近年來隨著科學技術的發展，單片機的應用正在不斷走下面還深入。本文簡單闡述了基于單片機的數字秒表的的設計。本設計的主要特點是計時精度達到0.01秒，是各種體育競賽的必要設備之一。

   本設計的數字秒表采用AT89S52單片機為主要器件，利用其定時器的原理，結合顯示電路、LED數碼管以及外部外部中斷電路來設計計時器。將軟硬件結合起來，使得系統能實現0~99.99秒的計時，計時精度位0.01秒。硬件系統利用proteus仿真，在仿真中就能觀察到系統的實際運行情.
 一   硬件設計

                   

 1、1   總體方案的設計

數字秒表具有顯示直觀、讀取方便、精度高等優點，在計時中廣泛應用。本設計中用單片機和數碼管組成數字秒，表力求結構簡單。

設計中包括硬件電路的設計和系統程序的設計。硬件電路主要有主控制器、控制按鈕與顯示電路組成。主控制器采用單片機AT89S52，顯示電路采用四位共陰極數碼管顯示計時時間。

本設計利用AT89S52單片機的定時器，使其能精確計時。利用中斷系統使其實現啟動和暫停的功能，P0口輸出段碼數據，P2.0~P2.2連上譯碼器作為位選，P3.2和P3.3接口的兩個按鈕分別實現啟動和暫停功能。設計的基本要求是正確性。硬件電路按下圖進行設計。

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      計時器采用T0中斷實現，定時溢出中斷周期為1ms，當溢出中斷后向CPU發出溢出中斷請求，每發出10次中斷請求就對10ms位（即最后一位）加一，達到100次就對100ms位加一，以此類推，直到99.99s為止。

    再看按鍵的處理。兩個按鍵采用中斷的方法，設置外部中斷0和外部中斷1位脈沖邊沿觸發方式，這樣一來每當按鍵按下時便會觸發中斷，從而實現啟動和暫停。

1.2 單片機的選擇

    本設計在選取單片機時，充分借鑒了許多成型產品使用單片機的經驗。并根據自己的實際情況，選用了ATMEL公司的AT89S52。

    ATMEL公司的89系列單片機以其卓越的性能、完善的兼容性、快捷便利的電擦寫操作、低廉的價格完全替代了87C51/62和8751/52，低電壓、低功耗，有DIP、PLCC、QFP封裝，是目前性能最好、價格最低、最受歡迎的單片機之一。

    AT89S52為40腳雙列直插封裝的8位通用微處理器，采用工業標準的C51內核，在內部功能及管腳排布上與通用的8XC52相同，其主要用于匯聚調整時的功能控制。功能包括對匯聚主IC內部寄存器、數據RAM及外部接口等功能部件的初始化，匯聚調整控制，匯聚測試圖控制等。

單片機外部結構

AT89S52單片機采用40腳的DIP封裝，如下所示。

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（1）主電源引腳Vss和Vcc

a、 Vss接地

b、 Vcc正常操作時為+5V接地

外接晶振引腳XTAL1和XTAL2

a、XTAL1內部振蕩電路反相放大器的輸出端，是外接晶體的一個引腳。當采用外部振蕩時，此引腳接地。

b、XTAL2內部振蕩電路反相放大器的輸出端，是外接晶體的的另一端。當采用外部振蕩時，此引腳接外部振蕩源。

（2）控制或與其他電源復用引腳

a、RST/VPD   當振蕩器運行是，在此引腳上出現兩個機器周期的高電平（由低到高跳變），將使單片機復位在Vcc掉電期間，此引腳可接上備用電源，由VPD向內部提供備用電源，

以保持內部RAM中的數據。

b、ALE/PROG       正常操作時為ALE功能（允許地址鎖存）提供把地址的低字節鎖存到外部存儲器，ALE引腳以不變的頻率（振蕩器頻率的1/6）周期性的發出正脈沖信號。因此，它可以用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。

c、PSEN    外部程序存儲器讀選通信號輸出端，在從外部程序存儲取指令（或數據）期間，PSEN在每個機器周期內兩次有效。

d、EA/Vpp  內部程序存儲器和外部程序存儲器選擇端。當EA/Vpp位高電平時，訪問內部程序存儲器，當EA/Vpp為低電平時，則訪問外部程序存儲器。對于EPROM編程期間，此引腳上加21VEPROM編程電源（Vpp）。

（3）輸入/輸出引腳P0.0~P0.7，P1.0~P1.7，P2.0~P2.7，P3.0~P3.7。

a、P0口（P0.0~P0.7）是一個8位漏極開路型雙向I/O口，在訪問外部存儲器時，它是分時傳送的低字節地址和數據總線，P0口能以吸收電流的方式驅動八個LSTTL負載。

b、P1口（P1.0~P1.7）是一個帶有內部上拉電阻的8位準雙向I/O口。能驅動四個LSTTL負載。

c、P2口（P2.0~P2.7）是一個帶有內部上拉電阻的8位準雙向I/O口，在訪問外部存儲器時，它輸出高8位地址。P2口可以驅動四個LSTTL負載。

d、P3口（P3.0~P3.7）是一個帶有內部上拉電阻的8位準雙向I/O口。能驅動四個LSTTL負載。

1.3 顯示電路的選擇與設計

對于數字顯示電路，通常采用液晶顯示或數碼管顯示。對于一般的段式液晶屏，需要專門的驅動電路，而且液晶顯示作為一種被動顯示，可視性差，不適合遠距離觀看；對于具有驅動電路和單片機接口的液晶顯示模塊，一般多采用并行接口，對單片機的接口要求較高，占用資源多；另外，AT89S52單片機本身沒有專門的液晶驅動接口。而數碼管作為一種主動顯示器件，具有亮度高、響應速度快、價格便宜、易于購買等優點，而且有遠距離視覺效果，很適合夜間或者遠距離操作。因此在本設計中，我們采用7段數碼管作為顯示介質。

數碼管顯示可以分為靜態顯示和動態顯示兩種。由于本設計需要采用四位數碼管顯示時間，如果靜態顯示則占用的口線多，硬件電路復雜，所以采用動態顯示。

動態顯示是一位一位地輪流點亮各位數碼管，這種逐位點亮顯示器的方式稱為位掃描。通常各位數碼管的段選線相應并聯在一起，由一個8位的I/O口控制；各位的公共陰極位選線由另外的I/O口線控制。動態方式顯示時，各數碼管輪流選通，要使其穩定顯示必須采用掃描方式，即在某一時刻只選通一位數碼管并送出相應的段碼，在另一時刻選通另一數碼管，并送出相應的段碼，依次規律循環，即可以使各位數碼管顯示將要顯示的字符，雖然這些字符是在不同時刻分別顯示，但由于人眼存在視覺暫留效應，只要每位顯示間隔足夠短就可以給人同時顯示的感覺。

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1.4系統總體電路的設計

系統總體電路如下圖所示

AT89S52單片機為主電路的核心部分，各個電路均與單片機相連，由單片機統籌協調各個電路的運行工作。

開始鍵和暫停鍵使用了外部中斷，所以需要連到單片機的P3.2和P3.3引腳上，這兩個I/O口的第二功能是單片機的外部中斷0端口和外部中斷1端口。

顯示電路由四位數碼管組成，采用動態顯示方式，因此有8位段控制和4位位控制，8位段接控制接P0口，P0.0~P0.7分別控制數碼管的a b c d e f g dp顯示，位控制接在P2.0和P2.1兩個口，在通過一個2—4譯碼器實現位控制。

 

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二  軟件設計

2.1主程序設計

本系統程序主要模塊由主程序、定時中斷服務程序、外部中斷0服務程序和外部中斷1服務程序組成。其中主程序是整個程序的主體。可以對各個中斷程序進行調用。協調各個子程序之間的關系。

主程序主要是設置定時器大的工作模式，對定時器賦初值，開總中斷、兩個外部中斷以及定時器溢出中斷。并設置外部中斷為脈沖邊沿觸發方式。

2.2中斷程序設計

本方案中用到了三個中斷:外部中斷0、外部中斷1和定時器T0溢出中斷。CPU在響應中斷時，先處理高級中斷，后處理低級中斷，若有多個同級中斷時，則應按自然優先順序處理。例如當CPU正在處理一個中斷申請時，又出現了另一個優先級比它高的中斷請求，這時，CPU就暫停對當前優先級較低的中斷源的服務，轉去響應優先級比它高的中斷請求，并為其服務。待服務結束，再繼續執行原來較低級的中斷服務程序。而當CPU為級別高的中斷服務程序服務時，如果級別低的中斷發出中斷請求，此時CPU是不會響應的，所以為了避免開始和暫停兩個按鍵中的一個出現沒有響應的情況，在進行編程是要注意中斷的使用，避免出現中斷的嵌套。合理分配中斷對本設計是很重要的。

（1）外部中斷0服務程序

外部中斷0服務程序結合外部P3.2鍵實現數字秒表的啟動功能。流程如下圖所示。

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（2）外部中斷1服務程序

外部中斷1服務程序結合外部P3.3鍵實現數字秒表的停止功能。

流程圖如下所示。

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（3）定時器T0中斷服務程序

當T0一處后，向CPU發出中斷請求信號。CPU跳轉到定時中斷程序執行，具體流程如下。

2.3程序清單

#include<reg52.h>

unsigned int data table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};   //顯示碼值

unsigned int i,j,k,l,count;

void delay(unsigned int z)                                                //延時程序

{

unsigned int x,y;

for(x=z;x!=0;x--)

for(y=110;y!=0;y--);

}

void main()

{

TMOD=0x01;                                             //設置定時器為模式1

TH0=(65536-1000)/256;                                   //給定時器賦定時初值

TL0=(65536-1000)%256;                              

EA=1;                                                              //開中斷

EX0=1;

EX1=1;

ET0=1;

IT0=1;                                      //設置外部中斷位脈沖邊沿觸發方式

    IT1=1；

while(1)                                                          // 數碼顯示

{

P2=0x03;

P0=table[i];

delay(1);

P2=0x02;

P0=table[j];

delay(1);   

P2=0x01;

P0=(table[k]+0x80);

delay(1);

P2=0x00;

P0=table[l];

delay(1);

};

}

void ex0() interrupt 0                                                  //外部中斷0

{

TR0=1;                                           //開定時器，開始計數

}

void ex1() interrupt 2                                                  //外部中斷0

{

TR0=0;                                                           //停止計數

}

void timer0() interrupt 1                                         //定時器T0溢出中斷

{

TH0=(65536-1000)/256;                                         //重裝計數初值

TL0=(65536-1000)%256;

count++;                                              //溢出中斷次數加一

 

if(count==10)

{

count=0;

i++;                                          //溢出10次，0.01s位加一

if(i==10)

{

i=0;                               //0.01s位到10了，清零，0.1s位加一

j++;

if(j==10)

{

j=0;                              //0.1s位到10了，清零，1s位加一

k++;

if(k==10)

{

k=0;                          //1s位到10了，清零，10s位加一

l++;

}

}

}

}

}
 

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