基于单片机控制的多功能计时器系统的设计与实现.pdf

第一章系统的总体设计

1。1功能要求

本系统要求能能完成电子时钟显示，调整，节能运行，电子秒
表记数等多种功能，由按键电路或遥控电路完成功能的设置，秒表
／时钟计时器要求用六位LED数码管显示时、分、秒,以24h（小
时）计时方式。使用按键开关或遥控开关可实现时分调整、秒表／
时钟功能转换、省电（关闭显示)等功能。
1.2方案论证

为了实现LED显示器的数字显示，可以采用静态显示法和动态
显示法.由于静态显示法需要数据锁存器等硬件，接口复杂一些。
考虑时钟显示只有六位，且系统没有其它复杂的处理任务，所以决
定采用动态扫描法实现LED的显示.单片机采用易购的AT89C51系
列,这样单片机可具有足够的空余硬件资源实现其它的扩充功能，
如考虑到要使用电池供电的话，则可采用LV系列单片机。硬件系
统的总体构成框架如图1所示。

图1单片机控制的多功能计时器系统的设计总体框图
1。3系统总体设计

本单片机控制的多功能计时器系统,采用单片机作为控制核心,
具有控制灵活，简单可靠，造价便宜等诸多优点.单片机虽然是一
个五脏俱全的计算机，但由于本身无开发能力,必须借肋开发工具
来开发应用软件以及对硬件系统进行诊断.因此，我们要研制一个
较完整的单片机产品时，必须完成以下几步工作:
硬件电路设计、组装、调试
应用软件的编制、调试
应用软件的链接调试、固化、脱机运行（即脱离开发装置).
本单片机控制系统的开发过程包括总体设计、硬件设计、软件
设计等几个阶段，但各阶段不是绝对分开的，有时是交叉进行的.

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本系统在设计上特点有如下所示
1）系统硬件结构结合应用软件方案一并考虑。因为硬件结
构与软件设计方案会产生相互影响，我们考虑的原则是:软件能实
现的功能尽可能由软件来实现，以简化硬件结构。但必须注意如用
软件来实现的硬件功能，其响应时间要比直接用硬件来实现花的时
间长，而且占用CPU时间。因此,选择软件方案时,要考虑到这此因
素。
2）整个系统中相关的器件要尽可能做到性能匹配。
3）可靠性及抗干扰设计是硬件系统设计不可缺少的一部
分，它包括芯片、器件选择、去耦滤波、印刷电路板布线、通道隔
离等。
4）单片机外接电路较多时,必须考虑其驱动能力。驱动能力
不足时,系统工作不可靠,解决的办法是增加驱动能力，增设线驱动
器或者减少芯片功耗,降低总线负载。
本电路的硬件设计包括：加1电路、减1电路、复位电路、振
荡电路与驱动电路、显示电路等。
在完成各个单元电路的设计与调试后，我们与软件系统进行了
联调，且达到了一个较为理想的结果.单片机控制的多功能计时器
系统总体开发与设计的流程图
如图2所示。

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图2单片机控制的多功能计时器系统总体开发与设计的流程图

第二章系统硬件电路设计

2。1硬件系统设计应考虑的问题

本单片机控制的多功能计时器系统在硬件系统设计上主要考虑下
列几点:
（1）尽可能选择典型电路
（2)系统的扩充与外围装置,应充分满足应用系统的要求，并
留一些扩充槽，以便进行二次开发。
(3)硬件结构应结合应用软件一并考虑。软件有执行的功能尽
可能由软件来执行,以简化硬件结构。但必须注意，由软件执行硬
件的功能，其响应时间比直接使用硬件要长，且占用CPU时间。
(4)整个系统器件尽可能做到性能匹配。
（5）可靠性及抗干扰设计是硬件设计极其重要的部分,包括
器件选择、电路板布线、通道隔离等。
（6)单片机微处理器外接电路较多时，必须考虑其驱动能力，
驱动能力不足时，系统工作不可靠。解决办法是增加驱动能力，或
减少IC功耗，降低总线负载.
2。2电路各部分硬件电路介绍

1)单片机控制的多功能计时器系统的设计总体框图如图3所
示。

图3单片机控制的多功能计时器系统的设计总体框图
2）控制核心采用目前较为流行的、且价格低廉的89C51为控制
核心，主要包括:单片机电路、加1电路、减1电路、复位电路、
振荡电路、数字驱动与显示电路,下面我们一一进行阐明.硬件电路
原理图如图4所示。

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图4硬件电路原理图

2.2.1单片机AT89C51及其特点

本系统以单片机AT89C51为控制核心，AT89C51是一种带4K
字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammable
andErasableReadOnlyMemory）的低电压,高性能CMOS8位微处
理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100
次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业
标准的MCS—51指令集和输出管脚相兼容.由于将多功能8位CPU
和闪烁存储器组合在单个芯片中，

ATMEL的AT89C51是一种高效微控制
器。AT89C单片机为很多嵌入式控制
系统提供了