基于單片機(jī)的數(shù)字秒表設(shè)計(jì)

摘要：文中設(shè)計(jì)了一種以單片機(jī)為控制核心的數(shù)字秒表。該數(shù)字秒表采用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，通過(guò)數(shù)碼管顯示計(jì)時(shí)結(jié)果。對(duì)系統(tǒng)硬件電路和軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，以Proteus和Keil軟件為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，對(duì)數(shù)字秒表進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表明該數(shù)字秒表精度高、穩(wěn)定性強(qiáng)。
關(guān)鍵字：單片機(jī)；數(shù)字秒表；仿真

當(dāng)今，計(jì)算機(jī)技術(shù)帶來(lái)了科研和生產(chǎn)重大飛躍，微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已滲透到生產(chǎn)、生活的各個(gè)方面。單片微型計(jì)算機(jī)具有體積小、價(jià)格低、功能強(qiáng)的特點(diǎn)，隨著性能不斷提高，其適用范圍愈來(lái)愈寬，在計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域占有重要的地位。秒表應(yīng)用于我們生活、工作、運(yùn)動(dòng)等需要計(jì)時(shí)的方面。秒表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大的方便，而且大大的擴(kuò)展了秒表原先的功能。它由剛開(kāi)始的機(jī)械式秒表發(fā)展到今天所常用的數(shù)字式秒表。秒表的計(jì)時(shí)精度越來(lái)越高，功能越來(lái)越多，構(gòu)造也日益復(fù)雜。本文結(jié)合單片計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)了一種基于AT89C52單片機(jī)的數(shù)字秒表的設(shè)計(jì)，并且利用Proteus和Keil軟件實(shí)現(xiàn)了仿真。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
1．1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求
(1)秒表計(jì)時(shí)最大值為59分59．99秒。
(2)秒表由六位七段LED數(shù)碼管顯示，其中高兩位顯示“分”，中間兩位顯示“秒”，低兩位顯示“0．01”秒。
(3)秒表?yè)碛杏?jì)時(shí)、暫停、清零功能。
(4)設(shè)置三個(gè)功能鍵：鍵1開(kāi)始計(jì)時(shí)，鍵2暫停計(jì)時(shí)，鍵3清零計(jì)時(shí)。
1．2 總體方案設(shè)計(jì)
數(shù)字秒表系統(tǒng)主要完成對(duì)計(jì)時(shí)實(shí)時(shí)的顯示，精度達(dá)到0．01s，以及通過(guò)功能鍵可以使當(dāng)前計(jì)時(shí)暫停或清零。系統(tǒng)主要包括時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、按鍵電路以及數(shù)碼管顯示電路。
系統(tǒng)采用六個(gè)共陽(yáng)極數(shù)碼管，其中八位數(shù)據(jù)口與單片機(jī)的P0口通過(guò)74LS245雙向總線收發(fā)器相接，以增加P0的驅(qū)動(dòng)能力。6個(gè)片選信號(hào)連接單片機(jī)P2口的低六位。該電路可滿(mǎn)足對(duì)計(jì)時(shí)時(shí)間的顯示，最小顯示單位為0．01s，溢出則向前進(jìn)位，顯示時(shí)間的范圍為0到59分59．99秒。3個(gè)功能鍵連接到P3口的低三位，控制系統(tǒng)的計(jì)時(shí)、暫停和清零。系統(tǒng)的整體組成框圖如圖1所示。

2 硬件電路設(shè)計(jì)
2．1 單片機(jī)的選型
由于本系統(tǒng)只需要單片機(jī)完成對(duì)計(jì)時(shí)的顯示以及處理定時(shí)／計(jì)數(shù)的中斷，對(duì)于I／O資源以及處理速度無(wú)特殊要求，所以選擇Atmel公司生產(chǎn)的AT89C52單片機(jī)。AT89C52增加了在線調(diào)試功能，程序可以通過(guò)JTAG接口下載、調(diào)試和固化，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)仿真和在線編程或在系統(tǒng)編程，具有通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級(jí)、維護(hù)的功能。
采用MSC-51系列的單片機(jī)相比有兩大優(yōu)勢(shì)：(1)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器采用快閃存儲(chǔ)器，使程序的寫(xiě)入方便，還可任意的擦寫(xiě)1000次，使開(kāi)發(fā)更為方便。(2)提供了更小的芯片，使整個(gè)硬件電路的體積更小。本設(shè)計(jì)采用了MSC-51系列89C52單片機(jī)，具有程序加密功能且物美價(jià)廉，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
2．2 時(shí)鐘電路
單片機(jī)工作的時(shí)間基準(zhǔn)是由時(shí)鐘電路提供的。在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2兩個(gè)管腳，接一只晶振及兩只電容就構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘電路。時(shí)鐘電路如圖2所示。電路中，電容器C1和C2對(duì)振蕩頻率有微調(diào)作用，通常取(30±10)pF，本設(shè)計(jì)選用30pF。電路中的品振采用石英晶體震蕩器，晶振頻率選擇12MHz。石英晶體震蕩器具有非常好的頻率穩(wěn)定性和抗外界干擾的能力。通過(guò)基準(zhǔn)頻率來(lái)控制電路中的頻率的準(zhǔn)確性。

2．3 復(fù)位電路
單片機(jī)復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。無(wú)論是在單片機(jī)剛開(kāi)始接上電源時(shí)，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位。89系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從RST引腳輸入到芯片的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)，則CPU就可響應(yīng)并且將系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位分為手動(dòng)復(fù)位和上電復(fù)位。系統(tǒng)復(fù)位電路如圖3所示。