3 数字式秒表硬件系统的设计

3.1 电源电路

电源电路是系统的最基本部分，任何部分都离不开电源部分，单片机系统也不例外，而且我们应该高度重视电源部分，不能因为电源部分电路比较简单而有所疏忽，其实有一半的故障或制作失败都和电源有关，电源部分做好才能保证电路的正常工作。

方案一：采用直流稳压电源+5V为其提供工作所需的电压，其中采用的LM7805芯片为三端集成稳压芯片，只有输入端，输出端和接地端，输出电压为+5V。电源电模块如图2所示。

方案二：通过下载口对系统供电，只需要一个+5V的移动电源，一根USB下载线即可。移动电源直接提供+5V的电压，通过USB线接入下载口对系统各模块供电。

对比两方案，方案二具有供电电压稳定，电源质量好，获取途径广等优点。综合考虑，选用方案二，即移动电源供电方式。

图2 电源电路模块

3.2 AT89S52芯片的介绍

(1) 与MCS-51产品相兼容；

(2) 具有8KB可改写的Flash 内部程序存储器，可写/擦1000次； (3) 256字节内部RAM； (4) 32根可编程I/O口； (5) 3个16位定时器/计数器； (6) 8个中断源； (7) 可编程中串行口； (8) 低功耗空闲和掉电方式；

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它的价格便宜，功能强大，能耗低。很大程度上减少总电路的复杂性，提高了所设计系统的稳定性。其芯片引脚图如图3所示。

图3 单片机引脚图

3.3 单片机最小系统模块

3.3.1 时钟电路

时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，单片机本身就是一个复

杂的同步时序电路。输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚TXAL2，在芯片的外部通过这两个引角跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，就构成了一个稳定的自激振荡器。 此电路采用12MHz的石英晶体。时钟电路如图4所示。

图4 时钟电路

3.3.2 复位电路

复位是单片机的初始化操作，其主要功能是把

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PC初始化为0000H，使单片

机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误是系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键以重新启动。

RST引脚是单片机复位信号的输入端，复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期（即2个机器周期）以上，若使用频率为6MHz的晶振，则复位信号持续时间应超过4us才能完成复位操作。复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。按键电平复位是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的。在本设计中采用了按键电平复位方式，如图5所示上电后，由于电容充电，使RST持续一段高电平时间。当单片机已在运行之中时，按下复位键也能使RST持续一段时间的高电平，从而实现上电且开关复位的操作。通常选择C=10~30μF，R=1K，本设计采用的电容值为22μF的电容和电阻为1K的电阻。其复位电路如图5所示：

图5 复位电路

3.3.3 最小系统图

图6 AT89C52最小系统

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3.4 键盘电路

本设计使用独立式键盘接在单片机的P1口上但通过软件赋予其中三个按键功能，其中S11是计时开始按键，S10为停止按键，S9为计时暂停按键，S8为继续计时按键，S7是清零按键。注意使用时只有在暂停状态下才能继续计时，只有在停止状态下才能清零，在停止时不能继续计时，在暂停时不能清零。键盘电路如图7所示：

图7 键盘电路

3.5 驱动及显示电路

对于数字显示电路，通常采用液晶显示或数码管显示。本设计的显示电路采用8段4位数码管作为显示介质。数码管显示可以分为静态显示和动态显示两种，为了节省端口及降低功耗，本系统采用动态显示方式。数码管实际上是由二极管构成发光二级管正常工作时，其两端正向压降约为1.6v，正向电流约为10mA，为了使数码管达到一定的亮度而又不至于由于电流过大而损坏，我们使用三极管S8550作为数码管的驱动，同时在P00-P07口上串上470欧姆的电阻，R=5V/10MA=500Ω（由于元器件只有470Ω，所以用470Ω代替500Ω）。此处使用四位一体共阴极数码管，由于驱动电路决定了此处共阴极数码管和共阳极数码管均可以采用，本设计采用共阴极数码显示管做显示电路， 74HC573是3态非反转透明锁存器芯片，当锁存器使能端为高时，这些器件的锁存对于数据是透明的（也就是说输出同步）。当锁存器使能变低时，符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。具体电路如图8所示。

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