基于单片机的秒表时钟计时器设计(编辑修改稿)

基于单片机的秒表时钟计时器设计(编辑修改稿)内容摘要：

看门狗（ WDT）电路可以起保护功能 ,实现复位作用 . AT89S51单片机作为控制部件 . 该型号单片机一共有 40个引脚 ,有双脚直插式和方形封装方式，可用于不同的场合。 本次采用的是双列直插式，其引脚结构图如图功能 21所示。 下面对这些引脚的功能加以说明 [2]。 1234567891 01 11 21 31 41 51 61 71 81 92 0 2 12 22 32 42 52 62 72 82 93 03 13 23 33 43 53 63 73 83 94 0P 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7R S TP 3 . 0 / R X DP 3 . 1 / T X DP 3 . 2 / I N T 0P 3 . 3 / I N T 1P 3 . 4 / T 0P 3 . 5 / T 1P 3 . 6 / W RP 3 . 7 / R DX T A L 1X T A L 2V s sP 2 . 0P 2 . 1P 2 . 2P 2 . 3P 2 . 4P 2 . 5P 2 . 6P 2 . 7P S E NA L EE AV c cP 0 . 0P 0 . 1P 0 . 2P 0 . 3P 0 . 4P 0 . 5P 0 . 6P 0 . 7 图 21 AT89S51 的引脚结构图 I/O 口线 P0 口 —— 8位、漏极开路的双向 I/O口。 P1 口 —— 8位、准双向 I/O 口，具有内部上拉电阻。 P2 口 —— 8位、准双向 I/O 口，具有内部上拉电阻。 P3 口 —— 8位、准双向 I/O口，具有内部上拉电阻。 P3口还具有第二功能，第二功能见表 21。 控制信号线 RST—— 复位输入信号，高电平有效。 EA/Vpp—— 外部程序存储器访问允许信号 /编程电压输入端。 PSEN—— 片外程序存储器读选通信号，低电平有效。 ALE/PROG—— 低字节地址锁存信号 /编程脉冲输入端。 电源和外部晶振引脚 基于单片机的秒表 /时钟计时器设计 6 Vcc—— 电源电压输入引脚。 GND—— 电源地。 XTAL XTAL2—— 外部晶振引脚。 以上就是关于本设计中用的单片机 AT89S51 的特性、引脚功能的简单介绍。 表 21 P3 口的第二功能 表 引脚 替代功能 说明 RXD 串行数据接受 TXD 串行数据发送 0INT 外部中断 0 申请 1INT 外部中断 1 申请 T0 定时器 0 外部事件计数输入 T1 定时器 1 外部事件计数输入 WR 外部 RAM 写选通 RD 外部 RAM 读选通 单片机的时钟电路 时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号，单片机本身就如同一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作，电路应在唯一的时钟信号控制下，严格的按规定时序工作。 单片机内含振荡器电路，但晶体振荡器和电 容在片外，由引脚 XTAL1 和 XTAL2 接入片内。 XTAL1 为振荡器反相放大器和时钟发生电路的输入， XTAL2 为反相放大器的输出。 时钟电路的接法有二种： 当使用片内振荡器时，片外振荡源和电容与 XTAL1 和 XTAL2 的接法如图 22的 a）所示。 当使用晶体谐振器时， C C2=（ 30 10） pF 当使用陶瓷谐振器时 C C2=（ 40 10）pF。 C1 和 C2虽然没有严格的要求，但电容的大小影响振荡器电路的稳定性和 快速性，通常选在 20pF 到 30pF。 在设计电路板时，晶振和电容等应尽可能的靠近芯片，以减小分布电容，保证振荡器振荡的稳定性。 当使用外部振荡器信号时，外部始终信号接入 XTAL1 引脚， XTAL2 引脚悬空，如图32的 b）所示。 对外部时钟信号的占空比没有要求，但高低电平持续时间应不短于 20ms。 本次设计采用图 32 的 a）中的时钟电路的接法， 晶振取 [3]。 X T A L 2X T A L 1G N DG N D（ a ）N C外 部 振 荡 器 信号X T A L 2X T A L 1G N DG N D（ b ） 图 22 时钟电路 XX 大学 毕业设计（论文） 7 单片机的复位电路 复位是单片机的初始化操作，其主要功能是把 PC初始化为 0000 H，使单片机从 0000 H单元开始执行程序，除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序进行出错或操作出错使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键以重新启动。 因此熟悉单片机的复位状态非常必要。 通过 MGS51单片机的复位引脚 RST引脚 (9)加上持续两个机器周期 (即 24个振荡周期 )的高电平 ,即可使器件复位，只要 RST一直保持高电平，那么 CPU就一直处于复位状态。 当 RST由高变低后复位结束， CPU从初始状态开始工作。 单片机的复位都是靠外部电路实现的，分为上电自动复位和手动按键复位。 如图 23所示。 上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，其电路如图 23(a)所示。 这样，只要电源 VCC的上升时间不超过 1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就完成了系统的复位初始化。 上电复位电路的特点是很方便，当有电源接通给单片机时，此电路就可以自动产生复位信号。 除上电自动复位以外，在系统运行时有时还需要在不关闭电源的情况下对单片机进行复位操作，此时，一般是通过一个手动复位按钮 [4]，如图 23(b)所示。 在需要复位时只要按一下复位按钮即可使单片机复位。 按键复位电路的特点就是上电以后，可以随时通过按键来发出复位信号。 该电路除具有上电复位功能外。 这对系统的可控性是很有帮助的。 在本次设计中采用 手动 复位。 V c cV c cR S TV s s2 2 u F1 KA T 8 9 S 5 1 VcVcRSTVs2uFKAT89S5120R1 （ a）上电复位电路 （ b） 手动 复位电路 图 23 复位电路 实时时钟电路 本次设计的基于单片机的秒表 /时钟计时器所使用的时钟芯 片是 DS1302，下面将主要介绍该芯片的用法。 DS1302内含有一个实时时钟 /日历和 31B态 RAM，通过简单的 SPI串行接口与单片机进行通信。 可提供秒、分、时、日期、月、年的信息，每月和闰年的天数可自动调整，基于单片机的秒表 /时钟计时器设计 8 可采用 24或 12小时格式 [5]。 DS1302与单片机之间能采用 SPI同步串行的方式进行通信，仅需用复位、数据和时钟三根 I/O口线。 主要指标如下：  内含 31B数据存储器。  工作电压： ～。  工作电流：在低压 ，小于 300nA。  串行 SPI三线接口方式。  8引脚 DIP或 SOIC表贴封装。 DS1302引脚顺序如图 24所示：  X X2：。  GND：地。  RST：复位引脚。  I/O：数据输入 /输出引脚。  SCLK：串行时钟。  VCC1,VCC2:电源， VCC1可接后备电池。 实时芯片 DS1302与单片机 AT89S51的连接电路如图 25所示： VCC2X1X2GND1234RSTI/OSCLKVcc15678 图 24 DS1302引脚图 P 3 . 3P 3 . 2P 3 . 42 0 V s sV c c2 1V c c3 0E A1234 5678V c c 2X 1X 2G N DV c c 1S C L KI / OR S TC 0C 16 p F6 p FV c cD S 1 3 0 2 图 25 DS1302与单片机 AT89S51的连接电 路 显示电路 显示电路是整个电路的输出部分， 显示电路有 LED数码管显示和 LCD液晶显示。 本次设计采用的是 LED数码管显示。 在单片机系统中， LED数码管显示是反映系统输出和操作输入的有效器件。 数码管具备数字接口，可以很方便地和单片机系统连接，数码管的体积小、重量清，并且功耗低，是一种理想的显示单片机数据输出的器件。 XX 大学 毕业设计（论文） 9 LED 显示的基本原理 LED（ Light Emitting Diode） 是发光二极管的缩写， LED 显示器是由发光二极管构成的，所以在显示器前面冠以 “LED”。 LED 显示器在 单片机技术中的使用非常普遍。 LED 显示原理：通常所说的 LED 显示器由 7 个发光二极管组成，因此也称为七段LED 显示器，其排列形状如图 26 所示。 此外，显示器中还有一个圆点型发光二极管（在图中以 dp 表示），用以表示小数点。 通过七段发光二极管亮暗的不同组合，可以显示多种数字、字母以及其它符号 [6]。 LED 显示器中的发光二极管共有两种连接方法见图 27： 共阳极接法：把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极。 使用时公共阳极接 +5v。 这样阴极端输入低电平的段发光二极管就导通点亮，而输入高点平的则不亮。 共阴极接法：把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。 使用时公共阴极接地，这样输入高电平的段发光二极管就导通点亮，而输入低点平的则不亮。 d pabcdefgcG N DdegfG N Dab符 号 和 引 脚R 8abcdefgd p共 阴 极R 8abcdefgd p+ 5 V共 阳 极 图 26 数码管引脚图 图 27 数码管的共阴和共阳接法 显示电路原理图 在单片机应用系统中，显示器显示常用两种方法：静态显示和动态扫描显示。 所谓静态显示，就是每一个显示器都要占用单独的具有锁存功能的 I/O 接口用于笔划段字形代码。 这样单片机只要 把要显示的字形代码发送到接口电路，就不用管它了，直到要显示新的数据时，再发送新的字形码，因此，使用这种方法单片机中 CPU的开销小。 可以提供单独锁存的 I/O 接口电路很多，这里采用串并转换电路 74LS164，单片机串行口方式 0 为移位寄存器方式，外接 6 片 74LS164 作为 6 位 LED 显示器的静态显示接口。 74LS164 为 TTL 单向 8 位移位寄存器，可实现串行输入，并行输出。 其中 A、 B（第 2 脚）为串行数据输入端， 2 个引脚按逻辑与运算规律输入信号，共一个输入信号时可并接。 T（第 8 脚）为时钟输入端，可连接到串行口的 TXD 端。 每一个时钟信号的上升基于单片机的秒表 /时钟计时器设计 10 沿加到 T 端时，移位寄存器移一位， 8个时钟脉冲过后 ， 8 位二进制数全部移入 74LS164中。 R（第 9 脚）为复位端，当 R=0 时，移位寄存器各位复 0，只有当 R=1 时，时钟脉冲才起作用。 Q1… Q8（第 36 和 1013 引脚）并行输出端分别接 LED 显示器的 hga各段对应的引脚上。 在给出了 8 个脉冲 后， 最先进入 74LS164 的第一个数据到达了最高位，再来一个脉冲，第一个脉冲就会从最高位移出 [7]。