项目 2 秒表的设计、仿真与制作

项目2 秒表的设计、仿真与制作 • 2. 1 工作任务 • 2 .2 理论基础 • 2 .3 工作过程 • 2.4 能力拓展

2. 1 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。利用单片机和LED数码管设计制作完成，具体要求如下: • 精确到1s，最大计时为59s;用一按键控制开始/停止;开始时，显示“00 "，按下开始/停止键后开始计时，再按一次开始/停止键后计时停止;用RESET按键控制秒位的归零。返回

2. 2 理论基础 • 2. 2. 1 LED数码管简介 • LE D数码管，也叫LED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。 • 1. LED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，LED数码管的实物图如图2一1所示。下一页返回

2. 2 理论基础 • LE D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。其内部结构图如图2 -2所示，a、b、c、d、e、f、g、dp是相应字符段名称，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LED与共阳极LED。共阴极LED如图2一3(a)所示，每个发光二极管的阴极连接在一起作为公共端COM，接负极，当相应字符段输出为“1"时，可以点亮该字段;反之，当相应字符段输出为“0”时，该字段熄灭。共阳极LE D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COM，接正极，当相应字符段输出为“0”时，可以点亮该字段;反之，当相应字符段输出为“1”时，该字段熄灭。上一页下一页返回

2. 2 理论基础 • 2. LED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LED显示器的公共端COM接地，将八字符段端a ,b,e,d,e,f,g,dp依次与一个8位I/ 0口的最低位到最高位相连。表2一1给出了在上述连接时的共阴极段码和共阳极段码。 • 3. LED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。图2一4(a)为静态显示方式n位LE D显示器与I/ 0的连接示意图，图2一4(b)为动态显示方式n位LED显示器与I/0的连接示意图。上一页下一页返回

2. 2 理论基础 • 2. 2. 2 LED数码管应用 • (I)在介绍LED数码管的原理时，没有考虑I/0口的驱动能力，在实际使用时，如果I/ 0端口的驱动电流不够时，要外加驱动器。 • (2)静态LE D显示中，每一位都对应一个具有锁存功能的8位I/0端口。CPU只要实现对I/0口锁存器的送段码操作，就可以显示。LED显示时不占用CPU，但静态显示占用I/0口线较多。 • (3)动态LE D显示时，CPU要给段极I/0端口轮流送数，并要相应地控制位极。LE D显示过程中，CPU要不断地对其操作，占用CPU时间，但动态显示占用I/ 0口线较少。上一页下一页返回

2. 2 理论基础 • (4)为了解决静态显示占用I/0口线过多、动态显示占用CPU时间过多的矛盾，在实际应用系统中常在外部扩展专用LE D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 • 1.静态显示 • 图2 -5所示是2位LE D数码管静态显示电路。由PO口输出段选码，驱动LE D静态显示，共阳极LE D公共端接电源。要求两个数码管循环显示0~99。上一页下一页返回

2. 2 理论基础 • 2.动态显示 • 图2 -6所示为6位共阴极LED数码管的显示电路。单片机的PO f-l作段选码u，经7407驱动与LE D的段相连;单片机的P1. 0~P1. 5作位选码u，经7406驱动与LE D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 • 1.伪指令 • (1)定义字节DB • 一般格式:标号:DB 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、字节串或用引号括起来的ASC II码字符串(一个字符用ASC II码表示，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的连续单元中。上一页下一页返回

2. 2 理论基础 • (2)定义字DW • 一般格式:标号:DW字节数据项表 • DW的基本含义与DB相同，不同的是DW定义16位数据，常用来建立地址表。存放时一个字需两个地址单元。 • (3)给标号赋值EQU • 一般格式:标号EQU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。 • 注意:在同一程序中，用EQU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。 • (4)给位地址命名伪指令BIT • 一般格式:名字 BIT位地址上一页下一页返回

2. 2 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BIT定义过的位单元可用名字使用。 • 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。 • 2.查表指令 • 这两条指令都是单字节指令，均为变址寻址方式，A中的偏移量为无符号数。第一条指令以DPTR为基址寄存器，功能是将A的内容与DPTR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单元的内容送给累加器A。第二条指令以PC作为基址寄存器，指令首先将PC值加1指向下一条指令地址，然后将A的内容与PC的内容相加形成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A。上一页下一页返回

2. 2 理论基础 • 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MOVC指令离得较近，称为近程查表;而采用DPTR作基址寄存器时，表首地址可在64 K范围任意处，故称远程查表。 • 3.传送指令 • (1)对外部数据存储器 • (2)数据交换指令 • (3)累加器清“0”与取反指令 • 4.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1、减1 ,BCD码的运算和调整等。除加1、减1运算外，这类指令大多数要影响状态字寄存器PSW 。上一页下一页返回

2. 2 理论基础 • 这类指令可分为4组: • (1)加法指令 • (2)带进位加法指令 • (3)十讲制调整指令 • (4)逻辑与运算指令 • 5.跳转指令 • (1)比较条件转移指令 • (2)减1条件转移指令 • (3)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。上一页下一页返回

2. 2 理论基础 • ①子程序调用指令 • 子程序调用指令具有以下两个功能: • a.将断点地址〔断点地址=(PC)+调用指令本身字节数〕送入堆栈进行保护，以确保正确返回; • b.将子程序的入口地址送给PC，转去执行子程序。 • ②返回指令 • (4)位控制转移指令上一页返回

2. 3 工作过程 • 2. 3. 1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，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。最终完成学生工作页（表2-2）的填写。 • 2. 3. 2设计 • 1.单片机选型 • 2.电源、时钟电路和复位电路下一页返回

2. 3 工作过程 • 3.数码管显示模块设计 • 秒表的硬件电路图如图2 -7所示。 • 4.软件程序设计 • 该项目的程序流程图如图2 -8所示。 • 5.秒表的系统仿真 • 系统仿真电路图如图2一9所示。 • 2.3.3项目实施 • 1.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制作和生产工作。首先进行PCB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。列出所需元件清单，如表2一3所示。上一页下一页返回

2. 3 工作过程 • 准备好所需元件及焊接工具(电烙铁，焊锡丝，镊子，斜口钳，万用表等)，开始制作硬件电路板。 • 焊接完成后，要进行硬件电路的测试 • ①测试单片机的电源和地是否正确连接; • ②测试单片机的时钟电路和复位电路是否正常; • ③测试EA引脚是否与电源相连; • ④测试LED数码管动态显示电路是否正确; • ⑤测试下载口界限是否正确。 • 2.联机调试上一页下一页返回

2. 3 工作过程 • 2. 3. 4 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;按项目的技术指标进行评价;对实施记录和实训报告进行评价;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，项目考核具体内容见表2 -4所示。上一页返回

2. 4 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is，最大计时为59分59秒;用一按键控制开始/停止;开始时，显示“00分00秒”，按下开始/停止键后开始计时，再按一次开始/停止键后计时停止;用秒和分按键分别控制秒位和分位的归零，实物如图2一10所示。 • 4位LE D数码管显示的秒表参考硬件原理图如图2一11所示。返回

图2一1 八段字符型LED数码管实物图 返回

图2一2 八段字符型LED显示器 返回

图2 -3 八段字符型LED显示器 (a)共阴极LED;(b)共阳极LED 返回

表2一1 LED显示器的段码表 返回

图2 -4 n位LED界示器静、动态方式的连接示意 （a）静态方式的连接示意；（b）动态方式的连接示意返回

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