單片機簡易秒表課程設(shè)計

1、<p><b>　　單片機課程設(shè)計</b></p><p>　　題 目： 簡易秒表</p><p>　　系 部：機電工程系</p><p>　　專 業(yè)：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(fā)展2</p><p>　　2.2 MCS-51系列單片機介紹4</p><p>　　三 設(shè)計任務(wù)及要求5</p><p><b>　　四 工作原理5</b>&

3、lt;/p><p>　　4.1 七段數(shù)碼管概述5</p><p>　　4.2 MCS--51的引腳及相關(guān)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(tǒng)硬件設(shè)計12</p><p><b>　　九 總結(jié)13</b></p><p>　　十 課程設(shè)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(fā)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(nèi)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(fā)，不僅是開發(fā)簡單，產(chǎn)品小巧美觀，同時抗干擾能力加強,系統(tǒng)也更加穩(wěn)定，使得它更加適合工業(yè)控制領(lǐng)域，具有更加廣闊的市場前景；提供在線編程能力，加速了產(chǎn)品的開發(fā)進程，為企業(yè)產(chǎn)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(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛、通用性強等突出優(yōu)

6、點。單片機的設(shè)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(nèi)容是掌握各種單片機的結(jié)構(gòu)、接口、片上外設(shè)的特點，并利用自行制作的單片機最小系統(tǒng)，完成一個簡單應(yīng)用（簡易秒表）的設(shè)計與軟件及硬件設(shè)計制作，讓讀者掌握數(shù)字單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計及單片機系統(tǒng)的應(yīng)用方法。</p><p><b>　　二 緒論</b></p>&l

7、t;p>　　當(dāng)前社會信息化建設(shè)在各地蓬勃發(fā)展，作為信息發(fā)布的終端顯示設(shè)備，LED顯示屏己經(jīng)廣泛應(yīng)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(yīng)用涉及社會的許多領(lǐng)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(wù)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)宣傳及信息顯示。 LED是發(fā)光二極管的簡稱(Light Emitting Diode)。由于它具有亮度高、響應(yīng)速度快、低電壓、功耗小、耐震動、壽命長等優(yōu)點，使其成為

8、室內(nèi)外信息顯示終端的主要發(fā)光器件。 LED顯示屏是20世紀90年代出現(xiàn)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(lǐng)域一枝獨秀，因此市場空間巨大。 LED顯示屏的發(fā)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(xiàn)了64級、256級灰度的雙基

9、色視頻屏。視頻控制技術(shù)、圖像處理技術(shù)、光纖通信技術(shù)等的應(yīng)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(guī)模集成電路芯片也在此</p><p><b>　　2.1單片機的發(fā)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(yè)控制領(lǐng)域。單片機由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通

10、過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復(fù)雜的而對體積要求嚴格的控制設(shè)備當(dāng)中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計出的處理器，從此以后，單片機和專用處理器的發(fā)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(tǒng)集成到一個芯片上。相當(dāng)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(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)

11、、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學(xué)習(xí)使用單片機是了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。</p><p>　　單片機內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內(nèi)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(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)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(xiàn)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(qū)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?qū)崿F(xiàn)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(fù)雜的功能要是用美國50

13、年代開發(fā)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(jié)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(xiàn)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(shù)字、文字、圖形圖像；不僅可以用于室內(nèi)環(huán)境還可以用于室外環(huán)境，具有投影儀、電視墻、液晶顯示屏無法比擬的優(yōu)點。 </p>

14、;<p>　　LED之所以受到廣泛重視而得到迅速發(fā)展，是與它本身所具有的優(yōu)點分不開的。這些優(yōu)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(wěn)定。LED的發(fā)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(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性，可靠性、全色化方向發(fā)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(shù)據(jù)存儲器（RAM）、程序存儲器（ROM、EPROM、E2PROM或FLASH）、定時/計數(shù)器和各種輸入/輸出接口電路等都集成在一塊半導(dǎo)體芯片上，構(gòu)成了一個完整的計算機系統(tǒng)。與通用的計算機不同，單片機的指令功能是按照工業(yè)控制的要求設(shè)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(chǎn)品是8051、8031和8751。這3種產(chǎn)品之間的區(qū)別只是在片內(nèi)程序存儲器方面。8051的片內(nèi)程序存儲器（ROM）是掩膜型的，即在制造芯片時已將應(yīng)用程序固化進去；8031片內(nèi)沒有程序存儲器；8751內(nèi)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(yōu)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(nèi)核，即8051內(nèi)核，以出售或互換專利的方式授權(quán)給一些公司，如Atmel、Philips、ADI等。這些公司的這類產(chǎn)品也被稱為8051兼容芯片，這些8051兼容芯片在原來的基礎(chǔ)上增加了許多特性。本書應(yīng)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(nèi)部包含用作程序存儲器的4KB的基于FLASH技術(shù)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(dǎo)致電路復(fù)雜的缺點，又克服了采用8751導(dǎo)致電路制作成本高的缺點。</p><p><b>　　三 設(shè)計任務(wù)及要求</b></p><p>　　1、掌握數(shù)碼管顯示控制系統(tǒng)的顯示原理，學(xué)習(xí)數(shù)碼管顯示數(shù)字和字符的編程方法.</p&

19、gt;<p>　　2、試設(shè)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(shù)字“0”顯示到數(shù)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(shù)碼管概述</p><p>　　七段數(shù)碼管是單片機系統(tǒng)中常用的顯示器元件，可以用

20、來顯示單片機系統(tǒng)的工作狀態(tài)、運算結(jié)果等各種信息。</p><p>　　單個七段數(shù)碼管的外形如圖4-1所示。七段數(shù)碼管有八個LED發(fā)光二極管分別構(gòu)成其7個字段和一個小數(shù)點，通過不同的字段和小數(shù)點亮滅組合可以顯示數(shù)字0—9、字符A—F、H、L、P、R、U、Y、“—”符號以及小數(shù)點“.”等圖形。</p><p>　　組成七段數(shù)碼管的八個LED發(fā)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(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成的公共極的七段數(shù)碼管稱為共陽極七段數(shù)碼管，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，而將這八個LED發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成的公共極稱為共陰極七段數(shù)碼管。要點亮共陽極數(shù)碼管對應(yīng)的字段，需要公共極接高電平，同時對應(yīng)段控制極接低電平，同時對應(yīng)段控制極接高電平。</p><p>　　通常應(yīng)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(shù)碼管的字型碼，如圖6-1所示。</p><p>　　讓七段數(shù)碼管對應(yīng)段可控制極得到表6—1中所示的高電平，則在數(shù)碼管上就會顯示對應(yīng)字符，這是單片機控制七段數(shù)碼管顯示的核心。</p><p>　　單片機控制單個七段數(shù)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(shù)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(shù)碼管對應(yīng)引

23、腳提供相應(yīng)電平，就可以在其顯示內(nèi)容了。需要注意的是，因各段的發(fā)光二極管額定電流一般為10mA左右，所以需要保護數(shù)碼管。</p><p>　　表4-1 共陽極、共陰極數(shù)碼管的字符碼表</p><p>　　圖4-1七段數(shù)碼管外形圖與引腳圖</p><p>　　4.2 MCS--51的引腳及相關(guān)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(jié)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>　　⒉） 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(nèi)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>　　② PROG功能：片內(nèi)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(fù)位/備用電源。</p><p>　?、?RST（Reset）功能：復(fù)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(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。</p><p>　?、?EA功能：內(nèi)外ROM選擇端。</p><p>　　② Vpp功能：片內(nèi)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(zhí)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(shù)字</p><p>　　LCALL DELAY

32、 ；調(diào)用DELAY延時程序段，實現(xiàn)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?yōu)榱?lt;/b></p><p>　

34、　DELAY:MOV R5,#10 ；實現(xiàn)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(diào)用DELAY程序段的語句處</p><p>　　TABLE: ；共陰極數(shù)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(jié)束</p><p><b>　　八 系統(tǒng)硬件設(shè)計</b></p><p>　　一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計包含兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴展，即單片機內(nèi)部的功能單元，如ROM、RAM、I/O、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時，必須在片外進行擴展，選擇適當(dāng)?shù)男酒?，設(shè)計相應(yīng)的電路。二是系統(tǒng)的配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備

37、，如鍵盤、顯示器、打印機、A/D、D/A轉(zhuǎn)換器等，要設(shè)計合適的接口電路。</p><p>　　系統(tǒng)的擴展和配置應(yīng)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(guī)用法。為硬件系統(tǒng)的標準化、模塊化打下良好的基礎(chǔ)。</p><p>　　2、系統(tǒng)擴展與外圍設(shè)備的配置水平應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求，并留有適當(dāng)余地，以便進行二次開發(fā)。</p

38、><p>　　3、硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮。硬件結(jié)構(gòu)與軟件方案會產(chǎn)生相互影響，考慮原則是：軟件能實現(xiàn)的功能盡可能由軟件實殃，以簡化硬件結(jié)構(gòu)。但必須注意，由軟件實現(xiàn)的硬件功能，一般響應(yīng)時間比硬件實現(xiàn)長，且占用CPU時間。</p><p>　　4、系統(tǒng)中的相關(guān)器件要盡可能做到性能匹配。如選用CMOS芯片單片機構(gòu)成低功耗系統(tǒng)時，系統(tǒng)中所有芯片都應(yīng)盡可能選擇低功耗產(chǎn)品。</p>

39、<p>　　5、可靠性及抗干擾設(shè)計是硬件設(shè)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(qū)動能力。驅(qū)動能力不足時，系統(tǒng)工作不可靠，可通過增設(shè)線驅(qū)動器增強驅(qū)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(shè)計硬件系統(tǒng)。系統(tǒng)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(tǒng)的穩(wěn)定性。隨著單片機片內(nèi)集成的功能越來越強，真正的片上系統(tǒng)SoC已經(jīng)可以實現(xiàn)，如ST公司新μPSD32××系列產(chǎn)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(fù)位電路等等。</p><p><b>　　九 總結(jié)</b></p><p>　　單片機是當(dāng)前流行

41、的控制技術(shù)，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(shè)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(xué)知識在實際中得到應(yīng)用，提高了我們的應(yīng)用能力。</p><p>　　課設(shè)使用了點陣，我們上課并沒有學(xué)習(xí)這方面的內(nèi)容，通過我們查資料，很快領(lǐng)會了點陣的使用方法，課設(shè)使用了多種軟件幫助設(shè)計，讓我們對設(shè)計方法有了進一步了解，而且我們設(shè)計了不同的顯示內(nèi)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(xué)期做了一個單片機的小項目，對單片機已經(jīng)比較熟悉，這次課設(shè)并沒用感覺到很難，我們小組分工明確，各負其責(zé)，我主要負責(zé)軟件的設(shè)計與調(diào)試。經(jīng)過我們?nèi)齻€的共同努力，很快便將仿真結(jié)果做了出來。作出的結(jié)果可能不能讓老師十分滿意，但我們已經(jīng)為我們的成果歡呼雀躍了。這只是一次簡單的課設(shè)，在實際中的應(yīng)用還會更難，這都需要我們不斷的學(xué)習(xí)新的技術(shù)，不斷提高自己的應(yīng)用能力。<

43、;/p><p><b>　　十 課程設(shè)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(jīng)歷了幾次全國性計算機普及高等學(xué)校的計算機教育發(fā)展十分迅速，所以學(xué)習(xí)單片機應(yīng)用技術(shù)是一種必然的要求。許多高校不僅在計算機專業(yè)開設(shè)了這門課，還在非計算機轉(zhuǎn)業(yè)開設(shè)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(xué)到一些理論上的東西。為了適應(yīng)社會經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展及教育教學(xué)改革的需要，根據(jù)“以市場需求為導(dǎo)向，以職業(yè)技能為本位，以培養(yǎng)應(yīng)用型高技能人才為中心”的原則，注重增強認知結(jié)構(gòu)與能力的有機結(jié)合。學(xué)校在這周為我們安排了為期一周半的單片機應(yīng)用技術(shù)的實訓(xùn)。這次的實訓(xùn)雖然只有短短的一周半時間,可我們學(xué)到的卻遠超過我們平時一周半所學(xué)到的知識。這次的實訓(xùn)以制做一個簡易秒表作為主線，融入各種基礎(chǔ)知識和實踐經(jīng)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(xùn)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(dāng)老師讓我們每個人自己都動手編時，大家才發(fā)現(xiàn)這也是問題，那也是問題。不過經(jīng)過老師的多次講解、示范我們很難完成?，F(xiàn)在我們每個人都能編寫程序了。</p><p>　　通過這一的課程設(shè)計，我深刻體會到了單片機應(yīng)用技術(shù)

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(yīng)用技術(shù)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(tài)度完成了這門課的實訓(xùn)。因此我將會盡我最大的努力將所學(xué)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(yīng)用》 李文方 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2010年5月</p><p>　　2.《電氣控制與PLC應(yīng)用》 張桂香 1995</p><p>　　3.《可編程控制器原理及應(yīng)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(fā)展公司 2003</p>&