【正文】 個(gè)過程函數(shù)。 這個(gè)主程序也是有多個(gè)子程序模塊組成，個(gè)程序模塊都要完成一個(gè)明確的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)摸個(gè)具體的功能，復(fù)位、多次計(jì)數(shù)和顯示等，在具體需要調(diào)用相應(yīng)的模塊即可。其主要核心技術(shù)在于產(chǎn)生秒表信號(hào)的計(jì)數(shù)脈沖與計(jì)數(shù)器之間的級(jí)聯(lián)。 基于單片機(jī)的多功能電子秒表的設(shè)計(jì) 7 工作原理 本系統(tǒng)采用 AT89C51 單片機(jī)為中心器件 ，利用其定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器定時(shí)和記數(shù)的原理，結(jié)合硬件電路如電源電路，晶振電路，復(fù)位電路，顯示電路，以及一些按鍵電路等來設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)器，將軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來。 圖 11 系統(tǒng)電路原理 功能簡(jiǎn)介 （ 1）開機(jī)后，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行楚 書畫，然后對(duì)按鈕進(jìn)行掃描。 （ 3）開始按鈕是用來多次計(jì)數(shù)的，能連續(xù)多次技術(shù)。 （ 4）技術(shù)按鈕用來記錄數(shù)據(jù)，每按下一次計(jì)數(shù)按鈕，程序自動(dòng)記錄一個(gè)數(shù)據(jù)，并存放到指定內(nèi)存單元中，當(dāng)按下四次以后，程序自動(dòng)停止。 外圍電路 電源電路 單 片 機(jī) 顯示電路 鍵盤電路 基于單片機(jī)的多功能電子秒表的設(shè)計(jì) 8 第 2 章 單片機(jī)的介紹 單片機(jī)的簡(jiǎn)介 單片機(jī)是一種集成電路芯片。所以說，一片單片機(jī)芯片就具有了組成計(jì)算機(jī)的全部功能。 然而單片機(jī)又不同于單板機(jī)（一種將微處理器芯片、存儲(chǔ)器芯片、輸入輸出接口芯片安裝在同一塊印制電路板上的微型計(jì)算機(jī)），單片機(jī)芯片在沒有開發(fā)前，它只是具備功能極強(qiáng)的超大規(guī)模集成電路，如果對(duì)它進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)，它便是一個(gè)小型的微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，但它與單板機(jī)或個(gè)人電腦 (PC 機(jī) )有著本質(zhì)的區(qū)別。 不同的 單片機(jī)有著不同的硬件特征和軟件特征，即它們的技術(shù)特征均不盡相同，硬件特征取決于單片機(jī)芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，用戶要使用某種單片機(jī)，必須了解該型產(chǎn)品是否滿足需要的功能和應(yīng)用系統(tǒng)所要求的特性指標(biāo)。軟件特征是指指令系統(tǒng)特性和開發(fā)支持環(huán)境，指令特性即我們熟悉的單片機(jī)的尋址方式，數(shù)據(jù)處理和邏輯處理方式，輸入輸出特性及對(duì)電源的要求等等。要利用 某型號(hào)單片機(jī)開發(fā)自己的應(yīng)用系統(tǒng)，掌握其結(jié)構(gòu)特征和技術(shù)特征是必須的。 基于單片機(jī)的多功能電子秒表的設(shè)計(jì) 9 單片機(jī)發(fā)展概述 1946 年第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生至今，依靠微電子技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，從電子管 —— 晶體管 —— 集成電路 —— 大規(guī)模集成電路，使得計(jì)算機(jī)體積更小，功能更強(qiáng)。 單片機(jī)誕生于 20 世紀(jì) 70 年代，象 Fairchild 公司研制的 F8單片微型計(jì)算機(jī)。 20 世紀(jì) 70 年代，微電子技術(shù)正處于發(fā)展階段，集成電路屬于中規(guī)模發(fā)展時(shí)期，各種新材料新工藝尚未成熟，單片機(jī)仍處在初級(jí)的發(fā)展階段，元件集成規(guī)模還比較小，功能比較簡(jiǎn)單，一般均把 CPU、 RAM 有的還包括了一些簡(jiǎn)單的 I/O 口集成到芯片上，象Fairchild 公司就屬于這一類型，它還需配上外圍的其他處理電路方才構(gòu)成完整的計(jì)算系統(tǒng)。 1976 年 INTEL 公司推出了 MCS48 單片機(jī)，這個(gè)時(shí)期的單片機(jī)才是真正的 8位單片微型計(jì)算機(jī)，并推向市場(chǎng)。 在 MCS48 的帶領(lǐng)下，其后，各大半導(dǎo)體公司相繼研制和發(fā)展了自己的單片機(jī)，象Zilog 公司的 Z8 系列。 80 年代，世界各大公司均競(jìng)相研制出品種多功能強(qiáng)的 單片機(jī)，約有幾十個(gè)系列，300 多個(gè)品種，此時(shí)的單片機(jī)均屬于真正的單片化，大多集成了 CPU、 RAM、 ROM、數(shù)目繁多的 I/O 接口、多種中斷系統(tǒng)，甚至還有一些帶 A/D 轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)，功能越來越強(qiáng)大， RAM 和 ROM 的容量也越來越大，尋址空間甚至可達(dá) 64kB，可以說，單片機(jī)發(fā)展到了一個(gè)全新階段，應(yīng)用領(lǐng)域更廣泛，許多家用電器均走向利用單片機(jī)控制的智能化發(fā)展道路。 基于單片機(jī)的多功能電子秒表的設(shè)計(jì) 10 九十年代以后，單片機(jī)獲得了飛速的發(fā)展，世界各大半導(dǎo)體公司相繼開發(fā)了功能更為強(qiáng)大的單片機(jī)。 PIC 單片機(jī)獲得了快速的發(fā)展，在業(yè)界中占有一席之地。例如 NEC 公司生產(chǎn)的 uCOM87 系列單片機(jī)，其代表作 uPC7811 是一種性能相當(dāng)優(yōu)異的單片機(jī)。 Zilog 公司的 Z8系列產(chǎn)品代表作是 Z8671，內(nèi)含 BASIC Debug 解釋程序極大地方便用戶。 ATMEL 公司則把單片機(jī)技術(shù)與先進(jìn)的 Flash 存儲(chǔ)技術(shù)完美地結(jié)合起來，發(fā)布了性能相當(dāng)優(yōu)秀的 AT89系列單片機(jī)。 1990 年美國(guó) INTEL 公司推出了 80960 超級(jí) 32 位單片機(jī)引起了計(jì)算機(jī)界的轟動(dòng)，產(chǎn)品相繼投放市場(chǎng)，成為單片機(jī)發(fā)展史上又一個(gè)重要的里程碑。有 8位、 16位甚至 32位機(jī)，但 8 位單片機(jī)仍以它的價(jià)格低廉、品種齊全、 應(yīng)用軟件豐富、支持環(huán)境充分、開發(fā)方便等特點(diǎn)而占著主導(dǎo)地位。只不過是九十年代中期， INTEL 公司忙著開發(fā)他們個(gè)人電腦微處理器，已沒有足夠的精力繼續(xù)發(fā)展自己創(chuàng)導(dǎo)的單片機(jī)技術(shù)，而由PHILIPS 等公司繼續(xù)發(fā)展 C51 系列單片機(jī)。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。 基于單片機(jī)的多功能電子秒表的設(shè)計(jì) 11 在工業(yè)控制中的應(yīng)用 用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 在家用電器中的應(yīng)用 可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯褒、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 現(xiàn)在可以說單片機(jī)是百花齊放，百家爭(zhēng)鳴的時(shí)期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機(jī)，從 8 位、 16 位到 32 位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流 C51 系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補(bǔ)，為單片機(jī)的應(yīng)用提供廣闊的天地。象 80C51 就采用了 HMOS(即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝 )和基于單片機(jī)的多功能電子秒表的設(shè)計(jì) 12 CHMOS(互補(bǔ)高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝 )。所以這種工藝將是今后一段時(shí)期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑。甚至單片機(jī)廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機(jī)芯片?，F(xiàn)在的許多單片機(jī)都具有多種封裝形式，其中 SMD(表面封裝 )越來越受歡迎，使得由單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。所以 C8051 為核心的單片機(jī)占據(jù)了半壁江山。此外還有 MOTOROLA 公司的產(chǎn)品，日本幾大公司的專用單片機(jī)。 AT89C51 單片機(jī)的介紹 —— 最常用的 51 芯片。該器件采用 ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 本設(shè)計(jì)的最主要元器件就是 AT89C51 單片機(jī) ， 由 CPU，振蕩器和時(shí)序電路， 4 個(gè) 8 位的 I/O端口（ P0，P1， P2， P3），串行口等組成。與 MCS51 兼容 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 128*8 位內(nèi)部 RAM 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 可編程串行通道 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 管腳說明： VCC：供電電壓。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 PO 口的三個(gè)功能 : 外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作數(shù)據(jù)總線（如圖中的 D0~D7 為數(shù)據(jù)總接線口） 外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作地址總線（如圖中的 A0~A7 為地址總接線口） 不擴(kuò)展時(shí)，可做一般的 I/O 使用，但內(nèi)部無上拉電阻，作為輸入或輸出時(shí)應(yīng)在外部接上拉電阻。 P1口管腳寫入 1后 ，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì) 外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 RST：復(fù)位輸入。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖 信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是ALE 才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。 /EA/VPP：當(dāng) /EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng) 器件， XTAL2 應(yīng)不接。 芯片擦除 整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE管腳處于低電平 10ms 來完成。 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。但 RAM，定時(shí)器， 計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。 圖 21 AT89C51 單片機(jī) 基于單片機(jī)的多功能電子秒表的設(shè)計(jì) 16 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)中，硬件電路主要有電源電路，晶振電路，復(fù)位電路，顯示電路，以及一些按鍵電路等 電源電路 電源電路 是指提供給用電設(shè)備電力供應(yīng)的電源部分的電路設(shè)計(jì)，使用的電路形式和特點(diǎn)。 電路的大小，可以相差很大，小到硅 片上的集成電路，大到高低壓輸電網(wǎng)。 電源電路是 系統(tǒng) 最基本 的部分 ，任何電路都離不開電源部分 ，由于三端集成穩(wěn)壓器件所組成的穩(wěn)壓電源線路簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，工作可靠，調(diào)整方便，已逐漸取代分立元件，在生產(chǎn)中被廣泛采用，由于是小系統(tǒng)，我們 采用 7809 電源提供 +5V 穩(wěn)壓電壓。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。 這里， 我們選用 51 單片機(jī) 12MHZ 的內(nèi)部振蕩方式，電路如下：電容器 C1， C2 起穩(wěn)定振蕩頻率，快速起振的作用， C1 和 C2 可在 20100PF 之間取 ,這里 取 30P，接線時(shí)要使晶體振蕩器 X1盡可能接近單片機(jī)。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行之中時(shí)，按下復(fù)位鍵也能使用使 RST 持續(xù)一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電加開關(guān)復(fù)位的操作。 當(dāng)程序出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，可以隨時(shí)使電路復(fù)位。 圖 32 復(fù)位電路 顯示電路 我們采用的是數(shù)碼管顯示電路。 在用數(shù)碼管顯示時(shí)，我們有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種選擇，靜態(tài)顯示程序簡(jiǎn)單，顯示穩(wěn)定，基于單片機(jī)的多功能電子秒表的設(shè)計(jì) 18 但是占用端口比較多；動(dòng)態(tài)顯示所使用的端口比較少，可以節(jié)省單片機(jī)的 I/O 口。 由于 P0 口的輸出級(jí)是開漏電路，用它驅(qū)動(dòng)時(shí)需要外接上拉電阻才能輸出高電平。 2 3 4 5 6 7 8 91R P 1RE S P A C K 8 圖 33 顯示電路 鍵盤電路 鍵盤是由若干按鈕組成的開關(guān)矩陣，它是單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的輸入設(shè)備，用戶能通過鍵盤向計(jì)算機(jī)輸入指令、地址和數(shù)據(jù)。按鈕開關(guān)的抖動(dòng)問題組成鍵盤的按鈕有觸點(diǎn)式和非觸點(diǎn)式兩種，單片機(jī)中應(yīng)用的一般是由機(jī)械觸點(diǎn)組成的。 0 輸 入為高電平， S 閉合后， P1。由于按鈕是機(jī)械觸點(diǎn)，當(dāng)機(jī)械觸點(diǎn)斷開、閉合時(shí)，會(huì)有抖動(dòng)動(dòng)， P1。這種抖動(dòng)對(duì)于人來說是感覺不到的，但對(duì)計(jì)算機(jī)來說，則是完全能感應(yīng)到的，因?yàn)橛?jì)算機(jī)處理的速度是在微秒級(jí)，而機(jī)械抖動(dòng)的時(shí)間至少是毫秒級(jí)，對(duì)計(jì)算機(jī)而言，這已是一個(gè) “ 漫長(zhǎng) ” 的時(shí)間了。 為使 CPU 能正確地讀出 P1口的狀態(tài)，對(duì)每一次按鈕只作一次響應(yīng)，就必須考慮如何去除抖動(dòng)，常用的去抖動(dòng)的辦法有兩種：硬件辦法和軟件辦法。軟件法其實(shí)很簡(jiǎn)單，就是在單片機(jī)獲得 P1。 0 口，如果仍為低，說明 S1 的確按下了，這實(shí)際上是避開了按鈕按下時(shí)的抖動(dòng)時(shí)基于單片機(jī)的多功能電子秒表的設(shè)計(jì)