【單片機(jī)的簡(jiǎn)易秒表設(shè)計(jì)8800字（論文）】

單片機(jī)的簡(jiǎn)易秒表設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-2"\h\u22079單片機(jī)的簡(jiǎn)易秒表設(shè)計(jì) 1892摘要 116967Abstract 269260.引言 322320一、電子秒表簡(jiǎn)介 332153二、51單片機(jī)簡(jiǎn)介 4121303.可以真實(shí)仿真全部32條IO腳； 6191165.可以使用C51語(yǔ)言或者ASM匯編語(yǔ)言進(jìn)行調(diào)試； 6183877.可選使用用戶晶振，支持0－40MHZ晶振頻率； 612414.仿真時(shí)監(jiān)控和用戶代碼分離,不可能產(chǎn)生不能仿真的軟故障； 61192351單片機(jī)功能限制 7890551單片機(jī)使用方法 7303752．將仿真器的串行電纜和PC機(jī)接好，打開(kāi)用戶板電源； 7965951單片機(jī)硬件說(shuō)明 791931.設(shè)計(jì)背景及要求

794211.1.1嵌入式的定義與特點(diǎn)

758341.嵌入式系統(tǒng)的定義

7281682.嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)

7325413.嵌入式系統(tǒng)的種類與發(fā)展

727674二．嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展道路

7221132.方案論證

835903.總體設(shè)計(jì)思想

994973.2.1晶體振蕩電路

93913.2.2按鍵操作電路

10133703.2.3顯示電路

10320924.軟件設(shè)計(jì)

1147925.小結(jié)與體會(huì) 12摘要隨著科技的發(fā)展以及對(duì)體育事業(yè)的重視，機(jī)械秒表開(kāi)始在早期的運(yùn)動(dòng)會(huì)上大放異彩，充當(dāng)記錄運(yùn)動(dòng)員成績(jī)的工具。當(dāng)然其仍存在很多不足。在發(fā)展就進(jìn)入計(jì)算機(jī)對(duì)秒表的控制。其不僅可實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間自動(dòng)化的精確控制，而且對(duì)運(yùn)動(dòng)員成績(jī)的查詢也更加方便。本設(shè)計(jì)的數(shù)字電子秒表系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)為中心器件，利用其定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)和記數(shù)的原理，結(jié)合顯示電路、LED數(shù)碼管以及外部中斷電路來(lái)設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)器。將軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，使得系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)五位LED顯示，顯示時(shí)間為0～59.99秒，計(jì)時(shí)精度為0.01秒，能正確地進(jìn)行計(jì)時(shí)，同時(shí)能記錄一次時(shí)間，并在下一次計(jì)時(shí)后對(duì)上一次計(jì)時(shí)時(shí)間進(jìn)行查詢。其中軟件系統(tǒng)采用匯編語(yǔ)言編寫程序，包括顯示程序，定時(shí)中斷服務(wù)，外部中斷服務(wù)程序，延時(shí)程序等，并在keil中調(diào)試運(yùn)行，硬件系統(tǒng)利用PROTEUS強(qiáng)大的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)單切易于觀察，在仿真中就可以觀察到實(shí)際的工作狀態(tài)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)得到了快速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，單片機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于冶金、教育、交通、通信、國(guó)防、航空航天等領(lǐng)域。關(guān)鍵詞：數(shù)字電路,單片機(jī),軟件,硬件Abstract

With

the

development

of

science

and

technology

and

attention

to

the

PE,

mecha-nical

stopwatch

began

in

the

early

days

of

the

sports

meeting,

huge

record

of

performance

athletes

as

a

tool.

Of

course

there

are

still

many

deficiencies

in

its.

In

the

development

of

a

stopwatch

control

into

the

computer.

Its

not

only

make

time

for

precise

control

of

the

automation,

and

performance

athletes

to

the

inquires

the

more

convenient

.The

design

of

the

digital

electronic

stopwatch

system

AT89C51

microcontroller

as

the

cent-er

and

use

the

timer

device/counter

timing

and

count

theory,

combined

with

show

circ-uit,

LED

digital

tube,

and

external

interruption

circuit

to

design

time.

The

soft

and

har-dware

organically,

the

system

can

realize

five

LED

display,

shows

the

time

is

0~59.99

seconds,

timing

precision

in

0.01

se-conds,

can

correctly

to

the

time,

at

the

same

time

to

record

a

time,

and

in

the

next

time

to

time

after

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inquires

the

last

time.

Among

them

software

system

USES

assembly

language

program,

including

show

program,

timing

interrupt

service,

external

interrupt

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routine,

delay

procedure,

etc,

and

in

the

production

operation,

keil

hardware

systems

use

PROTEUS

powerful

function

to

realize,

simple

and

easy

to

observe,

in

emulation

can

observe

the

actual

working

condition.

Along

with

the

development

of

the

power

electronic

technology,

microcontroller

obtained

fast

development

and

extensive

application

of

single

chip

has

been

widely

used

in

metallurgy,

education,

transportation,

communication,

national

defense,

aerospace

and

other

fields.

Keywords:

digital

circuit

microcomputer

引言一、電子秒表簡(jiǎn)介電子秒表是電器制造、電力、工業(yè)自動(dòng)化控制、國(guó)防、實(shí)驗(yàn)室及科研單位理想的計(jì)時(shí)儀器,它廣泛應(yīng)用于各種繼電器、電磁開(kāi)關(guān)、控制器、延時(shí)器、定時(shí)器等的時(shí)間測(cè)試。目前所使用的電秒表大多是指針式或集成電路型的,結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜、測(cè)試功能單一。為此,我們利用當(dāng)前比較流行的C51單片機(jī),研制出了一種新型的智能電秒表。該電秒表設(shè)計(jì)思路新穎、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)試功能齊全,成本低廉。同時(shí)可利用C51單片機(jī)韻串行口方便地與上位計(jì)算機(jī)通訊,接受上位機(jī)的測(cè)試命令,并將測(cè)試結(jié)果發(fā)送給上位機(jī)。因此,我們所研制的電秒表,除了完成常規(guī)的時(shí)間測(cè)試任務(wù)外,還可與諸如繼電保護(hù)測(cè)試裝置等設(shè)備配套,作為時(shí)間測(cè)試元件使用,應(yīng)用更加靈活。電子秒表是一種較先進(jìn)的電子計(jì)時(shí)器，目前國(guó)產(chǎn)的電子秒表一般都是利用石英振蕩器的振蕩頻率作為時(shí)間基準(zhǔn)，采用6位液晶數(shù)字顯示時(shí)間。電子秒表的使用功能比機(jī)械秒表要多，它不僅能顯示分、秒，還能顯示時(shí)、日、月及星期，并且有1/l00s的功能。一般的電子秒表連續(xù)累計(jì)時(shí)間為59min59.99s，可讀到1/l00s，平均日差±0.5s。電子秒表配有三個(gè)按鈕，如圖所示。圖中為秒表按鈕，為功能變換按鈕，為調(diào)整按鈕，基本顯示的計(jì)時(shí)狀態(tài)為“時(shí)”、“分”、“秒”。電子秒表的基本使用方法如下：(1)在計(jì)時(shí)器顯示的情況下，將按鈕按住2s，即可出現(xiàn)秒表功能，如圖（a）所示。按一下按鈕開(kāi)始自動(dòng)計(jì)秒，再按一下按鈕，停止計(jì)秒，顯示出所計(jì)數(shù)據(jù)，如圖（b）所示。按住兩秒，則自動(dòng)復(fù)零，即恢復(fù)到圖（a）所示狀態(tài)。(2)若要紀(jì)錄甲、乙兩物體同時(shí)出發(fā)，但不同時(shí)到達(dá)終點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，可采用雙計(jì)時(shí)功能方式。即首先按住兩秒鐘，秒表出現(xiàn)如圖（a）所示的狀態(tài)。然后按一下，秒表開(kāi)始自動(dòng)計(jì)秒。待甲物體到達(dá)終點(diǎn)時(shí)再按一下，則顯示甲物體的計(jì)秒數(shù)停止，此時(shí)液晶屏上的冒號(hào)仍在閃動(dòng)，內(nèi)部電路仍在繼續(xù)為乙物體累積計(jì)秒。把甲物體的時(shí)間記錄下后，再按一下，顯示出乙物體的累積計(jì)數(shù)。待乙物體到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，再按一下，冒號(hào)不閃動(dòng)，顯示出乙物體的時(shí)間。這時(shí)若要再次測(cè)量就按住兩秒，秒表出現(xiàn)(a)所示的狀態(tài)。若需要恢復(fù)正常計(jì)時(shí)顯示，可按一下，秒表就進(jìn)入正常計(jì)時(shí)顯示狀態(tài)，在圖(c)中顯示出9h17min18s。(3)若需要進(jìn)行時(shí)刻的校正與調(diào)整，可先持續(xù)按往，待顯示時(shí)、分、秒的計(jì)秒數(shù)字閃動(dòng)時(shí)，松開(kāi)，然后間斷地按，直到顯示出所需要調(diào)整的正確秒數(shù)時(shí)為止。如還需校正分，可按一下，此時(shí)，顯示分的數(shù)字閃動(dòng)，再間斷地按，直到顯示出所需的正確分?jǐn)?shù)時(shí)為止。時(shí)、日、月及星期的調(diào)整方法同上。電子秒表二、51單片機(jī)簡(jiǎn)介51單片機(jī)是對(duì)所有兼容Intel8031指令系統(tǒng)的單片機(jī)的統(tǒng)稱。該系列單片機(jī)的始祖是Intel的8004單片機(jī)，后來(lái)隨著Flashrom技術(shù)的發(fā)展，8004單片機(jī)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，成為應(yīng)用最廣泛的8位單片機(jī)之一，其代表型號(hào)是ATMEL公司的AT89系列，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)之中。很多公司都有51系列的兼容機(jī)型推出，今后很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)將占有大量市場(chǎng)。51單片機(jī)是基礎(chǔ)入門的一個(gè)單片機(jī)，還是應(yīng)用最廣泛的一種。需要注意的是51系列的單片機(jī)一般不具備自編程能力。C51單片機(jī)原理圖51單片機(jī)主要產(chǎn)品*Intel(英特爾)的：80C31、80C51、87C51，80C32、80C52、87C52等；*ATMEL(艾德梅爾)的：89C51、89C52、89C2051，89S51（RC），89S52（RC）等；*Philips(飛利浦)、華邦、Dallas(達(dá)拉斯)、Siemens(西門子)等公司的許多產(chǎn)品；STC(國(guó)產(chǎn)宏晶)單片機(jī)：89c51、89c52、89c516、90c516等眾多品牌。（2）51單片機(jī)主要功能·8位CPU·4kbytes程序存儲(chǔ)器(ROM)(52為8K)·128bytes的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)（52有256bytes的RAM）·32條I/O口線·111條指令，大部分為單字節(jié)指令·21個(gè)專用寄存器·2個(gè)可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器·5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)（52有6個(gè)）·一個(gè)全雙工串行通信口·外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址空間為64kB·外部程序存儲(chǔ)器尋址空間為64kB·邏輯操作位尋址功能·雙列直插40PinDIP封裝·單一+5V電源供電CPU：由運(yùn)算和控制邏輯組成，同時(shí)還包括中斷系統(tǒng)和部分外部特殊功能寄存器；RAM：用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)；ROM：用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格；I/O口：四個(gè)8位并行I/O口，既可用作輸入，也可用作輸出T/C：兩個(gè)定時(shí)/記數(shù)器，既可以工作在定時(shí)模式，也可以工作在記數(shù)模式；五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個(gè)全雙工UART（通用異步接收發(fā)送器）的串行I/O口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單片機(jī)與微機(jī)之間的串行通信；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最佳振蕩頻率為6M—12M。 C51單片機(jī)功能結(jié)構(gòu)圖（3）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)之前應(yīng)該怎樣學(xué)習(xí)C51單片機(jī)實(shí)際上，其實(shí)不需要多少東西，會(huì)簡(jiǎn)單的C語(yǔ)言，知道51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)就可以了。一般的大學(xué)畢業(yè)生都可以了，自學(xué)過(guò)這2門課程的高中生也夠條件。設(shè)備上，一般是建議購(gòu)買一個(gè)仿真器，例如，的“雙功能下載線”就具有良好的穩(wěn)定性和較快的下載速度，上位機(jī)可擴(kuò)展，可以下載更多的單片機(jī)及嵌入式芯片。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，這樣才可以進(jìn)行實(shí)際的，全面的學(xué)習(xí)。日后在工作上，仿真器也大有用處。還有，一般光有仿真器是不行，還得有一個(gè)實(shí)際的電路，即學(xué)習(xí)板，如圖，即為，單片機(jī)最小系統(tǒng)。學(xué)習(xí)板以強(qiáng)大的接口為主，單片機(jī)的學(xué)習(xí)分兩方面，一方面是單片機(jī)的原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，另一方面是單片機(jī)的接口技術(shù)。這些都是需要平時(shí)多積累，多動(dòng)手，多思考，這樣才能學(xué)好單片機(jī)技術(shù)。單片機(jī)學(xué)習(xí)的4個(gè)階段1）整體了解要知道單片機(jī)是什么？單片機(jī)有何用？如何系統(tǒng)學(xué)習(xí)單片機(jī)？單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程是怎樣的，需要掌握哪些輔助軟件？了解這些之后，我們的學(xué)習(xí)就有了目標(biāo)和方向。2）揭秘單片機(jī)很難學(xué)，是因?yàn)槠鋬?nèi)部結(jié)構(gòu)、編程語(yǔ)言抽象，且實(shí)際應(yīng)用中與其他電子技術(shù)和元器件知識(shí)相互關(guān)聯(lián)，需結(jié)合起來(lái)一起設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品。所以，第二階段要了解單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是怎樣的？單片機(jī)開(kāi)發(fā)經(jīng)常會(huì)用到哪些電子技術(shù)和元器件知識(shí)？如何將一條條編程指令組合成一段段有效的程序？3）解密之所以單片機(jī)能成為控制核心，設(shè)計(jì)出包羅萬(wàn)象的應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)，是因?yàn)殚_(kāi)發(fā)者利用了單片機(jī)提供的種種功能及各種外設(shè)。所以，第三階段我們要掌握單片機(jī)的各種功能，再加上諸如傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換、掃描顯示、串行、中斷的應(yīng)用思維，結(jié)合更多的元器件、電子電路知識(shí)，逐個(gè)學(xué)習(xí)、體會(huì)實(shí)際的單片機(jī)系統(tǒng)的秘密。4）遠(yuǎn)航通過(guò)以上三個(gè)階段，讀者基本就可掌握單片機(jī)的應(yīng)用了。但要設(shè)計(jì)出豐富的單片機(jī)系統(tǒng)，解決復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題，還需要了解更多的外設(shè)知識(shí)及其與單片機(jī)的聯(lián)系（如電動(dòng)機(jī)、各類存儲(chǔ)器、繼電器、紅外管等）。這些需要不斷的學(xué)習(xí)和積累。有時(shí)候，接到一些開(kāi)發(fā)任務(wù)，就需要你針對(duì)這個(gè)任務(wù)自覺(jué)地去搜集、學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，在實(shí)踐中不斷學(xué)習(xí)和提高。C51單片機(jī)實(shí)物圖（4）C51單片機(jī)電腦仿真Proteus自從有了單片機(jī)也就有了開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，隨著單片機(jī)的發(fā)展開(kāi)發(fā)系統(tǒng)也在不斷發(fā)展。keil是一種先進(jìn)的單片機(jī)集成開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。它代表著匯編語(yǔ)言單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的最新發(fā)展，首創(chuàng)多項(xiàng)便利技術(shù)，將開(kāi)發(fā)的編程/仿真/調(diào)試/寫入/加密等所有過(guò)程一氣呵成，中間不須任何編譯或匯編。51單片機(jī)功能特性1.可以仿真63K程序空間,接近64K的16位地址空間；2.可以仿真64Kxdata空間,全部64K的16位地址空間；3.可以真實(shí)仿真全部32條IO腳；4.完全兼容keilC51UV2調(diào)試環(huán)境,可以通過(guò)UV2環(huán)境進(jìn)行單步,斷點(diǎn),全速等操作；5.可以使用C51語(yǔ)言或者ASM匯編語(yǔ)言進(jìn)行調(diào)試；6.可以非常方便地進(jìn)行所有變量觀察,包括鼠標(biāo)取值觀察,即鼠標(biāo)放在某變量上就會(huì)立即顯示出它此的值；7.可選使用用戶晶振，支持0－40MHZ晶振頻率；8.片上帶有768字節(jié)的xdata,您可以在仿真時(shí)選使用他們,進(jìn)行xdata的仿真；9.可以仿真雙DPTR指針；10.可以仿真去除ALE信號(hào)輸出.；11.自適應(yīng)300-38400bps的所有波特率通訊；12.體積非常細(xì)小,非常方便插入到用戶板中.插入時(shí)緊貼用戶板,沒(méi)有連接電纜,這樣可以有效地減少運(yùn)行中的干擾,避免仿真時(shí)出現(xiàn)莫名其妙的故障；13.仿真插針采用優(yōu)質(zhì)鍍金插針,可以有效地防止日久生銹,選擇優(yōu)質(zhì)園腳IC插座，保護(hù)仿真插針，同時(shí)不會(huì)損壞目標(biāo)板上的插座.；14.仿真時(shí)監(jiān)控和用戶代碼分離,不可能產(chǎn)生不能仿真的軟故障；15.RS-232接口不計(jì)成本采用MAX202集成電路,串行通訊穩(wěn)定可靠,絕非一般三極管的簡(jiǎn)易電路可比。51單片機(jī)功能限制仿真器占用單片機(jī)串口及定時(shí)器2，與KeilC(PC)通訊，故不支持串口及定時(shí)器2的仿真功能。全速運(yùn)行時(shí)單片機(jī)串口及定時(shí)器2可供用戶使用。51單片機(jī)使用方法1．將仿真器插入需仿真的用戶板的CPU插座中，仿真器由用戶板供電；2．將仿真器的串行電纜和PC機(jī)接好，打開(kāi)用戶板電源；3．通過(guò)KeilC的IDE開(kāi)發(fā)仿真環(huán)境UV2下載用戶程序進(jìn)行仿真、調(diào)試。51單片機(jī)硬件說(shuō)明1、使用用戶板的晶振：仿真器晶振旁有兩組跳線用來(lái)切換內(nèi)部晶振和用戶板晶振，當(dāng)兩個(gè)短路塊位于仿真器晶振一側(cè)時(shí)，默認(rèn)使用仿真板上的晶振（11.0592MHz）,當(dāng)兩個(gè)短路塊位于電容一側(cè)時(shí)，使用用戶板的晶振。2、為便于調(diào)試帶看門狗的用戶板，仿真器的復(fù)位端未與用戶板復(fù)位端相連；故仿真器的復(fù)位按鈕只復(fù)位仿真器，不復(fù)位用戶板；若要復(fù)位用戶板，請(qǐng)使用用戶板復(fù)位按鈕。1.設(shè)計(jì)背景及要求

1.1

設(shè)計(jì)背景

1.1.1嵌入式的定義與特點(diǎn)

嵌入式系統(tǒng)的定義

按照歷史性、本質(zhì)性、普遍性要求，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)定義為：“嵌入到對(duì)象體系中的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”?！扒度胄浴?、“專用性”與“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”是嵌入式系統(tǒng)的三個(gè)基本要素。對(duì)象系統(tǒng)則是指嵌入式系統(tǒng)所嵌入的宿主系統(tǒng)。

嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)

嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)與定義不同，它是由定義中的三個(gè)基本要素衍生出來(lái)的。不同的嵌入式系統(tǒng)其特點(diǎn)會(huì)有所差異。與“嵌入性”的相關(guān)特點(diǎn)：由于是嵌入到對(duì)象系統(tǒng)中，必須滿足對(duì)象系統(tǒng)的環(huán)境要求，如物理環(huán)境（小型）、電氣/氣氛環(huán)境（可靠）、成本（價(jià)廉）等要求。與“專用性”的相關(guān)特點(diǎn)：軟、硬件的裁剪性；滿足對(duì)象要求的最小軟、硬件配置等。與“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”的相關(guān)特點(diǎn)：嵌入式系統(tǒng)必須是能滿足對(duì)象系統(tǒng)控制要求的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。與上兩個(gè)特點(diǎn)相呼應(yīng)，這樣的計(jì)算機(jī)必須配置有與對(duì)象系統(tǒng)相適應(yīng)的接口電路。嵌入式系統(tǒng)的種類與發(fā)展

按照上述嵌入式系統(tǒng)的定義，只要滿足定義中三要素的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，都可稱為嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)按形態(tài)可分為設(shè)備級(jí)（工控機(jī)）、板級(jí)（單板、模塊）、芯片級(jí)（MCU、SoC）。

有些人把嵌入式處理器當(dāng)作嵌入式系統(tǒng)，但由于嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，因此，只有將嵌入式處理器構(gòu)成一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并作為嵌入式應(yīng)用時(shí)，這樣的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)才可稱作嵌入式系統(tǒng)。

嵌入式系統(tǒng)與對(duì)象系統(tǒng)密切相關(guān)，其主要技術(shù)發(fā)展方向是滿足嵌入式應(yīng)用要求，不斷擴(kuò)展對(duì)象系統(tǒng)要求的外圍電路（如ADC、DAC、PWM、日歷時(shí)鐘、電源監(jiān)測(cè)、程序運(yùn)行監(jiān)測(cè)電路等），形成滿足對(duì)象系統(tǒng)要求的應(yīng)用系統(tǒng)。因此，嵌入式系統(tǒng)作為一個(gè)專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，要不斷向計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)展。因此，可以把定義中的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)引伸成，滿足對(duì)象系統(tǒng)要求的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展道路

嵌入式系統(tǒng)雖然起源于微型計(jì)算機(jī)時(shí)代，然而，微型計(jì)算機(jī)的體積、價(jià)位、可靠性都無(wú)法滿足廣大對(duì)象系統(tǒng)的嵌入式應(yīng)用要求，因此，嵌入式系統(tǒng)必須走獨(dú)立發(fā)展道路。這條道路就是芯片化道路。將計(jì)算機(jī)做在一個(gè)芯片上，從而開(kāi)創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展的單片機(jī)時(shí)代。

在探索單片機(jī)的發(fā)展道路時(shí)，有過(guò)兩種模式，即“∑模式”與“創(chuàng)新模式”?！啊颇Ｊ健北举|(zhì)上是通用計(jì)算機(jī)直接芯片化的模式，它將通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的基本單元進(jìn)行裁剪后，集成在一個(gè)芯片上，構(gòu)成單片微型計(jì)算機(jī)；“創(chuàng)新模式”則完全按嵌入式應(yīng)用要求設(shè)計(jì)全新的，滿足嵌入式應(yīng)用要求的體系結(jié)構(gòu)、微處理器、指令系統(tǒng)、總線方式、管理模式等。Intel公司的MCS-48、MCS-51就是按照創(chuàng)新模式發(fā)展起來(lái)的單片形態(tài)的嵌入式系統(tǒng)（單片微型計(jì)算機(jī)）。MCS-51是在MCS-48探索基礎(chǔ)上，進(jìn)行全面完善的嵌入式系統(tǒng)。歷史證明，“創(chuàng)新模式”是嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展的正確道路，MCS-51的體系結(jié)構(gòu)也因此成為單片嵌入式系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)體系。下面我就用51單片機(jī)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，仿真，從而了解嵌入式的基本含義。1.2設(shè)計(jì)要求

試用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器或者單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的秒表，能顯示計(jì)時(shí)狀態(tài)和結(jié)果。我設(shè)計(jì)的秒表分辨率為0.01秒，能實(shí)現(xiàn)暫停和復(fù)位的功能，當(dāng)秒表記完60秒后又重新開(kāi)始從零開(kāi)始計(jì)時(shí)。

1.3設(shè)計(jì)任務(wù)

畫出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

畫出電路原理圖。寫出詳細(xì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書，要求字跡工整，原理敘述正確，會(huì)計(jì)算主要元器件的一些參數(shù)，并選擇元器件。

4）畫圖要求：畫圖規(guī)范化，圖形清晰，符號(hào)大小統(tǒng)一，線條均勻，最好用PROTEL軟件畫圖。

5）列出元件明細(xì)表附在說(shuō)明書的后面。6）若選擇采用單片機(jī)(任選)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)，則要求編寫應(yīng)用軟件，附程序源代碼；若選擇采用電子電路實(shí)現(xiàn)，則軟件不作要求。2.方案論證

秒表的設(shè)計(jì)可以用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)，也可以用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。數(shù)字電路設(shè)計(jì)的電路在較早時(shí)候就已經(jīng)有了相當(dāng)成熟的技術(shù)，但是隨著科技的發(fā)展，單片機(jī)的問(wèn)世使得在單片機(jī)控制下的秒表不僅在精度上更優(yōu)良，而且在計(jì)數(shù)能力上更加有優(yōu)越性。基于單片機(jī)的秒表勢(shì)必要取代數(shù)字電路為依托的秒表成為時(shí)代的主流。下面分別對(duì)兩種方案進(jìn)行比較論證。2.1數(shù)字電路的設(shè)計(jì)

秒表數(shù)字電路設(shè)計(jì)由啟動(dòng)、清零復(fù)位電路、多諧振蕩電路、分頻計(jì)數(shù)電路、譯碼顯示電路等組成，原理框圖如圖2.1所示：圖2.1數(shù)字電路方案原理圖2.2單片機(jī)電路的設(shè)計(jì)

第二種設(shè)計(jì)是應(yīng)用了單片機(jī)的集成效果。不需要復(fù)雜的數(shù)字電路，僅需要簡(jiǎn)單的接線就可以實(shí)現(xiàn)秒表的計(jì)時(shí)，而且精度更加高。2.3方案比較

數(shù)字電子秒表具有顯示直觀、讀取方便、精度高等優(yōu)點(diǎn)，在計(jì)時(shí)中廣泛使用。數(shù)字電路雖然不需要進(jìn)行軟件編程，但是使用的硬件非常多，使用的空間很大，電路非常復(fù)雜，從經(jīng)濟(jì)上講也不是很劃算。在現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上，如果還是選擇運(yùn)用數(shù)字電路，不僅成本上不經(jīng)濟(jì)，而且效果不佳。

基于單片機(jī)的數(shù)字秒表，利用了單片機(jī)的定時(shí)功能，僅需要少量的接線，再加上軟件編程控制。這樣不僅節(jié)省了花費(fèi)，而且從技術(shù)上講更加有技術(shù)含量，不僅提高了技術(shù)的精度，也很大程度上提高了秒表的可靠性以及適應(yīng)性，使得秒表的計(jì)數(shù)范圍更廣，而且更容易修改，因?yàn)樵谛薷臅r(shí)僅需要修改部分程序和部分接線就可以實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)方式以及計(jì)數(shù)范圍的改變。

通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)單片機(jī)使用的硬件較少，而且計(jì)時(shí)的精度也很高，節(jié)省了大量的空間。綜上可知單片機(jī)設(shè)計(jì)的秒表性能優(yōu)越，這次簡(jiǎn)單秒表的設(shè)計(jì)應(yīng)選擇使用單片機(jī)設(shè)計(jì)的方案。總體設(shè)計(jì)思想

3.1

硬件框圖

本系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)為中心器件，利用其定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)和記數(shù)的原理，結(jié)合硬件電路如電源電路，晶振電路，復(fù)位電路，顯示電路，以及一些按鍵電路等來(lái)設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)器，將軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。其中軟件系統(tǒng)采用匯編語(yǔ)言編寫程序，包括顯示程序，中斷，延時(shí)程序，按鍵消抖程序等，硬件系統(tǒng)利用PROTEUS強(qiáng)大的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)單切易于觀察，在仿真中就可以觀察到實(shí)際的工作狀態(tài)。圖3.1硬件結(jié)構(gòu)框圖3.2秒表組成電路設(shè)計(jì)

3.2.1晶體振蕩電路

MCS--51單片機(jī)內(nèi)部的振蕩電路是一個(gè)高增益反相放大器，引線XTAL1和XTAL2分別為反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入和來(lái)自反向振蕩器的輸出，該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。

這里，我們選用51單片機(jī)12MHZ的內(nèi)部振蕩方式，電路如下：電容器C1，C2起穩(wěn)定振蕩頻率，快速起振的作用，C1和C2可在20-100PF之間取,這里取30P，接線時(shí)要使晶體振蕩器X1盡可能接近單片機(jī)。圖3.2振蕩電路3.2.2按鍵操作電路

本設(shè)計(jì)共設(shè)計(jì)了開(kāi)始、暫停鍵，復(fù)位鍵。這可以提高秒表的工作效率。在P1口通過(guò)接地處理，并在地與P1口之間加上一個(gè)點(diǎn)動(dòng)的按鈕，就可以用一個(gè)按鈕實(shí)現(xiàn)兩種功能，即既可以當(dāng)作開(kāi)始鍵又可以當(dāng)作暫停鍵。這樣一鍵多用，簡(jiǎn)化了電路而且不會(huì)影響電路的工作效果。

圖3.3開(kāi)始/暫停電路連接圖采用上電+按鍵復(fù)位電路，上電后，由于電容充電，使RST持續(xù)一段高電平時(shí)間。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行之中時(shí)，按下復(fù)位鍵也能使用使RST持續(xù)一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電加開(kāi)關(guān)復(fù)位的操作。這不僅能使單片機(jī)復(fù)位，而且還能使單片機(jī)的外圍芯片也同時(shí)復(fù)位。當(dāng)程序出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，可以隨時(shí)使電路復(fù)位。圖3.4復(fù)位電路接線圖3.2.3顯示電路

顯示電路既可以選用液晶顯示器，也可以選用數(shù)碼管顯示。我們采用的是數(shù)碼管顯示電路。用2個(gè)共陽(yáng)極LED顯示，LED是七段式顯示器，內(nèi)部有7個(gè)條形發(fā)光二極管和1個(gè)小圓點(diǎn)發(fā)光二極管組成，根據(jù)各管的亮暗組合成字符。

在用數(shù)碼管顯示時(shí)，我們有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種選擇，靜態(tài)顯示程序簡(jiǎn)單，顯示穩(wěn)定，但是占用端口比較多；動(dòng)態(tài)顯示所使用的端口比較少，可以節(jié)省單片機(jī)的I/O口。在設(shè)計(jì)中，我們采用LED動(dòng)態(tài)顯示，用P0口驅(qū)動(dòng)顯示。由于P0口的輸出級(jí)是開(kāi)漏電路，用它驅(qū)動(dòng)時(shí)需要外接上拉電阻才能輸出高電平。圖3.5顯示電路接線圖軟件設(shè)計(jì)

為了便于程序的閱讀和設(shè)計(jì)以及修改，將軟件程序分為幾個(gè)模塊。在軟件設(shè)計(jì)中，一般也會(huì)采用模塊化的程序設(shè)計(jì)方法，它具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。把一個(gè)多功能的復(fù)雜的程序劃分為若干個(gè)簡(jiǎn)單的、功能單一的程序模塊，有利于程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試，有利于程序的優(yōu)化和分工，提高了程序的閱讀性和可靠性，使程序的結(jié)構(gòu)層次一目了然。

4.1暫停子程序

JILU:MOV

A,20HMOV

@R1,

A

INC

R1DJNZ

50H,

HEREMOV

R1,

#71H

MOV

50H,

#04H

MOV

51H,

#04H

SJMP

STOP4.2停止子程序

按鍵后，使秒表停止，即關(guān)閉定時(shí)器0，1，程序如下：STOP:

CLR

TR0CLR

TR1；關(guān)閉定時(shí)器0，1

ACALL

DISP；顯示4.3顯示子程序DISP:MOV

R0,#30HMOV

R3,

#0FEHMOV

A,

R3

PLAY:MOVP2,

A

MOV

A,@R0

MOV

DPTR,

#DSEG1MOVC

A,@A+DPTRMOV

P0,

ALCALL

DL1MOV

P2,

#0FFHMOV

A,

R3RL

AJNB

ACC.2,

LD1INC

R0MOV

R3,

A

LJMP

PLAYLD1:

RETDL1:

MOV

R7,

#05HDL:

MOV

R6,

#0FFHDL6:

DJNZ

R6,

$DJNZ

R7,

DL

RET4.4延時(shí)子程序DELAY10:MOV

R4,#14H

DL00:MOV

R5,

#0FFHDL11:DJNZ

R5,

DL11

DJNZ

R4,

DL00

RET4.5按鍵消抖程序L1:

JB

P1.1,L2

ACALL

DELAY10

JB

P1.1,

L2

JNB

P1.1,

$

LJMP

KJIAN5.小結(jié)與體會(huì)能力拓展訓(xùn)練使得我們又一次熟悉了已學(xué)的數(shù)字電路和先學(xué)的單片機(jī)的應(yīng)用。通過(guò)這次能力拓展使我們的動(dòng)手能得到了提升，而且學(xué)會(huì)了獨(dú)立完成一