1、 單片機系統(tǒng)課程設計報告學 院（部）： 電氣與信息工程學院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 學 生姓 名： 指 導老 師： 班 級： 學號 2013年12月單片機系統(tǒng)課程設計報告一：系統(tǒng)設計要求：1最大計數(shù)值為：99時59分59秒9/10秒，約100小時。2系統(tǒng)采用2個按鍵控制輸入，其中一個按鍵用作系統(tǒng)清0，另一個按鍵用作秒表的啟動/停止。3. 系統(tǒng)采用7個LED數(shù)碼管實現(xiàn)計時顯示。4. 電路原理圖：使用protel或visio或proteus 繪制。 5. 編程思路，用visio畫程序設計流程圖，且用文字描述二：系統(tǒng)設計： 1:總體方案的設計數(shù)字秒表具有顯示直觀、讀取方便、精度高等優(yōu)點，在計時

2、中廣泛應用。本設計中用單片機和數(shù)碼管組成數(shù)字秒表，力求結構簡單。設計中包括硬件電路的設計和系統(tǒng)程序的設計。硬件電路主要有主控制器、控制按鈕與顯示電路組成。主控制器采用單片機AT89C51，顯示電路采用七位共陽極數(shù)碼管顯示計時時間。2.硬件設計2.1.：輸出設計： 設計要求在數(shù)碼管上進行數(shù)據(jù)顯示，輸出硬件設計可以采用1個BCD七段譯碼器74LS47驅動數(shù)碼管的段選端，輸出字形信息，采用38譯碼器輸出作為動態(tài)掃描時數(shù)碼管的位選痛信號。這樣在一定程度上節(jié)約了單片機的硬件資源，也簡化了軟件設計時的任務量。在硬件設計時還應當注意一下問題：（1） 數(shù)碼管接口方法與動態(tài)掃描原理；（2） 時、分、秒計數(shù)單元地

3、址的分配及BCD碼的調整方法；（3） 按鍵識別與消除抖動的方法。2.2：顯示設計： 數(shù)碼管顯示可以分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。由于本設計需要采用數(shù)碼管顯示時間，如果靜態(tài)顯示則占用的口線多，硬件電路復雜，所以采用動態(tài)顯示。 秒表設計原理圖如圖1.0所示。單片機采用通用的AT89C51芯片，顯示器為7個共陽極LED數(shù)碼管，用1個BCD七段譯碼器74LS47驅動數(shù)碼管（74LS47的輸入為BCD碼，其輸出級為集電極開路輸出，可直接驅動七段數(shù)碼管，具有首尾消零等特點），用38譯碼器74LS138的輸出作為動態(tài)掃描時數(shù)碼管的選通信號。因為采用了上述兩個芯片，所以在對數(shù)碼管進行掃描顯示時，只需要單片機的7

4、條I/O線就能完成顯示功能。 電路圖中采用P1.0P1.3作為顯示數(shù)據(jù)值的輸出，連接在BCD七段譯碼器74LSs4的1310管腳上（譯碼器74LS47的BCD碼輸入端）；P1.4P1.6作為掃描值的輸出端連接在3874LS138譯碼器的輸入端（74LS138的A,B,C)。因此，寫程序應將P1口的高四位為掃描值，低四位為顯示數(shù)據(jù)值（分離BCD碼）。單片機的P0.0P0.1分別接在兩個開關上，以控制啟動/停止和清零。秒表系統(tǒng)功能如下：（1） 開機時，秒表顯示從00:00:00:0開始計時。（2） 按鍵S1控制秒表的啟動/停止。（3） 按鍵S2控制秒表的清零。硬件電路按總體框圖進行設計：74LS4

5、7AT89C51單片機控制開關七位數(shù)碼管74LS138 圖1：硬件電路總體框圖三：系統(tǒng)總體電路的設計 AT89C51單片機為主電路的核心部分，各個電路均與單片機相連，由單片機統(tǒng)籌協(xié)調各個電路的運行工作。開始鍵和暫停鍵使用了檢測的方法，所以需要連到單片機的P0.0和P0.1引腳上，對這兩個I/O口進行循環(huán)掃描，檢測是否按下。顯示電路由七位數(shù)碼管組成，采用動態(tài)顯示方式，因此有8位段控制和7位位控制，并且通過74LS47譯碼器進行控制8位段控制，接P1口，P1.0P1.3分別控制數(shù)碼管的a b c d e f g 顯示，位控制有38段譯碼器74LS138進行位控制接在P1.4P1.6的I/O口上，對

6、數(shù)碼管實現(xiàn)位控制。系統(tǒng)總體電路如下圖所示： 圖2： 總體電路圖四：軟件設計4.1主程序設計本系統(tǒng)程序主要模塊由主程序、定時中斷服務程序、顯示子程序和掃描子程序組成。其中主程序是整個程序的主體?？梢詫Ω鱾€中斷程序進行調用。協(xié)調各個子程序之間的關系。 主程序：首先進行初始化。設置秒表的計時初值為00:00:00:0，設置T0高低位初值，且允許T0中斷。然后檢測S1S2是否按下，當S1按下時，啟動T0進行4ms定時，開始進行計時。系統(tǒng)主程序流程圖： N主程序置顯示初值：00.00.00.0置T0為4ms定時開T0中斷Y 啟動，停止，清零S1S2按下 圖3： 主程序流程圖4.2：定時器T0中斷服務子程

7、序： 中斷服務子程序的作用是進行“時”、“分”、“秒”的計時與顯示。定時器T0用于定時，定時周期設為4ms，中斷累計25次（即0.1秒），對0.1秒計數(shù)單元進行加1操作。時間計數(shù)值分別存放在2DH(0.1秒)、2CH(秒)、2BH(分)、2AH(時)內存單元中。在計數(shù)單元中采用組合BCD碼計數(shù)，0.1秒是滿10進位，時、分、秒滿60進位。0.1S計時采用內部中斷方式計時，通過內部中斷設置4ms的定時溢出中斷，單片機的頻率為12MHz，則機器周期為1us，要實現(xiàn)4ms的定時，在4ms內需要計數(shù)N次： :N=4ms1us=4000次令定時器/計數(shù)器0工作方式1下，此時計數(shù)初值X為： :X=最大計數(shù)

8、值M-計數(shù)次數(shù)N =65536-4000=61536=0F060H即向TH0寫入計數(shù)初值0F0H,向TL0寫入計數(shù)計數(shù)初值60H。TMOD初始化：TMOD=00000001B=01H。GATE=0，C/T=0，M1=0，M0=1.TCON初始化：TR0=1，啟動T0。IE初始化：開放中斷EA=1，允許定時器T0中斷ET0=1。定時器T0中斷服務程序流程圖如圖所示：定時器中斷入口重裝計數(shù)初值中斷次數(shù)加1中斷次數(shù)到25嗎中斷次數(shù)清零，0.1秒位加一0.1秒位到10嗎0.1秒位清零，秒鐘位加一秒鐘位到60嗎 秒鐘位清零，分鐘位加一分鐘位到60嗎分鐘位清零，小時位加一小時位到99嗎時位清零中斷返回 圖

9、4：TO中斷服務流程圖顯示子程序DISP:DISP子程序的作用是分別將時間計數(shù)單元2DH(0.1秒)、2CH(秒)、2BH(分)、2AH(時)中的十進制時間值（組合BCD碼）轉化為個位和十位（分離BCD碼）并分別存放在顯示緩沖中。顯示緩沖區(qū)的地址為20H26H。其中20H中存放0.1秒數(shù)據(jù)，21H22H中存放秒數(shù)據(jù)，23H24H中存放分鐘數(shù)據(jù)，25H26H中存放小時數(shù)據(jù)。由于每一個地址單元內均為分離BCD碼，用BCD七段譯碼器74LS47直接進行譯碼，因此不需要軟件方式對BCD碼數(shù)據(jù)進行譯碼。 掃描子程序SCAN:SCAN的作用是把顯示緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)依次送往顯示器顯示。把掃描值作為高4位，顯示

10、數(shù)值作為低4位，輸出到P1口，以完成顯示。因為采用38譯碼器74LS138作為掃描輸出，故用28H單元存放掃描指針，即28H單元中存放的是數(shù)碼管的序號。顯示時，只需取出20H26H某一地址中的數(shù)據(jù)，并從P1口的低4位輸出，同時P1口的高四位作為掃描值輸出，這樣就能保證數(shù)碼管正常工作。4.3 系統(tǒng)調試Proteus ISIS是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件，它可以仿真、分析各種模擬器件和集成電路。該軟件的主要特點為：實現(xiàn)了單片機仿真和SPICE電路仿真相結合的功能，支持目前主流單片機系統(tǒng)的仿真，提供了軟件調試的功能，具有強大的原理圖繪制功能?？傊撥浖且豢罴瘑纹瑱C和S

11、PICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大。在電子領域中起到了很大的作用，它的出現(xiàn)仿真不需要先焊接電路板，可以先仿真調試通過之后再焊接電路，節(jié)省了不少在硬件調試上花費的時間。打開已經畫好的Proteus DSN文件，雙擊圖中的AT89C51芯片，就彈出一個窗口，在program file項中通過路徑選擇在keil中生成hex文件，雙擊選中后確定，這樣仿真圖中的AT89C51芯片就已經讀取了本設計中的hex文件。然后進行仿真，仿真圖如下所示: 圖5：proteus仿真圖五：源程序ORG 0000HJMP STARTORG 000BHJMP TIM0START:MOV SP,#70HMOV 28H

12、,#00MOV 2AH,#00HMOV 2BH,#00MOV 2CH,#00MOV 2DH,#00 MOV P1,#0F0HMOV R5,#1MOV TMOD,#01HMOV TH0,#0F0HMOV TL0,#60HMOV IE,#82HMOV R4,#25LOOP:JB P0.0,N2CALL DELAYSETB TR0MOV A,R5CPL AMOV R5,AN1:JNB P0.0,$CALL DELAYN2:JB P0.1,LOOPCALL DELAYCJNE R5,#0,LOOPCLR TR0JMP START N3:JNB P0.1,$CALL DELAYJMP LOOPTIM0:

13、MOV TH0,#0F0HMOV TL0,#60HPUSH ACC PUSH PSWDJNZ R4,X2MOV R4,#25CALL CLOCK CALL DISPX2:CALL SCANPOP PSWPOP ACCRETISCAN:MOV R0,#28HCJNE R0,#7,X3MOV R0,#00X3:MOV A,R0ADD A,#20HMOV R1,AMOV A,R0SWAP A ORL A,R1MOV P1,AINC R0RETCLOCK:CJNE R5,#1,X4MOV A,2DHADD A,#1DA AMOV 2DH,ACJNE A,#10H,X4MOV 2DH,#00MOV A,

14、2CHADD A,#1DA AMOV 2CH,ACJNE A,#60H,X4MOV 2CH,#00MOV A,2BHADD A,#1DA A MOV 2BH,ACJNE A,#60H,X4MOV 2BH,#00MOV A,2AHADD A,#1MOV 2AH,ACJNE A,#99H,X4MOV 2AH,#00X4:RETDISP:MOV R1,#20HMOV A,2DHMOV R1,2DHINC R1MOV A,2CHMOV R1,AMOV B,#10DIV ABMOV R1,BINC R1MOV R1,AINC R1INC R1MOV A,2BHMOV B,#10HDIV ABMOV R1

15、,BINC R1MOV R1,AINC R1MOV A,2AHMOV B,#10HDIV ABMOV R1,BINC R1MOV R1,ARETDELAY:MOV R6,#60HD1:MOV R7,#248DJNZ R7,$DJNZ R6,D1RETEND六：總結 經過兩個星期緊張而充實的單片機實訓，老師所要求的程序最終在自己的努力下調試出來了，并且通過了老師的驗收，這次實訓讓我有了很大的收獲。從剛開始接到課題：一個計數(shù)到99小時59分59秒0.9秒的計時秒表如何實現(xiàn)。所需的數(shù)碼管有七位，直接利用單片機的I/O口顯然很難實現(xiàn)，通過老師的指導，通過利用掃描方式來控制八段數(shù)碼管，這樣既能節(jié)省很多硬

16、件資源，又可以在排線布局方面節(jié)省很多時間，使整體電路簡潔明了。因此：如何實現(xiàn)掃描控制成為了本次課題的重點突破目標。在前期的準備過程之中，通過認真翻閱課本，分析單片機的內部工作原理和每條語句的功能。對單片機內部的組成結構和單片機指令運用上應當注意的問題，認真查找參考書，翻閱資料。有些指令雖然能夠使用，但比較復雜，如何更的使用指令，并且更加合理的利用指令方面有所欠缺。因此，我從圖書館借來許多單片機設計方面的書籍來看，認真分析程序，從程序中結合自己所學過的知識認真分析，如何把指令更好的運用到自己到自己的設計之中去。在秒表設計的另一設計中：中斷計時功能也十分重要。如何正確使用指令完成所需要的功能，都需

17、要對程序進行很好的分析。通過認真調試才能更好的運用。平時書上所學的零碎的只是進行整理，各種語句的功能和使用方法，只有通過多學多調試，進行仿真才能真正掌握。在設計過程中出現(xiàn)的問題也是挺多的：首先由于對程序的編寫設計量不足，容易出現(xiàn)不知如何入手的情況，通過對程序多分析，然后自己從一些簡單的程序開始編譯調試，逐漸熟悉，由簡單到復雜，每個程序都是有很多語句組合在一起來實現(xiàn)其功能的，這樣在編寫時可以減少很多的麻煩。其次：有時候，在理論上編程沒有什么錯誤，但是在調試和仿真的時候出現(xiàn)錯誤，通過查閱資料得知，單片機內部執(zhí)行程序的有些區(qū)域是有限制的，超出區(qū)域會出現(xiàn)運行錯誤。在仿真時與在理論上也有很多的差別，因為

18、要考慮硬件部分的因素。通過查找問題出現(xiàn)在哪一部分，并且近一步分析一些相同指令的功能，進行替換之后進行仿真是是否符合仿真電路，解決問題。在使用proteus繪制電路圖示，如何布局才能使整體更合理，如何更好地使用各個單片機的I/O口都需要知曉其原理。另外，在proteus中如何快速查找各種元件，節(jié)約時間繪制電路圖時間，都是需要多查閱資料的。第三：在編寫軟件過程中，如何運用編程思想去解決問題，也十分關鍵。剛開始編程是，對于如何實現(xiàn)一個鍵控制秒表的啟動和停止，我想了許久，最后想到利用計數(shù)奇、偶的不同來控制。后來在其他資料上看到利用奇偶校驗和取反等許多中方法，能夠實現(xiàn)相同的功能，但是程序要簡潔很多。讓我在學習中不對積累，不斷豐富自己的知識。通過自己的努力，最終實現(xiàn)了軟件仿真調試的成功。雖然在答辯的時候我的表現(xiàn)不夠好，說明我的知識還很多欠缺。但是，通過自己編寫程序并進行調試，讓我的單片機知識有了很大的提升。看到只有兩位同學采用匯編編寫的程序，而我是其中之一，讓我為我的努力和收獲而高興。在很多時候，調試出問題時，自己也想放棄，但是堅持下來才可能成功，我這樣告誡自己。通過本次設計，不僅讓我的自主的學習能力有了很大的提升，鍛煉了我查閱資