【正文】 鐘表示為數(shù)位切換、數(shù)值加、減、倒計(jì)時(shí)開始的功能；在時(shí)間調(diào)整中為數(shù)位切換、數(shù)值加、減、確定的功能。 P0 接口連接一個(gè) 6 段數(shù)共陰碼管 ，~P1~5 連接片選端，此數(shù)碼管用來顯示各種時(shí)間信息； P3 口連接圖 31 系統(tǒng)總體框架圖 10 一個(gè) 1 段共陰數(shù)碼管顯示功能選擇 ；另外在單片機(jī)上還連接了復(fù)位電路以應(yīng)對程序跑飛問題。 本設(shè)計(jì)總共利用了單片機(jī)一個(gè)時(shí)鐘（ T0）資源，一個(gè)定時(shí)器 0中斷。軟件的設(shè)計(jì)采用了結(jié)構(gòu)化編程的思想盡可能做到讓每個(gè)功能模塊獨(dú)立能夠很好的配合按鍵進(jìn)行操作；主程序中主要檢測 M_S 這個(gè)全局變量的設(shè)置值以選擇作為功能模塊的入口，這樣就很好的避免了模塊之間的交接增強(qiáng)了了功能模塊之間的獨(dú)立性以及程序的可讀性 3． 2． 2 單機(jī)片的最小系統(tǒng)硬件電路原理圖 圖 32AT89S51 最小系統(tǒng) 發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)正向的工作電流 IF，工作電流根據(jù)發(fā)光二極管的材料、功率等不同，額定電流一般在 10～ 40mA 左右，發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)的正向壓降 VF 比較大，一般為 ～ 3V(普通硅二極管約為 )。因此在正常使用中，為了保證發(fā)光二極管在電源電壓 V的作用下管子的工作電流不超過額定值，必須給發(fā)光二極管串聯(lián)一只限流電阻 R， R 的阻值可由下式算出： R＝（ VVF） /IF。其中 V 11 為工作電源電壓， VF 為發(fā)光二極管的正 向 壓降， IF 為額定工作電流 。 從上面原理圖 1可知，當(dāng)單片機(jī) 的 輸出低電平（ 0V）時(shí)，有正向工作電流流過發(fā)光二極管，發(fā)光二極管就亮；相反，當(dāng) 輸出高電平（ 5V）時(shí)，發(fā)光二極管沒有足夠電壓差產(chǎn)生工作電流，此時(shí)發(fā)光二極管不亮。因此，程序中只需交替讓單片機(jī)的 輸出低電平 “0” 和高電平 “1” 就可以讓發(fā)光二極管閃爍發(fā)光 。 12 第 4 章 各單元硬件設(shè)計(jì)及計(jì)算方法 4． 1 硬件設(shè)計(jì) 4． 1． 1 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) AT89C51 單片機(jī) 圖 41 AT89C51引腳圖 AT89C51 單片機(jī)簡介： AT89S51 是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī) 13 的 AT89S51 可為許多嵌入式控制應(yīng) 用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。 AT89S51 具有如下特點(diǎn)： 40 個(gè)引腳， 4k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲器， 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5個(gè)中斷優(yōu)先級 2層中斷嵌套中斷， 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 此外， AT89S51 設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下， CPU 暫停工作，而 RAM 定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。 主要功能特性 為 ： 兼容 MCS51指令系統(tǒng) ； 4k 可反復(fù)擦寫 (1000 次） ISP Flash ROM； 32 個(gè)雙向 I/O 口 ； 工作電壓 ； 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器 ； 時(shí)鐘頻率 033MHz； 全雙工 UART 串行中斷口線 ； 128x8bit 內(nèi)部 RAM； 2 個(gè)外部中斷源 ； 低功耗空閑和省電模式 ； 中斷喚醒省電模式 ； 看門狗（ WDT）電路 ； 靈活的 ISP 字節(jié)和分頁編程 ； 雙數(shù)據(jù)寄存器指針 。 AT89S51 單片機(jī)與其他品牌單片機(jī)相比有著性 價(jià)比高，性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。 (1) 51單片機(jī) 的優(yōu) 點(diǎn) 14 如果是作低成本的智能產(chǎn)品， 51 構(gòu)架單片機(jī)的成本優(yōu)勢，還是無人能敵的。比如一片 AT89S51 和 AT89S52 單片機(jī)的批量價(jià)格大概是5元左右， STC89C52 單片機(jī)的批量價(jià)格大概是 6元多，這樣的芯片價(jià)格是很低的。一片簡單的 74 系列通用數(shù)字邏輯芯片還要 1 元左右，而一片 51 單片機(jī)內(nèi)部集成有成千上萬個(gè)晶體管開關(guān)電路。 51 構(gòu)架已經(jīng)誕生很多年了，到目前依然有著強(qiáng)大的生命力和實(shí)用性，從 1976年 51 構(gòu)架成功面市， 多少年 過去了，從 90 年代初全新閃存結(jié)構(gòu)的AT89C51 要 90元一片，到現(xiàn)在 AT89S51 只要 5元多一片， 51 依然大量的使用著。使用 51 單片機(jī)能夠有效的控制智能產(chǎn)品整機(jī)的成本， 51 系列還是有著無法替代的重要地位。 (2) AT89S51 與 AT89C51 的比較 AT89S51相對與 AT89C51新增加 了 很多功能，性能有了較大提升，價(jià)格基本不變，甚至比 89C51 更低！ AT89S51 具有 ISP在線編程功能，這個(gè)功能的優(yōu)勢在于改寫單片機(jī)存儲器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作 環(huán)境上拔除，可以在線燒寫。 AT89S51 的 最高工作頻率為 33MHz， 89C51 的極限工作頻率是24M，就是說 S51 具有更高工作頻率，從而具有了更快的計(jì)算速度。 AT89S51 具有雙工 UART 串行通道 。 AT89S51 內(nèi)部集成看門狗計(jì)時(shí)器，不再需要像 89C51 那樣外接看門狗計(jì)時(shí)器單元電路。 AT89S51 具有 雙數(shù)據(jù)指示器。 AT89S51 具有 電源關(guān)閉標(biāo)識。 AT89S51 具有 全新的加密算法，這使得對于 89S51 的解密變?yōu)椴豢赡?，程序的保密性大大加?qiáng)，這樣就可以有效的保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)不被侵犯。 在 兼容性方面 ， AT89S51 向下完全兼容 51 全部字系列產(chǎn)品。比如 805 89C51 等產(chǎn)品。也就是 說 不論教科 書上采用的單片機(jī)是 8051 15 還是 89C51 還是 MCS51 等等 。 在 89S51 上一樣可以照常運(yùn)行，這就是所謂的向下兼容。 AT89S51 與 AT89C51 就如同 INTEL 的 P3 向 P4 升級一樣，雖然都可以跑 Windows98，不過速度是不同的 。 總之，無論是比其他品牌同類產(chǎn)品相比，還是與同品牌產(chǎn)品相比都顯示出了 AT89S51 優(yōu)良的性能，更高的性價(jià)比。所以 AT89S51 芯片成為了本系統(tǒng)的首選。 單片機(jī)要正常運(yùn)行，必須具備一定的硬件條件，其中最主要的就是三個(gè)基本條件：（ 1）電源正常；（ 2）時(shí)鐘正常；（ 3）復(fù)位正常。AT89S51 的引腳如圖 31 所示。在 AT89S51 單片機(jī)的 40 個(gè)引腳中，電源引腳 2 根，晶振引腳 2 根，控制引腳 4根，可編程輸入輸出引腳32 根。 (1) 工作電源 電源是單片機(jī)工作的動(dòng)力源泉，對應(yīng)的接線方法為 。40 腳（ VCC）電源引腳，工作時(shí)接＋ 5電源， 20 腳（ GND）為接地線。 (2) 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)序脈沖，單片機(jī)所有運(yùn)算與控制過程都是在統(tǒng)一的時(shí)序脈沖的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行的，時(shí)鐘電路就好比人的心臟一樣重要。當(dāng)采用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，連接方法如圖 21 所示，在晶振引腳XTAL1(19 腳 )和 XTAL2(18 腳 )引腳之間接入一個(gè)晶振，兩個(gè)引腳對地分別再接入一個(gè)電容即可產(chǎn)生所需的時(shí)鐘信號，電容的容量一般在幾十皮法，如 30PF。 (3) 復(fù)位電路 在復(fù)位引腳 (9腳 )持續(xù)出現(xiàn) 24個(gè)振蕩器脈沖周期 (即 2個(gè)機(jī)器周期 )的高電平信號將使單片機(jī)復(fù)位。如圖 21 所示電容 C 和電阻 R 構(gòu)成了單片機(jī)上電自動(dòng)復(fù)位電路。復(fù)位后，單片機(jī)從 0000H 單元開始執(zhí)行程序，并初始化一些專用寄存器為復(fù)位狀態(tài)值。 16 4． 1． 2 數(shù)字鐘外圍電路設(shè)計(jì) （ 1）單片機(jī)時(shí)鐘 時(shí)鐘是單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊的一拍一拍地工作 。因此，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式：一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種為外部時(shí)鐘方式。本文用的是內(nèi)部時(shí)鐘方式。電路設(shè)計(jì)如圖 43所示。 圖 43單片機(jī)時(shí)鐘 AT89S51 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片引腳 XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。 （ 2）電源電路 電源電路包括變壓器、橋式整流器、電容和穩(wěn)壓器。通過變壓器變壓，使得 220V 電壓變?yōu)?12 V，在通過橋式整流，電容的濾波作用，穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓作用，可輸出 5V的穩(wěn)定電壓。 （ 3）按鍵電路 按鍵電路如圖 44 所示，按鍵的開關(guān)狀態(tài)通過一定的電路轉(zhuǎn)換為高、低電平狀態(tài)。按鍵閉合過程在相應(yīng)的 I/O 端口形成一個(gè)負(fù)脈沖。閉合和釋放過程都要經(jīng)過一定的過程才能達(dá)到穩(wěn)定，這一過程是處于 17 高、低電平之間的一種不穩(wěn)定狀態(tài)，稱為抖動(dòng)。抖動(dòng)持續(xù)時(shí)間的常長短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般在 510ms 之間。為了避免 CPU 多次處理按鍵的一次閉合，應(yīng)采用措施消除抖動(dòng)。 圖 44 按鍵電路 口：秒表開始 /時(shí)鐘調(diào)整位選 /倒計(jì)時(shí)調(diào)整位選。 口：秒表計(jì)成績 /時(shí)鐘調(diào)整加 /倒計(jì)時(shí)調(diào)整加 。 口：秒表停止 /時(shí)鐘調(diào)整減 /倒計(jì)時(shí)調(diào)整減 。 口：秒表時(shí)鐘查看 /時(shí)鐘調(diào)整確認(rèn) /倒計(jì)時(shí)確認(rèn)。 （ 4）復(fù)位電路 AT89S51 單片機(jī)的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位引腳RST 通過一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能 得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。 18 圖 45 電平復(fù)位電路 （ 5） 數(shù)碼管顯示電路 6段數(shù)碼管段選端連在 P0口，位選端接在 。單段數(shù)碼管段選接P3公共端接地（共陰）。 4． 2 計(jì)算方法 （ 1）主程序 本設(shè)計(jì)中，計(jì)時(shí)采用定時(shí)器 T0 中斷完成，其余狀態(tài)循環(huán)調(diào)用顯示子程序，當(dāng)端口開關(guān)按下時(shí)，轉(zhuǎn)入相應(yīng)功能程序。 19 （ 2） LED 顯示子程序 數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存單元 Disp_Tab []數(shù)組中 中 ，位選存放在 dispbit[]數(shù)組中 。 6 段數(shù)碼管顯示采用動(dòng)態(tài)掃描的方法，通過依次查詢 Disp_Tab[]與 dispbit[]中對應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。 20 第五章 軟件設(shè)計(jì)及說明 1 軟件設(shè) 計(jì) 本設(shè)計(jì)采用 c 語言進(jìn)行軟件編寫 包括主程序、 定時(shí)器 T0 中斷子程序、時(shí)鐘顯示子程序 、秒表顯示子程序、倒計(jì)時(shí)顯示子程序、時(shí)鐘調(diào)整子程序 等。 單片機(jī)上電即進(jìn)入 main 函數(shù)，在 main 函數(shù)中主要對全局變量M_S 的值進(jìn)行檢測當(dāng)為 0、 4的時(shí)候分別能夠進(jìn)入 5 個(gè)子程序中 0：秒表、 1：時(shí)鐘、 2：時(shí)鐘、調(diào)整 3：倒計(jì)時(shí)、 4：功能選擇菜單； 0、秒表， 在滿足 M_S=0 以及 KM_S=1 的入口條件下進(jìn)入秒表操作函數(shù)，之后一直掃描 Start 鍵，一旦 Start 按下則失去作用而秒表開始計(jì)時(shí)，這時(shí)在 Stop 鍵未被按下的前提下一直掃 描 Number 按鍵的反應(yīng)每次按下 Number 鍵則記錄一次成績