简易秒表设计报告

一．前 言

在电子科学技术高速发展的今天，高科技产品越来越多的应用在我们的日常生活中，给我们的生活带来了非常大的方便，每时每秒我们都能感受到产品的更新换代。产品和技术革新的日新月异都让人非常惊讶。像平常我们工作所用的电脑、手机和生活所用的电视机，收音机，Mp3等等，这些高科技产品给我们带来了极大的方便，但这要归功于科学技术的高速发展。简易秒表是我们的单片机课程设计题目。简易秒表涉及到《模拟电子技术》和《电路分析》中的相关知识。本文介绍的简易秒表电路设计新颖具有电路结构简单、成本较低、操作方便、灵敏可靠等优点,经使用效果良好,具有较高的推广价值。

二．系统设计要求

⑴ 硬件设计：根据任务要求，完成单片机最小系统及其扩展设计。

⑵ 软件设计：根据硬件设计完成显示功能要求，完成控制软件的编写与调试；利用单片机定时器中断和定时器计数方式实现秒定时。通过LED显示程序的调整，熟悉LED动态显示的控制过程。

⑶ 功能要求：用PB1启动秒表和停止秒表，PB2键将秒表归零，按一下PB1，即开始定时，在数码管上每秒加1，加到99，归零,秒表在暂停状态下，按下PB3键可对秒数加1，按下PB4键可对秒数减1。

（4）通过阅读和调试简易秒表整体程序，学会如何编制含LED动态显示、键盘扫描和定时器中断等多种功能的综合程序，初步体会大型程序的编制和调试技巧。

三．设计思路分析

本设计以单片机为核心设计的简易秒表方案是：用按钮PB1启动秒表和停止秒表，开启后立刻进入计时状态,用定时器T0进行1s的计数，每隔1s就把预设时间加1，用一个两位的LED数码管显示时间，按钮PB2将秒表归零，如果第二次按一下S1键，计时会立即停止，在数码管上显示当前秒数，这时如果按下PB2键，数码管会显示00，直到再次按下PB1键计时才会开始，当秒数加到99后，下一秒数码管会归零，即从0开始重新每秒加1计时。另外在P1口的0和1引脚各连接一个按钮，一个进行加1，另一个进行减1。

四．系统硬件电路设计

4．1简易秒表显示模块

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显示模块主要是显示秒表当前秒数，我考虑有以下两种显示方案。

方案 1：使用传统的数码管显示。数码管具有低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、防高低温,对外界环境要求低,易于维护,同时其精度高,称量快,精确可靠,操作简单。数码显示是采用 BCD 编码显示数字,程序编译容易,资源占用较少。根据以上的论述,采用方案二,如图:4-1。

方案 2：使用液晶屏显示时间。液晶显示屏具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强的特点。但由于只需要显示时间和组别的数字，信息量比较少，且由于液晶是以点阵的模式显示各种符号，需要利用控制芯片创建字符库，编程工作量大，控制器的资源占用较多，其成本也偏高。在使用时不能有静电干扰，否则易烧坏液晶显示芯片，不易维护。

4. 2控制器模块单片机的选择 图:4-1七段发光二极管

ATMEL 公司的 89C52 单片机是增强型 RISC 内载 Flash 的单片机,芯片上的 Flash 存储器附在用户的产品中,可随时编程,再编程,使用户的产品设计容易,更新换代方便。89C52 单片机采用增强的 RISC 结构,使其具有高速处理能力,在一个时钟周期内可执行复杂的指令,每 MHz 可实现 1MIPS 的处理能力。89C52 单片机工作电压为 2.7~6.0V,可以实现耗电最优化。89C52的单片机广泛应用于计算机外部设备,工业实时控制,仪器仪表,通讯设备,家用电器,宇航设备等各个领域。由于单片机的种类很多，在选择单片机时要依据实际设计要求选择合适的单片机。例如当设计仅仅需要一个单片机定时器那么选择 89C1051 或89C2051 即可，而不选择 89C52,因为后者的价格较高一些。当然若程序和数据区的要求较高那么选择的单片机还要满足程序空间的要求。下面我们来比较 89C51 和 89C52。

下表进行 51 和 52 的比较

51 系列 52系列 数据存储器 128B 256B 程序存储器 4KB 8KB 定时器 2 3 中断 5 8 在本设计中，我们选用现在较为流行的 51 系列单片机，即选用 ATMEL公司的 AT89C51，

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如图4-2。

图4-2 C51单片机

4. 3键盘的选择

键盘是单片机不可缺少的输入设备，是实现人机对话的纽带。键盘按结构形式可以分为非编码键盘和编码键盘，前者用软件方法产生键码，而后者则用硬件方法来产生键码。在单片机中使用的都是非编码键盘，因为非编码键盘结构简单，成本低廉，非编码键盘的类型很多，常用的有独立式键盘和行列式键盘等。

方案 1：行列式键盘

行列式键盘是用 N 条 I/O 线作为行线，M 条 I/O 线作为列线组成的键盘，在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键，按键的个数是 M*N 个。这种形式的键盘结构，能够有效的提高单片机系统中 I/O 的利用率，列线接 P1.0~P1.3 ，行线接 P1.4~P1.7，行列式适用于按键输入多的情况。

CPU 对键盘的扫描可以采用程序控制的随机方式，即只有在 CPU 空闲时才去扫描键盘，响应操作人员的键盘输入，但 CPU 在执行应用程序的过程中，不能响应键盘输入，对键盘的扫描可以采用定时方式，即利用单片机内部定时器每隔一定时间对键盘扫描一次，这样控制方式不管键盘上有无键闭合，CPU 总是定时的关心键盘状态。在大多数情况下，CPU 对键盘可能进行空扫描。为了提高 CPU 的效率而又能及时响应键盘输入，可以采用中断方式，既 CPU 平时不必扫描键盘，只要当键盘上有键盘闭合时就产生中断请求，向 CPU 申请中断后，立即对键盘上有操作的键盘进性扫描，识别闭合键，并做相应的处理。

方案 2：独立式键盘

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键盘接口中使用多少根 I/O 线，键盘中就有几个按键，键盘接口使用了 4 根 I/O 口线，该键盘就有 4 个按键，这种类型的键盘，其按键比较少，且键盘中各按键的工作互不干扰。因此可以根据实际需要对键盘中的按键灵活的编码。

最简单的编码方式就是根据 I/O 输入口所直接反映的相应按键按下的状态进行编码，称按键直接状态码，对于这样编码的独立式键盘CPU可以通过直接读取 I/O 口的状态来获取按键的直接状态编码值，根据这个值直接进行按键识别，这样形式的键盘结构简单，按键识别容易。

独立式键盘的缺点是需要占用比较多的 I/O 口线，当单片机应用系统键盘中需要的按键比较少或 I/O 口线比较富余时，可以采用这样类型的键盘。

根据以上的论述，采用方案2，在本系统中采用了独立式键盘，其按键比较少，且键盘中各个按键的工作互不干扰。

五．简易秒表电路原理图设计

5.1系统总电路图

图：5-1系统总电路图

5.2时钟电路设计

AT89C51的时钟可以由两种方式产生，一种是内部方式，利用芯片内部的振荡电路，另外一种为外部方式。本设计根据实际需要和方便，采用内部振荡方式，如图5-2。AT89C51内部有一个用于构成振荡器的高增益放大器，引脚ATAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端，这个放大器与作为反馈元件的片内晶体或陶瓷谐振器一起构成一个自激振荡器。AT89C51虽然有内部振荡

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