单片机课程设计-电子秒表.doc

安徽科技学院电气与电子工程学院单片机原理与应用设计课程设计设计说明书题 目: 秒 表 姓名(学号) * * * * * * 专 业: 电气工程及其自动化 班 级: 133 指 导 教 师 ： * 2016 年 5 月 9 日目 录摘要.1关键字.1第1章 硬件的选择与设计.1第2章 软件设计.9第3章 调试结果.19参考文献.20秒 表摘要：本次课程设计，我们组设计的是秒表。使用AT89C51单片机设计一个2位的LED数码显示作为“秒表”：显示时间为0099秒，每秒自动加1，另设计一个“开始计时/时间锁定”键和一个“复位”键。通过对键盘的扫描对时钟的走时/停止进行控制，项目采用定时器T0作为计时器，每10ms发生一次中断，每100次中断加1s。在此期间，如“开始计时/时间锁定”按键按下，程序方将TR0置为1，从而开启中断，秒表开始计时，再按一次“开始计时/时间锁定”按键，则将TR0置0，秒表停止计时；如“复位”按键按下，程序将TR0置为0，同时将存储时间的变量清零，从而中断停止，并实现复位。我们设计的秒表完成了准确计时，和当前时间的显示。通过Keil uvison4进行程序软件的编译，通过proteus进行仿真，最后调试通过，完成此次课程设计。关键字：秒表 51单片机 MAX7219 定时 第一章 硬件选择与设计1、 芯片简介（1） 8051单片机MCS-51是指美国Inter公司生产的一系列单片机的总称。这一系列单片机包括8031、8051、8751、8032、8052、8752等。其中8051是最早、最典型的产品，该系列其他单片机都是以8051为核心发展起来的，都具有8051的基本结构和软件特征。8051单片机内部包含了作为微型计算机所必需的基本功能部件，各部件相互独立地集成在一块芯片上，其基本功能特性如下:a、8位CPU；b、32条双向可独立寻址的I/O线；c、4KB程序存储器（ROM），外部可扩充至64KB；d、12KB数据存储器（RAM），外部可扩充至64KB；e、两个16位定时/计数器；f、五个中断源；g、全双工的串行通信口；h、具有布尔运算能力。其引脚排列如图： 管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：管脚P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7备选功能RXD（串行输入口）TXD（串行输出口）/INT0（外部中断0）/INT1（外部中断1）T0（记时器0外部输入）T1（记时器1外部输入）/WR（外部数据存储器写选通）/RD（外部数据存储器读选通 P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 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。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。（2） MAX7219芯片MAX7219是7段共阴极LED显示驱动器，采用三线串行方式与8051通信。MAX7219片内集成了BCD码到B码的译码器、多路复用扫描电路、LED字段和字位驱动电路及RAM存储器。MAX7219可以驱动8个7段共阴极LED显示器，通过一个10K左右的外接电阻可以设置所有LED的段电流。MAX7219具有低电压保持，只要外接电压超过2V，便可以保存数据。典型的DIP封装的MAX7219如图所示， 其各引脚的功能如下：a、 DID0DID7：8个字段驱动引脚；b、 SEGA-G,dp:7段驱动和小数点驱动输出；c、 SEG dp:小数点驱动输出；d、 CLK：时钟输入，最高时钟频率为10MHz;e、 DIN：串行数据输入。在CLK时钟的上升沿，串行数据被移入MAX7219内部移位寄存器，移入时最高位在前；f、 DOUT：串行数据输出。输入到DIN的数据经过16.5个时钟周期后，在DOUT端有效。在CLK的下降沿数据移出；g、 ISET：峰值段电流设置。可以通过一个10K的上拉电阻来设置峰值段电流；h、 LOAD：加载输入数据。LOAD信号必须在第16个上升沿同时或之后，但在下一个时钟上升沿之前变高，否则将会丢失数据；i、 V+：+5V外接电源；j、 GND：接地，两个GND引脚必须接地。 2、 硬件电路设计（1） 硬件原理图（2） 硬件电路设计单片机最小系统单片机最小系统做为整个系统的控制部分，其包含了晶振电路、复位电路、电源等。外接晶振通过两个30pF的电容接地，同时采用了手动复位和上电复位两种复位方式。该电路可以实现复位和程序运行的基本功能。 MAX7219驱动电路MAX7219是七段共阴极LED显示驱动器，可以驱动8个七段共阴极LED显示器，这里用其来驱动2位的LED数码管，通过一个10K左右的外接电阻可以设置所有的LED段电流。ADP分别驱动数码管的七段，DIG0、DIG1分别用来驱动LED数码管的两位，即个位和十位。 数码管显示两位数码管用来显示099秒的数字。 独立按键两个独立按键分别用来开始计时、时间锁定和复位，实现秒表的计时。 （4） 总电路图 见下页第2章 软件设计软件设计包括MAX7219芯片的初始化、向MAX7219芯片写指令函数、MAX7219驱动数码管显示函数、定时器初始化、中断等。一、MAX7219寄存器及软件函数介绍（1） MAX7219相关寄存器及数据格式对于MAX7219芯片，串行数据以16位包的形式从DIN引脚串行输入，在CLK的每一个上升沿一位一位地送入芯片内部16位移位寄存器，而不管LOAD引脚的状态如何，LOAD引脚必须在第16个CLK上升沿出现的同时或之后，并在下一个CLK上升沿之前变为高电平，否则移入的数据将丢失。16位数据包的格式如下：D15D14D13D12D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0地址寄存器地址寄存器数据1、 MAX7219的内部寄存器及其地址MAX7219芯片通过D11D8的4位地址位译码，可寻址内部14个寄存器，分别是8个显示位寄存器、5个控制寄存器和1个空操作寄存器。如表1所示：表1 MAX7219内部寄存器及其地址寄存器地址D15D12D11D816进制代码空操作00000x0数码管000010x1数码管100100x2数码管200110x3数码管301000x4数码管401010x5数码管501100x6数码管601110x7数码管710000x8译码方式寄存器10010x9显示亮度寄存器10100xA扫描范围寄存器10110xB停机寄存器11000xC显示测试寄存器11110xF2、 五个控制寄存器（1） 译码方式寄存器MAX7219的译码方式寄存器中，每一位与一个数字位相对应，如果对应位为逻辑高电平，表示改位使用B码译码，而逻辑低电平则表示改位不译码，如表2所示：表2 译码方式寄存器含义D7D016进制代码07不译码0000000000H0位译成B码，71位不译码0000000101H.03位使用B译码，47位不译码000011110FH.07位使用B译码11111111FFH（2） 亮度寄存器MAX7219的亮度寄存器用于调节LED的显示亮度。实际电路中，在ISET和电源正极之间连接外部电阻R来控制显示亮度。R即可以是固定电阻，也可以是可变电阻，其最小值为9.25K。亮度寄存器中的数值表示了亮度的大小，共有16级亮度。如表3所示：表3 亮度寄存器亮度D7D016进制代码1/320H3/321H5/322H.29/32EH31/32FH（3） 扫描范围寄存器MAX7219的扫描范围寄存器用于设置需要显示的数字位，其取值范围为18。数据含义如表4所示：表4 扫描范围寄存器显示数字位D7D016进制代码第0位显示0000H第01位显示0011H第02位显示0102H.第06位显示1106H第07位显示1117H（4） 停机寄存器MAX7219的停机寄存器用于停止LED显示。当MAX7219处于停机工作方式时，扫描振荡器停止工作，LED所有的段都截止，此时LED不显示任何时数据。数据格式如表5：表5 停机寄存器工作方式D7D016进制代码停机工作00H正常工作11H（5） 显示测试寄存器MAX7219的显示测试寄存器用于测试LED的好坏。其有两种工作方式，即正常工作和显示测试。正常工作模式即一般的扫描显示模式。数据格式含义如表6：表6 显示测试寄存器工作方式D7D016进制代码正常工作00H显示测试11H3、 数字寄存器MAX7219的数字寄存器用于设置LED数码管的显示数字。可直接寻址。数字寄存器受译码方式寄存器的控制，可以选择B译码或不译码。如果不译码，则数字寄存器中数据的D0D6位分别对应7段LED显示器的AG段，D7位对应LED的小数点DP。某数据为为1，则点亮与改位对应的段，而如果数据为0，则改段熄灭。如果使用B码译码，数字寄存器可将BCD码译成B码（09、-、E、H、L、P），如表7所示：表7 数字07寄存器显示字符寄存器数据点亮段D7D6 D3 D2 D1 D0DP A B C D E F G 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 01 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 02 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 13 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 4 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 15 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 16 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 17 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 08 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 19 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1_ 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1E 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1H 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1L 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0P 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 暗 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0其中，小数点位DP由D7控制，D7=0时，熄灭小数点，D7=1时，点亮小数点。本程序将小数点熄灭。（2） 向MAX7219芯片写指令函数本程序中定义了向MAX7219芯片写指令函数，在MAX7219芯片的初始化中要调用向MAX7219芯片写指令函数，该函数有两个形参add和dat，分别代表MAX7219芯片的寄存器地址和数据内容，即16位数据包的高8位和低8位。在控制寄存器中add为控制寄存器的地址，dat为控制寄存器中的数据内容；在数字寄存器中add对应的实参是数组address,dat对应的实参是数组dat，address分别取数字寄存器07的地址，dat分别取数字07的16进制编码。（3） MAX7219初始化函数MAX7219初始化函数主要是对5种控制寄存器的初始化，即设置5种控制寄存器的状态及数据格式。这里设置译码方式寄存器为使用B码译码方式，所以译码方式寄存器数据为0xff；显示亮度为11/32，所以亮度显示寄存器数据为0xf5；扫描范围为第01位数字显示，所以扫描范围寄存器数据为0x01；设置MAX7219为正常工作方式，所以停机寄存器数据为0x01；设置MAX7219为正常工作而不是显示测试工作方式，所以显示测试寄存器数据为0x00。（四）MAX7219驱动数码管显示函数该函数将计数值的十位和各位分开分别送人MAX7219数字寄存器的第0位和第1位。（五）定时器及中断初始化本实验软使用的是定时器T0作计时器，每10ms发生一次中断，每100次中断为1s，定时器设置为工作方式1，中断时间，其中，所以初值，装入初值TH0=d8H,TL0=efH。2、 程序流程图3、 程序#include#define uchar unsigned char#define DECODE 0x09 /译码方式寄存器地址#define INTENSITY 0x0a /亮度寄存器地址#define SCANLIMIT 0x0b /扫描范围寄存器地址#define SHUTDOWN 0x0c /停机寄存器地址#define DISPLAYTEST 0x0f /显示测试寄存器地址void delay(uchar);/延时函数定义uchar count,keycount;uchar x;sbit DIN=P30; /MAX7219芯片接口定义sbit LOAD=P31;sbit CLK=P32;sbit key0=P10; /按键接口定义sbit key1=P11;/*MAX7219芯片读写地址、内容*/uchar address=0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08;uchar dat=0x00,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09;void writemax7219(uchar add,uchar dat) /向MAX7219写指令函数 uchar ADS,i,j; LOAD=0; i=0; while(i16) if(i=1;j-) DIN=ADS&0x80; /取ADS的最高位送入DIN，其余位均为0 ADS=ADS1; /ADS左移1位，使ADS的次高位变为最高位 CLK=1; /在每个CLK的上升沿，将这8位数据的最高位 /移入MAX7219的内部寄存器中，移动8次， /即将此8位数据全部移入16位寄存器中 CLK=0; i=i+8; LOAD=1; /LOAD上升沿将数据锁存到MAX7219片内数字 /或控制寄存器中void max7219_init() /MAX7219芯片初始化函数 writemax7219(DECODE,0xff); writemax7219(INTENSITY,0xf5); writemax7219(SCANLIMIT,0x01); writemax7219(SHUTDOWN,0x01); writemax7219(DISPLAYTEST,0x00);void delay(uchar n) /延时函数 uchar i,j; for(i=0;i110;i+) for(j=0;j99) /计数值到99则清零 x=0; else count+; /未到100次中断中断次数累加 display(x); /显示当前计数值第3章 调试结果1、 初始化及复位未按下按键时，数码管显示为“00”；按下复位按键时，数码管也显示为“00”。 2、 计时按下“开始计时/时间计时”键，开始计时。再按一次锁定时间。第三次按继续计时，如此循环下去。参考文献1 张毅刚. 单片机原理及应用基于C51编程的Proteus仿真案例M.北京：高等教育出版社，2013.62 赵建领. 精通51单片机开发技术与应用实例M. 北京：电子工业出版社，2012.63 张兰红. 单片机原理及应用M.北京：机械工业出版社，2015.1 4 郭天祥. 新概念51单片机C语言教程入门、提高、开发、拓展全攻略M.北京：电子工业出版社，2010 5 刘焕平，童一凡. 单片机原理及应用M. 北京：北京邮电大学出版社，2008