一、设计背景
近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断的走向深入。本文阐述了51单片机通过级联74HC595实现倒计时秒表设计，倒计时精度达0.05s，解决了传统的由于倒计时精度不够造成的误差和不公平性，是各种体育竞赛的必备设备之一。本设计采用51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，使用两片74HC595级联实现LED数码管的控制以及利用外部中断来设计倒计时器。将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够实现八位LED显示，倒计时精度为0.05秒，能正确地进行倒计时，复位后倒计时重新回到初始状态。其中软件系统采用C语言编写程序，包括显示程序，定时中断服务，外部中断服务程序，延时程序等，并在KEIL5中调试运行，硬件系统利用Protues强大的功能来实现，简单易于观察，在仿真中就可以观察到实际的工作状态。
二、实现功能
以51单片机为控制核心，设计一种可调倒计时秒表。整个系统包括51单片机芯片、晶振电路、时钟电路、功能按键以及74HC595数码管控制显示电路。该系统利用共阳数码管实时显示时、分、秒倒计时，通过独立按键键盘设计控制倒计时秒表的启停、定时时间的设计。可具体实现以下功能：
(1) 按下设置键后，在数字闪烁的过程中，采用启动外部中断，能对增、减按键产生响应，。
(2) 按下启动键后，启动定时器;按下暂停键后，停止定时器。
(3)·定时器定时50ms，20次定时可产生1秒钟计时。
(4) 倒计时结束后，停止定时器。
(5) 最大定时99时59分59秒。
三、仿真演示
初始化定时时间0时0分0秒。
按下时间设置按键可以设置倒计时时间，通过连续按下时间设置按键可在时、分、秒设置来回切换，利用闪烁效果提示当前设置单位。
设置好倒计时时间后，利用启动键和停止键实现倒计时秒表的启停。
四、源程序
#include <REGX52.H>
#include <intrins.h>
#define false 0
#define true 1
#define uchar unsigned char //0——255
#define uint unsigned int //0——65535
#define ulong unsigned long //0——4294967295
sbit SDA1 = P3^6; //串行数据输入,对应595的14脚SER
sbit SCL1 = P3^7; //移位寄存器时钟输入,对应595的11脚SCK
sbit SCL2 = P2^4; //存储寄存器时钟输入,对应595的12脚RCK
sbit start_key = P3^0; //启动按钮
sbit pause_key = P3^1; //停止按钮
sbit set_key = P3^5; //停止按钮
uchar state; //状态：0-停止，1-启动，2-暂停
ulong ms = 0; //存储毫秒值
uchar shi = 0; // 小时数
uchar fen = 0; //分钟数
uchar miao = 0; //秒数
uchar set_flag = 0;
uchar smg_c = 0; //数码管闪烁时间计数
bit smg_f = 0; //数码管闪烁标志
unsigned char code disp[17]= {0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x58,0x5e,0x79,0x71,0x40}; /***数码***/
//0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
unsigned char code wei[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};
void displayTime(void); //刷新时间显示
void disPlay(uchar num, uchar loc); //数码管、led显示函数
void Exint_Init(void);
void Timer_Init(void);
void delay2ms(void);
void Delay1ms(unsigned int n);
void Delay1ms(unsigned int n)
{
unsigned char i, j;
for (; n>0; n--)
for(i=0;i<10;i++)
for(j=0;j<33;j++);
}
void delay2ms(void)
{
unsigned char i,j;
for(i=133;i>0;i--)
for(j=6;j>0;j--);
}
void c595_in(unsigned char Data)
{
unsigned char i;
for(i = 0; i < 8; i++) //循环8次，刚好移完8位
{
SCL1 = 0; //先将移位寄存器控制引脚置为低
_nop_();
if((Data & 0x80)== 0x80)
SDA1 =1;
else
SDA1 =0;
Data <<= 1; //将数据的次高位移到最高位
SCL1 = 1; //再置为高，产生移位时钟上升沿，上升沿时数据寄存器的数据移位
_nop_();
}
}
void c595_out(void)
{
SCL2 = 0; //先将存储寄存器引脚置为低
_nop_();
SCL2 = 1; //再置为高，产生移位时钟上升沿，上升沿时移位寄存器的数据进入数据存储寄存器，更新显示数据。
}
void Timer_Init(void)
{
TMOD=0x11; //0110 0001 //方式一
TH0= (65536-50000)/256;
TL0= (65536-50000)%256; // 50ms
TH1= (65536-50000)/256;
TL1= (65536-50000)%256; // 50ms
TR0=1; //开启T0
TR1=1; //开启T1
//ET0=1; //T0中断允许
//ET1=1; //T1中断允许
EA=1; //总中断开启
}
void T0_INT0(void) interrupt 1
{
ms++;
if(ms == 20) //1s时间到
{
ms = 0;
if(miao > 0){miao--;}
if(miao == 0) //秒数计时为0
{
if(fen == 0) //没有分钟数
{
if(shi == 0){TR0 = 0;} //判断是否还有时数，若没有，倒计时结束，停止计时
else{ shi--;fen = 60;}
}
if(fen > 0) //有分钟数
{
fen--;
miao = 59;
}
}
}
}
void T0_INT1(void) interrupt 3
{
smg_c++;
if(smg_c == 10)
{
smg_c = 0;
smg_f = ~smg_f;
}
}
/*********外部中断0、1初始化***********/
void Exint_Init()
{
IT0 = 1;
IT1 = 1; //下降沿触发
EX0 = 1;
EX1 = 1;
PX0 = 1; // 中断优先级设置
PX1 = 0;
}
/*********外部中断0服务函数***********/
void Exint0_Service() interrupt 0
{
if(set_flag == 3)
{
miao++;
if(miao == 60){miao = 59;}
}
if(set_flag == 2)
{
fen++;if(fen == 60){fen = 59;} //按键加
}
if(set_flag == 1)
{
shi++;
if(shi == 100) {shi = 99;}
}
}
/*********外部中断1服务函数***********/
void Exint1_Service() interrupt 2
{
if(set_flag == 3)
{
if(miao > 0){miao--;}
}
if(set_flag == 2)
{
if(fen > 0){fen--;} //按键减
}
if(set_flag == 1)
{
if(shi > 0){shi--;}
}
}
void displayTime(void) //刷新时间显示
{
if(((smg_f == 0) && (set_flag == 1))|| (set_flag == 0) || (set_flag == 2) || (set_flag == 3))
{
c595_in(wei[0]); //先传位码
c595_in(disp[shi/10]); //再传段码
c595_out();
delay2ms();
c595_in(wei[1]); //先传位码
c595_in(disp[shi%10]); //再传段码
c595_out();
delay2ms();
}
c595_in(wei[2]); //先传位码
c595_in(disp[16]); //再传段码
c595_out();
delay2ms();
if(((smg_f == 0) && (set_flag == 2))|| (set_flag == 0) || (set_flag == 1) || (set_flag == 3))
{
c595_in(wei[3]); //先传位码
c595_in(disp[fen/10]); //再传段码
c595_out();
delay2ms();
c595_in(wei[4]); //先传位码
c595_in(disp[fen%10]); //再传段码
c595_out();
delay2ms();
}
c595_in(wei[5]); //先传位码
c595_in(disp[16]); //再传段码
c595_out();
delay2ms();
if(((smg_f == 6) && (set_flag == 3))|| (set_flag == 0) || (set_flag == 1) || (set_flag == 2))
{
c595_in(wei[6]); //先传位码
c595_in(disp[miao/10]); //再传段码
c595_out();
delay2ms();
c595_in(wei[7]); //先传位码
c595_in(disp[miao%10]); //再传段码
c595_out();
delay2ms();
}
}
void main(void)
{
Timer_Init();
Exint_Init();
while(1)
{
displayTime(); //刷新时间显示
//检测启动按钮
if(start_key == 0) //按下了启动、停止按钮
{
Delay1ms(10); //延时消抖
if(start_key == 0)
{
ET0 = 1; //T0中断允许打开，开始计时
set_flag = 0;
TR0 = 1;
while(start_key == 0) displayTime(); //防止按键重复检测
}
}
//检测停止按钮
if(pause_key == 0) //已启动计时，并且暂停按钮按下
{
Delay1ms(10); //延时消抖
if(pause_key == 0)
{
ET0 = 0;
while(pause_key == 0) displayTime(); //防止按键重复检测
}
}
if(set_key == 0) //已启动计时，并且暂停按钮按下
{
Delay1ms(10); //延时消抖
if(set_key == 0)
{
ET1=1;
set_flag++;
if(set_flag == 4)
{
set_flag = 1;
}
while(set_key == 0) displayTime(); //防止按键重复检测
}
}
}
}
仿真源文件与keil工程百度网盘链接：https://pan.baidu.com/s/1L-FwKgHhRAUiHs6nwD4cBA
提取码：fqjd
