项目秒表的设计仿真与制作

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1、项目项目2 秒表的设计、仿真与制作秒表的设计、仿真与制作 2.1 工作任务工作任务 2.2 理论基础理论基础 2.3 工作过程工作过程 2.4 能力拓展能力拓展2.1 工作任务工作任务本项目的工作任务是设计一种我们生活、工作、运动常用的秒表。利本项目的工作任务是设计一种我们生活、工作、运动常用的秒表。利用单片机和用单片机和LED数码管设计制作完成，具体要求如下数码管设计制作完成，具体要求如下:精确到精确到1s，最大计时为，最大计时为59s;用一按键控制开始用一按键控制开始/停止停止;开始时，显示开始时，显示“00，按下开始，按下开始/停止键后开始计时，再按一次开始停止键后开始计时，再按一次开始

2、/停止键后计时停止键后计时停止停止;用用RESET按键控制秒位的归零。按键控制秒位的归零。返回2.2 理论基础理论基础 2.2.1 LED数码管简介数码管简介LE D数码管，也叫数码管，也叫LED数码显示器，由于它具有性价比高、显示清数码显示器，由于它具有性价比高、显示清晰、亮度高、使用方便、电路简单、寿命长等诸多优点，长期以来一晰、亮度高、使用方便、电路简单、寿命长等诸多优点，长期以来一直在各类电子产品和工程控制中广泛的应用。在单片机控制系统中，直在各类电子产品和工程控制中广泛的应用。在单片机控制系统中，LED数码管更是经常被用作单片机的输出设备。数码管更是经常被用作单片机的输出设备。1.L

3、ED数码管结构数码管结构LED(Light Emitting Diode)为发光二极管的显示器件，可以用来显为发光二极管的显示器件，可以用来显示温度、压力、日期、时间等数字或字符，具有显示直观、醒目等优示温度、压力、日期、时间等数字或字符，具有显示直观、醒目等优点，点，LED数码管的实物图数码管的实物图如图如图2一一1所示所示。下一页返回2.2 理论基础理论基础LE D数码管实际上是由数码管实际上是由7个字符段和一个小数点段组成，每一段对应个字符段和一个小数点段组成，每一段对应一个发光二极管。当发光二极管点亮时，相应的字符段点亮。根据我一个发光二极管。当发光二极管点亮时，相应的字符段点亮。根据

4、我们的需要，可以通过点亮不同的字段显示不同的字符或数字。其内部们的需要，可以通过点亮不同的字段显示不同的字符或数字。其内部结构图结构图如图如图2-2所示所示，a、b、c、d、e、f、g、dp是相应字符段名称，是相应字符段名称，分别与相应的外部引脚相对应。分别与相应的外部引脚相对应。LE D数码管有两种类型，即共阴极数码管有两种类型，即共阴极LED与共阳极与共阳极LED。共阴极。共阴极LED如图如图2一一3(a)所示，每个发光二极管的阴极连接在一起作为公共端所示，每个发光二极管的阴极连接在一起作为公共端COM，接负极，当相应字符段输出为，接负极，当相应字符段输出为“1时，可以点亮该字段时，可以点

5、亮该字段;反之，反之，当相应字符段输出为当相应字符段输出为“0”时，该字段熄灭。共阳极时，该字段熄灭。共阳极LE D如图如图2-3(b)所示，每个发光二极管的阳极连接在一起作为公共端所示，每个发光二极管的阳极连接在一起作为公共端COM，接正极，接正极，当相应字符段输出为当相应字符段输出为“0”时，可以点亮该字段时，可以点亮该字段;反之，当相应字符段反之，当相应字符段输出为输出为“1”时，该字段熄灭。时，该字段熄灭。上一页 下一页返回2.2 理论基础理论基础2.LED数码管显示原理数码管显示原理按照当发光二极管点亮时，相应的字符段被点亮的原理，将共阴极按照当发光二极管点亮时，相应的字符段被点亮的

6、原理，将共阴极LED显示器的公共端显示器的公共端COM接地，将八字符段端接地，将八字符段端a,b,e,d,e,f,g,dp依次依次与一个与一个8位位I/0口的最低位到最高位相连。口的最低位到最高位相连。表表2一一1给出了在上述连接时给出了在上述连接时的共阴极段码和共阳极段码。的共阴极段码和共阳极段码。3.LED数码管的显示方式数码管的显示方式LE D数码管的显示方式有静态显示和动态显示两种。数码管的显示方式有静态显示和动态显示两种。图图2一一4(a)为静为静态显示方式态显示方式n位位LE D显示器与显示器与I/0的连接示意图，图的连接示意图，图2一一4(b)为动态显为动态显示方式示方式n位位L

7、ED显示器与显示器与I/0的连接示意图。的连接示意图。上一页 下一页返回2.2 理论基础理论基础 2.2.2 LED数码管应用数码管应用(I)在介绍在介绍LED数码管的原理时，没有考虑数码管的原理时，没有考虑I/0口的驱动能力，在实际使口的驱动能力，在实际使用时，如果用时，如果I/0端口的驱动电流不够时，要外加驱动器。端口的驱动电流不够时，要外加驱动器。(2)静态静态LE D显示中，每一位都对应一个具有锁存功能的显示中，每一位都对应一个具有锁存功能的8位位I/0端口。端口。CPU只要实现对只要实现对I/0口锁存器的送段码操作，就可以显示。口锁存器的送段码操作，就可以显示。LED显示显示时不占用

8、时不占用CPU，但静态显示占用，但静态显示占用I/0口线较多。口线较多。(3)动态动态LE D显示时，显示时，CPU要给段极要给段极I/0端口轮流送数，并要相应地控端口轮流送数，并要相应地控制位极。制位极。LE D显示过程中，显示过程中，CPU要不断地对其操作，占用要不断地对其操作，占用CPU时间，时间，但动态显示占用但动态显示占用I/0口线较少。口线较少。上一页 下一页返回2.2 理论基础理论基础(4)为了解决静态显示占用为了解决静态显示占用I/0口线过多、动态显示占用口线过多、动态显示占用CPU时间过多时间过多的矛盾，在实际应用系统中常在外部扩展专用的矛盾，在实际应用系统中常在外部扩展专用

9、LE D显示器。这种显示器。这种LE D显示驱动器往往为动态显示方式，驱动器本身承担起动态操作控制显示驱动器往往为动态显示方式，驱动器本身承担起动态操作控制任务，并且具有足够的驱动能力，不必外加驱动器。任务，并且具有足够的驱动能力，不必外加驱动器。2.2.3 LED显示器接口电路示例显示器接口电路示例1.静态显示静态显示图图2-5所示所示是是2位位LE D数码管静态显示电路。由数码管静态显示电路。由PO口输出段选码，驱口输出段选码，驱动动LE D静态显示，共阳极静态显示，共阳极LE D公共端接电源。要求两个数码管循环公共端接电源。要求两个数码管循环显示显示099。上一页 下一页返回2.2 理论

10、基础理论基础2.动态显示动态显示图图2-6所示所示为为6位共阴极位共阴极LED数码管的显示电路。单片机的数码管的显示电路。单片机的PO f-l作段作段选码选码u，经，经7407驱动与驱动与LE D的段相连的段相连;单片机的单片机的P1.0P1.5作位选码作位选码u，经，经7406驱动与驱动与LE D的位相连。显然这是动态显示的接口电路。的位相连。显然这是动态显示的接口电路。2.2.4与本项目相关的指令与本项目相关的指令1.伪指令伪指令(1)定义字节定义字节DB一般格式一般格式:标号标号:DB 字节数据项表字节数据项表其中，标号区段可有可无，项表是指中间用逗号分开的字节、数、字其中，标号区段可有

11、可无，项表是指中间用逗号分开的字节、数、字节串或用引号括起来的节串或用引号括起来的ASC II码字符串码字符串(一个字符用一个字符用ASC II码表示，码表示，就相当于一个字节就相当于一个字节)。该指令的功能是把项表的数据存入从标号开始。该指令的功能是把项表的数据存入从标号开始的连续单元中。的连续单元中。上一页 下一页返回2.2 理论基础理论基础(2)定义字定义字DW一般格式一般格式:标号标号:DW字节数据项表字节数据项表DW的基本含义与的基本含义与DB相同，不同的是相同，不同的是DW定义定义16位数据，常用来建立位数据，常用来建立地址表。存放时一个字需两个地址单元。地址表。存放时一个字需两个

12、地址单元。(3)给标号赋值给标号赋值EQU一般格式一般格式:标号标号EQU数字或表达式数字或表达式其功能是将语句操作数的值赋予本语句的标号，故又称等值语句。其功能是将语句操作数的值赋予本语句的标号，故又称等值语句。注意注意:在同一程序中，用在同一程序中，用EQU伪指令对标号赋值后，该标号的值在整伪指令对标号赋值后，该标号的值在整个程序中不能再改变。个程序中不能再改变。(4)给位地址命名伪指令给位地址命名伪指令BIT一般格式一般格式:名字名字 BIT位地址位地址上一页 下一页返回2.2 理论基础理论基础其功能是给一个可位寻址的位单元起一个名字。用其功能是给一个可位寻址的位单元起一个名字。用BIT

13、定义过的位单定义过的位单元可用名字使用。元可用名字使用。注意注意:名字必须是以字母开头的字母数字串，而且是事先未定义过的。名字必须是以字母开头的字母数字串，而且是事先未定义过的。2.查表指令查表指令这两条指令都是单字节指令，均为变址寻址方式，这两条指令都是单字节指令，均为变址寻址方式，A中的偏移量为无中的偏移量为无符号数。第一条指令以符号数。第一条指令以DPTR为基址寄存器，功能是将为基址寄存器，功能是将A的内容与的内容与DPTR的内容相加后形成一个的内容相加后形成一个16位地址，把该地址指出的程序存储器位地址，把该地址指出的程序存储器单元的内容送给累加器单元的内容送给累加器A。第二条指令以。

14、第二条指令以PC作为基址寄存器，指令首作为基址寄存器，指令首先将先将PC值加值加1指向下一条指令地址，然后将指向下一条指令地址，然后将A的内容与的内容与PC的内容相加的内容相加形成形成16位地址，把该地址指出的程序存储器单元的内容送给累加器位地址，把该地址指出的程序存储器单元的内容送给累加器A。上一页 下一页返回2.2 理论基础理论基础这两条指令常用于查表。采用这两条指令常用于查表。采用PC作为基址寄存器时，常数表与作为基址寄存器时，常数表与MOVC指令离得较近，称为近程查表指令离得较近，称为近程查表;而采用而采用DPTR作基址寄存器时，作基址寄存器时，表首地址可在表首地址可在64 K范围任意

15、处，故称远程查表。范围任意处，故称远程查表。3.传送指令传送指令(1)对外部数据存储器对外部数据存储器(2)数据交换指令数据交换指令(3)累加器清累加器清“0”与取反指令与取反指令4.算术及逻辑运算指令算术及逻辑运算指令算术运算指令主要完成加、减、乘、除四则运算，以及加算术运算指令主要完成加、减、乘、除四则运算，以及加1、减、减1,BCD码的运算和调整等。除加码的运算和调整等。除加1、减、减1运算外，这类指令大多数要运算外，这类指令大多数要影响状态字寄存器影响状态字寄存器PSW。上一页 下一页返回2.2 理论基础理论基础这类指令可分为这类指令可分为4组组:(1)加法指令加法指令(2)带进位加法

16、指令带进位加法指令(3)十讲制调整指令十讲制调整指令(4)逻辑与运算指令逻辑与运算指令5.跳转指令跳转指令(1)比较条件转移指令比较条件转移指令(2)减减1条件转移指令条件转移指令(3)子程序调用及返回指令子程序调用及返回指令在程序设计中，常常把具有一定功能的公用程序段编写成子程序。从在程序设计中，常常把具有一定功能的公用程序段编写成子程序。从主程序转向子程序的指令称为子程序调用指令，从子程序返回主程序主程序转向子程序的指令称为子程序调用指令，从子程序返回主程序的指令称为返回指令。的指令称为返回指令。上一页 下一页返回2.2 理论基础理论基础子程序调用指令子程序调用指令子程序调用指令具有以下两

17、个功能子程序调用指令具有以下两个功能:a.将断点地址将断点地址断点地址断点地址=(PC)+调用指令本身字节数调用指令本身字节数送入堆栈进行送入堆栈进行保护，以确保正确返回保护，以确保正确返回;b.将子程序的入口地址送给将子程序的入口地址送给PC，转去执行子程序。，转去执行子程序。返回指令返回指令(4)位控制转移指令位控制转移指令上一页返回2.3 工作过程工作过程 2.3.1构思构思学生查阅该项目相关资料，如教材、参考书目、图书、网络资源等，学生查阅该项目相关资料，如教材、参考书目、图书、网络资源等，收集秒表信息，包括秒表的应用场合、秒表的发展现状、秒表的应用收集秒表信息，包括秒表的应用场合、秒

18、表的发展现状、秒表的应用技术要求等技术要求等;教师采用多媒体课件讲授该项目理论知识相关内容，为教师采用多媒体课件讲授该项目理论知识相关内容，为学生制作秒表奠定理论基础学生制作秒表奠定理论基础;教师带领学生走访、参观单片机工作现教师带领学生走访、参观单片机工作现场，通过观看、提问获取单片机实际应用的知识，通过与指导教师和场，通过观看、提问获取单片机实际应用的知识，通过与指导教师和单片机工作人员交谈，解决该项目设计和制作的疑难问题。最终完成单片机工作人员交谈，解决该项目设计和制作的疑难问题。最终完成学生工作页（学生工作页（表表2-2）的填写。）的填写。2.3.2设计设计1.单片机选型单片机选型2.

19、电源、时钟电路和复位电路电源、时钟电路和复位电路下一页返回2.3 工作过程工作过程3.数码管显示模块设计数码管显示模块设计秒表的硬件电路图秒表的硬件电路图如图如图2-7所示所示。4.软件程序设计软件程序设计该项目的程序流程图该项目的程序流程图如图如图2-8所示所示。5.秒表的系统仿真秒表的系统仿真系统仿真电路图系统仿真电路图如图如图2一一9所示所示。2.3.3项目实施项目实施1.制作秒表的电路板制作秒表的电路板在确保设备、人身安全的前提下，学生按计划分工进行单片机系统的在确保设备、人身安全的前提下，学生按计划分工进行单片机系统的制作和生产工作。首先进行制作和生产工作。首先进行PCB制板，如学过

20、制板课程，可自行制板制板，如学过制板课程，可自行制板;如没有学过，可向教师索要提前准备好的板或采用万能板制作均可。如没有学过，可向教师索要提前准备好的板或采用万能板制作均可。列出所需元件清单，列出所需元件清单，如表如表2一一3所示所示。上一页 下一页返回2.3 工作过程工作过程准备好所需元件及焊接工具准备好所需元件及焊接工具(电烙铁，焊锡丝，镊子，斜口钳，万用电烙铁，焊锡丝，镊子，斜口钳，万用表等表等)，开始制作硬件电路板。，开始制作硬件电路板。焊接完成后，要进行硬件电路的测试焊接完成后，要进行硬件电路的测试测试单片机的电源和地是否正确连接测试单片机的电源和地是否正确连接;测试单片机的时钟电路

21、和复位电路是否正常测试单片机的时钟电路和复位电路是否正常;测试测试EA引脚是否与电源相连引脚是否与电源相连;测试测试LED数码管动态显示电路是否正确数码管动态显示电路是否正确;测试下载口界限是否正确。测试下载口界限是否正确。2.联机调试联机调试上一页 下一页返回2.3 工作过程工作过程 2.3.4 项目评价项目评价以教师为主，通过教师评价、学生自评、学生互评、成果评定等四个以教师为主，通过教师评价、学生自评、学生互评、成果评定等四个方面对学生的项目完成情况进行综合评价方面对学生的项目完成情况进行综合评价;同时对项目报告进行评价同时对项目报告进行评价;按项目的技术指标进行评价按项目的技术指标进行

22、评价;对实施记录和实训报告进行评价对实施记录和实训报告进行评价;以及对以及对学生的学习态度、工作态度、团结协作精神、出勤率、敬业爱岗和职学生的学习态度、工作态度、团结协作精神、出勤率、敬业爱岗和职业道德进行评价。以专兼教师为主，按以下几个方面对学生完成项目业道德进行评价。以专兼教师为主，按以下几个方面对学生完成项目的整个过程进行评价，项目考核具体内容的整个过程进行评价，项目考核具体内容见表见表2-4所示所示。上一页返回2.4 能力拓展能力拓展在上述秒表设计的基础上，大家可以考虑如果秒表精确到在上述秒表设计的基础上，大家可以考虑如果秒表精确到is，最大计，最大计时为时为59分分59秒秒;用一按键

23、控制开始用一按键控制开始/停止停止;开始时，显示开始时，显示“00分分00秒秒”，按下开始按下开始/停止键后开始计时，再按一次开始停止键后开始计时，再按一次开始/停止键后计时停止停止键后计时停止;用秒用秒和分按键分别控制秒位和分位的归零，实物和分按键分别控制秒位和分位的归零，实物如图如图2一一10所示所示。4位位LE D数码管显示的秒表参考硬件原理图如数码管显示的秒表参考硬件原理图如图图2一一11所示所示。返回图图2一一1 八段字符型八段字符型LED数码管实物图数码管实物图返回图图2一一2 八段字符型八段字符型LED显示器显示器返回图图2-3 八段字符型八段字符型LED显示器显示器返回(a)共

24、阴极LED;(b)共阳极LED表表2一一1 LED显示器的段码表显示器的段码表返回图图2-4 n位位LED界示器静、动态方式的界示器静、动态方式的连接示意连接示意返回（a）静态方式的连接示意；（b）动态方式的连接示意图图2-5 2位位LED数码管静杰界示申路数码管静杰界示申路返回图图2一一6 6位共阴极位共阴极LED数码管动杰界示数码管动杰界示电路电路返回表表2-2 学生工作页学生工作页返回图图2一一7 秒表的硬件电路图秒表的硬件电路图返回图图2-8 秒表程序流程图秒表程序流程图返回图图2-9 秒表仿真电路图秒表仿真电路图返回表表2-3 元件清单元件清单返回表表2-4 项目考核表项目考核表返回图图2一一10 4位秒表实物图位秒表实物图返回图图2一一11 4价秒表电路图价秒表电路图返回