基于51單片機的數(shù)字秒表設(shè)計

1、 摘要 近年來隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，單片機的應(yīng)用正在不斷走下面還深入。本文簡單闡述了基于單片機的數(shù)字秒表的的設(shè)計。本設(shè)計的主要特點是計時精度達到0.01秒，是各種體育競賽的必要設(shè)備之一。 本設(shè)計的數(shù)字秒表采用AT89S52單片機為主要器件，利用其定時器的原理，結(jié)合顯示電路、LED數(shù)碼管以及外部外部中斷電路來設(shè)計計時器。將軟硬件結(jié)合起來，使得系統(tǒng)能實現(xiàn)099.99秒的計時，計時精度位0.01秒。硬件系統(tǒng)利用proteus仿真，在仿真中就能觀察到系統(tǒng)的實際運行情況。關(guān)鍵字：單片機 數(shù)字秒表 仿真 一 硬件設(shè)計 1、1 總體方案的設(shè)計數(shù)字秒表具有顯示直觀、讀取方便、精度高等優(yōu)點，在計時中廣泛應(yīng)用。本設(shè)

2、計中用單片機和數(shù)碼管組成數(shù)字秒表力求結(jié)構(gòu)簡單。設(shè)計中包括硬件電路的設(shè)計和系統(tǒng)程序的設(shè)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AT89S52，顯示電路采用四位共陰極數(shù)碼管顯示計時時間。本設(shè)計利用AT89S52單片機的定時器，使其能精確計時。利用中斷系統(tǒng)使其實現(xiàn)啟動和暫停的功能，P0口輸出段碼數(shù)據(jù)，P2.0P2.2連上譯碼器作為位選，P3.2和P3.3接口的兩個按鈕分別實現(xiàn)啟動和暫停功能。設(shè)計的基本要求是正確性。硬件電路按下圖進行設(shè)計。 AT89S52單片機控制開關(guān)四位數(shù)碼管位控制 計時器采用T0中斷實現(xiàn)，定時溢出中斷周期為1ms，當(dāng)溢出中斷后向CPU發(fā)出溢出中斷請求

3、，每發(fā)出10次中斷請求就對10ms位（即最后一位）加一，達到100次就對100ms位加一，以此類推，直到99.99s為止。 再看按鍵的處理。兩個按鍵采用中斷的方法，設(shè)置外部中斷0和外部中斷1位脈沖邊沿觸發(fā)方式，這樣一來每當(dāng)按鍵按下時便會觸發(fā)中斷，從而實現(xiàn)啟動和暫停。1.2 單片機的選擇 本設(shè)計在選取單片機時，充分借鑒了許多成型產(chǎn)品使用單片機的經(jīng)驗。并根據(jù)自己的實際情況，選用了ATMEL公司的AT89S52。 ATMEL公司的89系列單片機以其卓越的性能、完善的兼容性、快捷便利的電擦寫操作、低廉的價格完全替代了87C51/62和8751/52，低電壓、低功耗，有DIP、PLCC、QFP封裝，是目

4、前性能最好、價格最低、最受歡迎的單片機之一。 AT89S52為40腳雙列直插封裝的8位通用微處理器，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的C51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8XC52相同，其主要用于匯聚調(diào)整時的功能控制。功能包括對匯聚主IC內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功能部件的初始化，匯聚調(diào)整控制，匯聚測試圖控制等。單片機外部結(jié)構(gòu)AT89S52單片機采用40腳的DIP封裝，如下所示。P1.0 VCCP1.1 P0.0P1.2 P0.1P1.3 P0.2P1.4 P0.3P1.5 P0.4P1.6 P0.5P1.7 P0.6RST/VPD P0.7P3.0 VPPP3.1 ALEP3.2 PSENP3.3

5、 P2.7P3.4 P2.6P3.5 P2.5P3.6 P2.4P3.7 P2.3 P2.2XTAL2 XTAL1 P2.1VSS P2.0（1）主電源引腳Vss和Vcca、 Vss接地b、 Vcc正常操作時為+5V接地外接晶振引腳XTAL1和XTAL2a、XTAL1內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸出端，是外接晶體的一個引腳。當(dāng)采用外部振蕩時，此引腳接地。b、XTAL2內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸出端，是外接晶體的的另一端。當(dāng)采用外部振蕩時，此引腳接外部振蕩源。（2）控制或與其他電源復(fù)用引腳a、RST/VPD 當(dāng)振蕩器運行是，在此引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平（由低到高跳變），將使單片機復(fù)位在Vcc掉

6、電期間，此引腳可接上備用電源，由VPD向內(nèi)部提供備用電源，以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)。b、ALE/PROG 正常操作時為ALE功能（允許地址鎖存）提供把地址的低字節(jié)鎖存到外部存儲器，ALE引腳以不變的頻率（振蕩器頻率的1/6）周期性的發(fā)出正脈沖信號。因此，它可以用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。c、PSEN 外部程序存儲器讀選通信號輸出端，在從外部程序存儲取指令（或數(shù)據(jù)）期間，PSEN在每個機器周期內(nèi)兩次有效。d、EA/Vpp 內(nèi)部程序存儲器和外部程序存儲器選擇端。當(dāng)EA/Vpp位高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器，當(dāng)EA/Vpp為低電平時，則訪問外部程序存儲器。對于EPROM編程期間，此引腳上加2

7、1VEPROM編程電源（Vpp）。（3）輸入/輸出引腳P0.0P0.7，P1.0P1.7，P2.0P2.7，P3.0P3.7。a、P0口（P0.0P0.7）是一個8位漏極開路型雙向I/O口，在訪問外部存儲器時，它是分時傳送的低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)總線，P0口能以吸收電流的方式驅(qū)動八個LSTTL負(fù)載。b、P1口（P1.0P1.7）是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口。能驅(qū)動四個LSTTL負(fù)載。c、P2口（P2.0P2.7）是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，在訪問外部存儲器時，它輸出高8位地址。P2口可以驅(qū)動四個LSTTL負(fù)載。d、P3口（P3.0P3.7）是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)

8、雙向I/O口。能驅(qū)動四個LSTTL負(fù)載。1.3 顯示電路的選擇與設(shè)計對于數(shù)字顯示電路，通常采用液晶顯示或數(shù)碼管顯示。對于一般的段式液晶屏，需要專門的驅(qū)動電路，而且液晶顯示作為一種被動顯示，可視性差，不適合遠(yuǎn)距離觀看；對于具有驅(qū)動電路和單片機接口的液晶顯示模塊，一般多采用并行接口，對單片機的接口要求較高，占用資源多；另外，AT89S52單片機本身沒有專門的液晶驅(qū)動接口。而數(shù)碼管作為一種主動顯示器件，具有亮度高、響應(yīng)速度快、價格便宜、易于購買等優(yōu)點，而且有遠(yuǎn)距離視覺效果，很適合夜間或者遠(yuǎn)距離操作。因此在本設(shè)計中，我們采用7段數(shù)碼管作為顯示介質(zhì)。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(shè)計需

9、要采用四位數(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(fù)雜，所以采用動態(tài)顯示。動態(tài)顯示是一位一位地輪流點亮各位數(shù)碼管，這種逐位點亮顯示器的方式稱為位掃描。通常各位數(shù)碼管的段選線相應(yīng)并聯(lián)在一起，由一個8位的I/O口控制；各位的公共陰極位選線由另外的I/O口線控制。動態(tài)方式顯示時，各數(shù)碼管輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示必須采用掃描方式，即在某一時刻只選通一位數(shù)碼管并送出相應(yīng)的段碼，在另一時刻選通另一數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼，依次規(guī)律循環(huán)，即可以使各位數(shù)碼管顯示將要顯示的字符，雖然這些字符是在不同時刻分別顯示，但由于人眼存在視覺暫留效應(yīng)，只要每位顯示間隔足夠短就可以給人同時顯示的感覺。AT89S5

10、2段驅(qū)動位驅(qū)動四位數(shù)碼管1.4系統(tǒng)總體電路的設(shè)計系統(tǒng)總體電路如下圖所示AT89S52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(diào)各個電路的運行工作。開始鍵和暫停鍵使用了外部中斷，所以需要連到單片機的P3.2和P3.3引腳上，這兩個I/O口的第二功能是單片機的外部中斷0端口和外部中斷1端口。顯示電路由四位數(shù)碼管組成，采用動態(tài)顯示方式，因此有8位段控制和4位位控制，8位段接控制接P0口，P0.0P0.7分別控制數(shù)碼管的a b c d e f g dp顯示，位控制接在P2.0和P2.1兩個口，在通過一個24譯碼器實現(xiàn)位控制。二 軟件設(shè)計2.1主程序設(shè)計本系統(tǒng)程序主要模塊由主程序

11、、定時中斷服務(wù)程序、外部中斷0服務(wù)程序和外部中斷1服務(wù)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(diào)用。協(xié)調(diào)各個子程序之間的關(guān)系。主程序主要是設(shè)置定時器大的工作模式，對定時器賦初值，開總中斷、兩個外部中斷以及定時器溢出中斷。并設(shè)置外部中斷為脈沖邊沿觸發(fā)方式。2.2中斷程序設(shè)計本方案中用到了三個中斷:外部中斷0、外部中斷1和定時器T0溢出中斷。CPU在響應(yīng)中斷時，先處理高級中斷，后處理低級中斷，若有多個同級中斷時，則應(yīng)按自然優(yōu)先順序處理。例如當(dāng)CPU正在處理一個中斷申請時，又出現(xiàn)了另一個優(yōu)先級比它高的中斷請求，這時，CPU就暫停對當(dāng)前優(yōu)先級較低的中斷源的服務(wù)，轉(zhuǎn)去響應(yīng)優(yōu)先級比它高

12、的中斷請求，并為其服務(wù)。待服務(wù)結(jié)束，再繼續(xù)執(zhí)行原來較低級的中斷服務(wù)程序。而當(dāng)CPU為級別高的中斷服務(wù)程序服務(wù)時，如果級別低的中斷發(fā)出中斷請求，此時CPU是不會響應(yīng)的，所以為了避免開始和暫停兩個按鍵中的一個出現(xiàn)沒有響應(yīng)的情況，在進行編程是要注意中斷的使用，避免出現(xiàn)中斷的嵌套。合理分配中斷對本設(shè)計是很重要的。（1）外部中斷0服務(wù)程序外部中斷0服務(wù)程序結(jié)合外部P3.2鍵實現(xiàn)數(shù)字秒表的啟動功能。流程如下圖所示。外部中斷0入口啟動定時器T0 TR0=1中斷返回（2）外部中斷1服務(wù)程序外部中斷1服務(wù)程序結(jié)合外部P3.3鍵實現(xiàn)數(shù)字秒表的停止功能。流程圖如下所示。外部中斷1入口停止計時TR1=0 中斷返回（3

13、）定時器T0中斷服務(wù)程序當(dāng)T0一處后，向CPU發(fā)出中斷請求信號。CPU跳轉(zhuǎn)到定時中斷程序執(zhí)行，具體流程如下。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10嗎中斷次數(shù)清零，0.01秒位加一0.01秒位到10嗎0.01秒位清零，0.1秒位加一0.1秒位到10嗎0.1秒位清零，1秒位加一1秒位到10嗎1秒位清零，10秒位加一10秒位到10嗎10秒位清零中斷返回2.3程序清單#includeunsigned int data table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; /顯示碼值unsigned int i,j,k,l,cou

14、nt;void delay(unsigned int z) /延時程序unsigned int x,y;for(x=z;x!=0;x-)for(y=110;y!=0;y-);void main()TMOD=0x01; /設(shè)置定時器為模式1TH0=(65536-1000)/256; /給定時器賦定時初值TL0=(65536-1000)%256; EA=1; /開中斷EX0=1;EX1=1;ET0=1;IT0=1; /設(shè)置外部中斷位脈沖邊沿觸發(fā)方式 IT1=1； while(1) / 數(shù)碼顯示P2=0x03;P0=tablei;delay(1);P2=0x02;P0=tablej;delay(1)

15、;P2=0x01;P0=(tablek+0x80);delay(1);P2=0x00;P0=tablel;delay(1);void ex0() interrupt 0 /外部中斷0TR0=1; /開定時器，開始計數(shù)void ex1() interrupt 2 /外部中斷0TR0=0; /停止計數(shù)void timer0() interrupt 1 /定時器T0溢出中斷TH0=(65536-1000)/256; /重裝計數(shù)初值TL0=(65536-1000)%256;count+; /溢出中斷次數(shù)加一if(count=10)count=0;i+; /溢出10次，0.01s位加一if(i=10)i

16、=0; /0.01s位到10了，清零，0.1s位加一j+;if(j=10)j=0; /0.1s位到10了，清零，1s位加一k+;if(k=10)k=0; /1s位到10了，清零，10s位加一l+;三 系統(tǒng)調(diào)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(jié)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(diào)試的功能，具有強大的原理圖繪制功能?？傊?，該軟件是一款集單片機和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大。在電子領(lǐng)域中起到了很大的作用，它的出現(xiàn)仿真不需要

17、先焊接電路板，可以先仿真調(diào)試通過之后再焊接電路，節(jié)省了不少在硬件調(diào)試上花費的時間。打開已經(jīng)畫好的Proteus DSN文件，雙擊圖中的AT89S52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AT89S52芯片就已經(jīng)讀取了本設(shè)計中的hex文件。然后進行仿真，仿真圖如下所示。系統(tǒng)運行時的情況：四 結(jié)束語本設(shè)計的數(shù)字秒表是由AT89S52單片機、共陰極數(shù)碼管和控制按鍵等器件組成的，設(shè)有四位計時顯示。計時精度能達到0.01s。系統(tǒng)設(shè)計合理，線路簡單，性能穩(wěn)定、程序簡單。給出了較為詳盡的電路設(shè)計方法。本系統(tǒng)以單片機為核心，但僅單片機方面的知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應(yīng)用對象特點的軟硬件結(jié)合，以作完善。本系統(tǒng)主要由三章完成，第一章中，主要是硬件電路和其實現(xiàn)的功能，在本次設(shè)計中各部分都實現(xiàn)了其功能。在第二章中，主要介紹的是軟件實現(xiàn)過程的框圖。在第三章中，粗略地介紹了硬件和軟件的調(diào)試，最終保證系能夠正常運行。通過本次課程設(shè)計，我們復(fù)習(xí)鞏固了以前所學(xué)的數(shù)字電路、單片機原理及接