崔紫騰+李小蕊

摘 要：文中設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)技術(shù)原理的簡易秒表，該設(shè)計(jì)以AT89C52芯片作為核心元件，采用C語言為開發(fā)工具，通過數(shù)碼管顯示計(jì)時(shí)結(jié)果，并以Proteus和Keil軟件作為開發(fā)平臺(tái)，對(duì)所設(shè)計(jì)的數(shù)字秒表進(jìn)行仿真，調(diào)試及優(yōu)化設(shè)計(jì)，并觀察實(shí)際的工作狀態(tài)，從而達(dá)到預(yù)期效果。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；數(shù)字秒表；C語言；AT89C52芯片

中圖分類號(hào)：TP368 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2016）10-00-02

0 引 言

目前，計(jì)算機(jī)技術(shù)為生活帶來了巨大的變化，微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域。單片機(jī)作為計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要分支領(lǐng)域，其具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，可實(shí)現(xiàn)模塊化，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)。數(shù)字秒表在生活、運(yùn)動(dòng)、競賽中起著非常重要的作用，已發(fā)展成為人們?nèi)粘Ｓ?jì)時(shí)的必需品，本文結(jié)合單片機(jī)設(shè)計(jì)及C語言編程實(shí)現(xiàn)了一種基于AT89C52單片機(jī)的數(shù)字秒表。

1 總體方案設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)由AT89C52單片機(jī)、電源電路、晶振電路、復(fù)位電路、顯示電路以及按鍵電路等組成。軟件系統(tǒng)采用C語言編寫程序，包括顯示、計(jì)數(shù)、中斷、延時(shí)、按鍵消抖程序等。數(shù)字秒表的總體框圖如圖1所示。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 晶體振蕩電路

89C52芯片內(nèi)部有一個(gè)由高增益反相放大器構(gòu)成的振蕩電路，XTAL1和XTAL2分別為振蕩電路的輸入和輸出端[1]。本設(shè)計(jì)采用52單片機(jī)12 MHz的內(nèi)部振蕩方式，其振蕩電路如圖2所示，電容器C1、C2可以使電路具有穩(wěn)定的振蕩頻率和快速起振，電容值一般為20100 pF。本設(shè)計(jì)采用大小為30 pF的電容。

2.2 復(fù)位電路

為確保微機(jī)系統(tǒng)中的電路穩(wěn)定可靠的工作，復(fù)位電路必不可少。復(fù)位電路可以使中央處理器CPU以及其他功能部件都恢復(fù)到一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作[2]。從圖3所示的電路可以看出其可實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位和按鍵復(fù)位功能。

上電后，由于電容C3的充電和反相門的作用，使RST持續(xù)一段時(shí)間的高電平。當(dāng)單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)時(shí)，按下復(fù)位按鈕，使RST引腳接到高電平，電容C3放電完后可實(shí)現(xiàn)上電加按鍵復(fù)位的操作。復(fù)位電路如圖3所示。

2.3 按鍵電路

鍵盤從結(jié)構(gòu)上分為獨(dú)立式按鍵和矩陣式鍵盤[3]。由于本設(shè)計(jì)按鍵較少所以采用獨(dú)立式按鍵，即按鍵直接和I/O口連接，電路圖如圖4所示。此處設(shè)計(jì)了五個(gè)按鍵，分別為開始/暫停、記錄、上翻、下翻、清零，鍵盤按鍵識(shí)別方法采用查詢法，并設(shè)計(jì)了防抖動(dòng)程序。當(dāng)按鍵沒按下時(shí)，CPU對(duì)應(yīng)的I/O接口由于內(nèi)部有上拉電阻，其輸入為高電平；當(dāng)某鍵被按下后，對(duì)應(yīng)的I/O接口變成低電平。只要在程序中判斷I/O接口的狀態(tài)即可知道獲得的鍵值，并執(zhí)行鍵功能程序。

2.4 顯示電路

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用的顯示器件主要有LED和LCD。在一位LED顯示器中，當(dāng)某一段加上正向電流時(shí)，該段被點(diǎn)亮，沒有通電的則不亮[4]。LED顯示器一般由8個(gè)發(fā)光二極管組成，可分為共陽極與共陰極兩種。共陽極將8個(gè)發(fā)光二極管的陽極連在一起，成為一個(gè)公共端。共陰極將8個(gè)發(fā)光二極管的陰極連在一起，成為一個(gè)公共端[5]。LED顯示分為靜態(tài)顯示與動(dòng)態(tài)顯示[4]。靜態(tài)顯示在顯示某一字符時(shí)，電路具有鎖存功能。動(dòng)態(tài)顯示使LED在一個(gè)顯示周期內(nèi)分別顯示一段時(shí)間，用P0口驅(qū)動(dòng)顯示。本設(shè)計(jì)采用如圖5所示的共陽極LED動(dòng)態(tài)顯示電路。

2.5 硬件整體電路

在Proteus中繪制的硬件電路原理圖如圖6所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的模塊程序采用C語言編寫，在編寫代碼時(shí)，將程序模塊化設(shè)計(jì)。在模塊設(shè)計(jì)的過程中，需讓各模塊的程序完成明確的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)某個(gè)具體的功能，并盡量減少模塊之間的控制參數(shù)和數(shù)據(jù)參數(shù)。數(shù)字秒表軟件系統(tǒng)模塊如圖7所示。

3.1 初始化模塊

定時(shí)器共有四種工作方式，分別為方式0、方式1、方式2、方式3。TMOD寄存器中的M0、M1位為01時(shí)，定時(shí)器被選為工作方式1[6]。初始化模塊主要根據(jù)晶振頻率來設(shè)定定時(shí)器的中斷時(shí)間，讓單片機(jī)定時(shí)器工作在方式1下。

3.2 中斷模塊

CPU在處理某一事件A時(shí)，能對(duì)外界發(fā)生的事情B請(qǐng)求CPU迅速處理。CPU暫停中斷當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)去處理事件B，CPU將事件B處理完畢后，再回到原來的事件A被中斷的地方繼續(xù)處理事件A，這一過程稱為中斷[7]。AT89C52單片機(jī)提供了5個(gè)中斷源，兩個(gè)外部中斷源和3個(gè)內(nèi)部中斷源。每個(gè)中斷源都有一個(gè)中斷申請(qǐng)標(biāo)志，串行口占兩個(gè)中斷標(biāo)志位，共6個(gè)中斷標(biāo)志。

3.3 顯示模塊

本設(shè)計(jì)采用4位7段LED數(shù)碼管，采用共陽極顯示器。為使LED點(diǎn)亮，位選信號(hào)應(yīng)為高電平，段選信號(hào)應(yīng)為低電平。使用動(dòng)態(tài)顯示的方法，AT89C52單片機(jī)的P1口和P2口分別為LED的段選和位選。由于在Proteus中模擬仿真時(shí)，它的反應(yīng)速度太慢，比不上硬件，所以會(huì)出現(xiàn)顯示不清楚的情況，這時(shí)就需要加上消隱程序以消除這種情況。數(shù)碼管顯示流程圖如圖8所示。

3.4 按鍵模塊

本文設(shè)計(jì)的按鍵檢測模塊函數(shù)采用查詢法實(shí)現(xiàn)按鍵檢測，通過檢測接口上的電平變化可以確定哪個(gè)按鍵被按下。程序的按鍵模塊流程圖如圖9所示。

4 結(jié) 語

本文設(shè)計(jì)的數(shù)字秒表采用軟件與硬件相結(jié)合的開發(fā)模式，具有線路簡單、系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、執(zhí)行速度快、性能穩(wěn)定、程序精簡易懂等特點(diǎn)。對(duì)于程序設(shè)計(jì)，應(yīng)采用模塊化設(shè)計(jì)以優(yōu)化結(jié)構(gòu)。最終，實(shí)現(xiàn)了開始、暫停、記錄、查詢等功能，達(dá)到了預(yù)期效果。

參考文獻(xiàn)

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