【正文】 以及一些按鍵電路等來(lái)設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)器，將軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。其中軟件系統(tǒng)采用匯編語(yǔ)言編寫程序，包括顯示程序，加減計(jì)數(shù)程序，快加快減程序，中斷，延時(shí)程序，按鍵消抖程序等，并在 Keil中調(diào)試運(yùn)行，硬件系統(tǒng)利用 proteus 強(qiáng)大的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)單切易于觀察，在仿真中就可以觀察到實(shí)際的工作狀態(tài)。 圖 11 系統(tǒng)電路原理 功能簡(jiǎn)介 （ 1）開機(jī)后，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行楚 書畫，然后對(duì)按鈕進(jìn)行掃描。 （ 2）設(shè)置按鈕為了方便起見，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)紅色的指示燈，當(dāng)燈不亮的時(shí)候 ，開始工作。 （ 3）開始按鈕是用來(lái)多次計(jì)數(shù)的，能連續(xù)多次技術(shù)。 （ 4）停止按鍵用來(lái)暫停程序的運(yùn)行，當(dāng)按下暫停鍵時(shí)，程序停留在原地，等待再次按下暫停鍵，再次按下暫停鍵后，程序繼續(xù)運(yùn)行。 （ 4）技術(shù)按鈕用來(lái)記錄數(shù)據(jù)，每按下一次計(jì)數(shù)按鈕，程序自動(dòng)記錄一個(gè)數(shù)據(jù)，并存放到指定內(nèi)存單元中，當(dāng)按下四次以后，程序自動(dòng)停止。 （ 5）復(fù)位按鈕是用來(lái)對(duì)程序復(fù)位，每當(dāng)程序出現(xiàn)死循環(huán)的時(shí)候，按下復(fù)位鍵即可跳出死循環(huán)，回到程序的開始。 外圍電路 電源電路 單 片 機(jī) 顯示電路 鍵盤電路 基于單片機(jī)的多功能電子秒表的設(shè)計(jì) 8 第 2 章 單片機(jī)的介紹 單片機(jī)的簡(jiǎn)介 單片機(jī)是一種集成電路芯片。它采用超大規(guī)模技術(shù)將具有數(shù)據(jù)處理能力的微處理器(CPU)、存儲(chǔ)器（含程序存儲(chǔ)器 ROM 和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM）、輸入、輸出接口電路 (I/O 接口 )集成在同一塊芯片上，構(gòu)成一個(gè)即小巧又很完善的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，在單片機(jī)程序的控制下能準(zhǔn)確、迅速、高效地完成程序設(shè)計(jì)者事先規(guī)定的任務(wù)。所以說(shuō)，一片單片機(jī)芯片就具有了組成計(jì)算機(jī)的全部功能。 由此來(lái)看，單片機(jī)有著一般微處理器（ CPU）芯片所不具備的功能，它可單獨(dú)地完成現(xiàn)代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能，這是單 片機(jī)最大的特征。 然而單片機(jī)又不同于單板機(jī)（一種將微處理器芯片、存儲(chǔ)器芯片、輸入輸出接口芯片安裝在同一塊印制電路板上的微型計(jì)算機(jī)），單片機(jī)芯片在沒有開發(fā)前，它只是具備功能極強(qiáng)的超大規(guī)模集成電路，如果對(duì)它進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)，它便是一個(gè)小型的微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，但它與單板機(jī)或個(gè)人電腦 (PC 機(jī) )有著本質(zhì)的區(qū)別。 單片機(jī)的應(yīng)用屬于芯片級(jí)應(yīng)用，需要用戶（單片機(jī)學(xué)習(xí)者與使用者）了解單片機(jī)芯片的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)以及其它集成電路應(yīng)用技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需要的理論和技術(shù)，用這樣特定的芯片設(shè)計(jì)應(yīng)用程序，從而使該芯片具備特定的功能。 不同的 單片機(jī)有著不同的硬件特征和軟件特征，即它們的技術(shù)特征均不盡相同，硬件特征取決于單片機(jī)芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，用戶要使用某種單片機(jī)，必須了解該型產(chǎn)品是否滿足需要的功能和應(yīng)用系統(tǒng)所要求的特性指標(biāo)。這里的技術(shù)特征包括功能特性、控制特性和電氣特性等等，這些信息需要從生產(chǎn)廠商的技術(shù)手冊(cè)中得到。軟件特征是指指令系統(tǒng)特性和開發(fā)支持環(huán)境，指令特性即我們熟悉的單片機(jī)的尋址方式，數(shù)據(jù)處理和邏輯處理方式，輸入輸出特性及對(duì)電源的要求等等。開發(fā)支持的環(huán)境包括指令的兼容及可移植性，支持軟件 (包含可支持開發(fā)應(yīng)用程序的軟件資源 )及硬件資源。要利用 某型號(hào)單片機(jī)開發(fā)自己的應(yīng)用系統(tǒng)，掌握其結(jié)構(gòu)特征和技術(shù)特征是必須的。 單片機(jī)控制系統(tǒng)能夠取代以前利用復(fù)雜電子線路或數(shù)字電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，可以以軟件控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，并能夠?qū)崿F(xiàn)智能化，現(xiàn)在單片機(jī)控制范疇無(wú)所不在，例如通信產(chǎn)品、家用電器、智能儀器儀表、過(guò)程控制和專用控制裝置等等，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛。 基于單片機(jī)的多功能電子秒表的設(shè)計(jì) 9 單片機(jī)發(fā)展概述 1946 年第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生至今，依靠微電子技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，從電子管 —— 晶體管 —— 集成電路 —— 大規(guī)模集成電路，使得計(jì)算機(jī)體積更小，功能更強(qiáng)。特別是近 20 年時(shí)間里，計(jì)算機(jī)技術(shù)獲得 飛速的發(fā)展，計(jì)算機(jī)在工農(nóng)業(yè)，科研，教育，國(guó)防和航空航天領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)是一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代科技水平的重要標(biāo)志。 單片機(jī)誕生于 20 世紀(jì) 70 年代，象 Fairchild 公司研制的 F8單片微型計(jì)算機(jī)。所謂單片機(jī)是利用大規(guī)模集成電路技術(shù)把中央處理單元 (Center Processing Unit,也即常稱的 CPU)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)、程序存儲(chǔ)器 (ROM)及其他 I/O 通信口集成在一塊芯片上，構(gòu)成一個(gè)最小的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，而現(xiàn)代的單片機(jī)則加上了中斷單元，定時(shí)單元及 A/D 轉(zhuǎn)換等更復(fù)雜、更完善的電路，使得單片機(jī) 的功能越來(lái)越強(qiáng)大，應(yīng)用更廣泛。 20 世紀(jì) 70 年代，微電子技術(shù)正處于發(fā)展階段，集成電路屬于中規(guī)模發(fā)展時(shí)期，各種新材料新工藝尚未成熟，單片機(jī)仍處在初級(jí)的發(fā)展階段，元件集成規(guī)模還比較小，功能比較簡(jiǎn)單，一般均把 CPU、 RAM 有的還包括了一些簡(jiǎn)單的 I/O 口集成到芯片上，象Fairchild 公司就屬于這一類型，它還需配上外圍的其他處理電路方才構(gòu)成完整的計(jì)算系統(tǒng)。類似的單片機(jī)還有 Zilog 公司的 Z80 微處理器。 1976 年 INTEL 公司推出了 MCS48 單片機(jī)，這個(gè)時(shí)期的單片機(jī)才是真正的 8位單片微型計(jì)算機(jī)，并推向市場(chǎng)。它 以體積小，功能全，價(jià)格低贏得了廣泛的應(yīng)用，為單片機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，成為單片機(jī)發(fā)展史上重要的里程碑。 在 MCS48 的帶領(lǐng)下，其后，各大半導(dǎo)體公司相繼研制和發(fā)展了自己的單片機(jī)，象Zilog 公司的 Z8 系列。到了 80 年代初，單片機(jī)已發(fā)展到了高性能階段，象 INTEL 公司的 MCS51系列， Motorola 公司的 6801 和 6802 系列， Rokwell 公司的 6501 及 6502 系列等等 ,此外 ,日本的著名電氣公司 NEC和 HITACHI都相繼開發(fā)了具有自己特色的專用單片機(jī)。 80 年代，世界各大公司均競(jìng)相研制出品種多功能強(qiáng)的 單片機(jī)，約有幾十個(gè)系列，300 多個(gè)品種，此時(shí)的單片機(jī)均屬于真正的單片化，大多集成了 CPU、 RAM、 ROM、數(shù)目繁多的 I/O 接口、多種中斷系統(tǒng)，甚至還有一些帶 A/D 轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)，功能越來(lái)越強(qiáng)大， RAM 和 ROM 的容量也越來(lái)越大，尋址空間甚至可達(dá) 64kB，可以說(shuō)，單片機(jī)發(fā)展到了一個(gè)全新階段，應(yīng)用領(lǐng)域更廣泛，許多家用電器均走向利用單片機(jī)控制的智能化發(fā)展道路。 1982 年以后， 16 位單片機(jī)問世，代表產(chǎn)品是 INTEL 公司的 MCS96 系列， 16 位單片機(jī)比起 8 位機(jī)，數(shù)據(jù)寬度增加了一倍，實(shí)時(shí)處理能力更強(qiáng)，主頻更高，集成度 達(dá)到了12萬(wàn)只晶體管， RAM 增加到了 232 字節(jié)， ROM 則達(dá)到了 8kB，并且有 8 個(gè)中斷源，同時(shí)配置了多路的 A/D 轉(zhuǎn)換通道，高速的 I/O 處理單元，適用于更復(fù)雜的控制系統(tǒng)。 基于單片機(jī)的多功能電子秒表的設(shè)計(jì) 10 九十年代以后，單片機(jī)獲得了飛速的發(fā)展，世界各大半導(dǎo)體公司相繼開發(fā)了功能更為強(qiáng)大的單片機(jī)。美國(guó) Microchip 公司發(fā)布了一種完全不兼容 MCS51的新一代 PIC 系列單片機(jī)，引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注，特別它的產(chǎn)品只有 33 條精簡(jiǎn)指令集吸引了不少用戶，使人們從 INTEL 的 111 條復(fù)雜指令集中走出來(lái)。 PIC 單片機(jī)獲得了快速的發(fā)展，在業(yè)界中占有一席之地。 隨后更多的單片機(jī)種蜂擁而至， MOTOROLA 公司相繼發(fā)布了 MC68HC 系列單片機(jī)，日本的幾個(gè)著名公司都研制出了性能更強(qiáng)的產(chǎn)品，但日本的單片機(jī)一般均用于專用系統(tǒng)控制，而不象 INTEL 等公司投放到市場(chǎng)形成通用單片機(jī)。例如 NEC 公司生產(chǎn)的 uCOM87 系列單片機(jī)，其代表作 uPC7811 是一種性能相當(dāng)優(yōu)異的單片機(jī)。 MOTOROLA 公司的 MC68HC05系列其高速低價(jià)等特點(diǎn)贏得了不少用戶。 Zilog 公司的 Z8系列產(chǎn)品代表作是 Z8671，內(nèi)含 BASIC Debug 解釋程序極大地方便用戶。而美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體的 COP800 系 列單片機(jī)則采用先進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)。 ATMEL 公司則把單片機(jī)技術(shù)與先進(jìn)的 Flash 存儲(chǔ)技術(shù)完美地結(jié)合起來(lái)，發(fā)布了性能相當(dāng)優(yōu)秀的 AT89系列單片機(jī)。包括中國(guó)的臺(tái)灣 HOLTEK 和 WINBOND 等公司也紛紛加入了單片機(jī)發(fā)展行列，憑著他們廉價(jià)的優(yōu)勢(shì)，分享一杯美羹。 1990 年美國(guó) INTEL 公司推出了 80960 超級(jí) 32 位單片機(jī)引起了計(jì)算機(jī)界的轟動(dòng)，產(chǎn)品相繼投放市場(chǎng)，成為單片機(jī)發(fā)展史上又一個(gè)重要的里程碑。 此期間，單片機(jī)園地里，單片機(jī)品種異彩紛呈，爭(zhēng)奇斗艷。有 8位、 16位甚至 32位機(jī)，但 8 位單片機(jī)仍以它的價(jià)格低廉、品種齊全、 應(yīng)用軟件豐富、支持環(huán)境充分、開發(fā)方便等特點(diǎn)而占著主導(dǎo)地位。而 INTEL 公司憑著他們雄厚的技術(shù)，性能優(yōu)秀的機(jī)型和良好的基礎(chǔ)，目前仍是單片機(jī)的主流產(chǎn)品。只不過(guò)是九十年代中期， INTEL 公司忙著開發(fā)他們個(gè)人電腦微處理器，已沒有足夠的精力繼續(xù)發(fā)展自己創(chuàng)導(dǎo)的單片機(jī)技術(shù)，而由PHILIPS 等公司繼續(xù)發(fā)展 C51 系列單片機(jī)。 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過(guò)程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇： 在智能儀器儀表上的應(yīng)用 單片機(jī)具有體積小、功 耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長(zhǎng)度、硬度、元素、壓力等物理量的測(cè)量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測(cè)量設(shè)備（功率計(jì)，示波器，各種分析儀）。 基于單片機(jī)的多功能電子秒表的設(shè)計(jì) 11 在工業(yè)控制中的應(yīng)用 用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等。 在家用電器中的應(yīng)用 可以這樣說(shuō)，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯褒、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無(wú)所不在。 在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用 現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車無(wú)線通信、再到日常工作中隨處可見的移動(dòng)電話，集群移動(dòng)通信，無(wú)線電對(duì) 講機(jī)等。 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 此外，單片機(jī)在工商，金融，科研、教育，國(guó)防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 現(xiàn)在可以說(shuō)單片機(jī)是百花齊放，百家爭(zhēng)鳴的時(shí)期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機(jī)，從 8 位、 16 位到 32 位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流 C51 系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補(bǔ)，為單片機(jī)的應(yīng)用提供廣闊的天地。 縱觀單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程 ，可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，大致有： 低功耗 CMOS 化 MCS51 系列的 8031 推出時(shí)的功耗達(dá) 630mW，而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在 100mW 左右，隨著對(duì)單片機(jī)功耗要求越來(lái)越低，現(xiàn)在的各個(gè)單片機(jī)制造商基本都采用了 CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝 )。象 80C51 就采用了 HMOS(即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝 )和基于單片機(jī)的多功能電子秒表的設(shè)計(jì) 12 CHMOS(互補(bǔ)高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝 )。 CMOS 雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而 CHMOS 則具備了高速和低功耗的特點(diǎn)，這些特征，更適合于在要求低功耗象電池供電的應(yīng) 用場(chǎng)合。所以這種工藝將是今后一段時(shí)期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑。 現(xiàn)在常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器 (CPU)、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ) (RAM)、只讀程序存儲(chǔ)器 (ROM)、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時(shí)電路、時(shí)鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如 A/D 轉(zhuǎn)換器、 PMW(脈寬調(diào)制電路 )、 WDT(看門狗 )、有些單片機(jī)將 LCD(液晶 )驅(qū)動(dòng)電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多，功能就越強(qiáng)大。甚至單片機(jī)廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機(jī)芯片。 此外，現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機(jī)除了功能強(qiáng)和功耗低外，還要求其體積要小?，F(xiàn)在的許多單片機(jī)都具有多種封裝形式，其中 SMD(表面封裝 )越來(lái)越受歡迎，使得由單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。 現(xiàn)在雖然單片機(jī)的品種繁多，各具特色，但仍以 80C51 為核心的單片機(jī)占主流，兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有 PHILIPS公司的產(chǎn)品， ATMEL公司的產(chǎn)品和中國(guó)臺(tái)灣的 Winbond系列單片機(jī)。所以 C8051 為核心的單片機(jī)占據(jù)了半壁江山。而 Microchip 公司的 PIC精簡(jiǎn)指令集 (RISC)也有著強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭，中國(guó)臺(tái)灣的