其值为200UF。C1为高频去偶电容其值为0.1UF。D2是一只发光二极管，作用为电源指示灯

图2-1电源电路

2.2下载口电路：

此下载口为10针型。2、4脚分别接地，8脚接电源，P15，P16，P17三脚分别接单片机P15，P16，P17三脚。5脚接单片机的RESET脚。

图2-2下载口电路

2.3 复位电路：

此电路由一只10UF的电解电容，一只10K的电阻和一只按键开关组成。。

图2-3复位电路

2.4 振荡电路：

由12KHZ晶振组成时钟产生电路，为单片机提供时钟源。

图2-4振荡电路

2.5 显示电路：

此电路由一只9脚和6只共阴极数码管组成。P00口～PO7口分别接数码管的a～g段。排组一脚接电源，数码管的G0～G5接单片机的P20～P25口。

图2-5 显示电路

2.6键盘电路：

三只电阻为1K ，K1，K2，K3是三只控制按键。此电路作用为对时间的调试和校正。

图2-6 键盘

第３章系统程序设计

3.1 主程序

本设计中，计时采用定时器T0中断完成，其余状态循环调用显示子程序，当端口开关按下时，转入相应功能．

其主程序执行流程图如下：

图3-1主程序执行流程图

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; 主程序 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

START: LCALL ST MOV R0,#70H MOV R7,#0BH CLEARDISP: MOV @R0,#00H INC R0

DJNZ R7,CLEARDISP MOV 20H,#00H MOV 7AH,#0AH MOV TMOD,#11H MOV TL0,#0B0H MOV TH0, #3CH MOV

TL1, #0B0H

MOV TH1, #3CH

SETB EA

SETB ET0

SETB TR0

MOV R4, #14H

3.2 显示子程序

数码管显示的数据存放在内存单元70H～75H中。其中70H～71H存放秒数据，72H～73H存放分数据，74H～75H存放时数据，每一地址单元内均为十进制BCD码。由于采用软件动态扫描实现数据显示功能，显示用十进制BCD码数据的对应段码存放在ROM表中。显示时，先取出70H～75H中的某一地址中的数据，然后查得对应的显示用段码，并从P0口输出，P2口将对应的数码管选中供电，就能显示该地址单元的数据值。如果要显示小数点及“—”、“A”等特殊字符，在显示班级及计时时采用不同的显示子程序。;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

显示程序;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

显示数据在70H-75H 单元内，用六位LED共阳数码管显示，P0口输出段数据，P2口作

扫描控制，每个LED数码管亮1 ms 时间，再逐位循环。

DISPLAY: MOV R1, #70H

MOV R5, #0FEH

PLAY: MOV A, R5

MOV P2, A

MOV A,@R1

MOV DPTR, #TAB

MOVC A,@A+DPTR

MOV P0, A

MOV A, R5

JB ACC.2, LOOP5

SETB P0.7

LOOP5: JB ACC.4, LOOP6

SETB P0.7

LOOP6: LCALL DL1MS

INC R1

MOV A, R5

JNB ACC.5, ENDOUT

RL A

MOV R5, A

MOV P0, #00H

AJMP PLAY

ENDOUT: MOV P2, #0FFH

MOV P0, #00H

RET

TAB:DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,00H,77H,40H 共阳段码表"0""1""2""3""4""5""6""7""8""9""不亮""A""-"

ST子程序，上电时显示年月班级用，采用移动显示

ST: MOV R0, #40H

MOV R2, #20H

MOV R3, #00H

CLR A

MOV DPTR, #STAB

SLOOP: MOVC A,@A+DPTR

MOV @R0, A

MOV A, R3

INC A

MOV R3, A

INC R0

DJNZ R2, SLOOP

MOV R1, #5AH

MOV R3, #1BH

SSLOP: MOV R2, #32H

SSLOOP1: LCALL SDISPLAY

DJNZ R2, SSLOOP11

MOV A, R1

SUBB A, #07H

MOV R1, A

DJNZ R3, SSLOP

RET

SSLOOP11: MOV A, R1

SUBB A, #06H

MOV R1, A

AJMP SSLOOP1

SDISPLAY,上显示程序

不带小数点显示，有"A","-"显示功能

SDISPLAY: MOV R5, #0FEH

SPLAY: MOV A, R5

MOV P2, A

MOV A,@R1

MOV DPTR, #TABS

MOVC A,@A+DPTR

MOV P0, A

MOV A, R5

LCALL DL1MS

INC R1

MOV A, R5

JNB ACC.5, ENDOUTS

RL A

MOV R5, A

AJMP SPLAY

ENDOUTS: MOV P2, #0FFH

MOV P0, #00H

RET

TABS:DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,00H,77H,40H

STAB表，启动时显示2006-10-19（制作年月日），04-2-80（班级学号）

STAB:DB0AH,0AH,0AH,0AH,0AH,0AH,00H,08H,0CH,02H,0CH,04H,00H,0AH,0AH,0 AH

DB09H,01H,0CH,00H,01H,0CH,06H,00H,00H,02H,0AH,0AH,0AH,0AH,0AH,0AH

注：0A不亮，0B显示"A".0C显示

3.3 定时器T0中断服务程序

定时器T0用于时间计时。定时溢出中断周期可分别设为50ms和10ms。中断进入后，先判断是时钟计时还是秒表计时，时钟计时累计中断20次（即1S）时对秒计数单元进行加1操作，秒表计时每10ms进行加1操作。时钟计数单元地址分别在70H～71H（秒）、76H～77H（分）和78H～79H（时），最大计时植为23时59分59秒。而秒表计数单元地址也在70H71H（0。01毫秒）、76H77H（秒）、和78H79H（分），最大计时为99分59.99秒。7AHD单元内存放“熄灭符”数据（#0AH）。在计数单元中采用十进制BCD码计数，满60进位，T0中断服务程序

执行流程图如下图：

图3-2 T0中断服务程序

T0 中断服务程序

INTT0: PUSH ACC

PUSH PSW

CLR ET0

CLR TR0

JB 03H, FSS

MOV A, #0B7H

ADD A, TL0

MOV TL0, A

MOV A, #3CH

ADDC A, TH0

MOV TH0, A

SETB TR0

DJNZ R4, OUTT0 ADDSS: MOV R4, #14H

MOV R0, #71H

ACALL ADD1

MOV A, R3

CLR C

CJNE A, #60H, ADDMM ADDMM: JC OUTT0

ACALL CLR0

MOV R0, #77H

ACALL ADD1

MOV A, R3

CLR C

CJNE A, #60H,ADDHH ADDHH: JC OUTT0

ACALL CLR0

MOV R0, #79H

ACALL ADD1

MOV A, R3

CLR C

JB 03H, OUTT0

CJNE A, #24H, HOUR HOUR: JC OUTT0

ACALL CLR0

OUTT0: MOV 72H, 76H

MOV 73H, 77H

MOV 74H, 78H

MOV 75H, 79H

POP PSW

POP ACC

SETB ET0

RETI

秒表计时程序（10 min 加1），低2位为0.1 0.01秒，中间2位为秒，最高2位为分。最大计数值为99分59.99秒

FSS: MOV A, #0F7H

ADD A, TL0

MOV TL0, A

MOV A, #0D8H

ADDC A, TH0

MOV TH0, A

SETB TR0

MOV R0, #71H

ACALL ADD1

CLR C

MOV A, R3

JZ FSS1

SETB C

FSS1: AJMP ADDMM

3.4 T1中断服务程序

T1中断服务程序用于指示调整单元数字的闪亮。在时间调整状态下，每过0.3S，将对应单元的显示数据换成“熄灭符”数据（#0AH）。这样在调整时间时，对应调整单元的显示数据会间隔闪亮。

T1 中断服务程序，用作时间调整时调整单元闪烁指示

INTT1: PUSH ACC

PUSH PSW

MOV TL1, #0B0H

MOV TH1, #3CH

DJNZ R2, INTT1OUT

MOV R2, #06H

CPL 02H

JB 02H, FLASH1

MOV 72H, 76H

MOV 73H, 77H

MOV 74H, 78H

MOV 75H, 79H

INTT1OUT: POP PSW

POP ACC

RETI

FLASH1: JB 01H, FLASH2

MOV 72H, 7AH

MOV 73H, 7AH

MOV 74H, 78H

MOV 75H, 79H

AJMP INTT1OUT

FLASH2: MOV 72H, 76H

MOV 73H, 77H

MOV 74H, 7AH

MOV 75H, 7AH

AJMP INTT1OUT

3.5 调时功能程序

调时功能程序的设计方法是：按下P.0口按键，若按下时间短于1S，则进入省电状态（数码管不亮，时钟不停）；否则进入调分状态，等待操作，此时计数器停止走动。当再按下按键时，若按下时间短于0.5S，则时间加1分；若按下时间长于0.5秒，则进入（小）时调整状态。在（小）时调整状态下，当按键按下的时间长于0.5S时，退出调整状态，时钟继续走动。P1.1口按键在调时状态下可实现减1功能。

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

时钟调整程序;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

当调时按键下时进入此程序

SETMM: CLR ET0

CLR TR0

LCALL DL1S

JB P1.0, CLOSEDIS

MOV R2, #06H

SETB ET1

SETB TR1

SET2: JNB P1.0, SET1

SETB 00H

SET4: JB P1.0, SET3

LCALL DL05S

JNB P1.0, SETHH

MOV R0, #77H

LCALL ADD1

MOV A, R3

CLR C

CJNE A, #60H,HHH HHH: JC SET4

LCALL CLR0

CLR C

AJMP SET4

CLOSEDIS: SETB ET0

SETB TR0

CLOSE: JB P1.0, CLOSE

LCALL DISPLAY

JB P1.0, CLOSE WAITH: JNB P1.0, WAITH

LJMP START1 SETHH: CLR 00H

SETHH1: JNB P1.0, SET5

SETB 01H

SET6: JB P1.0, SET7

LCALL DL05S

JNB P1.0, SETOUT

MOV R0, #79H

LCALL ADD1

MOV A, R3

CLR C

CJNE A, #24H, HOUU HOUU: JC SET6

LCALL CLR0

AJMP SET6 SETOUT: JNB P1.0, SETOUT1

LCALL DISPLAY

JNB P1.0, SETOUT

CLR 01H

CLR 00H

CLR 02H

CLR TR1

CLR ET1

SETB TR0

SETB ET0

LJMP START1

SET1: LCALL DISPLAY

AJMP SET2

SET3: LCALL DISPLAY

JNB P1.1, FUNSUB

AJMP SET4

SET5: LCALL DISPLAY

AJMP SETHH1

SET7: LCALL DISPLAY

JNB P1.1, FUNSUBB

AJMP SET6

SETOUT1: LCALL DISPLAY

AJMP SETOUT FUNSUB,分减1 程序？

FUNSUB: LCALL DISPLAY

JB P1.1, SET41

FUNSUB1: JNB P1.1, FUNSUB1

MOV R0, #77H

LCALL SUB1

LJMP SET4

SET41: LJMP SET4 FUNSUBB,时减1 程序

FUNSUBB: LCALL DISPLAY

JB P1.1, SET61

FUNSUBB1: JNB P1.1, FUNSUBB1

MOV R0, #79H

LCALL SUBB1

LJMP SET6

SET61: LJMP SET6

3.6 秒表/时钟功能总程序

在正常计时状态下，若按下P1.1口按键，则进行时钟/秒表功能的转换，转换后计时从零开始。当按下P1.2口的按键时，可实现清0、计时启动、暂停功能。

3.7 功能实现情况及按键功能的应用

上电就流动显示年、月、日、班级、学号，然后进入秒表状态，按功能键可进行秒表和时钟的转换，可全天计时。

T0的作用：按下T0按键，若按下时间短于1s，则进入省电状态，

否则进入调分状态，等待操作、此时计时器停止走动。当再按下按键时，若按下时间短于0.5s时，则时间加1分；若按下时间长于0.5s，则进入时调整状态。在时调整状态下，当按键按下的时间长于0.5s时，退出调整状态，时钟继续走动。T1按键在调时、分状态下可以实现减1功能。

T1的作用：在正常计时的状态下，若按下T1按键，则进行时钟/秒表功能的转换，转换后计时从零开始。当按下T2按键时，可以实现清零，计时启动，暂停功能。

T2的作用：实现清零，计时启动，暂停功能。

第４章调试及功能实现

4.1 使用的主要仪器与工具

4.1.1：仪器

计算机，软件环境：Keil uvision2、Microcontroller Isp Software

电源（9～16V直流、500mA输出）

4.1.2：工具

电烙铁，万用表，镊子，焊锡，ISP下载线。

4.2 硬件调试的方法步骤

4.2.1：清点元气件：

将领取后的元气件进行详细的数目、类型清点。以保障元气件无错漏。

4.2.2：检查元气件：

将领取后的元气件进行详细的硬件检查，是否有引脚断裂，和制作工艺上的残漏。参考值是否与电路所需参考值一样。

4.2.3：安插元气件：

将各类元气件对号入座的安插在电路板上。集成块要注意各引脚的顺序，在安装时，不要用力过硬，以免损伤引脚。其他散装元件，在安装时除注意引脚所对应位置外，还要求该元件的摆设造型要美观、大方。（如：电阻、电容等）

4.2.4：焊接元气件：

1 无虚焊、漏焊。2.焊点无毛刺、焊面光滑润圆。3.焊点大小要适中。

4.2.5：安装后的清理：

元气件安装焊接完毕后，要对电路板进行清理。将遗留在电路板上的焊锡清除干净，过长的引脚应用专业钳剪掉，以保证电路板干净、整洁。

4.3 软件调试部分

设计一个显示程序，在6只LED数码管上显示

进入工作环境：

4.3.1步骤

①建立工程项目文件：

Projec t→new Project→命名（后缀.UV2）、保存→Select Device(Atmel\AT89S51),确定。

②新建程序文件，输入程序，保存。

③File→New,在TEXT窗口中，输入程序。File→Save,(后缀asm)。

④添加文件到工程：

选中工程项目窗口中的Source Group1,单击右键→Add Files to Group‘Source Group1’, 文件类型选择为Asm Source File, 选中要添加的程序文件，单击Add→Close.

⑤设置调试环境：

project→Options For Target‘Target1’,选中Output 选项卡，将口 Create hex file处的复选框中打上√。

⑥程序编译和连接：

Project→Build Target。

完成后，如果程序有语法错误，根据提示信息修改后重新编译，直到没有错误。

此时，将产生与工程项目名同名，后缀为.hex的文件，该文件即为需要调试的软件的机器码。其路径与工程项目的路径相同。

软、硬件综合调试

4.3.2：程序下载

硬件准备：用ISP下载端的10针端连接电路板上的接口，另一端连接电脑接口（注意；针位要插对）

进入Microcontroller Isp Software 的工作环境

①选择目标器件：

●打开AT89文件夹，选中AT89S51；

●Read/Write Mode,将○Byte Mode 弹出的单选按键选中；

●XTAL（MHZ），设为12，单击OK。

②装载程序代码到缓冲区：

●进入缓冲区窗口（黑底，绿FF…）后，Fil e→Load Buffer ，选中需

●下载的程序代码文件（后缀.hex）单击“打开”。