【正文】 基于單片機系統(tǒng)的設(shè)計一般包括系統(tǒng)硬件設(shè)計和系統(tǒng)軟件設(shè)計二部分，上一章已經(jīng)對系統(tǒng)硬件進行了設(shè)計，本章將根據(jù)系統(tǒng)硬件電路和設(shè)計要求設(shè)計系統(tǒng)的軟件。它的電子特性如下：，約為4mA，可用于電池供電； XX 大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 ：4~12V或5~18V 。工作穩(wěn)定后，該管腳電壓值約等于電源電壓的一半，在器件上電、掉電時的噪聲就是由該偏置電壓的瞬間跳變所致，工作穩(wěn)定后，該管腳電壓值約等于電源電壓的一半。引腳2為反相輸入端，3為同相輸入端；引腳5為輸出端；引腳6和4分別為電源和地；引腳1和8為電壓增益設(shè)定端；對增益要求不高時可以去掉不接，此時的增益內(nèi)置為20。LM386的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式。但在1腳和8腳之間增加一只外接電阻和電容，便可將電壓增益調(diào)為任意值，直至200。在這里采用LM386音頻放大器 [9]。5P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6672 0 V s sV c c2 1V c c3 0E AV c c123 45S 1S 2S 3S 41234P 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3R P 5A T 8 9 S 5 1圖 29 鍵盤電路 鬧鈴電路鬧鈴是時鐘的一個重要功能，其響鈴時可用蜂鳴器和揚聲器來實現(xiàn)，為了使其響鈴效果更好這里采用揚聲器播放音樂來實現(xiàn)其鬧鈴功能。（4）S4：定時確認鍵，用來確定鬧鐘設(shè)定的時間。（2）S2：校準時間鍵，校準后的確認鍵，在復位后的待機狀態(tài)下，用于啟 動設(shè)定時間參數(shù)。 是單片機的 I/O口，S1 到 S4 是四個獨立按鍵。當有鍵按下時輸入單片機一個低電平單片機處理，沒有鍵按下時單片機正常工作。本設(shè)計中用到的四個按鍵，可采用獨立鍵盤實現(xiàn)。矩陣式鍵盤也稱行列式鍵盤，鍵盤上的鍵按行列組成矩陣，在行列的交點上都對應(yīng)有一個鍵，故鍵的數(shù)目較多 [8]。用四個按鍵就可以滿足要求。XX 大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 1 95P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 62 0V s s2 1V c c3 0V c cG N DV c cABC L K/ C RG N D1 412892 22 32 42 52 62 72 82 9V c cP 0 . 0P 0 . 1P 0 . 2P 0 . 3P 0 . 4P 0 . 5P 0 . 6P 0 . 7E AA L EP S E NP 2 . 7P 2 . 6P 2 . 5P 2 . 4P 2 . 3P 2 . 2P 2 . 1P 2 . 0V c c4 * 4 . 7 kV c c4 * 4 . 7 kabcdefgd pabcdefgd pc 1c 2c 3c 4c 1c 2V c cQ 1 Q 2 Q 3 Q 4 Q 5 Q 6P 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3P 1 . 7R X D / P 3 . 0T X D / P 3 . 1I N T 0 / P 3 . 2I N T 1 / P 3 . 3T 0 / P 3 . 4T 1 / P 3 . 5W R / P 3 . 6R D / P 3 . 7X T A L 1X T A L 2123467891 01 11 21 31 41 51 61 71 83 13 23 33 43 53 63 73 83 94 0圖 28 顯示電路 鍵盤電路計時器需要用到按鍵對其控制，如調(diào)整時間、設(shè)置鬧鐘時間等。在給出了 8 個脈沖后，最先進入 74LS164 的第一個數(shù)據(jù)到達了最高位，再來一個脈沖，第一個脈沖就會從最高位移出 [7]。Q1…Q8（第 36 和 1013 引腳）并行輸出端分別接LED 顯示器的 hg每一個時鐘信號的上升沿加到 T 端時，移位寄存器移一位， 8 個時鐘脈沖過后，8 位二進制數(shù)全部移入 74LS164 中。其中A、B（第 2 腳）為串行數(shù)據(jù)輸入端，2 個引腳按邏輯與運算規(guī)律輸入信號，共一個輸入信號時可并接?？梢蕴峁﹩为氭i存的 I/O 接口電路很多，這里采用串并轉(zhuǎn)換電路 74LS164，單片機串行口方式 0 為移位寄存器方式，外接 6 片 74LS164 作為 6 位 LED 顯示器的靜態(tài)顯示接口。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個顯示器都要占用單獨的具有鎖存功能的 I/O 接口用于筆劃段字形代碼。使用時公共陰極接地，這樣輸入高電平的段發(fā)光二極管就導通點亮，而輸入低點平的則不亮。這樣陰極端輸入低電平的段發(fā)光二極管就導通點亮，而輸入高點平的則不亮。LED 顯示器中的發(fā)光二極管共有兩種連接方法見圖 27： 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。此外，顯示器中還有一個圓點型發(fā)光二極管（在圖中以 dp 表示） ，用以表示小數(shù)點。LED 顯示器在單片機技術(shù)中的使用非常普遍。數(shù)碼管具備數(shù)字接口，可以很方便地和單片機系統(tǒng)連接，數(shù)碼管的體積小、重量清，并且功耗低，是一種理想的顯示單片機數(shù)據(jù)輸出的器件。本次設(shè)計采用的是LED 數(shù)碼管顯示。? VCC1,VCC2:電源，V CC1可接后備電池。? I/O：數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。? GND：地。? 8引腳DIP或SOIC表貼封裝。? 工作電流：，小于300nA。主要指標如下： ? 內(nèi)含31B數(shù)據(jù)存儲器?？商峁┟搿⒎?、時、日期、月、年的信息，每月和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整，可采用24或12小時格式 [5]?；趩纹瑱C的秒表/時鐘計時器設(shè)計 8 V c cV c cR S TV s s2 2 u F1 KA T 8 9 S 5 1V c cV c cR S TV s s2 2 u F1 KA T 8 9 S 5 1R 22 0 0R 1R S T（a）上電復位電路 （b）手動復位電路圖23 復位電路 實時時鐘電路本次設(shè)計的基于單片機的秒表/時鐘計時器所使用的時鐘芯片是DS1302，下面將主要介紹該芯片的用法。這對系統(tǒng)的可控性是很有幫助的。按鍵復位電路的特點就是上電以后，可以隨時通過按鍵來發(fā)出復位信號。 除上電自動復位以外，在系統(tǒng)運行時有時還需要在不關(guān)閉電源的情況下對單片機進行復位操作，此時，一般是通過一個手動復位按鈕 [4]，如圖23(b)所示。這樣，只要電源VCC 的上升時間不超過 1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的復位初始化。如圖23所示。當RST由高變低后復位結(jié)束，CPU 從初始狀態(tài)開始工作。因此熟悉單片機的復位狀態(tài)非常必要。本次設(shè)計采用圖 32 的 a）中的時鐘電路的接法，晶振取 [3]。當使用外部振蕩器信號時，外部始終信號接入 XTAL1 引腳，XTAL2 引腳懸空，如圖32 的 b）所示。C1 和 C2 雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小影響振蕩器電路的穩(wěn)定性和快?速性，通常選在 20pF 到 30pF。時鐘電路的接法有二種：當使用片內(nèi)振蕩器時，片外振蕩源和電容與 XTAL1 和 XTAL2 的接法如圖 22 的 a）所示。單片機內(nèi)含振蕩器電路，但晶體振蕩器和電容在片外，由引腳 XTAL1 和 XTAL2 接入片內(nèi)。以上就是關(guān)于本設(shè)計中用的單片機 AT89S51 的特性、引腳功能的簡單介紹。GND——電源地?；趩纹瑱C的秒表/時鐘計時器設(shè)計 6 ALE/PROG——低字節(jié)地址鎖存信號/編程脈沖輸入端。EA/Vpp——外部程序存儲器訪問允許信號/編程電壓輸入端。P3 口還具有第二功能，第二功能見表 21。P2 口——8 位、準雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻。1234567891 01 11 21 31 41 51 61 71 81 92 0 2 12 22 32 42 52 62 72 82 93 03 13 23 33 43 53 63 73 83 94 0P 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7R S TP 3 . 0 / R X DP 3 . 1 / T X DP 3 . 2 / I N T 0P 3 . 3 / I N T 1P 3 . 4 / T 0P 3 . 5 / T 1P 3 . 6 / W RP 3 . 7 / R DX T A L 1X T A L 2V s s P 2 . 0P 2 . 1P 2 . 2P 2 . 3P 2 . 4P 2 . 5P 2 . 6P 2 . 7P S E NA L EE AV c cP 0 . 0P 0 . 1P 0 . 2P 0 . 3P 0 . 4P 0 . 5P 0 . 6P 0 . 7圖 21 AT89S51 的引腳結(jié)構(gòu)圖I/O 口線P0 口——8 位、漏極開路的雙向 I/O 口。本次采用的是雙列直插式，其引腳結(jié)構(gòu)圖如圖功能 21 所示。同時該芯片還具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。AT89S51 具有如下特點：? 40 個引腳；? 4k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲器；XX 大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 ? 128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM） ；? 32 個外部雙向輸入/輸出（I/O）口；? 5 個中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷；? 2 個 16 位可編程定時計數(shù)器；? 2 個全雙工串行通信口；? 看門狗（WDT）電路；? 片內(nèi)時鐘振蕩器 此外，AT89S51 設(shè)計和配置了振蕩頻率可為 并可通過軟件設(shè)置省電模式。根據(jù)本課題的特點，我們選用 AT89S51。AT89S 系列是在 AT89C 系列的基礎(chǔ)上增加一些特別的功能部件組成的。AT89 系列單片機和 MCS51 單片機在內(nèi)部功能、引腳以及指令系統(tǒng)方面完全兼容。單片機的典型代表是 MCS51 系列單片機，后來又以其的技術(shù)核心為主導生產(chǎn)出很多功能更好的單片機，例如 ATMEL 公司推出的 AT89 系列單片機 [1]。因此需選擇合適單片機、設(shè)計時鐘電路和復位電路以保證單片機的工作。第1 章中已經(jīng)指出本系統(tǒng)的設(shè)計采用模塊法，將系統(tǒng)分為單片機最小系統(tǒng)、時鐘電路、顯示電路和鍵盤電路四個子模塊，本章將對各模塊分別進行設(shè)計介紹?；趩纹瑱C的秒表/時鐘計時器設(shè)計 4 第 2 章 硬件電路設(shè)計設(shè)計思路和方案確定后就可進行系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計。經(jīng)過以上簡單的分析可以得到本系統(tǒng)設(shè)計的原理方框圖如圖 11 所示XX 大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 單片機最小系統(tǒng)顯 示電路鍵 盤電路時鐘電路鬧鈴電路圖 11 系統(tǒng)原理框圖本系統(tǒng)的設(shè)計采用的是常用的模塊分析法，即將系統(tǒng)分為幾個子模塊分別設(shè)計。即以單片機為核心，時鐘芯片計時，鍵盤設(shè)定、校正時間，數(shù)碼管顯示相應(yīng)時間來進行設(shè)計的。這些方法都各有特點，其中利用單片機進行設(shè)計的時鐘編程靈活，便于時鐘功能的擴充，精確度也很高。此外，系統(tǒng)中時鐘計時器的定時也采用按鍵來設(shè)定，當定時時間到時，系統(tǒng)中的音樂電路播放動聽的樂曲。 課題的總體設(shè)計及思路本設(shè)計秒表/時鐘計時器的設(shè)計以單片機為控制核心，從各個控制模塊，如顯示模塊、鍵盤模塊、實時控制模塊等來實現(xiàn)硬件電路的設(shè)計。用單片機技術(shù)實現(xiàn)不僅具有秒表和時鐘的基本功能，還能在各種惡劣環(huán)境下工作。在單片機技術(shù)日趨成熟的今天，其靈活的硬件電路的設(shè)計和軟件的設(shè)計，讓單片機得到了廣泛的應(yīng)用，幾乎是從小的電子產(chǎn)品，到大的工業(yè)控制，單片機都起到了舉足輕重的作用。怎樣讓計時器實現(xiàn)更多的功能很好的為人們服務(wù)，這就要求人們在原有計時器的基礎(chǔ)上不斷改進設(shè)計制造出更多新型多功能計時器件。因此研究這兩種計時器有著非?，F(xiàn)實的意義，本設(shè)計是將這兩種計時器的功能集中于一個計時器上，使其使用更加方便。秒表和時鐘是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ?、?yīng)用也最廣泛的電子產(chǎn)品。第三章為軟件的設(shè)計，根據(jù)硬件電路和設(shè)計要求設(shè)計軟件，包括系統(tǒng)主程序和各子程序框圖并對各程序簡單介紹，在設(shè)計的最后將附上軟件源程序.基于單片機的秒表/時鐘計時器設(shè)計 2 第 1 章 緒論 概述單片微型計算機作為微型計算機的一個重要分支，它成為今天工業(yè)控制領(lǐng)域、通信設(shè)備、信息處理以及日常生活中最廣泛使用的計算機。第一章為概述，主