【正文】 鐘表示為數(shù)位切換、數(shù)值加、減、倒計時開始的功能；在時間調整中為數(shù)位切換、數(shù)值加、減、確定的功能。 P0 接口連接一個 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間信息； P3 口連接圖 31 系統(tǒng)總體框架圖 10 一個 1 段共陰數(shù)碼管顯示功能選擇 ；另外在單片機上還連接了復位電路以應對程序跑飛問題。 本設計總共利用了單片機一個時鐘（ T0）資源，一個定時器 0中斷。軟件的設計采用了結構化編程的思想盡可能做到讓每個功能模塊獨立能夠很好的配合按鍵進行操作；主程序中主要檢測 M_S 這個全局變量的設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了了功能模塊之間的獨立性以及程序的可讀性 3． 2． 2 單機片的最小系統(tǒng)硬件電路原理圖 圖 32AT89S51 最小系統(tǒng) 發(fā)光二極管導通時，產(chǎn)生一個正向的工作電流 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)光二極管導通時的正向壓降 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，當單片機 的 輸出低電平（ 0V）時，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 輸出高電平（ 5V）時，發(fā)光二極管沒有足夠電壓差產(chǎn)生工作電流，此時發(fā)光二極管不亮。因此，程序中只需交替讓單片機的 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 各單元硬件設計及計算方法 4． 1 硬件設計 4． 1． 1 最小系統(tǒng)設計 AT89C51 單片機 圖 41 AT89C51引腳圖 AT89C51 單片機簡介： AT89S51 是一個低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復擦寫 1000 次的 Flash只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結構，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，功能強大的微型計算機 13 的 AT89S51 可為許多嵌入式控制應 用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 AT89S51 具有如下特點： 40 個引腳， 4k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲器， 128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5個中斷優(yōu)先級 2層中斷嵌套中斷， 2 個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。 此外， AT89S51 設計和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設置省電模式。空閑模式下， CPU 暫停工作，而 RAM 定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結振蕩器而保存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位。 主要功能特性 為 ： 兼容 MCS51指令系統(tǒng) ； 4k 可反復擦寫 (1000 次） ISP Flash ROM； 32 個雙向 I/O 口 ； 工作電壓 ； 2 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器 ； 時鐘頻率 033MHz； 全雙工 UART 串行中斷口線 ； 128x8bit 內(nèi)部 RAM； 2 個外部中斷源 ； 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 單片機與其他品牌單片機相比有著性 價比高，性能穩(wěn)定的特點。 (1) 51單片機 的優(yōu) 點 14 如果是作低成本的智能產(chǎn)品， 51 構架單片機的成本優(yōu)勢，還是無人能敵的。比如一片 AT89S51 和 AT89S52 單片機的批量價格大概是5元左右， STC89C52 單片機的批量價格大概是 6元多，這樣的芯片價格是很低的。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 單片機內(nèi)部集成有成千上萬個晶體管開關電路。 51 構架已經(jīng)誕生很多年了，到目前依然有著強大的生命力和實用性，從 1976年 51 構架成功面市， 多少年 過去了，從 90 年代初全新閃存結構的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 單片機能夠有效的控制智能產(chǎn)品整機的成本， 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，價格基本不變，甚至比 89C51 更低！ AT89S51 具有 ISP在線編程功能，這個功能的優(yōu)勢在于改寫單片機存儲器內(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算速度。 AT89S51 具有雙工 UART 串行通道 。 AT89S51 內(nèi)部集成看門狗計時器，不再需要像 89C51 那樣外接看門狗計時器單元電路。 AT89S51 具有 雙數(shù)據(jù)指示器。 AT89S51 具有 電源關閉標識。 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強，這樣就可以有效的保護知識產(chǎn)權不被侵犯。 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 書上采用的單片機是 8051 15 還是 89C51 還是 MCS51 等等 。 在 89S51 上一樣可以照常運行，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，更高的性價比。所以 AT89S51 芯片成為了本系統(tǒng)的首選。 單片機要正常運行，必須具備一定的硬件條件，其中最主要的就是三個基本條件：（ 1）電源正常；（ 2）時鐘正常；（ 3）復位正常。AT89S51 的引腳如圖 31 所示。在 AT89S51 單片機的 40 個引腳中，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 電源是單片機工作的動力源泉，對應的接線方法為 。40 腳（ VCC）電源引腳，工作時接＋ 5電源， 20 腳（ GND）為接地線。 (2) 時鐘電路 時鐘電路為單片機產(chǎn)生時序脈沖，單片機所有運算與控制過程都是在統(tǒng)一的時序脈沖的驅動下進行的，時鐘電路就好比人的心臟一樣重要。當采用內(nèi)部時鐘時，連接方法如圖 21 所示，在晶振引腳XTAL1(19 腳 )和 XTAL2(18 腳 )引腳之間接入一個晶振，兩個引腳對地分別再接入一個電容即可產(chǎn)生所需的時鐘信號，電容的容量一般在幾十皮法，如 30PF。 (3) 復位電路 在復位引腳 (9腳 )持續(xù)出現(xiàn) 24個振蕩器脈沖周期 (即 2個機器周期 )的高電平信號將使單片機復位。如圖 21 所示電容 C 和電阻 R 構成了單片機上電自動復位電路。復位后，單片機從 0000H 單元開始執(zhí)行程序，并初始化一些專用寄存器為復位狀態(tài)值。 16 4． 1． 2 數(shù)字鐘外圍電路設計 （ 1）單片機時鐘 時鐘是單片機的心臟，單片機各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準，有條不紊的一拍一拍地工作 。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有兩種方式：一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種為外部時鐘方式。本文用的是內(nèi)部時鐘方式。電路設計如圖 43所示。 圖 43單片機時鐘 AT89S51 單片機內(nèi)部有一個用于構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。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調電容，就構成一個穩(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，按鍵的開關狀態(tài)通過一定的電路轉換為高、低電平狀態(tài)。按鍵閉合過程在相應的 I/O 端口形成一個負脈沖。閉合和釋放過程都要經(jīng)過一定的過程才能達到穩(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。抖動持續(xù)時間的常長短與開關的機械特性有關，一般在 510ms 之間。為了避免 CPU 多次處理按鍵的一次閉合，應采用措施消除抖動。 圖 44 按鍵電路 口：秒表開始 /時鐘調整位選 /倒計時調整位選。 口：秒表計成績 /時鐘調整加 /倒計時調整加 。 口：秒表停止 /時鐘調整減 /倒計時調整減 。 口：秒表時鐘查看 /時鐘調整確認 /倒計時確認。 （ 4）復位電路 AT89S51 單片機的復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。復位引腳RST 通過一個斯密特觸發(fā)器與復位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機器周期的 S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復位電路采樣一次，然后才能 得到內(nèi)部復位操作所需要的信號。 18 圖 45 電平復位電路 （ 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 計算方法 （ 1）主程序 本設計中，計時采用定時器 T0 中斷完成，其余狀態(tài)循環(huán)調用顯示子程序，當端口開關按下時，轉入相應功能程序。 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)碼管顯示采用動態(tài)掃描的方法，通過依次查詢 Disp_Tab[]與 dispbit[]中對應的數(shù)據(jù)進行顯示。 20 第五章 軟件設計及說明 1 軟件設 計 本設計采用 c 語言進行軟件編寫 包括主程序、 定時器 T0 中斷子程序、時鐘顯示子程序 、秒表顯示子程序、倒計時顯示子程序、時鐘調整子程序 等。 單片機上電即進入 main 函數(shù)，在 main 函數(shù)中主要對全局變量M_S 的值進行檢測當為 0、 4的時候分別能夠進入 5 個子程序中 0：秒表、 1：時鐘、 2：時鐘、調整 3：倒計時、 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時，這時在 Stop 鍵未被按下的前提下一直掃 描 Number 按鍵的反應每次按下 Number 鍵則記錄一次成績