基于单片机的数字秒表系统设计
1.引言
在科技高度发展的今天，集成电路和计算机应用得到了高速发展。尤其是计算机应用的发展，它在人们日常生活中已经崭露头角。大多数电子产品多是由计算机电路组成，如：手机、MP3等。而且将来的不久它们的身影将会更频繁的出现在我们身边，各种家用电器多会实现微电脑技术。电脑各部分在工作时多是以时间为基准的。本文就是基于计算机电路的时钟脉冲信号、状态控制等原理设计出来的数字秒表，秒表在很多领域充当一个很重要的角色。在各种比赛中对秒表的精确度要求更高，尤其是一些科学实验，它们对时间精确度达到了几纳秒的要求。
本设计是设计一个单片机控制的数字电子秒表本秒表采用8051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、电源电路、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，使得系统能够实现两位LED显示，显示时间为00～99秒，每秒自动加1，能正确地进行计时，且具有快加功能。其软件系统采用汇编语言编写程序，包括显示程序，定时中断服务，快加程序，外部中断服务程序，延时程序等，并在keil下调试通过，硬件电路通过proteus模拟连接，并与软件相结合，调试修改，使达到预期的目的。
2.设计方案及原理
2.1该数字秒表所要实现的功能。
设计一个秒表，按“开始”按键，开始计数，数码管显示从00每秒自动加一；按“复位”按键，系统清零，数码管显示00；按“暂停”按键，系统暂停计数，数码管显示当前的计数；按“快加”按键，系统每10ms快速加一，即数码管显示在原先的计数上快速加一。
（1）使用两位数码管显示，显示时间00~99秒；
（2）正常计数时，每秒自动加一；
（3）一个开始按键，一个复位按键，一个暂停按键和一个快加按键；
（4）实现计数、复位、清零和快加功能；
（5）单片机通电后，首先初始化，然后进行对按键扫描。开始键用来控制秒表工作的开始；暂停键用来暂停程序的运行；快加键控制快速计数的开始，利用暂停键停止；复位键是用来对程序复位用的，当程序出现死循环或想从00开始重新计时，按下复位键可返回程序开始，重新执行。
2.2该设计要求进行计时并在数码管上显示时间。
（1）引脚应用说明。
1）利用MCS系列单片机微机仿真实验系统中的芯片8051中的P3.2管脚作为外部中断0的入口地址，并实现“开始”按键的功能（如图2.1）；
2）将P3.3作为外部中断1的入口地址，并实现“清零”按键的功能；
3）使用P0口作为段码数据输出控制口，74LS164用作驱动输出控制，P1.1、P1.2口分别实现暂停、快加的功能。
图2.1MCS—51单片机引脚图
（2）显示电路。
1）显示电路由两位共阴极数码管组成。使用定时器T0实现10ms的定时，进行快加延时；当想实现正常计数时的1s延时，只需要实现40次25ms的定时器T1控制延时就可以实现。其中“开始”按键当开关由1拨向0时开始计时；“清零”按键当开关由1拨向0时数码管清零，此时若再拨“开始”按键则又可重新开始计时。
2）初始状态下计时器显示00，当按下开始键时，外部中断INT0向CPU发出中断请求，CPU转去执行外部中断0服务程序，即开启定时器T0，并且进行100次计数，当到100次时，即延时1s时，产生一个中断信号，向CPU发出请求，执行计数器加一且送往数码管显示。在计时过程中，只要按下暂停键，即根据P1.0口电平变化去执行控制程序，关断定时器T0和T1，调用显示子程序，实现暂停功能。在按下暂停键时，将此时的计时时间存入中间缓存区，当再次按下开始键时，则讲中间缓存区的数据转入最终缓存区。
3）计时采用定时器T1中断完成，定时溢出中断周期为25ms，并同时进行40
次计数，当有溢出时，会产生中断信号，向CPU发出中断请求，每发出一次中断请求就对计数单元低位进行加一，达到10次就对高位进行加一，送数码管显示，依此类推，直到99秒后再加一后返回00，重新开始。
数码管显示电路采用动态扫描的方式，由于数码管采用共阴极的接法，当位选信号为高电平时，该位选通，P0口中的数据送到该段上显示，节省接口资源，又能实时动态的性能。
4）按键的处理。这四个键可以采用中断的方法，也可以采用扫描的方法来识别。复位键和开始键功能在于使程序从头执行，对于时间的要求即单片机上电初始化时的值00；而停止键则要用于对时间的锁定，需要比较准确的控制；而对于快加键，当检测到有快加信号时，则启动定时器T0, 完成一个周期定时时产生一个溢出中断请求，向CPU发送请求，每发一次就对计数单元低位进行加一操作，达到10次就对高位进行加一操作，送数码管显示，依次循环；同时检测是否有暂停信号，有暂停信号时，跳出快加程序，执行显示子程序。因此可以对暂停和快加按键采取扫描的方式,而对开始和复位键采用外部中断的方式。
3.硬件设计
3.1数字秒表硬件设计的基本要求
（1）数字电子秒表具有显示直观、读取方便、精度高等优点，在计时中广泛使用。本设计用单片机组成数字电子秒表，力求结构简单、精度高为目标。
（2）设计中包括硬件电路的设计和系统程序的设计。其硬件电路主要有主控制器，计时与显示电路和回零、启动和快加电路等。主控制器采用单片机8051，显示电路采用两位共阴极LED数码管显示计时时间。
（3）本设计利用8051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和复位的功能。P0口输出段码数据，74LS164用作驱动输出，P1.1、P1.2、P3.2、P3.3口接四个按钮开关，分别实现暂停、快加、开始和复位功能。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。硬件电路图按照图3.1进行设计。主电路见附录。
图3.1 数字秒表硬件电路基本原理图
根据要求知道秒表设计主要实现的功能是计时和显示。本设计中，数码管显示的数据存放在存单元11H和12H中。其中12H存放低位数据，11H存放高位数据，每一地址单元均为十进制BCD码。由于采用软件动态扫描实现数据显示功能，
