【正文】 通過設(shè)計(jì)和調(diào)試，數(shù)字式秒表能順利完成各項(xiàng)功能。 10 主程序流程圖 圖 31 主程序流程圖 中斷服務(wù)程序流程圖 MAIN 定義堆棧 顯示緩沖單元清零 定時(shí)器 0 工作方式 1 裝載計(jì)數(shù)初值 定時(shí)開始 開中斷 設(shè)置循環(huán)次數(shù) 調(diào)用顯示子程序 等待定時(shí)中斷請求 鍵盤掃描 11 圖 32 中斷服務(wù)程序流程圖PDJW 現(xiàn)場保護(hù) 計(jì)數(shù)器重加載 循環(huán)次數(shù)減 1 是否滿 8 次 毫秒值加 1 是否滿 60 毫秒緩沖清零 秒值加 1 是否 60S 秒顯緩沖清零 分顯示加 1 是否滿 60 分顯示清零 現(xiàn)場恢復(fù) 返回 Y N N N N Y Y Y 12 顯示程序流程圖 圖 33顯示程序流程圖 軟 件系統(tǒng)程序清單 按照流程圖應(yīng)用軟件 keil 匯編語言編程實(shí)現(xiàn)秒表功能。 (4).定時(shí) /計(jì)數(shù)器：使用定時(shí)器 0 工作方式 2 實(shí)現(xiàn)數(shù)字式計(jì)數(shù)器的運(yùn)行。 (2).P1 口： 作為獨(dú)立式鍵盤的輸入端。 第 3 章 數(shù)字式秒表軟件系統(tǒng)的設(shè) 計(jì) 數(shù)字式秒表使用單片機(jī)資源情況 本次電子鐘設(shè)計(jì)除了了使用單片機(jī)工作所必須的硬件資源（如連接晶振的引腳 XTAL1 和 XTAL2，復(fù)位引腳 RESET）外，對單片機(jī)的硬件資源還做了具體的安排。雙面布線時(shí)芯片和針腳多的元件需將焊接點(diǎn)置于底層，這樣才能比較方便的焊接。 PCB 圖 PCB 圖設(shè)計(jì)時(shí)，首先要使元器件盡量少，這樣既可以節(jié)約材料，又可以是布線更加短，減少干擾，同時(shí)還應(yīng)注意盡量減少線路之間的寄生電容和電感， 布線時(shí)需要將線寬設(shè)置得比較寬這樣可以提高腐蝕電路板時(shí)的成功率，焊盤大小也要設(shè)置的比較大，這樣在腐蝕環(huán)節(jié)和焊接環(huán)節(jié)比較容易成功。根據(jù)硬件接線要求設(shè)計(jì)繪制電路原理圖及 PCB。 圖 26 單片機(jī)下載口電路圖 9 數(shù)字式秒表的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖 電路原理圖 此處電路原理圖以及 PCB原理圖的繪制均使用 protel99軟件完成， Protel99是基于 Win95/Win NT/Win98/Win2020 的純 32 位電路設(shè)計(jì)制版系統(tǒng)。 圖 25 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)及顯示電路圖 單片機(jī)下載口電路 下載口主要是一個(gè)十芯的座子，可以通過使用 USB 下載線對單片機(jī)進(jìn)行程序下載。在本設(shè)計(jì)中采用了按鍵電平復(fù)位方式，其復(fù)位電路如圖 24 所示： 圖 24 復(fù)位電路 驅(qū)動(dòng)及顯示電路 數(shù)碼管實(shí)際上是由二極管構(gòu)成發(fā)光二級(jí)管正常工作時(shí)，其兩端正向壓降約為，正向電流約為 10mA，為了使數(shù)碼管達(dá)到一定的亮度而又不至于由于電流過大而損壞，我們使用三極管 S8550 作為數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)，同時(shí)在 P0 口和 P2 口 8 上串上 470 歐姆的電阻。上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。 RST 引腳是單片機(jī)復(fù)位信號(hào)的輸入端，復(fù)位信 號(hào)是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù) 24 個(gè)振蕩周期（即 2 個(gè)機(jī)器周期）以上，若使用頻率為 6MHz 的晶振，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過 4us 才能完成復(fù)位操作。鍵盤電路如圖 23： 圖 23獨(dú)立式鍵盤電路圖 7 復(fù)位電路 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是把 PC 初始化為 0000H，使單片機(jī)從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。時(shí)鐘電路如圖 22： 圖 22 時(shí)鐘電路 鍵盤電路 本設(shè)計(jì)使用獨(dú)立式鍵盤接在單片機(jī)的 P1 口上但通過軟件賦予其中三個(gè)按鍵功能，其中 S2 是計(jì)時(shí)開始按鍵，第二功能為停止， S3 為計(jì)時(shí)暫停按 鍵，第二功能為繼續(xù)計(jì)時(shí)按鍵， S4 是清零按鍵。在 AT89S52 芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳 XTAL1，輸出端為引腳 TXAL2，在芯片的外部通過這兩個(gè)引角跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，就構(gòu)成了一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。其芯片引腳圖如圖 21 所示。 它的價(jià)格便宜，功能強(qiáng)大，能耗低。 圖 11數(shù)字式秒表的硬件結(jié)構(gòu)圖 AT89S52 電源 振蕩電路 復(fù)位電路 獨(dú)立式鍵盤 驅(qū)動(dòng)電路 數(shù) 碼 管 顯 示 限流 5 第 2 章 數(shù)字式秒表硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 數(shù)字式秒表 硬件系統(tǒng)各模塊功能簡要介紹 AT89S52 簡介 (1) 與 MCS51 產(chǎn)品相兼容； (2) 具有 8KB 可改寫的 Flash 內(nèi)部程序存 儲(chǔ)器，可寫 /擦 1000 次； (5) 256 字節(jié)內(nèi)部 RAM； (6) 32 根可編程 I/O 口； (7) 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。通過編寫程序使用單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器，以及軟件延時(shí)，中斷資源來實(shí)現(xiàn)秒計(jì)時(shí)和相關(guān)控制。 此電路采用單片機(jī)的 P0 口作為數(shù)碼顯示管的段控，采用 P2 口作為數(shù)碼 管的位控。本設(shè)計(jì)可 采用 P0 口直接 驅(qū)動(dòng) 八 段數(shù)碼管顯示。由于各數(shù)碼管輪流顯示的時(shí)間間隔短、節(jié)奏快，人的眼睛反應(yīng)不過來，因此看到的是連續(xù)顯示的現(xiàn)象。 動(dòng)態(tài)顯示是利用人眼視覺暫留特性來實(shí)現(xiàn)顯示的。 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng) 4 用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的 8 個(gè)顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的 I/O 線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對位選通 COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。鍵盤 通過檢測輸入線的電平狀態(tài)就可以很容易地判斷哪個(gè)鍵被按下了，這種方法操作速度高而且軟件結(jié)構(gòu)很簡單 ， 比較適合按鍵較少或操作速度較高的場合 ，這種獨(dú)立式接口的 應(yīng)用很普遍。每個(gè)發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。 LED 數(shù)碼顯示器有如下兩種連接方法 ： 共陽極接法 ： 把發(fā)光 二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極，使用時(shí)公共陽極接 +5V，每個(gè)發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。 工作原理及其方法 使用 AT89S52 單片機(jī)作為核心控制部件，采用 12M 晶體振蕩器及微小電容構(gòu)成振蕩電路；采用 S8550 作為數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)部分；用兩個(gè)四位一體共陽極或共陰極數(shù)碼顯示管作為顯示部分，構(gòu)成數(shù)字式秒表的主體結(jié)構(gòu)，配合獨(dú) 立式鍵盤和復(fù)位電路完成此秒表的復(fù)位、計(jì)時(shí)、連續(xù)、清零、停止各項(xiàng)功能。該數(shù)字式秒表上電或按鍵復(fù)位后能自動(dòng)顯示系統(tǒng)提示符 “P.” ，進(jìn)入準(zhǔn)備工作狀態(tài)。畫出程序流程圖并編寫程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)功能。 1 單片機(jī)系統(tǒng) 課 程 設(shè) 計(jì) 基于單片機(jī)的數(shù)字秒表設(shè)計(jì) 2 目錄 第 1 章 數(shù)字式秒表的設(shè)計(jì)介紹 ……………………… 5 設(shè)計(jì)任務(wù)及功能要求說明 ………………………… 5 工作原理及其方法 …………………………… 5 第 2 章 數(shù)字式秒表硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ………………… 7 數(shù)字式秒表 硬件系統(tǒng)各模塊功能簡要介紹 ……… 7 AT89S52 簡介 …………………………………… .7 時(shí)鐘電路 …………… …………………………… .8 鍵盤電路 ………………………………………… 8 復(fù)位電路 ……………………………………… ..9 驅(qū)動(dòng)及顯示電路 ………………………………… 9 單片機(jī)下載口電路 ……………………………… 10 數(shù)字式秒表的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖 ………………… 11. 電路原理圖 …………………………………… .11. PCB 圖 ………………………………………… 11. 第 3 章 數(shù)字式秒表軟件 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ………………… .11. 數(shù)字式秒表使用單片機(jī)資源情況 ……………… 11 主程序流程圖 …………………………………… 12. 中斷服務(wù)程序流程圖 …………………………… 12 顯示程序流程圖 ………………………………… 14 軟 件系統(tǒng)程序清單 …………………………… ..14 第 4 章 設(shè)計(jì)總結(jié) ……………………………………… 15 數(shù)字式秒表的設(shè)計(jì) 結(jié)論及使用說明 …………… 15 程序仿真與結(jié)果 ……………………………… … .15 誤差分析及解決方法 …………………………… 16.. 總結(jié) ……………………………………………… 16 參考文獻(xiàn) ……………………………………… 17 附錄 …………………………………………… 17 3 第 1 章 數(shù)字式秒表的設(shè)計(jì)介紹 設(shè)計(jì)任務(wù)及功能要求說明 由單片機(jī)接收小鍵盤控制遞增計(jì)時(shí)，由 LED 顯示模塊計(jì)時(shí)時(shí)間，顯示格式為 XX（分）： XX（秒） .XX，精確到 的整數(shù)倍。繪 制系統(tǒng)硬件接線圖，并進(jìn)行系統(tǒng)仿真和實(shí)驗(yàn)。 使用單片機(jī) AT89S52 作為主要控制芯片，以四位一體共陽極數(shù)碼顯示管通過三極管驅(qū)動(dòng)作為顯示部分， 設(shè)計(jì)一個(gè)具有特定功能的數(shù)字式秒表。 該數(shù)字式秒表通過按鍵控制可實(shí)現(xiàn) 開始 計(jì) 1 時(shí) 、暫停 計(jì)時(shí) 、連續(xù) 計(jì)時(shí) 、清零和停止功能 。 對于 時(shí)鐘 ，它 有兩方面的含義：一是指為保障系統(tǒng)正常工作的基準(zhǔn)振蕩定時(shí)信號(hào)，主要由晶振和外圍電路組成，晶振頻率的大小決定了單片機(jī)系統(tǒng)工作的快慢；二是指系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)時(shí)鐘，即定時(shí)時(shí)間，它通常有兩種實(shí)現(xiàn)方法：一是用軟件實(shí)現(xiàn)，即用單片機(jī)內(nèi)部的可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)，但誤差很大，主要用在對時(shí)間精度要求不高的場合；二是用專門的時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)，在對時(shí)間精度要求很高的情況下，通常采用這種方法 。共陰極接法 ： 把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極，使用時(shí)公共陰極接地。 鍵盤部分 方案：鍵盤控制采用獨(dú)立式按鍵，每個(gè)按鍵的 一端 均接地， 另一端直接和 P1 口相連，在按鍵和 P1 口之間通過 10K 電阻與 +5V 電源相連。 顯示部分 方案：顯示部分采用動(dòng)態(tài)顯示 。通過分 時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的 COM 端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。事實(shí)上，顯示器上任何時(shí)刻只有一個(gè)數(shù)碼管有顯示。為防止閃爍延時(shí)的時(shí)間在 1ms 左右，不能太長，也不能太短。此方案成本低，而且單片機(jī)的 I/O 口占用較少，可以節(jié)約單片機(jī)接口資源 ，而且功耗更低 。 8 個(gè)獨(dú)立式鍵盤分別接在單片機(jī)的 P1 口上，以及其他部分構(gòu)成數(shù)字式秒表的硬件電路。此數(shù)字式秒表的硬件整體結(jié)構(gòu)如圖 11 所示。 (8) 8 個(gè)中斷源； (9) 可編程中串行口； (10) 低功耗空閑和掉電方式。很大程度上減少總電路的復(fù)雜性，提高了所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 圖 21 單片機(jī) AT89S52引腳圖 6 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步 工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作。 此電路采用 12MHz 的石英晶體。注意使用時(shí)只有在暫停狀態(tài)下才能繼續(xù)計(jì)時(shí)，只有在停止?fàn)顟B(tài)下才能清零，在停止時(shí)不能繼續(xù)計(jì)時(shí)，在暫停時(shí)不能清零。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤是系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)。復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。按鍵電平復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與 Vcc 電源接通而實(shí)現(xiàn)的。此處使用四位一體共陰極數(shù)碼管，由于驅(qū)動(dòng)電路決定了此處共陰極數(shù)碼管和共陽極數(shù)碼管均可以采用而且均采用共陽極代碼來編寫顯示程序，具體電路如圖 25 所示。方便整個(gè)軟 件的設(shè)計(jì)，也能讓我們使用起來更加方便。 Protel99提供了一個(gè)集成的設(shè)計(jì)環(huán)境，包括了原理圖設(shè)計(jì)和 PCB 布線工具，集成的設(shè)計(jì)文檔管理，支持通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行工作組協(xié)同設(shè)計(jì)功能 。具體電路 圖見附錄 A 與附錄 B。不易出現(xiàn)短線的