【文章內(nèi)容簡介】 （定時器/計數(shù)器1計數(shù)脈沖輸入端）WR(片外數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出端) RD（片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸出端） 時鐘電路的選擇與設計單片機的時鐘信號用來提供單片機內(nèi)各種微操作的時間基準，89S52片內(nèi)設有一個由反向放大器所構成的振蕩電路，XTAL1和 XTAL2分別為振蕩電路的輸入和輸出端，89S52單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式與外部振蕩方式。外部方式的時鐘很少用，若要用時，只要將XTAL1接地，XTAL2接外部振蕩器就行。對外部振蕩信號無特殊要求，只要保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12MHz的方波信號。時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘信號P1和P2供單片機使用。P1在每一個狀態(tài)S的前半部分有效，P2在每個狀態(tài)的后半部分有效。本設計采用的內(nèi)部振蕩方式，內(nèi)部振蕩方式所得的時鐘信號比較穩(wěn)定，實用電路中使用較多。圖中，電容器CC2起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，電容值一般為5～33pF。但在時鐘電路的實際應用中一定要注意正確選擇其大小，并保證電路的對稱性，盡可能匹配，選用正牌的瓷片或云母電容，如果可能的話，溫度系數(shù)盡可能低。本設計中采用大小為30pF的電容和12MHz的晶振[8]。 內(nèi)部振蕩電路 時序AT89C52典型的指令周期（執(zhí)行一條指令的時間稱為指令周期）為一個機器周期，一個機器周期由六個狀態(tài)（十二振蕩周期）組成。每個狀態(tài)又被分成兩個時相P1和P2。所以，一個機器周期可以依次表示為S1P1，S1P2……，S6P1，S6P2。通常算術邏輯操作在P1時相進行，而內(nèi)部寄存器傳送在P2時相進行。 89S52時序。這些內(nèi)部時鐘信號不能從外部觀察到，所用XTAL2振蕩信號作參考。在圖中可看到，低8位地址的鎖存信號ALE在每個機器周期中兩次有效：一次在S1P2與S2P1期間，另一次在S4P2與S5P1期間。對于單周期指令，當操作碼被送入指令寄存器時，便從S1P2開始執(zhí)行指令。如果是雙字節(jié)單機器周期指令，則在同一機器周期的S4期間讀入第二個字節(jié)，若是單字節(jié)單機器周期指令，則在S4期間仍進行讀，但所讀的這個字節(jié)操作碼被忽略，程序計數(shù)器也不加1，在S6P2結束時完成指令操作。(a)和(b)給出了單字節(jié)單機器周期和雙字節(jié)單機器周期指令的時序。89S52指令大部分在一個機器周期完成。乘（MUL）和除（DIV）指令是僅有的需要兩個以上機器周期的指令，占用4個機器周期。對于雙字節(jié)單機器周期指令，通常是在一個機器周期內(nèi)從程序存儲器中讀入兩個字節(jié)，唯有MOVX指令例外。MOVX是訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的單字節(jié)雙機器周期指令。在執(zhí)行MOVX指令期間，外部數(shù)據(jù)存儲器被訪問且被選通時跳過兩次取指操作。(c)給出了一般單字節(jié)雙機器周期指令的時序。 復位電路的選擇與設計關于單片機的置位和復位，都是為了把電路初始化到一個確定的狀態(tài)，一般來說，單片機復位電路作用是把一個例如狀態(tài)機初始化到空狀態(tài)，而在單片機內(nèi)部，復位的時候單片機是把一些寄存器以及存儲設備裝入廠商預設的一個值，復位是一個很重要的操作方式。但單片機本身是不能自動進行復位的，必須配合相應的外部電路才能實現(xiàn)。當AT89C52單片機的復位引腳RST（全稱RESET）出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平時，單片機就完成了復位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)，而無法執(zhí)行程序。因此要求單片機復位后能脫離復位狀態(tài)。而本系統(tǒng)選用的是12MHz的晶振，因此一個機器周期為1μs，那么復位脈沖寬度最小應為2μs。在實際應用系統(tǒng)中，考慮到電源的穩(wěn)定時間，參數(shù)漂移，晶振穩(wěn)定時間以及復位的可靠性等因素，必須有足夠的余量,根據(jù)應用的要求，復位操作通常有兩種基本形式：上電復位、手動復位。上電復位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復位操作。80C51單片機的上電復位POR（Power On Reset）實質(zhì)上就是上電延時復位，也就是在上電延時期間把單片機鎖定在復位狀態(tài)上。在單片機每次初始加電時，首先投入工作的功能部件是復位電路。復位電路把單片機鎖定在復位狀態(tài)上并且維持一個延時（記作TRST），以便給予電源電壓從上升到穩(wěn)定的一個等待時間；在電源電壓穩(wěn)定之后，再插入一個延時，給予時鐘振蕩器從起振到穩(wěn)定的一個等待時間；在單片機開始進入運行狀態(tài)之前，還要至少推遲2個機器周期的延時。上述一系列的延時，都是利用在單片機RST引腳上外接一個RC支路的充電時間而形成的。（a）所示，其中的阻容值是原始手冊中提供的。在經(jīng)歷了一系列延時之后，單片機才開始按照時鐘源的工作頻率，進入到正常的程序運行狀態(tài)。在電源電壓以及振蕩器輸出信號穩(wěn)定之后，又等待了一段較長的延時才釋放RST信號，使得CPU脫離復位鎖定狀態(tài)；而RST信號一旦被釋放，立刻在ALE引腳上就可檢測到持續(xù)的脈沖信號。 上電復位延時電路由于標準80C51的復位邏輯相對簡單，復位源只有RST一個（相對新型單片機來說，復位源比較單一），因此各種原因所導致的復位活動以及復位狀態(tài)的進入，都要依靠在外接引腳RST上施加一定時間寬度的高電平信號來實現(xiàn)。標準80C51不僅復位源比較單一，而且還沒有設計內(nèi)部上電復位的延時功能，因此必須借助于外接阻容支路來增加延時環(huán)節(jié)，(a)所示。其實，外接電阻R還是可以省略的，理由是一些CMOS單片機芯片內(nèi)部存在一個現(xiàn)成的下拉電阻Rrst。例如，AT89系列的Rrst阻值約為50～200 kΩ；P89V51Rx2系列的Rrst阻值約為40～225 kΩ。因此，(a)基礎上，(b)所示的簡化電路（其中電容C的容量也相應減小了）。 復位引腳RST內(nèi)部電路在每次單片機斷電之后，須使延時電容C上的電荷立刻放掉，以便為隨后可能在很短的時間內(nèi)再次加電作好準備。否則，在斷電后C還沒有充分放電的情況下，如果很快又加電，那么RC支路就失去了它應有的延遲功能。因此，(a)的基礎上添加一個放電二極管D，(c)所示的改進電路。也就是說，只有RC支路的充電過程對電路是有用的，放電過程不僅無用，而且會帶來潛在的危害。于是附加一個放電二極管D來大力縮短放電持續(xù)時間，以便消除隱患。二極管D只有在單片機斷電的瞬間（即VCC趨近于0 V，可以看作VCC對地短路）正向?qū)ǎ綍r一直處于反偏截止狀態(tài)。手動復位要求在電源接通的條件下，在單片機運行期間，如果發(fā)生死機，用按鈕開關操作使單片機復位。單片機要完成復位，必須向復位端輸出并持續(xù)兩個機器周期以上的高電平，從而實現(xiàn)復位操作。本設計采用上電且開關復位電路，由于電容充電，使RST持續(xù)一段高電平時間。當單片機已在運行之中時，按下復位鍵也能使RST持續(xù)一段時間的高電平，從而實現(xiàn)上電且開關復位的操作。通常選擇C=10~30μF，R=1K，本設計采用的電容值為22μF的電容和電阻為1K的電阻。 單片機復位電路 系統(tǒng)總電路的設計系統(tǒng)總電路由以上設計的顯示電路，時鐘電路，按鍵電路和復位電路組成，只要將單片機與以上各部分電路合理的連接就組成了系統(tǒng)總電路。AT89C52單片機為主電路的核心部分，各個電路均和單片機相連接，由單片機統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)各個電路的運行工作并提供了XTAL1和XTAL2兩個專用引腳接晶振電路，因此只要將晶振電路接到兩個專用引腳即可為單片機提供時鐘脈沖，但在焊接晶振電路時要盡量使晶振電路靠近單片機，這樣可以為單片機提供穩(wěn)定的始終脈沖。 系統(tǒng)總電路圖復位電路同晶振電路，單片機設有一個專用的硬件復位接口，并設置為高電平有效。按鍵電路與單片機的端口連接可以由用戶自己設定，均設為低電平有效。而另外的開始鍵和暫停鍵兩鍵使用了外部中斷，這兩個I/O口的第二功能分別為單片機的外部中斷1端口和外部中斷0端口。同樣設置為位低電平有效。顯示電路由五位數(shù)碼管組成，采用動態(tài)顯示方式，因此有8位段控制端和5位位控制端，八位段控制接P0口，~、b、c、d、e、f、g、dp顯示，AT89C52的P0口沒有集成上拉電阻，高電平的驅(qū)動能力很弱，所以需要接上拉電阻來提高P0的高電平驅(qū)動能力。~，NPN三極管9013做為位控制端的開關，~，與其相對應的三極管就導通，對應的數(shù)碼管導通顯示。通過以上設計已經(jīng)將各部分電路與單片機有機的結合到一起，硬件部分的設計以大功告成，剩下的部分就是對單片機的編程，使單片機按程序運行，實現(xiàn)數(shù)字電子秒表的全部功能。3 軟件設計 程序設計思想 本次設計，既可以用匯編語言編程也可以用C語言編程，該設計采用的是C語言編程，C語言是一種面向過程的程序設計語言，C語言簡潔、緊湊，使用方便、靈活；本設計采用了C語言編寫，C語言由于采用了二進制代碼來編寫程序，比用匯編語言采用助記符編程要容易理解些，在一定程度上簡化了編程過程且用二進制代碼代替了匯編語言的助記符。 C語言的特點是： 1）C是中級語言它把高級語言的基本結構和語句與低級語言的實用性結合起來。C語言可以象匯編語言一樣對位、字節(jié)和地址進行操作,而這三者是計算機最基本的工作單元。2）C是結構式語言結構式語言的顯著特點是代碼及數(shù)據(jù)的分隔化,即程序的各個部分除了必要的信息交流外彼此獨立。這種結構化方式可使程序?qū)哟吻逦?便于使用、維護以及調(diào)試。C 語言是以函數(shù)形式提供給用戶的,這些函數(shù)可方便的調(diào)用,并具有多種循環(huán)、條件語句控制程序流向,從而使程序完全結構化。3） C語言功能齊全C語言具有各種各樣的數(shù)據(jù)類型,并引入了指針概念,可使程序效率更高。另外C語言也具有強大的圖形功能,支持多種顯示器和驅(qū)動器。而且計算功能、邏輯判斷功能也比較強大,可以實現(xiàn)決策目的。 4）C語言適用范圍大 C語言還有一個突出的優(yōu)點就是適合于多種