单片机课程设计题目：简易秒表系部：机电工程系专业：机电一体化班级：0 9 4 班姓名：张三学号：2009044056指导教师：杨富强目录一摘要 0二绪论 (1)2.1单片机的发展 (1)2.2 MCS-51系列单片机介绍 (3)三设计任务及要求 (4)四工作原理 (4)4.1 七段数码管概述 (4)4.2 MCS--51的引脚及相关功能 (6)五简易秒表电路图 (7)六流程图 (8)七源程序 (9)八系统硬件设计 (11)九总结 (12)十课程设计心得 (12)参考文献 (13)一摘要单片机自70年代问世以来得到蓬勃发展，目前单片机功能正日渐完善:单片机集成越来越多资源，内部存储资源日益丰富，用户不需要扩充资源就可以完成项目开发，不仅是开发简单，产品小巧美观，同时抗干扰能力加强,系统也更加稳定，使得它更加适合工业控制领域，具有更加广阔的市场前景；提供在线编程能力，加速了产品的开发进程，为企业产品上市赢得宝贵时间。

此外单片机具有性能高、速度快、体积小、价格低、稳定可靠、应用广泛、通用性强等突出优点。

单片机的设计目标主要是增强“控制”能力，满足实时控制的需要。

本文的主要内容是掌握各种单片机的结构、接口、片上外设的特点，并利用自行制作的单片机最小系统，完成一个简单应用（简易秒表）的设计与软件及硬件设计制作，让读者掌握数字单片机最小系统的设计及单片机系统的应用方法。

二绪论当前社会信息化建设在各地蓬勃发展，作为信息发布的终端显示设备，LE D显示屏己经广泛应用于工作和生活的各个方面，主要用于显示文字、图像、动画等。

L E D显示屏的应用涉及社会的许多领域，主要包括：金融证券、体育场馆、道路交通、邮政电信、商场购物中心等服务领域的业务宣传及信息显示。

L E D 是发光二极管的简称(L ig ht E m itt in g D i o d e)。

由于它具有亮度高、响应速度快、低电压、功耗小、耐震动、寿命长等优点，使其成为室内外信息显示终端的主要发光器件。

LE D显示屏是20世纪90年代出现的新型平板显示器件，由于其亮度高、画面清晰、色彩鲜艳，使它在公众多媒体显示领域一枝独秀，因此市场空间巨大。

LE D显示屏的发展可分为以下几个阶段：第一阶段为1990年到1995年，主要是单色和16级双色图文屏。

用于显示文字和简单图片，主要用在车站、金融证券、银行、邮局等公共场所，作为公共信息显示工具。

第二阶段是1995年到1999年，出现了64级、256级灰度的双基色视频屏。

视频控制技术、图像处理技术、光纤通信技术等的应用将LE D显示屏提升到了一个新的台阶。

LE D显示屏控制专用大规模集成电路芯片也在此时由国内企业开发出来并得以应用。

第三阶段从1999年开始，红、纯绿、纯蓝LE D大量涌入中国，同时国内企业进行了深入的研发工作，使用红、绿、蓝三原色LE D生产的全彩色显示屏被广泛应用，大量进入体育场馆、会展中心、广场等公共场所，从而将国内的大屏幕带入全彩时代。

2.1单片机的发展单片机也被称为微控制器（M ic ro co nt ro l le r），是因为它最早被用在工业控制领域。

单片机由芯片内仅有CP U的专用处理器发展而来。

最早的设计理念是通过将大量外围设备和CP U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。

IN T E L的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。

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。

相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。

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。

单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如C P U，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可......用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。

我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VC D等等的家电里面都可以看到它的身影！......它主要是作为控制部分的核心部件。

它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用P C）的主要区别。

单片机是靠程序运行的，并且可以修改。

通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。

一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大P C B板！但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！L E D显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像；不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。

L E D之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。

这些优点概括起来是：亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。

L E D的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。

2.2 MCS-51系列单片机介绍单片机的全称是单片微型计算机（Sin gl e Ch i p M i c ro co mp u te r）。

为了使用方便，它把组成计算机的主要功能部件：中央处理器（CP U）、数据存储器（R AM）、程序存储器（ROM、E P ROM、E2P ROM或F L AS H）、定时/计数器和各种输入/输出接口电路等都集成在一块半导体芯片上，构成了一个完整的计算机系统。

与通用的计算机不同，单片机的指令功能是按照工业控制的要求设计，因此它又被称为微控制器（M i c ro co nt ro ll e r）。

M CS51系列单片机是美国Inte l公司于1980年推出的一种8位单片机系列。

该系列的基本型产品是8051、8031和8751。

这3种产品之间的区别只是在片内程序存储器方面。

8051的片内程序存储器（ROM）是掩膜型的，即在制造芯片时已将应用程序固化进去；8031片内没有程序存储器；8751内部包含有用作程序存储器的4K B的E P ROM。

由于8051的编程需要制造商的支持，8751的价格昂贵，因此8031获得了更为广泛的使用。

M CS51系列单片机优异的性能/价格比使得它从面世以来就获得用户的认可。

Inte l公司把这种单片机的内核，即8051内核，以出售或互换专利的方式授权给一些公司，如At m e l、P h i l ip s、AD I等。

这些公司的这类产品也被称为8051兼容芯片，这些8051兼容芯片在原来的基础上增加了许多特性。

本书应用电路中采用了At m e l公司的AT89S51芯片，它与M CS51单片机指令集兼容，同时它的内部包含用作程序存储器的4K B的基于FL AS H技术的只读存储器。

采用这款芯片既克服了采用8031需要添加外部程序存储器导致电路复杂的缺点，又克服了采用8751导致电路制作成本高的缺点。

三设计任务及要求1、掌握数码管显示控制系统的显示原理，学习数码管显示数字和字符的编程方法.2、试设计一简易秒表，使得七段符显示管的a-g分别接在单片机的P口上，输出低电平时，显示管点亮，要求从数字“0”显示到数字“9”，延时间隔为1秒。

四工作原理4.1 七段数码管概述七段数码管是单片机系统中常用的显示器元件，可以用来显示单片机系统的工作状态、运算结果等各种信息。

单个七段数码管的外形如图4-1所示。

七段数码管有八个LE D 发光二极管分别构成其7个字段和一个小数点，通过不同的字段和小数点亮灭组合可以显示数字0—9、字符A—F、H、L、P、R、U、Y、“—”符号以及小数点“.”等图形。

组成七段数码管的八个LE D发光二极管的连接方法通常是将其其中一极接在一起形成一个公共极，剩下一个极作为个字段的控制极。

将八个LE D发光二极管的阳极连在一起构成的公共极的七段数码管称为共阳极七段数码管，其内部结构如图所示，而将这八个LE D发光二极管的阴极连在一起构成的公共极称为共阴极七段数码管。

要点亮共阳极数码管对应的字段，需要公共极接高电平，同时对应段控制极接低电平，同时对应段控制极接高电平。

通常应用中将a—g、d p控制极依次有地位接到高位控制线，由此我们可以得到共阳极、共阳极数码管的字型码，如图6-1所示。

让七段数码管对应段可控制极得到表6—1中所示的高电平，则在数码管上就会显示对应字符，这是单片机控制七段数码管显示的核心。

单片机控制单个七段数码管的最简单方法就是直接使用一个并口的八个I/0引脚分别接数码管的八个端控制极，然后编写单片机程序通过此并口给数码管对应引脚提供相应电平，就可以在其显示内容了。

需要注意的是，因各段的发光二极管额定电流一般为10mA左右，所以需要保护数码管。

表4-1 共阳极、共阴极数码管的字符码表图4-1七段数码管外形图与引脚图4.2 MCS--51的引脚及相关功能40个引脚按引脚功能大致可分为4个种类：电源、时钟、控制和I/O引脚。

如右图⒈）电源:注：用万用表测试单片机引脚电流一般为0v或者5v，这是标准的TTL电平，但有时候在单片机程序正在工作时候测试结果并不是这个值而是介于0v-5v之间，其实这之是万用表反映没这么快而已，在某一个瞬间单片机引脚电流还是保持在0v或者5v的。

L00110100C7H0011010138HP001101018C H0001010173HU00110111C E J0011010131HY10000001C I H011001013E H-1011111191H010*******H.01111111B F H1000000080H熄灭11111111F F H0000000000H⒉）时钟：XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。

⒊）控制线：控制线共有4根，⑴ALE/PROG：地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲①ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址②PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。

⑶RST/VPD：复位/备用电源。

①RST（Reset）功能：复位信号输入端。

②VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。