【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 （定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)脈沖輸入端）WR(片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通信號(hào)輸出端) RD（片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端） 時(shí)鐘電路的選擇與設(shè)計(jì)單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)提供單片機(jī)內(nèi)各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)，89S52片內(nèi)設(shè)有一個(gè)由反向放大器所構(gòu)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(jī)的時(shí)鐘信號(hào)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(shí)鐘很少用，若要用時(shí)，只要將XTAL1接地，XTAL2接外部振蕩器就行。對(duì)外部振蕩信號(hào)無(wú)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(hào)。時(shí)鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘信號(hào)P1和P2供單片機(jī)使用。P1在每一個(gè)狀態(tài)S的前半部分有效，P2在每個(gè)狀態(tài)的后半部分有效。本設(shè)計(jì)采用的內(nèi)部振蕩方式，內(nèi)部振蕩方式所得的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定，實(shí)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(shí)鐘電路的實(shí)際應(yīng)用中一定要注意正確選擇其大小，并保證電路的對(duì)稱(chēng)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(shè)計(jì)中采用大小為30pF的電容和12MHz的晶振[8]。 內(nèi)部振蕩電路 時(shí)序AT89C52典型的指令周期（執(zhí)行一條指令的時(shí)間稱(chēng)為指令周期）為一個(gè)機(jī)器周期，一個(gè)機(jī)器周期由六個(gè)狀態(tài)（十二振蕩周期）組成。每個(gè)狀態(tài)又被分成兩個(gè)時(shí)相P1和P2。所以，一個(gè)機(jī)器周期可以依次表示為S1P1，S1P2……，S6P1，S6P2。通常算術(shù)邏輯操作在P1時(shí)相進(jìn)行，而內(nèi)部寄存器傳送在P2時(shí)相進(jìn)行。 89S52時(shí)序。這些內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)不能從外部觀察到，所用XTAL2振蕩信號(hào)作參考。在圖中可看到，低8位地址的鎖存信號(hào)ALE在每個(gè)機(jī)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(duì)于單周期指令，當(dāng)操作碼被送入指令寄存器時(shí)，便從S1P2開(kāi)始執(zhí)行指令。如果是雙字節(jié)單機(jī)器周期指令，則在同一機(jī)器周期的S4期間讀入第二個(gè)字節(jié)，若是單字節(jié)單機(jī)器周期指令，則在S4期間仍進(jìn)行讀，但所讀的這個(gè)字節(jié)操作碼被忽略，程序計(jì)數(shù)器也不加1，在S6P2結(jié)束時(shí)完成指令操作。(a)和(b)給出了單字節(jié)單機(jī)器周期和雙字節(jié)單機(jī)器周期指令的時(shí)序。89S52指令大部分在一個(gè)機(jī)器周期完成。乘（MUL）和除（DIV）指令是僅有的需要兩個(gè)以上機(jī)器周期的指令，占用4個(gè)機(jī)器周期。對(duì)于雙字節(jié)單機(jī)器周期指令，通常是在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)從程序存儲(chǔ)器中讀入兩個(gè)字節(jié)，唯有MOVX指令例外。MOVX是訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的單字節(jié)雙機(jī)器周期指令。在執(zhí)行MOVX指令期間，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器被訪問(wèn)且被選通時(shí)跳過(guò)兩次取指操作。(c)給出了一般單字節(jié)雙機(jī)器周期指令的時(shí)序。 復(fù)位電路的選擇與設(shè)計(jì)關(guān)于單片機(jī)的置位和復(fù)位，都是為了把電路初始化到一個(gè)確定的狀態(tài)，一般來(lái)說(shuō)，單片機(jī)復(fù)位電路作用是把一個(gè)例如狀態(tài)機(jī)初始化到空狀態(tài)，而在單片機(jī)內(nèi)部，復(fù)位的時(shí)候單片機(jī)是把一些寄存器以及存儲(chǔ)設(shè)備裝入廠商預(yù)設(shè)的一個(gè)值，復(fù)位是一個(gè)很重要的操作方式。但單片機(jī)本身是不能自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部電路才能實(shí)現(xiàn)。當(dāng)AT89C52單片機(jī)的復(fù)位引腳RST（全稱(chēng)RESET）出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就完成了復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)，而無(wú)法執(zhí)行程序。因此要求單片機(jī)復(fù)位后能脫離復(fù)位狀態(tài)。而本系統(tǒng)選用的是12MHz的晶振，因此一個(gè)機(jī)器周期為1μs，那么復(fù)位脈沖寬度最小應(yīng)為2μs。在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，考慮到電源的穩(wěn)定時(shí)間，參數(shù)漂移，晶振穩(wěn)定時(shí)間以及復(fù)位的可靠性等因素，必須有足夠的余量,根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位、手動(dòng)復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。80C51單片機(jī)的上電復(fù)位POR（Power On Reset）實(shí)質(zhì)上就是上電延時(shí)復(fù)位，也就是在上電延時(shí)期間把單片機(jī)鎖定在復(fù)位狀態(tài)上。在單片機(jī)每次初始加電時(shí)，首先投入工作的功能部件是復(fù)位電路。復(fù)位電路把單片機(jī)鎖定在復(fù)位狀態(tài)上并且維持一個(gè)延時(shí)（記作TRST），以便給予電源電壓從上升到穩(wěn)定的一個(gè)等待時(shí)間；在電源電壓穩(wěn)定之后，再插入一個(gè)延時(shí)，給予時(shí)鐘振蕩器從起振到穩(wěn)定的一個(gè)等待時(shí)間；在單片機(jī)開(kāi)始進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)之前，還要至少推遲2個(gè)機(jī)器周期的延時(shí)。上述一系列的延時(shí)，都是利用在單片機(jī)RST引腳上外接一個(gè)RC支路的充電時(shí)間而形成的。（a）所示，其中的阻容值是原始手冊(cè)中提供的。在經(jīng)歷了一系列延時(shí)之后，單片機(jī)才開(kāi)始按照時(shí)鐘源的工作頻率，進(jìn)入到正常的程序運(yùn)行狀態(tài)。在電源電壓以及振蕩器輸出信號(hào)穩(wěn)定之后，又等待了一段較長(zhǎng)的延時(shí)才釋放RST信號(hào)，使得CPU脫離復(fù)位鎖定狀態(tài)；而RST信號(hào)一旦被釋放，立刻在ALE引腳上就可檢測(cè)到持續(xù)的脈沖信號(hào)。 上電復(fù)位延時(shí)電路由于標(biāo)準(zhǔn)80C51的復(fù)位邏輯相對(duì)簡(jiǎn)單，復(fù)位源只有RST一個(gè)（相對(duì)新型單片機(jī)來(lái)說(shuō)，復(fù)位源比較單一），因此各種原因所導(dǎo)致的復(fù)位活動(dòng)以及復(fù)位狀態(tài)的進(jìn)入，都要依靠在外接引腳RST上施加一定時(shí)間寬度的高電平信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。標(biāo)準(zhǔn)80C51不僅復(fù)位源比較單一，而且還沒(méi)有設(shè)計(jì)內(nèi)部上電復(fù)位的延時(shí)功能，因此必須借助于外接阻容支路來(lái)增加延時(shí)環(huán)節(jié)，(a)所示。其實(shí)，外接電阻R還是可以省略的，理由是一些CMOS單片機(jī)芯片內(nèi)部存在一個(gè)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(chǔ)上，(b)所示的簡(jiǎn)化電路（其中電容C的容量也相應(yīng)減小了）。 復(fù)位引腳RST內(nèi)部電路在每次單片機(jī)斷電之后，須使延時(shí)電容C上的電荷立刻放掉，以便為隨后可能在很短的時(shí)間內(nèi)再次加電作好準(zhǔn)備。否則，在斷電后C還沒(méi)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(yīng)有的延遲功能。因此，(a)的基礎(chǔ)上添加一個(gè)放電二極管D，(c)所示的改進(jìn)電路。也就是說(shuō)，只有RC支路的充電過(guò)程對(duì)電路是有用的，放電過(guò)程不僅無(wú)用，而且會(huì)帶來(lái)潛在的危害。于是附加一個(gè)放電二極管D來(lái)大力縮短放電持續(xù)時(shí)間，以便消除隱患。二極管D只有在單片機(jī)斷電的瞬間（即VCC趨近于0 V，可以看作VCC對(duì)地短路）正向?qū)?，平時(shí)一直處于反偏截止?fàn)顟B(tài)。手動(dòng)復(fù)位要求在電源接通的條件下，在單片機(jī)運(yùn)行期間，如果發(fā)生死機(jī)，用按鈕開(kāi)關(guān)操作使單片機(jī)復(fù)位。單片機(jī)要完成復(fù)位，必須向復(fù)位端輸出并持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。本設(shè)計(jì)采用上電且開(kāi)關(guān)復(fù)位電路，由于電容充電，使RST持續(xù)一段高電平時(shí)間。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行之中時(shí)，按下復(fù)位鍵也能使RST持續(xù)一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電且開(kāi)關(guān)復(fù)位的操作。通常選擇C=10~30μF，R=1K，本設(shè)計(jì)采用的電容值為22μF的電容和電阻為1K的電阻。 單片機(jī)復(fù)位電路 系統(tǒng)總電路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)總電路由以上設(shè)計(jì)的顯示電路，時(shí)鐘電路，按鍵電路和復(fù)位電路組成，只要將單片機(jī)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(jī)為主電路的核心部分，各個(gè)電路均和單片機(jī)相連接，由單片機(jī)統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)各個(gè)電路的運(yùn)行工作并提供了XTAL1和XTAL2兩個(gè)專(zhuān)用引腳接晶振電路，因此只要將晶振電路接到兩個(gè)專(zhuān)用引腳即可為單片機(jī)提供時(shí)鐘脈沖，但在焊接晶振電路時(shí)要盡量使晶振電路靠近單片機(jī)，這樣可以為單片機(jī)提供穩(wěn)定的始終脈沖。 系統(tǒng)總電路圖復(fù)位電路同晶振電路，單片機(jī)設(shè)有一個(gè)專(zhuān)用的硬件復(fù)位接口，并設(shè)置為高電平有效。按鍵電路與單片機(jī)的端口連接可以由用戶(hù)自己設(shè)定，均設(shè)為低電平有效。而另外的開(kāi)始鍵和暫停鍵兩鍵使用了外部中斷，這兩個(gè)I/O口的第二功能分別為單片機(jī)的外部中斷1端口和外部中斷0端口。同樣設(shè)置為位低電平有效。顯示電路由五位數(shù)碼管組成，采用動(dòng)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(méi)有集成上拉電阻，高電平的驅(qū)動(dòng)能力很弱，所以需要接上拉電阻來(lái)提高P0的高電平驅(qū)動(dòng)能力。~，NPN三極管9013做為位控制端的開(kāi)關(guān)，~，與其相對(duì)應(yīng)的三極管就導(dǎo)通，對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管導(dǎo)通顯示。通過(guò)以上設(shè)計(jì)已經(jīng)將各部分電路與單片機(jī)有機(jī)的結(jié)合到一起，硬件部分的設(shè)計(jì)以大功告成，剩下的部分就是對(duì)單片機(jī)的編程，使單片機(jī)按程序運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)數(shù)字電子秒表的全部功能。3 軟件設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì)思想 本次設(shè)計(jì)，既可以用匯編語(yǔ)言編程也可以用C語(yǔ)言編程，該設(shè)計(jì)采用的是C語(yǔ)言編程，C語(yǔ)言是一種面向過(guò)程的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，C語(yǔ)言簡(jiǎn)潔、緊湊，使用方便、靈活；本設(shè)計(jì)采用了C語(yǔ)言編寫(xiě)，C語(yǔ)言由于采用了二進(jìn)制代碼來(lái)編寫(xiě)程序，比用匯編語(yǔ)言采用助記符編程要容易理解些，在一定程度上簡(jiǎn)化了編程過(guò)程且用二進(jìn)制代碼代替了匯編語(yǔ)言的助記符。 C語(yǔ)言的特點(diǎn)是： 1）C是中級(jí)語(yǔ)言它把高級(jí)語(yǔ)言的基本結(jié)構(gòu)和語(yǔ)句與低級(jí)語(yǔ)言的實(shí)用性結(jié)合起來(lái)。C語(yǔ)言可以象匯編語(yǔ)言一樣對(duì)位、字節(jié)和地址進(jìn)行操作,而這三者是計(jì)算機(jī)最基本的工作單元。2）C是結(jié)構(gòu)式語(yǔ)言結(jié)構(gòu)式語(yǔ)言的顯著特點(diǎn)是代碼及數(shù)據(jù)的分隔化,即程序的各個(gè)部分除了必要的信息交流外彼此獨(dú)立。這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦?便于使用、維護(hù)以及調(diào)試。C 語(yǔ)言是以函數(shù)形式提供給用戶(hù)的,這些函數(shù)可方便的調(diào)用,并具有多種循環(huán)、條件語(yǔ)句控制程序流向,從而使程序完全結(jié)構(gòu)化。3） C語(yǔ)言功能齊全C語(yǔ)言具有各種各樣的數(shù)據(jù)類(lèi)型,并引入了指針概念,可使程序效率更高。另外C語(yǔ)言也具有強(qiáng)大的圖形功能,支持多種顯示器和驅(qū)動(dòng)器。而且計(jì)算功能、邏輯判斷功能也比較強(qiáng)大,可以實(shí)現(xiàn)決策目的。 4）C語(yǔ)言適用范圍大 C語(yǔ)言還有一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)就是適合于多種