【正文】 德州學院 畢業(yè)設(shè)計基于AT89C52單片機的秒表設(shè)計摘 要 隨著計算機在社會領(lǐng)域的滲透，單片機的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測技術(shù)不斷更新。單片機是指集成在一個芯片上的微型計算機，主要包括CPU、隨機存儲器、只讀存儲器、基本輸入/輸出接口電路、定時器/計數(shù)器等部件。本設(shè)計的數(shù)字電子秒表系統(tǒng)采用AT89C52單片機為中心器件，利用其定時器/計數(shù)器定時和記數(shù)的原理，結(jié)合顯示電路、LED數(shù)碼管以及外部中斷電路來設(shè)計計時器。將軟、硬件有機地結(jié)合起來，使得系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)四位LED顯示，設(shè)計具有計時和倒計時功能的電子秒表。關(guān)鍵詞 單片機。 LED數(shù)碼顯示器。 AT89C52。 秒表1 緒論 單片機自問世以來，性能不斷提高和完善，而且具有集成度高、功能強、速度快、體積小、功耗低、使用方便、價格低廉等特點，因此在工業(yè)控制、智能儀表、數(shù)據(jù)采集和處理、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、汽車工業(yè)、國防工業(yè)、家用電器等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，并且正逐步取代現(xiàn)有的多片微機應(yīng)用系統(tǒng)，單片機的潛力越來越被人們所重視[1]。進入21世紀，隨著信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，秒表的用途越來越廣泛。數(shù)字秒表是電器制造、電力、工業(yè)自動化控制、國防、實驗室及科研單位理想的計時儀器，同時還用于軍事，醫(yī)療，商務(wù)等領(lǐng)域，發(fā)展及應(yīng)用前景廣泛。目前已經(jīng)有很多種類的數(shù)字秒表應(yīng)用于各個行業(yè)了,它們大多是指針式或集成電路型的，但是結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜、測試功能單一[2]。鑒于目前的情況，我們提出了以單片機作為控制核心，添加必要的外圍電路的價格低廉、走時精確、使用方便的秒表系統(tǒng)。隨著信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，數(shù)顯電子秒表用途不斷增多而且越來越重要，它同時也在增加功能及性能改進。一種嶄新的、采用硬件描述語言的硬件電路設(shè)計方法已經(jīng)興起，硬件描述語言是電子設(shè)計自動化(EDA)領(lǐng)域的一次重大變革. 在電子計算機發(fā)展過程中，微型計算機是一個重要分支。其中單片微型計算機(Single Chip Microputer)的應(yīng)用更帶來了秒表設(shè)計領(lǐng)域新的革命。德國和奧地利科學家便通過對單片機的研制出一種超高精確度秒表，(即11016S)還短的時間。這種高精確度秒表是由德國比勒菲爾德大學和奧地利維也納工業(yè)大學的研究人員組成的研究小組研制成功的[3]。綜上所述，秒表經(jīng)歷了機械設(shè)計、基于集成電路的設(shè)計、基于EDA的設(shè)計、基于單片機的設(shè)計的發(fā)展及現(xiàn)如今的一些出于特殊用途的超高精度秒表，每個發(fā)展階段都符合其時代的要求，但是隨著科技的發(fā)展，數(shù)顯電子秒表在向著高精度，高穩(wěn)定性，體積小，重量輕便于攜帶趨勢發(fā)展?；趩纹瑱C的定時與控制裝置在諸多行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用，本文以AT89C52為主控制芯片，應(yīng)用LED顯示器設(shè)計電子秒表，其主要功能有單計時、連續(xù)記8個的計時、設(shè)定初值的倒計時。本文是一個單片機的最小系統(tǒng)設(shè)計，對于各種復(fù)雜系統(tǒng)的開發(fā)，具有一定的指導(dǎo)作用。2 系統(tǒng)功能概述畢業(yè)設(shè)計總體方案是以AT89C52單片機作為控制核心，設(shè)計具有計時、倒計時等功能的電子秒表。一個完整的電子秒表電路就是一個單片機的最小系統(tǒng)，主要由鍵盤輸入電路、單片機、晶振、復(fù)位電路和LED顯示電路構(gòu)成。本畢業(yè)設(shè)計中電子秒表可以實現(xiàn)以下的功能：（1）用開關(guān)控制兩種計時模式的選擇。分別是單計時模式和連續(xù)計8個的計時模式。（2）用開關(guān)控制電子秒表的啟動、停止、復(fù)位，七段數(shù)碼管的高2位顯示秒表的秒值，低2位顯示秒表的百分秒值。（3）可實現(xiàn)設(shè)定初值的倒計時功能。其中涉及了三種初值調(diào)整方式，分別是增1（減1)、連續(xù)增（連續(xù)減）和快速增（快速減）。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 電路元件及其功能介紹根據(jù)設(shè)計的方案，選取了單片機AT89C52，用于顯示秒表數(shù)值的LED1~LED4，以及用于顯示電路工作狀態(tài)的LED5LED6，驅(qū)動數(shù)碼管的三極管SS9012以及必要的按鍵開關(guān)及其他元件。 集成在一個芯片上的微型計算機即為單片機，也就是把組成微型計算機的各種功能部件，像CPU、只讀存儲器 ROM（Read only memory）、隨機存儲器RAM（Random access memory）、基本輸入/輸出接口電路、定時器/計數(shù)器等部件集成在一塊芯片上，構(gòu)成一個較為完整的微型計算機，從而實現(xiàn)一些微型計算機所具有的功能[4]。 在微型單片機選擇上，我們應(yīng)該考慮存儲器容量，時鐘頻率，I/O口線等基本參數(shù)。對于本設(shè)計，由于電子秒表系統(tǒng)在數(shù)據(jù)的處理和存儲方面要求不高，所以選取片內(nèi)帶RAM和ROM的單片機即可，在本設(shè)計中選取的是ATMEL公司的AT89C52單片機。AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機[5]，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，AT89C52單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用[6]。AT89C52具有很多優(yōu)異的功能，具體的功能及特點如下：1. 兼容MCS51指令系統(tǒng)；2. 8kB可反復(fù)擦寫(大于1000次）Flash ROM；3. 32個雙向I/O口；；5. 3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷[7]；6. 時鐘頻率024MHz；7. 2個外部中斷源，共8個中斷源；8. 2個讀寫中斷口線，3級加密位；9. 低功耗空閑和掉電模式，軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能；10. 有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等幾種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求[8]。另外，在AT89C52 片內(nèi)存儲器中，80HFFH 共128 個單元為特殊功能寄存器（SFR）。并非所有的地址都被定義，從80H—FFH 共128 個字節(jié)只有一部分被定義，還有相當一部分沒有定義。對沒有定義的單元讀寫將是無效的，讀出的數(shù)值將不確定，而寫入的數(shù)據(jù)也將丟失。不應(yīng)將數(shù)據(jù)寫入未定義的單元，由于這些單元在將來的產(chǎn)品中可能賦予新的功能，在這種情況下，復(fù)位后這些單元數(shù)值總是“0”。AT89C52除了有單片機AT89C51所有的定時/計數(shù)器0和定時/計數(shù)器1外,還增加了一個定時/計數(shù)器2。定時/計數(shù)器2 的控制和狀態(tài)位位于T2CONT2MOD,寄存器對（RCAO2H、RCAP2L）是定時器2在16位捕獲方式或16位自動重裝載方式下的捕獲或自動重裝載寄存器[9]。AT89C52單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與MCS51系列單片機的構(gòu)成基本相同。CPU是由運算器和控制器所構(gòu)成的。運算器主要用來對操作數(shù)進行算術(shù)、邏輯運算和位操作的?？刂破魇菃纹瑱C的指揮控制部件，主要任務(wù)的識別指令，并根據(jù)指令的性質(zhì)控制單片機各功能部件，從而保證單片機各部分能自動而協(xié)調(diào)地工作。AT89C52單片機的指令系統(tǒng)和引腳功能與MCS51的完全兼容[10]。AT89C52的引腳排列如圖31所示。圖31 AT89C52引腳排列圖 LED顯示器概述如32圖所示為七段LED數(shù)碼管的原理圖，通過該圖可以很容易的看出共陽極和共陰極的七段LED管的工作原理的不同點。對于共陰極的數(shù)碼管，所有發(fā)光二極管的陰極共連后接地，而陽極引出腳用于控制LED是否發(fā)亮。若陽極引出腳接地，則LED被熄滅；若陽極引腳接高電平，則LED被點亮。圖32 LED原理圖共陽極的LED正好相反，所有發(fā)光二極管的陽極共連后接高電平，而陽極引出腳用于控制LED是否點亮。若陰極引腳接高電平，則LED被熄滅；反之，則LED被點亮。單片機對LED管的顯示可以分為靜態(tài)和動態(tài)兩種[11]。靜態(tài)顯示的特點是各LED管能同時穩(wěn)定地顯示各自字符；動態(tài)顯示是指各LED輪流一遍一遍顯示各自字符，但由于顯示的切換較快，在人的視覺看來是各LED管同時顯示不同字符。下面介紹LED的接口方法與電路：（1） LED 數(shù)碼顯示的接口方法單片機與 LED 數(shù)碼顯示器有以硬件為主和以軟件為主的兩種接口方法。 以硬件為主接口方法，這種接口方法的電路如33圖所示。 單 片 機 驅(qū) 動 器 LED 數(shù) 碼 管 圖33 LED接口方法電路圖（2） LED數(shù)碼顯示器的接口電路單片機實際使用的LED數(shù)碼顯示器位數(shù)較多。為降低成本，大部分以軟件為主的接口方法對于多位LED數(shù)碼管顯示器，通常采用動態(tài)掃描顯示方法，即逐個循環(huán)點亮各位顯示器。這樣雖然在任一時期只有一位顯示器被點亮，但是由于人眼有視覺殘留效應(yīng)，看起來與全部顯示持續(xù)點亮的效果基本一樣（在亮度上要有差別）。此外，單片機一般對LED的驅(qū)動效果有限，LED一般還需要外圍的驅(qū)動才能更好的發(fā)揮其顯示效果。LED 顯示是單片機控制產(chǎn)品中常見的應(yīng)用。使用LED模塊,這種模塊中帶有LED顯示管和LED 驅(qū)動電路,用起來較方便。一般用戶直接采用單片機+LED驅(qū)動器+LED顯示管的方式,一種經(jīng)常使用的LED驅(qū)動器8550，它作為共陽數(shù)碼管的驅(qū)動器，而共陰數(shù)碼管的驅(qū)動器則是 A1015，它們都是三極管[12]。 系統(tǒng)電路設(shè)計 復(fù)位電路復(fù)位電路在單片機系統(tǒng)中是必不可少的。所謂的復(fù)位就是講單片機重新啟動，這是單片機內(nèi)部的都有寄存器都回到初始狀態(tài)[13]。對于AT89C52單片機來說，它是高電平復(fù)位，也就是說只要將單片機的RESET引腳接高電平并保持一定的時間就可以實現(xiàn)單片機的復(fù)位（而對于一些低電平復(fù)位的單片機來說就剛好相反，要使其RESET引腳置為低電平并保持一定時間以實現(xiàn)單片機的復(fù)位）。本設(shè)計電路中對應(yīng)的復(fù)位電路如圖34所示。圖34 復(fù)位電路圖從上面的電路可以看出實現(xiàn)的是上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩個復(fù)