基于单片机的多用途定时器的设计与实现

1　引　言

　　“定时器”总的来说有两种类型。其一是基于模拟技术的传统产品，这种定时器功能简单，尽管曾被广泛应用过，但已进入淘汰之列。另一种就是基于数字技术的新一代产品，这种产品功能强，是前者的换代之物。然而，此类产品大多是较大型的设备，真正实用、携带方便、功能齐全的“大路”商品则就不多见了。随着单片机性能价格比的不断提高，新一代产品的应用越来越广泛，大可构成复杂的工业过程控制系统，完成复杂的控制功能，小则可以用于家电控制，甚至能够用来做儿童电子玩具。它功能强大，体积小，重量轻，灵活好用，配以适当的接口芯片，可以构造各种各样、功能各异的微电子产品。鉴此，我们设计开发了一种基于单片机的多用途定时器。这种定时器除了AT89 C51芯片以外，只采用Intel8253、Intel 8279为主要芯片，是典型的“三片系统”。它造价低，功能全，整体功能价格比高，配以小键盘和LED显示器，可适应各种场合的定时预警之用。

2　硬件结构

　　AT系列单片机是美国ATMEL公司在IntelMCS－51单片机技术基础上开发出的一种新产品，片内带有4k E2ROM，编程／擦除全部采用电实现（有5V和12V两种模式），既能进行在线编程擦写，亦可采用电话线进行远程编程擦写。可重复性强，使用寿命长，可重复擦写 1000次以上，并且擦写速度快，4k编程大约需3s，擦除仅需10ms。程序保存时间长，可达100年，与IntelMCS－51系列单片机完全兼容，且有超强的加密功能，能完全替代IntelMCS－8751／Intel MCS－8752和Intel MCS－87C51／Intel MCS－87C52，低电压，低电流，低功耗，除了有DIP、PLCC、QFP等多种封装形式，还有商用级、工业级、汽车用级、军用级等多种规格。因此，目前它在微计算机产品开发中的应用越来越“火”。我们的系统不需要复杂的计算，程序代码量不大，4k ROM已足够，无须外扩ROM和RAM。

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　　由于AT89 C51的内部计数器是16位的，即便采用2MHz的时钟，计满一次为32767．5μs，因此通过Intel 8253外扩了计数器，并且用AT89 C51的ALE输出作为8253的时钟脉冲，这样就大大地扩展了量程范围。

　　通过Intel8279外扩了键盘／显示器，由于Intel8279内部自带按键消抖电路和键值自动扫描电路，故无须再进行编程，这样既提高了可靠性，同时也减少了整个程序的代码量。

　　键盘为4×4物理键阵（部分键是复用的），除了0～9数字键外，还有计时键、修改键、确认键、设置键／复位↑、↓等功能键，键位排布情况见图1。因为选用了塑膜按键（定做的），所以既防尘又美观。

    显示器选用5位高红LED管，分别表示时、分、秒。之所以没有选用液晶，主要是从广泛的实用环境来考虑的，比如球赛，大多是在户外进行的，LCD就显得亮度不够了。另外用了4个发光二极管作为时与分、分与秒之间的分界符，如图2所示。
　　达到预定时间，声光同时报警，采用高亮度LED和所需语音（时间到，请停止 ）。CPU对8279的监视采用了查询方式，故8279的中断请求信号IRQ悬空未用。
　　系统有直流（4节1号干电池）和交流（220V市电）两种供电方式。整流电源是与系统配装在一起

3　软件结构

　　8253的工作时钟是ALE，输出为1MHz。它有三个计数器，为了能够最大限度地扩大计时量程，三个计数器采用了“套用”方式，即计数器0的输出作为计数器1的输入脉冲，计数器1的输出作为计数器2的输入脉冲，最后计数器2的输出才输入到的。整个系统的结构如图3所示。　
　　AT89 C51的T0进行计数，一个“硬件计时周期”就能定时71min1．41s，这已能满足一般的赛事定时需要。从更广的范围考虑，编制了不同“软定时”延迟程序，可用嵌套的形式启动“硬件计时周期”，以达到更长的定时需要，但是显示器的位数已定，最长能够定时10h，这已足够长了。
　　系统软件分为三大模块，即初始化模块，键盘扫描／显示模块，时间延迟（脉冲计数）模块。关键技术为延迟时间的计算和对8279编程，工作期间要动态地显示倒计时时间，结构框图如图4所示。

4　结束语

　　本文所介绍的多用途定时器设计巧妙，体积小，造价低，功能强，计时范围大，用途广泛，操作携带方便，是一种较理想的定时工具，经多次试用改进后已基本定型。该系统市场前景广阔，具有较明显的经济效益。

2　李华．MCS－51系列单片机实用接口技术．北京：北京航空航天大学出版社，1993

3　李秉操等．单片机接口技术及其在工业控制中的应用．陕西：陕西电子编辑部，1991
4　陈键铎．8098单片机原理及应用技术．北京：电子工业出版社，1995