一种基于单片机的数字电子秒表的设计

一种基于单片机的数字电子秒表的设计

技术领域

本发明专利涉及单片机技术领域，具体涉及一种基于单片机的数字电子秒表的设 计。

背景技术

秒表计时器是电器制造，工业自动化控制、国防、实验室及科研单位理想的计时仪 器，它广泛应用于各种继电器、电磁开关，控制器、延时器、定时器等的时间测试。

奥运男子百米飞人大战中，牙买加飞人博尔特以9秒69的成绩夺得冠军。而博尔特 冲过终点的瞬间，荧屏显示其成绩为9秒68。相差的这个0.01秒，系由电子计时系统确认。

奥运会男子100米蝶泳决赛上，美国选手菲尔普斯以50秒58的成绩惊险夺冠，距离 “八金梦想”仅一步之遥。塞尔维亚选手查维奇以50.59秒获得银牌，只比菲尔普斯慢0.01 秒。这种细微的差距，即使是现场大屏幕用经典超慢镜头回放，也无法分辨。

2004年8月28日15点15分，中国选手孟关良/杨文军在雅典奥运会男子500米划艇 决赛中，以1分40秒278的成绩获得中国在雅典奥运会的第28金。这是中国皮划艇项目的第 一枚奥运金牌，也是中国水上项目在历届奥运会上所获得的第一枚金牌。孟关良/杨文军的 成绩比获得银牌的古巴选手只快了 0.072秒，以至于两人在夺冠之后还不敢相信。

自首届现代奥运会在希腊雅典举办以来，奥运计时技术一直在不断地向前发展。 一百多年过去了，首届现代奥运会上计时所用的跑表如今换成了一系列高科技计时装 置， 如高速数码摄像机、电子触摸垫、红外光束、无线应答器等等。鉴于当今计时技术的快速发 展，即便千分之一秒的毫微差距，也决定着冠军的归属。

在现在的体育竞技比赛中，随着运动员的水平不断提高，差距也在不断缩小。有些 运动对时间精度的要求也越来越高，有时比赛冠亚军之间的差距只有几毫秒，因此就需要 高精度的秒表来记录成绩。

发明专利内容

本发明专利涉及一种基于单片机的数字电子秒表的设计，本发明采用AT89C52单片机 为中心器件，利用其定时器/计数器定时和记数的原理，结合显示电路、LED数码管以及外部 中断电路来设计计时器。将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够实现五位LED显示，显示 时间为0～99.999秒，计时精度为0.001秒，能正确地进行计时，同时能记录一次时间，并在 下一次计时后对上一次计时时间进行查询。

附图说明

图1：数字秒表硬件电路基本原理图。

图2：单片机引脚图。

图3：显示电路基本原理图。

图4：按键电路图。

图5：内部振荡电路图。

具体实施方式

为了使本发明专利的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施 例，对本发明专利进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释 本发明专利，并不用于限定本发明专利。

本发明专利涉及一种基于单片机的数字电子秒表的设计，本发明采用AT89C52单 片机为中心器件，利用其定时器/计数器定时和记数的原理，结合显示电路、LED数码管以及 外部中断电路来设计计时器。将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够实现五位LED显示， 显示时间为0～99.999秒，计时精度为0.001秒，能正确地进行计时，同时能记录一次时间， 并在下一次计时后对上一次计时时间进行查询。

进一步的，本发明利用AT89C52单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，使其 能精确计时。利用中断系统使其能实现开始暂停的功能。P0口输出段码数据，P2.0-P2.4口 作列扫描输出，P1.1、P3.2、P3.3、P2.5口接四个按钮开关，分别实现开始、暂停、清零和查看 上次计时时间功能。电路原理图设计最基本的要求是正确性，其次是布局合理，最后在正确 性和布局合理的前提下力求美观。硬件电路按照图1进行设计。根据要求知道秒表设计主要 实现的功能是计时和显示。因此设置了四个按键和五位数码管显示时间，三个按键分别是 开始，停止、复位和查看上次计时时间按键。利用这四个建来实现秒表的全部功能，而五位 数码管则能显示最多99.999秒的计时。

进一步的，本发明在选取单片机时，充分借鉴了许多成形产品使用单片机的经验， 并根据自己的实际情况，选择了ATMEL公司的AT89S51。AT89C52P为40 脚双列直插封装的8 位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相 同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部 接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及 与主板CPU通信等。AT89S52单片机采用40引脚的双列直插封装方式。图2为引脚排列图， 40 条引脚说明如下：

（1） Vss接地；

（2）Vcc正常操作时为+5伏电源；

（3）XTAL1内部振荡电路反相放大器的输入端，是外接晶体的一个引脚。当采用外部振 荡器时，此引脚接地；

（4） XTAL2内部振荡电路反相放大器的输出端。是外接晶体的另一端。当采用外部振荡 器时，此引脚接外部振荡源。

进一步的，数码管显示可以分为静态显示和动态显示两种。由于本设计需要采用 五位数码管显示时间，如果静态显示则占用的口线多，硬件电路复杂。所以采用动态显示。 显示电路基本原理如图3所示，动态显示是一位一位地轮流点亮各位数码管，这种逐位点亮 显示器的方式称为位扫描。通常各位数码管的段选线相应并联在一起，由一个8位的I/O口 控制；各位的公共阴极位选线由另外的I/O口线控制。动态方式显示时，各数码管分时轮流 选通，要使其稳定显示必须采用扫描方式，即在某一时刻只选通一位数码管，并送出相应的 段码，在另一时刻选通另一位数码管，并送出相应的段码，依此规律循环，即可使各位数码 管显示将要显示的字符，虽然这些字符是在不同的时刻分别显示，但由于人眼存在视觉暂 留效应，只要每位显示间隔足够短就可以给人同时显示的感觉。

进一步的，本发明中有四个按键，分别实现开始、暂停、复位和查看功能。这三个键 可以采用中断的方法，也可以采用查询的方法来识别。对于复位键和查看键，主要功能在于 数值复位和对上次计时时间的查看，对于时间的要求不是很严格，而开始和暂停键主要用 于时间的锁定，需要比较准确的控制。因此可以考虑，对复位键和查看键采用查询的方式， 而对于开始和暂停键采用外部中断。四个按键均采用低电平有效，具体电路连接图如图4所 示，当按键没有按下时，单片机的I/O口直接连接电源，因此需要接上拉电阻来进行限流，本 设计中选取阻值为2kΩ 的电阻作为上拉电阻，根据计算可知此时的灌电流为2.5mA，查看 AT89C52的资料得知次电流在安全范围内，符合安全设计要求。

进一步的，单片机的时钟信号用来提供单片机内各种微操作的时间基准，89S52片 内设有一个由反向放大器所构成的振荡电路，XTAL1和 XTAL2分别为振荡电路的输入和输 出端，89S52单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式与外部振荡方式。 外部方式的时钟很少用，若要用时，只要将XTAL1接地，XTAL2接外部振荡器就行。对外部振 荡信号无特殊要求，只要保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的方波信号。时钟发生器 把振荡频率两分频，产生一个两相时钟信号P1和P2供单片机使用。P1在每一个状态S的前半 部分有效，P2在每个状态的后半部分有效。本设计采用的内部振荡方式，内部振荡方式所得 的时钟信号比较稳定，实用电路中使用较多。本设计只要按照图5所示电路进行设计连接就 能使系统可靠起振并能稳定运行。图中，电容器C1、C2起稳定振荡频率、快速起振的作用，电 容值一般为5～33pF。但在时钟电路的实际应用中一定要注意正确选择其大小，并保证电路 的对称性，尽可能匹配，选用正牌的瓷片或云母电容，如果可能的话，温度系数尽可能低。本 设计中采用大小为30pF的电容和12MHz的晶振。

进一步的，系统总电路由以上设计的显示电路，时钟电路，按键电路和复位电路组 成，只要将单片机与以上各部分电路合理的连接就组成了系统总电路。AT89C52单片机为主 电路的核心部分，各个电路均和单片机相连接，由单片机统筹和协调各个电路的运行工作。 AT89C52单片机提供了XTAL1和XTAL2两个专用引脚接晶振电路，因此只要将晶振电路接到 两个专用引脚即可为单片机提供时钟脉冲，但在焊接晶振电路时要尽量使晶振电路靠近单 片机，这样可以为单片机提供稳定的始终脉冲。

进一步的，本设计系统所用到的单片机端口数比较多，所以在这里将对数字电子 秒表的硬件资源的大概分配加以说明。片内RAM的分配、各功能键的定义以及各端口的分配 安排如表1所示。

表1 端口的分配安排表

进一步的，本系统程序主要模块由主程序、定时中断服务程序、外部中断0服务程序和 外部中断1服务程序组成。其中主程序是整个程序的主体，可以对各个中断程序进行调用， 协调各个子程序之间的联系。软件代码如下：

以上所述仅为本发明专利的较佳实施例而已，并不用以限制本发明专利，凡在本发明 专利的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明专利的保 护范围之内。