[关键词] AT89C51单片机、30秒倒计时器、LED

设计和制作 30 秒倒计时器的方法有很多种。本文介绍的30秒倒计时器采用AT89C51单片机作为控制单元，用两个数码管显示时间，用三个按钮分别控制计时器的启动、复位和暂停。倒计时器的初始状态显示“30”。当裁判按下计时按钮时，30秒倒计时开始。当计时器到0时，计时器发出声光报警，提醒裁判计时时间已到。

1、电路设计

30秒倒计时器电路主要由电源电路、单片机最小系统、按键输入、显示驱动电路、报警电路组成。 30秒倒计时器控制电路如图1所示。

图1 30秒倒计时器电路原理图

1.按键输入

“30秒倒计时器”使用三个按钮完成计数器的开始计数、复位、暂停/继续计数等功能。

（1）K1键：启动按钮（P3.2）。

按K1键，计数器开始倒计时，数码管显示每秒从30开始倒计时的数字。当数字减少到零时，报警电路发出声光报警信号。当计数器处于暂停状态时，按K1键将返回计时状态。

（2）K2键：复位键（P3.3）。

按K2键，无论计数器工作在什么状态，计数器都会立即复位到预设值“30”。在报警状态下，按K2键也可以取消报警。

（3）K3键：暂停/定时切换按钮（P3.4）。

当计数器处于计时状态时，按下该键，计数器暂停计时，数码显示数字保持不变；当计数器处于暂停状态时，按此键，计数器返回计时状态；初始状态下，该键无效。

2、显示驱动电路

“30秒倒计时器”采用两个普通正数码管显示时间，数码管显示方式为动态显示。在显示驱动电路中，数码管的段码引脚通过470欧姆电阻连接到单片机的P1口。两个片选引脚分别通过9012连接到正5V电源，并由P3.0和P3.1控制。

4、报警电路

当计时时间减到0且显示数码管显示“00”时，由P3.5控制发光二极管D1发出光报警，由P3.7控制蜂鸣器发出报警声。声音警报。

2. 软件编程思想

1. 全局变量

“30秒倒计时器”动作过程主要由三个全局变量控制。第一个是位变量“act”。当“act”为“1”时，倒计时开始，当“act”为“0”时，倒计时停止。 “act”的初始值为“0”，可以通过按钮操作将其设置为“1”或清除。 “0”。第二个全局变量是char变量“time”，它存储倒计时时间。当倒计时时间为0时，将发出声光报警。变量“time”的初始值为30。当“act”为1时，定时中断服务程序每1秒将其减1。当减到0时，保持为0。按“复位键”，将“时间”复位为30。第三个全局变量是int变量“t”，记录响应定时中断0的次数根据初始化定义，定时器0工作在模式1，每1ms发出一次中断请求。控制程序只允许定时器0中断，因此不允许比定时器0中断更高级别的中断，因此每个请求都会立即响应。响应后，将中断服务程序中的全局变量“t”加1，记录响应中断的次数。每 1,000 个响应等于 1 秒。变量“t”的初始值为0，在中断服务程序中将其加1。当“t”为2000时，由中断服务程序将其清为0。在按钮驱动中，当按下开始按钮、复位按钮或暂停/开始按钮时，“t”被清0，以便从0ms开始计时。

2、控制流程

主程序主要用于检测全局变量“时间”，并在“时间”为0时发出“声光报警”。按钮驱动、显示驱动和“时间”操作均在定时器0中断服务程序中进行。其控制流程如图2所示。

图2 控制流程图

3、软件程序设计

1.数码管驱动器

定时器的两个数码管以动态显示方式显示计时时间“time”（全局变量）。 LED1显示“时间”的十位，LED2显示“时间”的个位。

(1)定义段码数据端口和片选信号

根据实际电路，在C51中定义段码的数据端口为P1，两个片选信号为P3.0和P3.1。定义如下：

#定义段P1

sbit wei1=P3^0;

sbit wei2=P3^1；

(2) 定义字形代码

LED显示数字0~9和所有消光的字形码表放在数组zixing[]中。字形代码是一个固定的表。定义时加上关键字“code”表示该表存储在程序存储器中。

无符号字符代码 zixing[]=

0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff

};

(3)定义数码管LED1和LED2的显示变量

为了增加驱动程序的可移植性，作者为数码管LED1和LED2定义了显示变量。显示变量是该驱动程序的外部接口。外部程序只要改变显示变量的值就可以改变数码管显示的值。它的定义如下：

无符号字符 led_str[2]={10,10};

led_str[0]直接对应数码管LED1，led_str[1]直接对应数码管LED2。在这个项目中，一个特殊的子程序将全局变量时间计算拆分为 led_str[0] 和 led_str[1]。

无效js()

led_str[1]=时间/10;

led_str[0]=时间；

(4)数码管驱动器

在定时中断服务程序中调用并执行数码管驱动程序“void chushi(char i)”。根据初始化程序的定义，每隔1ms执行一次定时中断服务程序。全局变量“t”用于定时中断服务程序中，记录进入服务程序的次数。当“t”达到2000时，将被定时中断服务程序清零。

数码管驱动器的参数“char i”用于判断当前LED1或LED2是否点亮。当参数为“0”时，LED1 点亮，当参数为“1”时，LED2 点亮。如果我们希望LED1在偶数次进入定时中断服务程序时点亮，LED2在进入奇数次定时中断服务程序时点亮，我们可以通过程序调用轻松实现语句“chushi(t%2);”。

进入数码管驱动后，首先调用子函数js()计算当前的led_str[0]和led_str[1]。接下来，关闭两个数码管以防止出现余辉。最后点亮需要点亮的数码管并发送字库代码。驱动代码如下：

void chushi(char i)

js();//计算显示变量

duan=0xff;//去除余辉

wei1=i； wei2=!i;//判断芯片选择

段=紫星[led_str[i]]; //发送字体代码

2. 按键驱动

按键驱动分为按键识别和按键功能执行两部分。按键功能可以在按钮按下时执行，也可以在按钮抬起后执行。在本文中，它被设计为在按钮抬起后执行。

(1) 定义按键I/O地址

根据实际电路，三个按钮（启动按钮、复位按钮、暂停/启动按钮）分别连接到P3口的P3.2、P3.3、P3.4引脚。为了方便key值检索，将P3端口定义为“iokey”，可以在程序中定义如下：

#定义iokey P3

sbit key1=P3^2；

sbit key2=P3^3；

sbit key3=P3^4；

(2)按钮驱动流程

按键识别的一般流程为：在I/O上写入“1”→判断是否有按键按下→延时去抖→判断按键值→等待按键抬起→执行按键功能。按钮驱动中定义了两个静态变量“ts”和“kv”，分别用于延迟去抖和键值存储。

(3) 延迟去抖

静态变量“ts”用于延迟去抖。关键驱动程序在定时中断服务程序中每1ms执行一次。每次检测到按键时，“ts”加1，当未检测到按键时，“ts”清零。如果按键连续按下20ms，则当按键驱动程序连续执行20次时，将检测到按键按下。此时静态变量ts累加到20，确认按键有效。

为了防止按键持续按下时“ts”累积溢出，可以在确认按键按下后将“ts”的值保持为20，或者大于20的值，例如21。

(4)获取键值

确认按键按下后，可以通过读取按键的I/O口状态来获取按键值。为了读取P3.2、P3.3和P3.4引脚的状态并屏蔽P3端口其他引脚的影响，可以将读取的值按位或运算为11100011B（0xE3），然后发送到静态变量“千伏”。

静态变量“kv”存储键的键值。当没有按键按下或者按键抬起时kv值为0。当按下开始键key1时，kv=11111011B（0xFB），当按下复位键key2时，kv=11110111B（0xF7），当按下暂停/开始键key3时，kv=11101111B（0xEF）。

(5) 执行关键功能

当按键抬起后第一次执行按键驱动程序时，静态变量“kv”保存按键按下时获得的最后一个按键值。以键值作为参数调用键执行程序“actkey(kv);”执行关键功能。调用后kv值立即清0，确保按键后立即执行按键功能。驱动代码如下：

无效键()

静态无符号字符 kv=0;

静态无符号字符 ts=0；

键1=1;键2=1;键3=1;

if(!(key1&key2&key3))

ts++；

如果(ts>=20)ts=20; //有一个键被按下

如果（ts==20）

kv=iokey|0xe3; //获取键值

别的

{//没有按键按下或按键抬起

动作键（kv）；

ts=0；

kv=0；

函数actkey(kv)用于根据键值“kv”执行相应操作。当“kv”等于0xFB时，表示按下了开始键key1，函数actkey(kv)将全局变量act赋值为“1”。当“kv”等于0xF7时，表示按下了复位键key2，函数actkey(kv)将全局变量“time”复位为“30”。当“kv”等于0xEF时，表示按下了暂停/开始键，函数actkey(kv)将全局变量act取反。每按下一个按钮，全局变量“t”就清为0。目的是每当定时器复位或启动定时器时，定时器中断次数都从0开始计算。否则，第一秒定时器将不准确。 。程序代码如下：

void actkey(无符号字符 k)

开关(k)

案例 0xfb:act=1;t=0;break;

情况 0xf7:时间=30;t=0;休息;

情况 0xef:act=~act;t=0;休息;

4. 结论

在编程过程中，本文采用面向对象的编程思想，封装了两个LED数码管和三个独立的按钮。在定时中断服务程序中调用其驱动程序时，程序员只需操作其接口：数组“led_str[2]”和函数“actkey(unsigned char k)”，无需直接对硬件进行编程即可改变功能，增强了软件的多功能性和可移植性。