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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。對硬件電路和軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，并進(jìn)行仿真測試，結(jié)果表明，計(jì)時(shí)準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；數(shù)字秒表；高精

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)起請求時(shí)先處理最高優(yōu)先級，再依次處理其他中斷請求。但是在處理高優(yōu)先級中斷時(shí)，低優(yōu)先級終端發(fā)出的請求將會被擱置，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，簡單明了。制成后實(shí)物圖如圖4。

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，簡單明了。制成后實(shí)物圖如圖4。

作者：夏雪 劉博 王建華 單位：國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心