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60秒计时器

单片机课程设计说明书

题目： 00—60秒表设计学院：机电工程学院

专业：机械设计制造及其自动化学生姓名： xxx

学号： xxx

指导教师单位： xxx

姓名： xxx

2013年12月13日

摘要

60秒计时器以单片机为核心，由计时器，控制器等组成。系统采用模块化设计，主要分为计时器显示模块和按键控制模块。每个模块的程序结构简单，任务明确，易于编写、调试和修改。编程后利用Kcil软件来进行编译，在生成HEX文件装入芯片中，在通过调试实现60s计时功能。本设计中系统硬件电路主要是由以下几个部分组成：单片机AT89C51、振荡电路、显示电路和按键开关。该系统具有60s内准确计时和计时清零的功能。

关键字：单片机，计时，显示，60s计时，复位清零

前言

我们的任务是设计60s秒表计时器，用AT89C51单片机的定时/计数器T0产生一秒的定

时时间，作为秒计数时间，当一秒产生时，秒计数加1，秒计数到60时，自动从0开始，实现0到60秒的循环显示的功能。

现代计时器是用数字集成电路做成的现代计时器，与传统的机械钟相比，走时准确、显示直观(有荧光七段数码显示器)、无机械传动装置等优点。而且钟表的数字化给人

们生产生活带来了极大的方便。广泛用于个人家庭，车站，码头、办公室等公共场所，成为人们日常生活中不可少的必需品，由于数字集成电路的发展和石英振荡器的广泛

应用，使得数字计时表的精度远远超过老式钟表，钟表的数字化给人们生产生活带来

了极大地方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、校时自

动打铃、时间程序自动控制、定是广播、自动启闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备，甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字计时器及扩大其应用有着非常现实的意义。

一．概述

1.1课程设计的任务与目的

课程设计任务：

用AT89S51单片机的定时/计数器T0产生一秒的定时时间，作为秒计数时间，一秒产生时，秒计数加1，秒计数到60时，自动从0开始。额外拓展，一

个按键，实现从0开始重新计时。

课程设计目的：

课程设计是单片机课程教学的最后一个环节，是对学生进行全面的系统的

训练，进行课程设计可以让学生把学过的比较零碎的知识系统化，真正的能够把学过的知识落到实处，能够开发简单的系统，也进一步激发了学生再深一步

学习的热情，因此课程设计是必不可少的，是非常必要的。

课程设计是提高学生单片机技术应用能力以及文字总结能力的综合训练环节，是配合单片机课程内容掌握应用得的专门性实践类课程，通过典型实际问题的

实际，训练学生的软硬件的综合设计、调试能力以及文字组织能力，建立系统

设计概念，加强工程应用思维方式的训练，同时对教学内容做一定的扩充。

通过课程设计，使自己深刻理解并掌握基本概念，掌握单片机的基本应用程序设计及综合应用程序设计的方法，通过做一个综合性训练题目，达到对内容

的消化、理解并提高解决问题的能力的目的。

1.2、总体方案设计

1.2.1、设计方案框图

1.2.2、硬件方案

1、制作一个AT89S51最小系统；

2、采用两个LED七段数码显示管分别显示秒表的个位和十位；

3、 P0口输出十位段码，P2口输出个位段码。

1.2.3、软件方案

1、因为当晶振频率为12MHz时，选择定时/计时器的模式1；

2、时间设定定时/计数器定时时间，累计合适中断次数后执行刷新显示子程

序； 3、每隔1s秒计数加1，秒计数到60自动从0开始，循环不止。

二、系统硬件设计

2.1、电路总体设计方案

最小系统应符合以下要求：

（1）引出4个I/O端口，便于硬件拓展，同时接入排阻以满足更多的使用要求（2）在上电自动复位的基础上添加按键复位功能，以提高系统的可控性；

（3）采用按钮开关、继电器与稳压二极管构成电源电路，以提高系统的稳定性；（4）具有专门的编程端口；（5）采用内部时钟电路。

2.2、电路原理图

2.3、各硬件模块设计与制作 2.

3.1、AT89C51单片机设计

AT89C51是一个低功耗高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP In-system

programmable 的可反复擦写1000次的Flash，只读程序存储器器件采用ATMEL公司的高密度非易失性存储技术，制造兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89C51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案，AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图所示：

2.3.2、晶振输入电路设计

单片机必须在时钟的驱动下才能工作，在单片机内部有一个时钟振荡电路，只要外界一

个振荡源就能产生一定的时钟信号，送到单片机内部的各个单元，决定单片机的工作

速度。时钟电路如下图：

AT89C51单片机内部的振荡电路是一个高增益反向放大器，引线XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入端和输出端。单片机内部虽然有振荡电路，但要形成时钟，外部还需

附加电路。AT89C51的时钟产生方式有两种：内部时钟电方式和外部时钟方式。由于

外部时钟方式用于多片单片机组成的系统中，所以此处选用内部时钟方式。即利用其

内部的振荡电路在XTAL1和XTAL2引线上外接定时元件，内部振荡电路产生自激振荡。最常用的是在 XTAL1和XTAL2之间接晶体振荡器与电路构成稳定的自激振荡器，如图电路所示为单片机最常用的时钟振荡电路的接法，其中晶振可选用振荡频率为12MHz

的石英晶体，电容器一般选择30μF左右。

2.3.3、复位电路设计

本设计中AT89C51是采用上电自动复位和按键复位两种方式。复位电路可将单片机的各状态都恢复到初始化状态。单片机的RES脚为硬件复位端，只要将持续高电平即可实现复位，复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态。

复位电路如图所示：

由于单片机是高电平复位,所以当按下S时,单片机的9脚RESET管脚处于高电平,此时单片机处于复位状态,当上电后,由于电容缓慢充电,单片机的9脚电压逐步由高向低转化,经过一段时间后,单片机的9脚处于稳定的低电平状态,此时单片机上复位完毕，系统程序从0000H开始执行。

2.3.4、实现暂停与重置的按键电路

本次设计的两个独立按键，分别接到P3.2口（实现暂停功能）和P3.3口（实现从0计时功能），利用单片机中断系统，使功能实现。

2.3.5、数码管显示部分电路

数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示），按能显示多少个8可分为1位、2位、4位等等数码管，按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极（COM）的数码管。共阳数码管在应用时，应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极（COM）的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光，二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。 LED数码管接法：

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。数码管参数：

8字高度：8字上沿与下沿的距离。比外型高度小，通常用英寸来表示。范围一般为025-20英寸。

长*宽*高：长——数码管正放时，水平方向的长度；宽——数码管正放时，垂直方向上的长度；高——数码管的厚度

时钟点：四位数码管中，第二位8与第三位8字中间的二个点，一般用于显示时钟中的秒。

2.3.6、绘制原理图.

根据仿真软件做出来的原理图，在DXP软件中再次绘制原理图。

Protel DXP2004是Altium公司于2004年推出的最新版本的电路设计软件，该软件能

实现从概念设计，顶层设计直到输出生产数据以及这之间的所有分析验证和设计数据

的管理。当前比较流行的Protel 98、Protel 99 SE，就是它的前期版本。

Protel DXP 2004已不是单纯的PCB（印制电路板）设计工具，而是由多个模块组成的系统工具，分别是SCH（原理图）设计、SCH（原理图）仿真、PCB（印制电路板）设计、Auto Router（自动布线器）和FPGA设计等，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。该软件将项目管理方式、原理图和PCB图的双向同步技术、多通道设计、拓朴自

动布线以及电路仿真等技术结合在一起，为电路设计提供了强大的支持。步骤：（1）建立新工程文件，设置画图环境。（2）定元件和加载元件库。（3）原理图放置元件。（4）连接线路和放置节点。（5）电路ERC电气规则检查.（6）生成网络表。（7）生成元器件列表。原理图如下图：

3.2、程序流程图

3.3、部分重要模块汇编程序：3系统硬件设计

3.1AT89S51最小系统设计

单片机最小系统单片机,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统.对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位电路. 下面给出一个51单片机的最小系统电路图：

图3-1 51单片机最小系统原理图

3.1.1时钟电路硬件设计

时钟电路是计算机最核心的部分，它控制着计算机的工作。AT 89 S51单片机内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，分别是单片机的19脚和18脚。在XTAL1和XTAL2两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器。石英晶振起振后要能在XTAL2线上输出一个3V 左右的正弦波，使片内的OCS电路按石英晶振相同频率自激震荡。通常，OCS的输出时钟频率fosc为0.5MHZ~16MHZ，典型值为12MHZ电容器C1和C2通常取30pF左右，对震荡频率有微调作用。调节它们可以达到微调震荡周期fosc的目的。时钟电路如下：

图3-2 时钟电路电路图

3.1.2复位电路硬件设计

单片机的RST管脚为主机提供一个外部复位信号输入端口。复位信号是高电平有效，高电平有效的持续时间应为2个机器周期以上。单片机的复位方式有上电自动复位和手工复位两种。图4-2所示是51系列单片机常用的上电复位电路，只要Vcc上升时间不超过1ms，它们都能很好地工作。复位以后，单片机内各部件恢复到初始状态。电阻电容器件的参考值:R1=200Ω,R2=1KΩ,C3=22μF。RET按键可以选择专门的复位按键，也可以选择轻触开关。复位电路如下

图3-3 复位电路电路图

单片机60秒倒计时

目录 1前言 (1) 2工程概况 (2) 3正文 (2) 3.1 设计目的与要求 (2) 3.2 设计方法的目标 (2) 3.3 设计方法和内容 (2) 3.3.1硬件设计方法 (3) 3.3.2软件设计方法 (7) 3.4 软件调试过程 (9) 3.4.1 系统调试工具keil C51 (9) 3.4.2 系统调试工具PROTEUS (9) 3.4.3焊接电路，对各节点测试导通性 (10) 4有关说明 (11) 5设计总结 (11) 6致谢 (11) 7参考文献 (11)

前言在生活和生产的各领域中，凡是有自动控制要求的地方都会有单片机的身影出现；从简单到复杂，从空中、地面到地下，凡是能想像到的地方几乎都有使用单片的需求。现在尽管单片机的应用已经很普遍了，但仍有许多可以用单片机控制而尚未实现的项目，因此，单片机的应用大有想像和拓展空间。单片机就是微控制器，它是嵌入式系统中的重要且发展迅速的组成部分。单片机接上震荡元件（或震荡源）、复位电路和接口电路，载入软件后，可以构成单片机应用系统。将它嵌入到形形色色的应用系统中，它就成为众多产品、设备的智能化核心。所以，生产企业称单片机为“微电脑”。单片机的应用有利于产品的小型化、多功能化和智能化，有助于提高劳动效率，减轻劳动强度，提高产品质量，改善劳动环境，减少能源和材料消耗，保证安全等。但是，单片机应用的意义绝不仅限于它的广阔范围以及所带来的经济效益上，更重要的意义还在于：单片机的应用正从根本上改变着传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须有模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能使用单片机通过软件（编程序）方法实现了。这种以软件取代硬件并提高系统性能的控制系统“软化”技术，称之为微控制技术。微控制技术是一种全新的概念，是对传统控制技术的一次革命。随着单片机应用的推广普及，微控制技术必将不断发展、日益完善和更加充实。近年来随着计算机在社会领域的渗透, 单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。模拟多通道压力系统是利用压力传感器采集当前压力并反映在显示器上，它可以分析压力过量程，并发出报警。并采用电子秤原理可根据输入单价准确的计算出物体的金额。本篇论文讨论了简单的倒计时器的设计与制作，对于倒计时器中的LED数码显示器来说，我为了简化线路、降低成本，采用以软件为主的接口方法，即不使用专门的硬件译码器，而采用软件程序进行译码。

课程设计_单片机__60秒秒表汇编

目录前言 (2) 1.总体设计方案 (3) 2硬件设计方案 (3) 2.1 电路原理 (3) 2.2 电路原理图 (4) 3.软件设计（加流程图） (6) 3.1函数流程图 (6) 3.2 算法描述 (9) 3.3源程序 (10) 4系统的安装调试 (11) 5课程设计总结与体会 (12) 6.参考文献 (14)

前言单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域的广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的32位300M的高速单片机。单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。单片机由运算器，控制器，存储器，输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机（最小系统），和计算机相比，单片机缺少了外围设备等。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。它最早是被用在工业控制领域。由于单片机在工业控制领域的广泛应用，单片机由仅有CPU的专用处理器芯片发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。本次课程设计要求制作一个秒表，开始时，显示“00”，第1次按下按钮后就开始计时；第2次按按钮后，计时停止；第3次按按钮后，计时归零。

软件延时实现60秒计时器

一、实验任务如下图所示，在A T89S51单片机的P0和P2端口分别接有两个静态共阴数码管，P0口驱动显示秒时间的十位，而P2口驱动显示秒时间的个位。二、电路原理图图11.1 三、硬件连线参照教程十的方法完成硬件连线（只是去掉按键部分）。四、程序设计内容 1在设计过程中我们用一个存储单元作为秒计数单元，当一秒钟到来时，就让秒计数单元加1，当秒计数达到60时，就自动返回到0，从新秒计数。 2对于秒计数单元中的数据要把它十位数和个数分开，方法仍采用对10整除和对10求余。 3在数码上显示，仍通过查表的方式完成。 4一秒时间的产生在这里我们采用软件精确延时的方法来完成，经过精确计算得到1秒时间为1.002秒。 DELY1S: MOV R5,#100 D2: MOV R6,#20 D1: MOV R7,#248 DJNZ R7,$

DJNZ R6,D1 DJNZ R5,D2 RET 五、程序框图图11.2 六、汇编源程序 Second EQU 30H ORG 0 START: MOV Second,#00H NEXT: MOV A,Second MOV B,#10 DIV AB MOV DPTR,#TABLE MOVC A,@A+DPTR MOV P0,A MOV A,B MOVC A,@A+DPTR MOV P2,A LCALL DELY1S INC Second MOV A,Second CJNE A,#60,NEXT LJMP START

DELY1S: MOV R5,#100 D2: MOV R6,#20 D1: MOV R7,#248 DJNZ R7,$ DJNZ R6,D1 DJNZ R5,D2 RET TABLE: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH END 七、C语言源程序 #include unsigned char code table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; unsigned char Second; void delay1s(void) { unsigned char i,j,k; for(k=100;k>0;k--) for(i=20;i>0;i--) for(j=248;j>0;j--); } void main(void) { Second=0; P0=table[Second/10]; P2=table[Second%10]; while(1) { delay1s(); Second++; if(Second==60) { Second=0; } P0=table[Second/10]; P2=table[Second%10]; } }