基于單片機(jī)的數(shù)字秒表設(shè)計(jì)

夏雪 劉博 王建華

摘 ?要：本設(shè)計(jì)用單片機(jī)搭以其它硬件組成數(shù)字電子秒表，采用主程序設(shè)計(jì)，通過數(shù)碼管顯示計(jì)時(shí)結(jié)果。對(duì)硬件電路和軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，并進(jìn)行仿真測(cè)試，結(jié)果表明，計(jì)時(shí)準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);數(shù)字秒表;高精

中圖分類號(hào)：TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2019）18-0099-02

Abstract： This design uses single-chip microcomputer to build a digital electronic stopwatch with other hardware， adopts the main program design， and displays the timing results through the digital tube. The hardware circuit and software are designed and tested by simulation. The results show that the timing is accurate， the structure is simple and the stability is strong.

Keywords： single chip microcomputer; digital stopwatch; high precision

1 研究原理

在剛通電后打開電源開關(guān)，使系統(tǒng)初始化，此時(shí)計(jì)時(shí)器顯示為00.00.00，按下開關(guān)開始計(jì)時(shí)時(shí)，單片機(jī)接收到外部中發(fā)來的中斷請(qǐng)求后，轉(zhuǎn)到開啟T0定時(shí)器，執(zhí)行中斷程序1。

計(jì)時(shí)是靠T0定時(shí)器的中斷來完成的，定時(shí)的中斷周期是1ms，每當(dāng)一處定時(shí)溢出是就向T0發(fā)出中斷請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的累加，達(dá)到10次就實(shí)現(xiàn)進(jìn)位加一，以此類推，直到實(shí)現(xiàn)最大計(jì)時(shí)59分59.99秒后復(fù)位。在定時(shí)器工作過程中，外部按下暫停鍵，CPU就收到外部中斷請(qǐng)求執(zhí)行外部中斷0的程序，顯示數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存到寄存區(qū)內(nèi)。在暫停后，對(duì)P3.2進(jìn)行掃描，如果按下就回到主程序，準(zhǔn)備開始新的計(jì)時(shí)。

在暫停健被按下時(shí)，此時(shí)顯示時(shí)間被存到緩存內(nèi)，再按下暫停鍵，再次繼續(xù)計(jì)時(shí)時(shí)，上次顯示的計(jì)時(shí)時(shí)間從緩存區(qū)轉(zhuǎn)到最終存儲(chǔ)區(qū)。在秒表停止計(jì)時(shí)后掃描查看鍵P3.5，P3.5口是高電平，就查看最近的一次計(jì)時(shí)緩存，是低電平就調(diào)用最終緩存區(qū)的計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)查看前面的計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)。從而實(shí)現(xiàn)多次計(jì)時(shí)和查看前面計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)的功能。

2 硬件設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)成品由硬件電路和軟件程序協(xié)調(diào)合一組成。硬件電路由顯示電路、電源電路、控制電路、主控電路等組成。主控電路以AT89C52為主，顯示電路則用 1602來作為顯示工具。

本秒表利用AT89C52單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器的定時(shí)計(jì)數(shù)原理，來達(dá)到精確計(jì)時(shí)的目標(biāo)。開始和暫停的功能靠的是單片機(jī)的中斷系統(tǒng)。在單片機(jī)的幾個(gè)接口中，P0口為輸出口，輸出計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)，列掃描的輸出則是安排在P2.0-P2.4口，三個(gè)按鈕開關(guān)接口為P3.2、P3.3、P3.5，功能依次為開始、暫停、存儲(chǔ)和查看前面的計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)。電路原理圖在正確無誤的情況下，盡力做到布局合理，美觀大方。其基本圖如圖1所示：

2.1 按鍵電路的選擇與設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的秒表有4個(gè)按鍵，其中三個(gè)是主系統(tǒng)電路控制按鍵，一個(gè)是電源開關(guān)。三個(gè)主控按鍵分別是開始、暫停、查看和復(fù)位功能鍵。電源鍵用來將數(shù)據(jù)重置，查詢鍵則是用來查詢前面的計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)，三個(gè)按鍵都是低電平有效。當(dāng)三個(gè)主控鍵每按下電源與單片機(jī)的I/O口直接相接，為了限流接了一個(gè)10kΩ的電阻作為上拉電阻，使次電流保證在安全范圍內(nèi)。有兩個(gè)按鍵是采用外部中斷法，用到P3口的第二功能。

2.2 復(fù)位電路的選擇與設(shè)計(jì)

對(duì)于復(fù)位電路，設(shè)計(jì)中采用的是高電平復(fù)位，就是當(dāng)復(fù)位引腳接到兩虛兩個(gè)高電平時(shí)，完成復(fù)位操作。但不能持續(xù)高電平，因?yàn)檫@樣的話，就會(huì)不停地執(zhí)行復(fù)位操作，不能進(jìn)行其他命令。所以單片機(jī)要有足夠的余量以應(yīng)付單片機(jī)的其他要求，并達(dá)到復(fù)位后不循環(huán)，可繼續(xù)執(zhí)行其他操作的要求。復(fù)位操作有兩種：上電復(fù)位、手動(dòng)復(fù)位。

上電復(fù)位是再接上電源后打開電源開關(guān)，系統(tǒng)自動(dòng)初始化程。它在89S52中是一種上電延時(shí)復(fù)位，在通電時(shí)就啟動(dòng)復(fù)位電路完成復(fù)位操作，其中延時(shí)大概三個(gè)機(jī)器周期，后面正式開始運(yùn)行。

手動(dòng)復(fù)位則是在運(yùn)行過程中出現(xiàn)意外死機(jī)的情況為單片機(jī)復(fù)位而設(shè)置的。這個(gè)時(shí)候要兩次向復(fù)位端發(fā)出至少兩個(gè)連續(xù)高電平，單片機(jī)接收后可完成復(fù)位，重新進(jìn)入工作程序。

2.3 系統(tǒng)總電路的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總電路由上述的按鍵電路，復(fù)位電路，還有另外的顯示電路組成。將單片機(jī)系統(tǒng)電路圖（如圖2）和它們合理連接在一起，就是整個(gè)秒表的電路圖了。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 主程序設(shè)計(jì)

全程序由主程序，定時(shí)中斷服務(wù)程序，外中斷0服務(wù)程序和外部中斷1程序組成。主程序是整個(gè)程序的主體。運(yùn)行過程中從主體開始，逐一開始運(yùn)行，協(xié)調(diào)運(yùn)用各個(gè)子程序，完成秒表的功能。系統(tǒng)得電復(fù)位后進(jìn)入主程序，流程圖如圖3。第一步是初始化，整個(gè)系統(tǒng)都完全從零開始。第二步是完成初始化，進(jìn)入液晶顯示程序。顯示程序調(diào)用最近的緩存數(shù)據(jù)。在液晶顯示器上動(dòng)態(tài)顯示。每調(diào)用一次就掃描一次P3.3和P3.5看復(fù)位鍵有沒有請(qǐng)求，有的話就回到主程序再次準(zhǔn)備計(jì)時(shí)。沒有就看P3.5有沒有請(qǐng)求，沒有就一直調(diào)用，顯示當(dāng)前計(jì)時(shí)時(shí)間。有的話就跳轉(zhuǎn)到調(diào)用最近的緩存程序，顯示前次的計(jì)時(shí)時(shí)間。在同時(shí)，看P3.5是否有請(qǐng)求發(fā)出，P3.5斷開后就回到最新的動(dòng)態(tài)計(jì)時(shí)時(shí)間的程序，顯示當(dāng)前計(jì)時(shí)時(shí)間。

3.2 中斷程序設(shè)計(jì)

程序設(shè)計(jì)中有三個(gè)中斷定時(shí)中斷T0、外部中斷INT0、INT1。單片機(jī)處理器遵從先高后低的中斷處理順序，當(dāng)有多個(gè)中斷一起發(fā)起請(qǐng)求時(shí)先處理最高優(yōu)先級(jí)，再依次處理其他中斷請(qǐng)求。但是在處理高優(yōu)先級(jí)中斷時(shí)，低優(yōu)先級(jí)終端發(fā)出的請(qǐng)求將會(huì)被擱置，得不到響應(yīng)。所以這是一個(gè)需要注意的地方，這關(guān)系到本設(shè)計(jì)的最終實(shí)現(xiàn)。

4 數(shù)字電子秒表的安裝與調(diào)試

按照設(shè)計(jì)好的實(shí)物原理圖，買好所需原件后，仔細(xì)焊制實(shí)物電路板，焊制之前把排版做好，這樣焊接后才能讓實(shí)物更美觀，簡(jiǎn)單明了。制成后實(shí)物圖如圖4。

測(cè)試中，打開軟件，調(diào)用已畫好的原理圖，選擇圖中的單片機(jī)并選擇已經(jīng)寫好的程序文件載入，成功后進(jìn)行仿真，觀測(cè)結(jié)果，在針對(duì)不足加以修改，最終達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)束語

在這次的秒表設(shè)計(jì)中，數(shù)字秒表以89S52單片機(jī)為主系統(tǒng)，輔以1602液晶顯示器、控制按鍵、電阻、三極管等元器件組成。設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，明了，控制清晰明確，性能穩(wěn)定，程序精簡(jiǎn)明晰，并且計(jì)時(shí)精度達(dá)到了10ms。雖然這個(gè)秒表以單片機(jī)位中心控制器，但還有許多其他的知識(shí)也需運(yùn)用其中，根據(jù)具體的原件還要獨(dú)立設(shè)計(jì)程序，并且與軟件相結(jié)合達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的軟硬件協(xié)調(diào)。運(yùn)用C語言來編寫程序，使整個(gè)系統(tǒng)程序?qū)哟畏置骱?jiǎn)單易懂。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔紫騰，等.基于AT89C52單片機(jī)的數(shù)字秒表設(shè)計(jì)[J].智能處理與應(yīng)用，2016（10）：668-73.

[2]郭海麗.基于單片機(jī)的數(shù)字秒表設(shè)計(jì)[J].通用元器件，2012，14（1）：26-29.