秒表倒计时

1.引言 (1)

2.总体设计方案 (1)

2.1 设计思路 (1)

2.1.1 方案确定 (1)

2.2 设计方框图 (2)

3. 设计原理分析 (2)

3.1 AT89S51芯片 (2)

3.1.1 管脚说明 (2)

3.2控制电路的设计 (3)

3.2.1 时钟频率电路的设计 (3)

3.2.2复位电路的设计 (4)

3.2.3键盘和LED数码管显示器 (4)

3.2.4驱动电路 (5)

3.2.5蜂鸣器电路的设计 (5)

4.软件设计 (6)

5.软、硬联调 (6)

6.结束语 (8)

参考文献 (8)

附录1：PCB图和仿真图 (9)

附录2：倒计时源程序 (10)

秒表倒计时显示电路

班级：应教072班

姓名：杜利红

摘要：近年来随着计算机在社会领域的渗透，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月异更新。在实时控制和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面

知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以做完善。

本系统由单片机系统、独立式键盘、蜂鸣器和LED数码管及驱动显示电路组成。装置利用AT89s51单片机直

接驱动LED数码管显示。通过按键控制设定倒计时时间，在通过中断控制系统开始倒计时。当倒计时时间到时，

由P1.3口驱动蜂鸣器发声报警。

该系统使用、功能灵活多样，可以对倒计时时间进行自由控制，可以广泛的应用于各种场所的控制设备。

关键词：单片机；LED数码管显示器；倒计时；报警

1.引言

近代人越来越习惯用逆向思维去打量时间，因此创造出“倒计时”的一种计时模式。现在倒计时器在生活非常有用,用单片机自制,不但电路简单,而且功能可根据需要自行设计。该设计是利用A T89S51单片机内部的定时/计数器、中断系统、以及行列键盘和LED显示器及驱动等部件来完成。数码管显示倒计时的时间，并能通过按键实现设置初始值时间、暂停和启动。

通过本次基于单片机的倒计时电路，可以了解、熟悉有关单片机开发设计的过程，并加深对单片机的理解和应用以及掌握单片机与外围接口的一些方法和技巧。

2.总体设计方案

该设计采用的是一种以AT89S51为核心的单片机控制方案。它由硬件设计和软件设计两部分组成，硬件设计主要包括单片机芯片AT89S51，数码管显示电路及其外围振荡复位电路；软件设计主要是实现可调倒计时程序的编写。外部振荡电路由一个晶振和两个非极性电容组成，给单片机提供稳定的脉冲，使其井然有序地工作。复位电路则在通电过程中通过按动按键给单片机复位管脚9一定时间的高电平，在正常工作状态下复位管脚为低电平。再利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/0端口及其控制的准确性。数码管显示器分别显示时间的时，分，秒。通过独立键盘设定倒计时的时间，倒计时到时，由蜂鸣器发出报警。

2.1 设计思路

本系统由单片机系统、独立式键盘、蜂鸣器和LED数码管显示及驱动电路组成。利用LED 数码管实现时—分—秒的倒计时的显示，通过键盘设定定时时间、修改定时时间，即每按下一个按键，单片机就能够检测到键盘的按键，并根据按键的位置通过程序来控制。从而实现初始值可调的功能。当计时结束时有警报提示。

2.1.1 方案确定

本设计是用单片机原理及其相关硬件的运用实现的倒计时，与数字电路相比，由于其功能的实现主要通过软件编程来实现，既减小了成本，也降低了硬件电路和焊接的复杂性。在编写程序的过程采用了定时程序和时间调整程序的编写方法。并且在时间的调整或设置过程中采用了短按进行调时、调分和调秒。既功能键的状态确定后，通过加1键或减1键来调整时、分、秒。从

而完成可调倒计时的功能。

2.2 设计方框图

该设计主要由控制电路、按键输入电路、LED输出显示电路以及报警电路组成。其总体的框架结构如图1所示。

图1 总体框图

3.设计原理分析

3.1 AT89S51芯片

3.1.1 管脚说明如2所示：

图2 AT89S51

(1)VCC：供电电压。

(2) GND ：接地。

(3) P0 口： P0口为一个8位漏极开路双向I/O口。每脚可吸收8TTL门电流。

当P0的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0口能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时，P0口作为

原码输入口，当FLASH进行校验时，P0口输出原码，此时P0外部必须被拉高。

(4)P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接受输出4TTL门

电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是内部上拉的缘故。在FLASH 编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

(5)P2口：P2口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个

TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部第八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

(6)P3 口 :P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当

P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流，这是由于上拉的缘故。

(7)RST: 复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

(8)ALE/PROG: 当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地址字节。在

FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1／6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而更注意的是：每当用EH作外部数据存储器，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上0。此时，ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁/PSEN止，置位无效。

(9)/PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次

/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不会出现。

(10)/EA/VPP: 当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器，不管是否有内部程序存储

器。注意加密方式一时，/EA将内部锁定为RESTE；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源。

(11)XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

(12)XTAL2:来自反向振荡器的输出。

3.2控制电路的设计

3.2.1 时钟频率电路的设计

单片机必须在时钟的驱动下才能工作。在单片机内部有一个时钟振荡电路，只要外界一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元，决定单片机的工作速度，时钟电路如图3所示：

图3 时钟电路

一般选用石英晶体振荡器。此电路在加电大约延迟10ms后振荡器起振，在XTAL2引脚产生幅度为 3 V 左右的正弦波时钟振荡，其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。电路中两个电容C1、C2的作用两个：一是帮助振荡起振；二是对振荡器的频率进行微调。C1、C2的典型值为20pf。

单片机在工作时，有内部振荡器产生或由外直接输入的送至内部控制逻辑单元的时钟信号的周期称为时钟周期。其大小是时钟信号频率的倒数，f 表示。图中的时钟频率为12MHZ ，即 f =12 MHZ ，则时钟周期为1/12 us。

3.2.2复位电路的设计

单片机的第九脚为硬件复位端，只要将该端持续4个机器周期的高电平即可实现复位，复位后单片机的各种状态都恢复到初始化状态，其电路图如图4所示：

图4 复位电路

图中由电阻R1和电解电容C3构成了复位电路。在通电瞬间，电容C3通过电阻R1,RST端出现正脉冲，用于复位。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。

3.2.3键盘和LED数码管显示器

本系统LED选用7SEG-MPX8-CC-BLUE,如图5所示。共有8个数码管，从右到左依次显示秒个位、秒十位、横线、分个位、分十位、横线、时个位、时十位。采用译码动态显示。按键处理设置为：如没有按键，则时钟正常倒计时。当按下 K0按键时，进入调秒状态，时钟停止走动；按K1和 K2可进行加1或减1操作；继续按K0键可分别进行分和小时的调整；最后按K0键将退出调整状态，时钟开始倒计时运行。

图5 7SEG-MPX8-CC-BLUE数码管

3.2.4驱动电路

我们选用74LS245来驱动LED数码管如图6所示，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。并且它还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。当片选端/CE 低电平有效时，“1”端=“0”，信号由 B 向 A 传输；（接收）“1”端=“1”，信号由 A 向 B 传输；（发送）当/CE为高电平时，A、B均为高阻态。

3.2.5

图7

图7 蜂鸣器电路

4软件设计

设计时可采用模块化程序设计方法。模块划分时应遵循下述原则：

（1）每个模块应具有独立的功能，能产生一个明确的结果。

（2）模块之间的控制参数应尽量简单，数据参数应尽量少。

（3）模块长度适中。

（4）根据模块的划分原则，将该程序划分为3个模块，如图8所示。

图8 程序框图

具体如下：

一上电，数码管显示初始时间，通过定时中断进行倒计时，且间隔1S。调用键盘扫描程序，判断是否有键按下。否则从新进行判断，是则可以进行秒、分、时的调整。调整完后，按调整后的进行倒计时。当秒为0时，分减一，秒为59。当分为0时，时减一，分为59。当时为0时，在判断分、秒是否为0，当全为0时，调用报警程序，使发出报警提示。总的程序流图如图9所示。

5软、硬联调

首先，用烧录器把在Keil C软件下生成的HEX文件烧录到AT89S51芯片中。烧录的步骤如下：选项AT89S5/串口设置、芯片/选择芯片型号是AT89S51、文件/装载/选择HEX文件、擦除、查空、编程、校验。

其次，根据原理图焊好电路。焊接完后检查电路是否正确、是否有虚焊，确定无误后接到5伏的稳压电源，倒计时开始。

图9 程序流程图

6 结束语

该倒计时是基于定时而设计的实现计时报警的装置。由键盘扫描、动态LED显示电路、报警三大部分构成。装置利用AT89S51单片机实现对计时时间的控制。同时装置还用一个由电平控制的报警装置，用以实现倒计时时间到时进行声音提示。

本装置的最大特点是：可操作性好而且方便。因为采用了独立式键盘控制，能够随时改变倒计时时间，所以装置能够应对不同的要求而做出相应的调整，以适应不同的环境。但也存在着许多缺点，如功能不够完善、实用性不强等等。

一般的倒计时并不是单独使用，可以与一些需要用到定时报警的大型装置相互配合使用，实现其自身的价值。定时报警装置越来越来受人们关注，根据所选用的器件不同，功能变得也越来越先进。所以，将单片机技术与实际结合起来，具有非常广阔的应用前景。

作为一名电子专业的学生，我觉得做单片机课程设计师非常有意义的，而且是十分必要的。在大学的校园里，我们课堂上掌握的仅仅是理论知识，如何去锻炼我们的实践能力？如何把我们所学的理论知识运用到实践中去呢？我想课程设计就给我们提供了这样一个实践平台。

在做本次设计的过程中，我也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过查阅大量的设计资料才得以明白一点。这更激发了我以后更加努力的兴趣。相信以后会做的更好。

参考文献

【1】李朝青.单片机原理与接口技术（第三版）[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.12

【2】楼然苗李光飞.单片机课程设计指导 [M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.7

【3】周坚.单片机轻松入门（第二版）[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.2

【4】汪道辉.单片机系统设计与实践 [M].北京：电子工业出版社，2006.5

【5】先锋工作室.单片机程序设计实例 [M].北京：清华大学出版社，2002

附录1 PCB图和仿真图如图10和图11

图10 PCB图

图11仿真图

附录2 倒计时源程序

#include

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

uchar code wei[]={0x7f,0xbf,0xdf,0xef,0xf7,0xfb,0xfd,0xfe};

uchar code duan[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; sbit s0=P1^0;

sbit s1=P1^1;

sbit s2=P1^2;

sbit beep=P1^3;

void delay(uint z);

void display();

void init();

void keyscan();

uchar shi,fen,miao,nam;

void main()

{

init();

while(1)

{

display();

keyscan();

beep=1;

if (miao==0&&fen==0&&shi==0)

{

beep=0;

TR0=0;

}

}

}

void delay(uint z)

{

uint i,j;

for (i=z;i>0;i--)

for (j=110;j>0;j--);

}

void display()

{

uchar s,g;

s=miao/10;

g=miao%10;

P3=wei[0];

P2=duan[g];

delay(1);

P3=wei[1];

P2=duan[s];

delay(1);

s=fen/10;

g=fen%10;

P3=wei[2];

P2=0x40;

delay(1);

P3=wei[3];

P2=duan[g];

delay(1);

P3=wei[4];

P2=duan[s];

delay(1);

s=shi/10;

g=shi%10;

P3=wei[5];

P2=0x40;

delay(1);

P3=wei[6];

P2=duan[g];

delay(1);

P3=wei[7];

P2=duan[s];

delay(1);

}

void init()

{

miao=10;

fen=1;

shi=0;

EA=1;

ET0=1;

TMOD=0X01;

TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; TR0=1;

}

void timer() interrupt 1 {

TH0=(65536-50000)/256;

TL0=(65536-50000)%256; nam++;

if (nam==20)

{

nam=0;

if (miao==0)

{

miao=60;

if (fen==0)

{

fen=60;

if (shi==0)

shi=24;

shi--;

}

fen--;

}

miao--;

}

}

void keyscan()

{

uchar key,num;

if (s0==0)

{

delay(5);

if (s0==0)

{

key++;

if (key==4)

key=0;

}

while(!s0)

display(); }

if (s1==0)

{

delay(5);

if (s1==0)

{

num=1;

}

while(!s1)

display();

}

if (s2==0)

{

delay(5);

if (s2==0)

{

num=2;

}

while(!s2)

display(); }

switch(key)

{

case 0:TR0=1;break; case 1:TR0=0;

if (num==1)

{

num=0;

miao++;

if (miao>=60)

miao=0;

display();

}

if (num==2)

{

num=0;

if (miao==0)

miao=60;

miao--;

display();

}

break;

case 2:

if (num==1)

{

num=0;

fen++;

if (fen>=60)

fen=0;

display();

}

if (num==2)

{

num=0;

if (fen==0) fen=60;

fen--;

display(); }

break;

case 3:

if (num==1) {

num=0;

shi++;

if (shi>=24) shi=0;

display(); }

if (num==2) {

num=0;

if (shi==0) shi=24;

shi--;

display(); }

break;

}

}