工學(xué)基于8051單片機(jī)的數(shù)字鐘

1、安慶職業(yè)技術(shù)學(xué)院2011屆畢業(yè)生畢業(yè)論文（設(shè)計）摘 要用單片機(jī)做一個數(shù)字鐘是單片機(jī)應(yīng)用中的一個典型例子.本設(shè)計充分利用8051單片機(jī)的4個i/o口，外加兩片74ls07作數(shù)碼管驅(qū)動電路，12位數(shù)碼管的片選信號由74ls138譯碼器提供，采用動態(tài)顯示。為增加驅(qū)動能力，又在數(shù)碼管的陰極端加9013驅(qū)動管。我們設(shè)計出的電子鐘采用24小時制計時，其中添加了整點報時，半點報時和鬧鈴提示功能。另外為了需要，我們還添加了秒表功能。關(guān)鍵詞：單片機(jī)最小系統(tǒng) 動態(tài)顯示 譯碼器 電子鐘引 言當(dāng)今，計算機(jī)技術(shù)帶來了科研和生產(chǎn)的許多重大飛躍，微型計算機(jī)的應(yīng)用已滲透到生產(chǎn)、生活的各個方面。其中單片微型計算機(jī)雖然問世不久，

2、然而體積小、價廉、功能強(qiáng)，其銷售額以每年近80%的速率增長。他的性能不斷提高，適用范圍愈來愈寬，在計算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域已占有日益重要的地位。單片微型計算機(jī)簡稱單片機(jī)，又成為控制器。他是在一塊半導(dǎo)體上，集成了cpu、rom、ram、i/o接口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等功能部件，構(gòu)成了一臺完整的數(shù)字計算機(jī)。單片機(jī)在生產(chǎn)生活中的許多方面得到廣泛的應(yīng)用，例如，生活中五彩變幻的霓虹燈，手機(jī)通信，溫度檢測，流量控制等都涉及到單片機(jī)。單片機(jī)的應(yīng)用結(jié)束了計算機(jī)專業(yè)人員“壟斷”計算機(jī)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用的時代，他既給各種專業(yè)人員、特別是許多工程技術(shù)人員帶來了學(xué)習(xí)和掌握計算機(jī)技術(shù)的緊迫性，同時也帶來了可能性，因為組成計算機(jī)

3、應(yīng)用系統(tǒng)變得容易、“平凡”，增強(qiáng)了人們進(jìn)入這一領(lǐng)域的信心單片機(jī)的歷史非常短暫，然而發(fā)展十分迅猛。自1971年美國intel公司首先研制出4位單片機(jī)4004以來，他的發(fā)展可粗略劃分為四個階段：第一階段19711976年，屬萌芽階段。發(fā)展了各種4位單片機(jī)，多用于家用電器、計算器、高級玩具。第二階段 19761980年，為初級8位機(jī)階段，發(fā)展了各種中、低檔8位單片機(jī)，典型的如mcs-48系列單片機(jī)，片內(nèi)含多個8位并行i/o接口、一個8位定時器/計數(shù)器，不帶串行接口，其功能可以滿足一般工業(yè)控制和智能化儀器儀表等的需要。第三階段 19821983年，高級8位機(jī)階段，發(fā)展了高性能的8位單片機(jī)，例如mcs-

4、51系列單片機(jī)，它帶有串行i/o接口和多個16位定時器/計數(shù)器，具有多級中斷功能。這一階段進(jìn)一步拓寬了單片機(jī)的應(yīng)用范圍，使之能用于智能終端、局部網(wǎng)絡(luò)接口，并擠入了個人計算機(jī)領(lǐng)域。第四階段 1983年以后，16位單片機(jī)階段。發(fā)展了mcs-96系列等16位單片機(jī)。功能很強(qiáng)，價格卻迅速下降。片內(nèi)有a/d轉(zhuǎn)換器；可快速輸入、輸出；可用于電機(jī)控制；網(wǎng)絡(luò)通信能力有顯著提高。單片機(jī)的特點單片機(jī)的集成度很高，他將微型計算機(jī)的主要部件都集成在一塊芯片上，具有下列特點：1. 體積小、重量輕、價格便宜、耗電少；2. 根據(jù)工程環(huán)境要求設(shè)計，且許多功能部件集成在芯片內(nèi)部，其信號通道受外界影響小，故可靠性高，抗干擾性能優(yōu)

5、于采用一般的cpu3. 控制功能強(qiáng)，運行速度快。其結(jié)構(gòu)組成與指令系統(tǒng)都著重滿足工控要求，又極豐富的條件分支指令，有很強(qiáng)的位處理功能和i/o口邏輯操作功能。4. 片內(nèi)存儲器的容量不可能很大；引腳也嫌少，i/o引腳常不夠用，且兼第二功能，第三功能但存儲器和i/o口都易于擴(kuò)展用單片及制作數(shù)字鐘是單片機(jī)的一個典型應(yīng)用。通過設(shè)計制作一個多功能數(shù)字鐘，我們可以充分了解單片機(jī)的工作原理，學(xué)會如何用單片機(jī)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理，設(shè)備的控制等。制作一個數(shù)字中雖然簡單，但你它涉及到的內(nèi)容卻很廣泛，在本設(shè)計中，我們用到了鍵盤控制，需要加接鍵盤；用到了定時中斷功能和電平觸發(fā)外部中斷功能；用到了顯示模塊，顯示時間;另外還涉及單

6、個口的操作。另外單片機(jī)工作還需要軟件支持，所以程序的編寫，調(diào)試也是制作數(shù)字鐘的一個重要的方面出于實驗室條件和經(jīng)濟(jì)條件的影響，作者沒有在數(shù)字鐘上加上過多的功能，不過也實現(xiàn)了數(shù)字時鐘的基本功能，如計時功能、整點報時功能，鬧鈴功能，調(diào)時功能和秒表功能等第一章 單片機(jī)制作數(shù)字鐘的原理以8051為主芯片制作多功能數(shù)字鐘的方案中，時鐘信號主要由8051單片機(jī)的定時器/計數(shù)器來提供，對時間進(jìn)行設(shè)置和進(jìn)行鬧鈴設(shè)置主要用到單片機(jī)的外部中斷。外部控制電路及顯示電路都用到了他的i/o口，在本章我們主要介紹一下關(guān)于8051單片機(jī)定時器/計數(shù)器、中斷源及中斷系統(tǒng)以及8051的i/o口的特性及應(yīng)用1.1 主芯片8051的

7、硬件資源1.1.1單片機(jī)的概念單片機(jī)（microcontroller，又稱微控制器）是在一塊硅片上集成了各種部件的微型計算機(jī)。這些部件包括中央處理器cpu、數(shù)據(jù)存儲器ram、程序存儲器rom、定時器/計數(shù)器和多種i/o接口電路。圖1-1是8051單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)圖8051單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點有以下幾點： 8位cpu； 片內(nèi)振蕩器及時鐘電路； 32根i/o線； 外部存儲器rom和ram，尋址范圍各64kb； 兩個16位的定時器/計數(shù)器； 5個中斷源，2個中斷優(yōu)先級 全雙工串行口 布爾處理器2.定時器/計數(shù)器8051內(nèi)部有兩個16位可編程定時器/計數(shù)器，記為t0和t1。16位是指他們都是由16個觸發(fā)器

8、構(gòu)成，故最大計數(shù)模值為2-1?？删幊淌侵杆麄兊墓ぷ鞣绞接芍噶顏碓O(shè)定，或者當(dāng)計數(shù)器來用，或者當(dāng)定時起來用，并且計數(shù)（定時）的范圍也可以由指令來設(shè)置。這種控制功能是通過定時器方式控制寄存器tmod來完成的如果需要，定時器在計到規(guī)定的定時值是可以向cpu發(fā)出中斷申請，從而完成某種定式的控制功能。在計數(shù)狀態(tài)下同樣也可以申請中斷。定時器控制寄存器tcon用來負(fù)責(zé)定時器的啟動、停止以及中斷管理在定時工作時，時鐘由單片機(jī)內(nèi)部提供，即系統(tǒng)時鐘經(jīng)過12分頻后作為定時器的時鐘。技術(shù)工作時，時鐘脈沖由to和t1輸入3.中斷系統(tǒng)8051的中斷系統(tǒng)允許接受五個獨立的中斷源，即兩個外部中斷申請，兩個定時器/計數(shù)器中斷以及

9、一個串行口中斷。外部中斷申請通過into和int1（即p3.2和p3.3）輸入，輸入方式可以使電平觸發(fā)（低電平有效），也可以使邊沿觸發(fā)（下降沿有效）。兩個定時器中斷請求是當(dāng)定時器溢出時向cpu提出的，即當(dāng)定時器由狀態(tài)1轉(zhuǎn)為全零時提出的。第五個中斷請求是由串行口發(fā)出的，串行口每發(fā)送完一個數(shù)據(jù)或接收完一個數(shù)據(jù)，就可提出一次中斷請求1.1.2 8051的芯片引腳如圖1-2所示vcc：供電電壓。gnd：接地。p0口：p0口為一個8位漏極開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。當(dāng)p1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在fiash

10、編程時，p0 口作為原碼輸入口，當(dāng)fiash進(jìn)行校驗時，p0輸出原碼，此時p0外部必須被拉高。p1口：p1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗時，p1口作為第八位地址接收。p2口：p2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個ttl門電流，當(dāng)p2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口當(dāng)用于外部

11、程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。p3口：p3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門電流。當(dāng)p3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。p3口也可作為at89c51的一些特殊功能口，如下表所示：p3.0 rxd（串行輸入口）p3.1 txd（串行輸出口）p3.2 /int0

12、（外部中斷0）p3.3 /int1（外部中斷1）p3.4 t0（記時器0外部輸入）p3.5 t1（記時器1外部輸入）p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）p3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持rst腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。ale/prog：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部

13、數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時， ale只有在執(zhí)行movx，movc指令是ale才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止，置位無效。/psen：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/psen有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/psen信號將不出現(xiàn)。/ea/vpp：當(dāng)/ea保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/ea將內(nèi)部鎖定為reset；當(dāng)/ea端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在flash

14、編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。xtal2：來自反向振蕩器的輸出。1.1.3 使用i/o口的注意事項 p1,p2,p3口的輸出緩沖器可驅(qū)動4個lsttl電路。對于hcmos芯片單片機(jī)的i/o口，在正常情況下，可任意由ttl或nmos電路驅(qū)動。hmos及cmos性的單片機(jī)i/o口有集電極開路或漏極開路的輸出來驅(qū)動時，不必外加上拉電阻 對于74ls系列，cd4000系列以及一些大規(guī)模集成電路芯片（如8155，8253，8259等），都可以和mcs-51系列單片機(jī)直接接口。具體使用時，可以查閱有關(guān)器件手冊或參考典型電路 對

15、一些線性組件，特別是應(yīng)用鍵盤、碼盤、led顯示器等輸入/輸出設(shè)備時，應(yīng)當(dāng)盡量增加驅(qū)動部分的容量，否則，單片機(jī)將提供不出足夠的驅(qū)動電流供給負(fù)載使用1.2 8051中斷系統(tǒng)所謂中斷，是指當(dāng)計算機(jī)執(zhí)行正常程序時，系統(tǒng)中出現(xiàn)某些急需處理得異常情況和特殊情球，cpu暫停執(zhí)行現(xiàn)行程序，轉(zhuǎn)去對隨機(jī)發(fā)生地更緊迫事件進(jìn)行處理；處理完畢后，cpu自動返回原來的程序繼續(xù)執(zhí)行。中斷允許軟件設(shè)計不需要關(guān)心系統(tǒng)其他部分定時要求，算術(shù)程序不需要考慮隔幾個指令檢查i/o設(shè)備是否需要服務(wù)。相反，算術(shù)程序編寫時好像有無限的時間作算術(shù)運算而無其他工作在進(jìn)行。若其它事件需要服務(wù)時，則通過中斷告訴系統(tǒng)。8051單片機(jī)有5個中斷源，有兩

16、個中斷優(yōu)先級，每個中斷源的優(yōu)先級可以編程控制。中斷允許受到cpu開中斷和中斷源開中斷的兩極控制。1.2.1 中斷源中斷源是指任何引起計算機(jī)中斷的事件，一般一臺機(jī)器允許有許多個中斷源。8051系列單片機(jī)至少有5個中斷源。增加很少的硬件就可把各種硬件中斷源“線或”成為一個外部中斷輸入，然后再順序檢索一起中斷的特定源。8051單片機(jī)的5個中斷源是： 外部中斷請求0，由（p3.2）輸入； 外部中斷請求1，由（p3.3）輸入； 片內(nèi)定時器/計數(shù)器0益處中斷請求； 片內(nèi)定時器/計數(shù)器1 溢出中斷請求； 片內(nèi)串行口發(fā)送/接收中斷請求；為了了解每個中斷源是否產(chǎn)生了中斷請求，中斷系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置許多個中斷請求觸發(fā)器（

17、標(biāo)志位）實現(xiàn)記憶。這些中斷源請求標(biāo)志位分別有特殊功能寄存器tcon和scon的相應(yīng)位鎖存（1） 定時器/計數(shù)器控制寄存器tcon，它是一個八位的寄存器，各位如下表所示tf1tf0ie1it1ie0it0 it0,it1：外部中斷0、1觸發(fā)方式選擇位，由軟件設(shè)置。1是下降沿觸發(fā)，0是電平觸發(fā)。 ie0,ie1：外部終端0、1請求標(biāo)志位。 tf0,tf1：定時器/計數(shù)器0、1溢出中斷請求標(biāo)志。1.2.2 中斷的控制中斷的控制主要實現(xiàn)中斷的開關(guān)管理和中斷優(yōu)先級的管理。這個管理主要通過對特殊功能寄存器ie和ip的編程實現(xiàn) 中斷允許寄存器ieeaet2eset1ex1et0ex0 ex0,ex1：外部終

18、端0，1的中斷允許位。1是中斷開，0是中斷關(guān) et0,et1：定時器/計數(shù)器0、1溢出中斷允許位。1是開中斷，0是關(guān)中斷 es：串行口中斷允許位。1是中斷開，0是中斷關(guān) et2：定時器/計數(shù)器2溢出中斷位 ea：cpu開/關(guān)中斷控制位。1是開中斷，0是關(guān)中斷中斷優(yōu)先級寄存器ippspt1px1pt0px0若系統(tǒng)中多個中斷源同時請求中斷，則cpu按中斷源的優(yōu)先級別，由高到低分別響應(yīng)。8051單片機(jī)有兩個斷優(yōu)先級：高優(yōu)先級和低優(yōu)先級。每個中斷源都可以編程為高優(yōu)先級。這可以實現(xiàn)兩級中斷嵌套。嵌套的原則：一個正在執(zhí)行的中斷服務(wù)程序可以被高級的中斷請求中斷，而不能被同級或較低級的中斷請求中斷。兩級中斷通

19、過使用ip寄存器設(shè)置，相應(yīng)的位置1，則優(yōu)先級高，0則優(yōu)先級低。px0、px1：終端0、1中斷優(yōu)先級控制；pt0、pt1：定時器/計數(shù)器0、1中斷優(yōu)先級控制。ps：串行口中斷優(yōu)先級控制。8051復(fù)位時，ip被清零，5個中斷源都在同一個優(yōu)先級。這時若其中幾個中斷源同時產(chǎn)生中斷請求，則cpu按照片內(nèi)硬件優(yōu)先級鏈路的順序相應(yīng)中斷，硬件優(yōu)先級由高到低的順序是：外部終端0 定時器/計數(shù)器0 外部中斷1 定時器/計數(shù)器1 串行口中斷1.2.3 中斷響應(yīng)8051的cpu在每個機(jī)器周期采樣個中斷源的中斷請求標(biāo)志位，如果沒有上述阻止條件，則將在下一個機(jī)器周期響應(yīng)被激活了的最高級中斷請求。阻止條件如下： cpu正在

20、處理同級或更高級的中斷； 現(xiàn)行機(jī)器周期不是所執(zhí)行指令的最后一個機(jī)器周期； 正在執(zhí)行的是reti或者是訪問ie或ip的指令；cpu在中斷響應(yīng)之后完成如下操作： 硬件清除相應(yīng)的中斷標(biāo)志位； 執(zhí)行一條硬件子程序，保護(hù)斷點，并轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序入口。 結(jié)束中斷時執(zhí)行reti指令，恢復(fù)斷點，返回主程序。8051的cpu在相應(yīng)中斷請求時，由硬件電路自動形成轉(zhuǎn)向與該中斷源對應(yīng)的中斷的服務(wù)程序入口地址。這種方法為硬件向量中斷法。各中斷源的中斷服務(wù)程序入口地址如下：編號中斷源入口地址0外部終端00003h1定時器/計數(shù)器0000bh2外部終端10013h3定時器/計數(shù)器1001bh4串行口中斷0023h各中斷服務(wù)

21、程序入口地址僅隔8個字節(jié)，編譯器在這些地址放入無條件轉(zhuǎn)移指令，跳到服務(wù)程序的實際地址。向量中斷包括把先前的程序計數(shù)指針推入堆棧，中斷服務(wù)程序很像其他子程序。當(dāng)向量中斷發(fā)生時，硬件禁止所有中斷。此時表明外部中斷或定時器溢出的標(biāo)志位由硬件清除。中斷服務(wù)程序的不同分支取決于中斷源。在重新允許全局cpu中斷ea之前，必須仔細(xì)清除各種標(biāo)志。標(biāo)志會引起立即地重復(fù)中斷。8051對終端實際上有特殊的返回指令-reti。不是ret。reti重新允許系統(tǒng)識別其他中斷。因而，沒必要在正常使用中斷時復(fù)位ea，只要在程序初始化時開中斷一次就可以了1.3 單片機(jī)定時/計數(shù)器在數(shù)字鐘的使用8051系列單片機(jī)至少有兩個16位

22、內(nèi)部定時器/計數(shù)器。8052有三個定時器/計數(shù)器，其中連個基本定時器/計數(shù)器是定時器/計數(shù)器0和定時器/計數(shù)器1。他們既可以編程為定時器使用，也可以編程為計數(shù)器使用。若是計數(shù)內(nèi)部晶振驅(qū)動時鐘，則它是定時器；若是計數(shù)8051的輸入引腳的脈沖信號，則它是計數(shù)器。8051的t/c時加一計數(shù)的。定時器實際上也是工作在技術(shù)方式下的，只不過對固定頻率的脈沖計數(shù)；由于脈沖周期固定，由計數(shù)值可以計算出時間，有定時功能。當(dāng)t/c工作在定時器時，對振蕩源12分頻的脈沖計數(shù)，即每個機(jī)器周期計數(shù)值加一，頻率加=fosc/12。晶振為6mhz，計數(shù)頻率=500khz，每2us計數(shù)加一。當(dāng)t/c工作在計數(shù)器時，計數(shù)脈沖來

23、自外部脈沖輸入引腳t0或t1。當(dāng)t0或t1腳上負(fù)跳變需2個機(jī)器周期，即24個振蕩周期。所以t0或t1腳輸入的計數(shù)外部脈沖的最高頻率為fosc/12。當(dāng)晶振為12mhz時，最高技術(shù)頻率為500khz，高于此頻率將計數(shù)出錯1.3.1與t/c有關(guān)的特殊功能寄存器計數(shù)寄存器th和tlt/c是16位的，計數(shù)寄存器有th高8位tl低8位構(gòu)成。在特殊功能寄存器中，對應(yīng)t/c0為th0和tl0；對應(yīng)t/c1為th1和tl1。定時器/計數(shù)器的初始值通過th1/tl1和th0/tl0設(shè)置定時器/計數(shù)器控制寄存器tcontr1tr0tr0、tr1：定時器/計數(shù)器0、1啟動控制位。1是啟動，0是停止tcon復(fù)位后清零

24、，t/c需要受到軟件控制才能啟動計數(shù)；當(dāng)計數(shù)計滿時，產(chǎn)生向高位的進(jìn)位tf,即溢出中斷請求標(biāo)志t/c的方式控制寄存器tmodgatec/tm1m0gatec/tm1m0 c/t：計數(shù)器或定時器選擇位。1位計數(shù)器，0位定時器 gate：門控信號。1時t/c的啟動控制受到雙重控制，即要求tr0/tr1和int0/int1同時為高；0時t/c的啟動僅受tr0/tr1控制 m1和m0：工作方式選擇位，具體見下表m1 m0方式功能0 00為13位定時器/計數(shù)器，tl存低5位，th存高8位0 11為16定時器/計數(shù)器，tl存低8，th存高8位1 02常數(shù)自動裝入的8位定時器/計數(shù)器1 13僅適用于t/c0，

25、兩個8為定時器/計數(shù)器1.3.2 定時器/計數(shù)器的初始化初始化步驟在使用8051的定時器/計數(shù)器前，應(yīng)對它進(jìn)行編程初始化，主要是對tcon和tmod編程，還需要計算和裝載t/c的計數(shù)初值。一般完成以下幾個步驟： 確定t/c的工作方式-編程tmod寄存器。 計算t/c中的計數(shù)初值，并裝載到th和tl。 t/c在中斷方式工作時，須開cpu中斷和源中斷-編程ie寄存器。 啟動定時器/計數(shù)器-編程tcon中tr1和tr0位計數(shù)初值的計算在定時器方式下，t/c是對機(jī)器周期脈沖計數(shù)的，如果fosc=6mhz，一個機(jī)器周期為2us，則方士0 13位定時器最大時間間隔=（2-1）*2us=16.384ms；方

26、式1 16位定時器最大時間間隔=（2-1）*2us=131.072ms；方式2 8位時器最大時間間隔=（2-1）*2us=512us若使t/c工作在定時器方式1，要求定時1ms，求計數(shù)初值。如設(shè)計數(shù)初值為x,則有（2-1）*2us=1000us x=2-500因此，th,tl可置65536-500。第二章 單片機(jī)數(shù)字鐘硬件電路的實現(xiàn)2.1 查詢式鍵盤在多功能數(shù)字鐘的設(shè)計中，我們用到了查詢式鍵盤。查詢式鍵盤也是鍵盤控制電路中比較常用到的一種，在這里我們首先來介紹一下查詢式鍵盤的工作原理，然后我們再來了解查詢式鍵盤的典型接法2.1.1 查詢式鍵盤的工作原理如圖2-1時查詢式鍵盤與單片機(jī)的連接。在電

27、路中我們看到p0口作為輸入口。8051單片機(jī)i/o口在作為輸入口時有兩種工作方式，即所謂“讀端口”和“讀引腳”。讀端口時，實際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而只是把端口鎖存器中的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線，經(jīng)過某種運算和變換后，再寫回到端口鎖存器。而讀引腳時才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。在引腳的結(jié)構(gòu)中各有兩個輸入緩沖器，cpu根據(jù)不同的指令，分別發(fā)出“讀端口”和“讀引腳”信號，以完成兩種不同的操作。在端口作為外部輸入線時，也就是讀引腳時，要先通過指令，把端口鎖存器置1，然后再執(zhí)行讀引腳操作，否則就可能讀入出錯。若不先對端口置1，端口鎖存器中原來狀態(tài)有可能是0，則加到輸出驅(qū)動場效應(yīng)管柵極的信號為1，該場效

28、應(yīng)管就導(dǎo)通，對地呈現(xiàn)低阻抗。這是即使引腳上輸入的是1，也會因端口的低阻抗而使信號變低，使得外加的1信號讀入后不一定是1。若先執(zhí)行置 1，則可以驅(qū)動場效應(yīng)管戒指，引腳信號直接交到三態(tài)緩沖器，實現(xiàn)正確地讀入。由于在輸入操作時還必須附加一個準(zhǔn)備動作，所以這類端口被稱為“準(zhǔn)雙向”口。將端口置1后，我們就可以用鍵盤控制彈片機(jī)工作了。圖2-1中我們可以看出，在鍵盤沒有按下時，p0口的8位口線均是高電平，在程序中，我們定期查詢p0口的狀態(tài)，一旦有某個鍵按下，則與此按鍵連接的口線就被置為低電平，我們就可以認(rèn)為有鍵按下，讀取p0口得值，則此值就是得到的鍵值，或經(jīng)過運算得到我們事先設(shè)定好的鍵值。當(dāng)這個按鍵被釋放時

29、，由于p0口直接與+5v電源連接，p0口被重新置為高電平，我們認(rèn)為此時沒有按鍵按下當(dāng)按鍵按下時，往往會出現(xiàn)所按鍵在閉合位置和斷開位置之間跳幾下才穩(wěn)定倒閉和狀態(tài)，在釋放一個鍵時也會出現(xiàn)類似的情形，這就是抖動。抖動的持續(xù)時間不一，通常不會大于10ms。若抖動問題不解決，就會一起閉合鍵的多次讀入。解決健抖動最方便的方法就是：當(dāng)發(fā)現(xiàn)有鍵按下后，不去馬上讀取鍵值，而是延時10ms后再讀取。由于鍵按下的時候持續(xù)上百ms，延時后再讀取也不晚2.1.2 查詢式鍵盤與單片機(jī)的接法查詢式鍵盤與8051單片機(jī)的連接方法如圖2-1 圖2-1此圖中電阻接地，按鍵接高電平。這是鍵盤的一種接法，我們通過測試p0口是否有高電

30、平得知是否有鍵按下，我們也可以讓鍵盤接地，電阻接高電平，鍵盤接地，通過測試p0口是否有低電平得知是否有鍵按下。如圖2-1，在上圖中一共有八個按鍵，各鍵都有自己的功能，實現(xiàn)數(shù)字鐘時間、鬧鈴設(shè)置。2.1.3 另一種鍵盤-行列式鍵盤鍵盤輸入信息的主要過程如下： cpu判斷是否有鍵按下。 確定按下的是哪一個鍵。 把此鍵所代表的信息翻譯成計算機(jī)所能識別的代碼，如ascii或其他特征碼。以上第、步主要由硬件完成，稱為編碼鍵盤；如果主要由軟件完成，則稱為非編碼鍵盤。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中通常采用的是非編碼鍵盤。如行列式鍵盤。圖2-2鍵的識別功能，就是判斷鍵盤中是否有鍵按下。若有鍵按下，則確定其所在的行或列位置。程

31、序掃描是一種常用的鍵識別方法。在這種方式中，只要cpu空閑，就掉用鍵盤掃描程序，查詢鍵盤并給預(yù)處理。如上圖的4鍵盤的掃描程序。掃描程序查詢的內(nèi)容如下： 查詢是否有鍵按下。首先單片機(jī)向掃描口p1.0 p1.3輸出全為0的掃描瑪f0h，然后從列檢測口p1.4 p1.7輸入列檢測信號，只要有一列信號不為1，即p1口不為f0h，則表示有鍵按下。接著要查出按下建所在的行、列位置。 查詢按下鍵所在的行，需逐行掃描。單片機(jī)首先使p1.0口接地，p1.1 p1.7口為1，即向p1口發(fā)送掃描碼feh，接著輸入列檢測信號，若為全1，則表示不在第一行。然后使p1.1接地，其余為1，再讀入列信號。這樣逐行法0掃描碼，

32、這道找到按下加所在的行，該行掃描碼取反保留，若隔行都掃描后仍沒有找到，則放棄掃描，認(rèn)為是誤操作 對得到的行號和列號譯碼，得到鍵值。 健的抖動處理。查詢式鍵盤和行列式鍵盤都是常用的鍵盤使用方法，查詢式的主要優(yōu)點是電路連接簡單，程序編寫比較容易，缺點是鍵盤直接與i/o口連接，占用過多地i/o口；行列式鍵盤節(jié)省i/o口，但是電路連接復(fù)雜，程序繁瑣。縱觀他們的優(yōu)缺點，對于數(shù)字中來說，由于工作原理簡單，用到的按鍵比較少，對程序的精確度要求比較高，這就對程序的編寫要求高，不適宜使用太復(fù)雜的程序，所以是用查詢式鍵盤作為數(shù)字中的控制電路比較的理想2.2 顯示電路2.2.1顯示器件多功能數(shù)字鐘的一個重要組成部分

33、就是他的顯示電路。用作顯示的器材有許多，目前廣泛使用能以十進(jìn)制數(shù)碼直觀地顯示系統(tǒng)中的運行數(shù)據(jù)的七段字符顯示器（或稱為七段數(shù)碼管）。以下是幾種常用的七段數(shù)碼顯示器件 半導(dǎo)體數(shù)碼管（led）。這種數(shù)碼管的每一段都是一個發(fā)光二極管，因而把它叫做半導(dǎo)體二極管或led數(shù)碼管，如圖所示：(a) (b) (c) (d)圖2-3圖2-2中，(a)是共陰極數(shù)碼管，(b)是與之對應(yīng)的數(shù)碼管工作原理圖，當(dāng)有信號輸入，共陰極接地時，數(shù)碼管會顯示字形(c)是共陽極數(shù)碼管，(d)是與之對應(yīng)的數(shù)碼管工作原理圖，當(dāng)有信號輸入，共陽極高電平時，數(shù)碼管會顯示字形。要顯示數(shù)字，我們只要將組成數(shù)字的段點亮就可以了，比如顯示“1”，我

34、們只要將“b”和“c”點亮就可以了。所以，每個數(shù)字都有其特定的編碼。半導(dǎo)體數(shù)碼管具有工作電壓低，體積小，壽命長，可靠性高等優(yōu)點。而且響應(yīng)的時間短（一般不超過10us）,亮度也比較高。他的缺點是工作電流比較大，每一段的工作電流在10ma左右。 液晶數(shù)碼管（lcd）液晶是一種既有液體流動性，又有光特性的有機(jī)化合物。他的透明程度和呈現(xiàn)的顏色受外加電場的影響。利用這一特點，便可做城電場控制的七段數(shù)碼顯示器件。我們只要在相應(yīng)各段上加上電壓，在電場的作用下，液晶分子的排列受到影響，對外部射入光產(chǎn)生散射，從而顯示出字形。當(dāng)外部電壓斷開后，液晶分子又重新排列整齊，字形消失。顯然液晶本身并不發(fā)光，而是借助于外來

35、光顯示數(shù)碼，所以它是一種被動顯示器件液晶顯示的最大優(yōu)點是功耗極小，每平方厘米功耗在1ua一下，他的工作電壓也很低，在1v一下也能工作。因此液晶顯示器在電子表以及各種小型、便攜式儀器、儀表中得到了廣泛應(yīng)用。但是，由于它本身不會發(fā)光，僅僅依靠反射外界光線顯示字形，所以亮度很低，此外他的響應(yīng)速度較低由于二極管數(shù)碼管有體積小、壽命長、可靠性高、亮度高等優(yōu)點，所以本涉及就選擇二極管數(shù)碼管作為時鐘信號的顯示器件2.2.2 數(shù)字鐘顯示電路的工作原理時鐘顯示信號是從8051單片機(jī)的p1口輸出的。在設(shè)計中用到的是共陰極數(shù)碼管，我們將要顯示數(shù)字的編碼從p1輸出，經(jīng)過74ls07驅(qū)動電路，數(shù)碼管就會按照編碼顯示出字

36、形來 圖2-4設(shè)計中用到了12位數(shù)碼管，其中兩位來表示年，兩位來表示 月，兩位來表示日，兩位來表示時，兩位來表示分，兩位來表示秒。這么多的數(shù)碼管，我們采用動態(tài)顯示。p2口輸出位選擇信號，分別接74ls138的地址端a,b,c以及使能端g1。經(jīng)過74ls138譯碼，將要顯示的數(shù)碼管的共陰極置為低電平，其他的為高電平，并選中的數(shù)碼管就會被點亮，從而顯示出字形顯示部分部分電路如圖2-4所示2.3 所用其他芯片資料在本設(shè)計中，除8051單片機(jī)芯片外，我們還有到了另外兩個芯片，74ls07和74ls138。74ls07主要作為數(shù)碼管的驅(qū)動電路，74ls138主要為12位數(shù)碼管提供片選信號，如圖2-4，兩

37、者組成了數(shù)字鐘動態(tài)顯示電路，以下是兩芯片的詳細(xì)資料2.3.1 數(shù)碼管驅(qū)動電路74ls0774ls07為集電極開路輸出的六組驅(qū)動器，其主要點特性的典型值如下表：ttp60ns20ns125mw表1引腳輸出端符號1a-6a 輸入端1y-6y 輸出端引腳圖 圖2-5 圖2-6其極限電源電壓為7v，極限輸入電壓為5.5v，輸出截至態(tài)電壓為30v，工作溫度為0 70攝氏度。74ls07的輸入與輸出同相，在驅(qū)動數(shù)碼管時，需要在輸出端加上拉電阻，在使用74ls07時，一定要注意電源和地不能接反，否則會燒壞芯片2.3.2 74ls138譯碼器的詳細(xì)資料74ls138為3-8線譯碼器，共有74s138和74ls

38、138兩種線路結(jié)構(gòu)形式。當(dāng)一個端（g1）為高電平，/（g2a）和/（g2b）為低電平時，可將地址端（a,b,b）的二進(jìn)制編碼在一個對應(yīng)的輸出端以低電平方式輸出利用g、/(g2a)、/(g2b)可級聯(lián)擴(kuò)展為24線譯碼器，若外接一個反相器，可擴(kuò)展為32線譯碼器若將選通端中的一個接數(shù)據(jù)輸入端時，138還可以做數(shù)據(jù)分配器圖2-5是74ls138的引腳圖。在本設(shè)計用到兩片74ls138，p2口輸出數(shù)碼管的片選信號,其中低四位和高四位分別接一片，接法相同。在與74ls138連接的四位口線中,有三位口線于74ls138的的地址端a,b,c連接，另一口線與使能端g1連接，在g2a,g2b接地的情況下，組成3線

39、-8線譯碼器，輸出數(shù)碼管的片選信號74ls138的真值表如下所示:輸入輸出使能端選擇端g1g2*cbay0y1y2y3y4y5y6y7hhhhhhhhhlhhhhhhhhhlllllhhhhhhhhlllhhlhhhhhhhllhlhhlhhhhhhllhhhhhlhhhhhlhllhhhhlhhhhlhlhhhhhhlhhhlhhlhhhhhhlhhlhhhhhhhhhhl表2第三章 數(shù)字鐘軟件設(shè)計3.1程序編寫的方法多功能數(shù)字鐘的程序是用c語言來實現(xiàn)的，在程序中，我們用定時器/計數(shù)器0作為數(shù)字鐘的時鐘信號源，產(chǎn)生年、月、日、時、分、秒信號，定時器每次計數(shù)49989，大約是100ms，這樣產(chǎn)

40、生十次中斷，就會得到一秒，以此類推。時間的設(shè)置我們采用外部中斷，讓時鐘從正常運行狀態(tài)轉(zhuǎn)到設(shè)置狀態(tài)，一次可以進(jìn)行時間設(shè)置和鬧鈴設(shè)置，設(shè)置時不影響時鐘的正常運行。另外，我們加上了秒表的功能，我們用定時器/計數(shù)器1來實現(xiàn)3.2數(shù)字鐘各部分功能程序的實現(xiàn)3.2.1 顯示部分程序顯示0流程圖：圖3-1跳動顯示是表示年、月、日、時、分、秒的每兩位數(shù)碼管一起顯示，當(dāng)我們要設(shè)置年時，表示年的兩位數(shù)碼管就會跳動顯示，其他位顯示方式不變。另外還有顯示1，是在時鐘正常走動時所用的顯示，在顯示1中，我們只要逐位讀取就可以了，所以在此沒有必要寫出流程圖，在附錄中的程序大家將會看到，在此不再贅述3.2.2 鍵盤部分程序鍵

41、盤功能的實現(xiàn)我們采用的是查詢方式，程序每次執(zhí)行一個循環(huán)，都回去查詢與鍵盤連接的p0口的狀態(tài)，若有狀態(tài)的變動，我們就可以通過程序主動轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的程序當(dāng)中來 圖3-2是鍵盤程序流程圖：鍵盤程序有很多的編寫技巧，其中消抖這一塊的的思路一般都是一個固定的模式，那就是先掃描，延時，在掃描。在我的這個程序中用到的是另一種方法，比較的新穎。在程序中，我們預(yù)先設(shè)置好兩個存儲單元a,b，a存鍵盤在定時時間到以前的狀態(tài)，b存定時時間到之后的狀態(tài)，定時時間到之后，我們返回b，否則返回a，這樣我們就達(dá)到了對鍵盤消抖的目的在此展示給大家數(shù)字鐘設(shè)計時鍵盤的處理程序：uchar keyin() uchar kb; k0=0

42、;kb=p0; k1=kb;k2=k2+1; if(k2<160) return(k0); else if(k2=160) k2=0; return(k1); 圖3-2定時的方法是利用程序的循環(huán)執(zhí)行，每一個循環(huán)都會有一個周期，所以我們就利用這個周期來定時，如上面的程序，我們估算一下，大約經(jīng)過100個循環(huán)就可以達(dá)到鍵盤消抖的目的，也可以調(diào)節(jié)變量的只得大小來確定鍵盤的靈敏度，使用起來很靈活3.2.3定時器0中斷服務(wù)程序定時器是時鐘信號的來源，由于單片機(jī)內(nèi)部時鐘信號是不變的，所以，定時器/計數(shù)器煤技術(shù)一次的時間是2us,但計數(shù)滿時，定時器發(fā)出溢出中斷信號，得到中斷允許后自動進(jìn)入中斷服務(wù)程序，執(zhí)

43、行服務(wù)程序中斷服務(wù)程序和其他的子程序非常的類似，都有一個返回，我們可以在中的程序中嵌套其他的子程序本設(shè)計中還增加了秒表的功能。秒表最大計時范圍為一個小時，由于都是有計時功能，所以程序極其相似，不過我們在這里用到了定時器/計數(shù)器1，來作秒表的時鐘信號來源我們給定時器/計數(shù)器1做出了如下設(shè)置最大計數(shù)為50000；定時器/計數(shù)器1優(yōu)先級高于定時器/計數(shù)器0；定時器/計數(shù)器1最大計數(shù)為1000；時鐘信號采用6mhz晶振；秒表功能和計時功能分開進(jìn)行；兩者不能同時進(jìn)行；定時器計數(shù)器中斷服務(wù)程序流程圖3-3所示：對于鍵盤設(shè)定時間，在這個設(shè)計中，我們用到了外部中斷1，在中斷服務(wù)程序中來進(jìn)行時間設(shè)定，各鍵的功能

44、如下：key1：進(jìn)入時鐘設(shè)置；key2：進(jìn)入鬧鈴設(shè)置；key3：鬧鈴設(shè)置時作鬧鈴開鍵，秒表時作清零鍵；key4：鬧鈴設(shè)置時作鬧鈴關(guān)鍵，秒表時作暫停健；key5：選擇設(shè)置位健，按此鍵設(shè)置位會依次移動選擇，從年開始到秒結(jié)束，循環(huán)進(jìn)行key6：設(shè)置位加一鍵；key7：設(shè)置位減一鍵；key8：返回鍵。鬧鈴設(shè)置返回時返回到時間設(shè)置，時間設(shè)置返回時返回到時鐘正常工作狀態(tài)。本設(shè)計考慮到數(shù)字鐘的設(shè)置簡易性，所以設(shè)定了8個按鍵，一方面操作簡單，另一方面程序簡單易行。在設(shè)置時，我們用key1進(jìn)入時間設(shè)置，如果想進(jìn)行鬧鈴設(shè)置，則按key2鍵進(jìn)入鬧鈴設(shè)置。按key3鍵可以選擇要設(shè)定的是哪位，年或月或日或時或分或秒，在

45、鬧鈴設(shè)置時，按key3可以選擇是調(diào)時還是調(diào)分。按key6或key7可以對設(shè)定位加一或減一，按key8時，如果是在鬧鈴設(shè)置狀態(tài)，則從鬧鈴設(shè)置進(jìn)入時間設(shè)置，弱國是處在時間設(shè)置狀態(tài)，則從該狀態(tài)返回到時鐘正常運行狀態(tài)同時，我們加設(shè)了指示燈，在設(shè)置時可以對應(yīng)指示時間狀態(tài)，如上午指示燈，下午指示燈和鬧鈴開或關(guān)指示燈定時器/計數(shù)器0中斷服務(wù)程序流程圖見附錄三3.2.4外部中斷1中斷服務(wù)程序 外部中斷服務(wù)程序主要是在對數(shù)字中進(jìn)行時間設(shè)置時用到，通過外部中斷，將數(shù)字鐘從正常運行狀態(tài)轉(zhuǎn)移到時間設(shè)置中來。在服務(wù)程序中我們不僅可以對時間進(jìn)行設(shè)定，還可以對鬧鈴進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定的過程中時鐘的正常運行不會受到影響，外部中斷程

46、序流程圖見附錄四第四章 方案比較4.1 制作數(shù)字鐘的其他方案4.1.1 用時鐘芯片ds1302制作數(shù)字鐘按照系統(tǒng)設(shè)計功能的要求，初步確定主控芯片使用51系列at89c51單片機(jī)，時鐘芯片使用的是美國dallas公司推出的一種高性能，低功耗，帶ram的實時時鐘ds1302。采用ds1302作為主要計時芯片，可以做到計時準(zhǔn)確。ds1302可以在很小電流的后備電源（2.5-5.5v電源，在2.5v時耗電小于300na）下繼續(xù)計時，并可編程選擇多種充電電流來對后備電源進(jìn)行慢速充電，可以保證后備電源基本不耗電設(shè)計系統(tǒng)由主控制模塊、時鐘模塊、顯示模塊、鍵盤接口模塊4個模塊組成，電路系統(tǒng)構(gòu)成如3-1圖所示：

47、鍵掃描模塊（89c51）處理器ds1302時鐘模塊顯示模塊圖41可定時的時鐘電路系統(tǒng)構(gòu)成框圖時鐘芯片ds1302自帶內(nèi)部時鐘，可以很簡單的做到計時準(zhǔn)確，并且減輕了主芯片8051的負(fù)擔(dān)。8051只要處理ds1302發(fā)送過來的數(shù)據(jù)和從鍵盤模塊送過來的控制信息就可以了，至于時鐘信號完全由ds1302來處理就可以了。4.1.2 方案比較方案一：直接利用8051的內(nèi)部定時器制作多功能數(shù)字鐘。方案二：用外部時鐘芯片ds1302制作數(shù)字鐘方案二用時鐘芯片ds1302可以做到及時準(zhǔn)確，同時可以減輕主芯片8051的負(fù)擔(dān)。但是，8051內(nèi)部有兩個定時器/計數(shù)器，他們都有定計時功能，使用12mhz晶振，誤差可以降低

48、到1us，精度較高，完全符合數(shù)字鐘的精度要求，所以沒有必要使用外部芯片，從而使電路變得簡單，這有利于降低功耗，節(jié)省了數(shù)字鐘的成本，所以本設(shè)計采用方案一第五章 總結(jié)設(shè)計總結(jié)使用mc-51系列單片機(jī)制作數(shù)字鐘是單片機(jī)應(yīng)用的一個典型的例子。通過數(shù)字鐘的制作，我們已經(jīng)對mc-51單片機(jī)有了一個基本的了解，掌握了他的一些應(yīng)用，學(xué)到了一定的電子技術(shù)理論，得到了一些實踐經(jīng)驗制作一個數(shù)字鐘，我們首先根據(jù)實際提出幾個方案，然后根據(jù)自己的要求，選出了最適合自己的方案。選擇的方法一般從以下幾個方面來看： 從方案能否達(dá)到設(shè)計的要求來看； 從方案實現(xiàn)的難易程度來看； 從方案能否達(dá)到設(shè)計要求的精度來看； 從經(jīng)濟(jì)角度來看；

49、其次，我們對使用到的器件有一個精確的了解。主要從以下幾個方面了解： 對于可編程器件，主要了解其特殊功能寄存器每一位的功能，其各引腳端的功能及與單片機(jī)的連接方法； 對所有的器件，我們充分掌握其正常工作時的電壓、電流及溫度范圍，輸入口的電壓電流范圍等。 掌握使用芯片的一些特定使用方法；然后，在使用數(shù)碼管顯示時鐘信號時，由于8051芯片的驅(qū)動能力有限，我們在8051輸出端和數(shù)碼管共陰極分別加上了驅(qū)動電路，提供了單片機(jī)帶負(fù)載的能力最后我們根據(jù)實驗要求，寫出了能支持硬件工作的軟件，實現(xiàn)了數(shù)字鐘的基本功能。用本方案設(shè)計的數(shù)字鐘采用24時制計時，并加了定時提醒功能，可以對時間進(jìn)行手動校正。為滿足特定需求，我

50、們還加上了秒表功能。注意事項 詳細(xì)了解芯片使用方法，特別是其工作電壓，電流及溫度要求； 正確連接電路，檢查電源是否短路，芯片電源和地是否接反； 正確使用仿真機(jī)，仔細(xì)閱讀仿真機(jī)使用說明書附 錄附錄一：數(shù)字鐘程序：#include<reg51.h>#include<absacc.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit k1=p00;sbit k2=p01;sbit k3=p02;sbit k4=p03;sbit k5=p04;sbit k6=p05;sbit k7=p06;sbit k8=p07;sbit am=p30;sbit pm=p34;sbit id