07電科電子檔涂志二稿

1、目錄摘要IIAbstractIII第一章緒論 .11.1研究目的及意義.11.2國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀.11.3數(shù)字鐘.2第二章 硬件設(shè)計 .32.1單片機介紹.32.2LED 顯示器 .52.3蜂鳴器.62.4 鍵盤 .72.5 譯碼電路 .7第三章 電路介紹 .83.1 時鐘電路： .83.2 復(fù)位電路 .83.3 計數(shù)器/定時器原理.9第四章硬件電路 .104.1 設(shè)計介紹 .104.2 硬件電路圖.14第五章程序 .175.1 程序流程圖 .175.2 匯編語言.18參考文獻 .19附錄 .20附錄 1數(shù)字鐘硬件電路圖 .20附錄 2程序 .21致謝 .32基于 AT89C51 單片機數(shù)字鐘

2、摘要隨著現(xiàn)活節(jié)奏的逐漸加快，人們對時間的運用和把握顯得越發(fā)的重要。能更為高效的解決事情會使在競爭激烈的社會中取得先機。本文研究的重點在于通過 MCS-51 單片機控制的數(shù)字鐘。對 AT89C51 單片機為主的控制器，整個單片機系統(tǒng)，LED 顯示，鍵盤，蜂鳴器等附件進行深入的學(xué)習(xí)，研究后，再對各個硬件模塊分析，調(diào)試，安裝，最后編寫一段相關(guān)的匯編語言程序輸入單片機中，使單片機數(shù)字鐘，完成整個設(shè)計。設(shè)計出來的電子鐘能夠?qū)崿F(xiàn)的功能為時間的修改，顯示當(dāng)前時間，鬧鈴，通過鍵盤來實現(xiàn)對時間的調(diào)校和鬧鈴的設(shè)置。將多種功能集于一身，是單片機的主要優(yōu)勢之一，除此外，它相對的運算速度和精確度都比較高，能夠滿足對時鐘

3、的一切要求。本系統(tǒng)中大部分功能都是由程序控制完成，硬件電路的復(fù)雜性降低了很多。采用此種方法來實現(xiàn)數(shù)字鐘，也符合當(dāng)代數(shù)字鐘設(shè)計的主流趨勢。關(guān)鍵字：數(shù)字鐘 ；AT89C51 單片機 ；LED 顯示 ；鬧鈴AT89C51 microcontroller based digital clockAbstractNowadays the tempo of our life ising faster and faster. Its important to us to goodat using time. Ifwe can make things more efficient solution to our

4、 societyodays highlycompetitive head start.The focus of this pr is the digital clock which is controlled by MCS-51 MCU. ByAT89C51 microcontroller-based controller, the microcontroller in the system, LED display,keyboard, buzzer-depth look at other acsories for study, research, and thenysis of thevar

5、ious hardware modules, debugging, installation, and finally write a related to enter the microcontroller assembly language program to complete the entire design.The time clock designed by us can achieve such as change, display, alarm, through thekeyboard to adjust and set the alarm time. One of the

6、main advantages of microcontroller isthere are a variety of functions rolledo one. Besides , it is relatively the speed and highaccuracy, we can meet all the requirements on the clock. Most of the functionality of thesystem are procedures complete control, do reduce the complexity of the circuit a l

7、ot. So theuse of suethods to achieve this digital clock combined contemporary design trends.Keywords ：digital clock ，AT89C51 microcontroller ，LED display ，alarm第一章緒論1.1研究目的及意義數(shù)字鐘的設(shè)計方法是多種多樣的，用小規(guī)模集成電路組成，利用電子時鐘DS1308 等配上顯示電路，還有就是利用單片機通過程序控制?；趩纹瑱C的數(shù)字鐘設(shè)計看似是對數(shù)字鐘來進行制作，實際上主角確是單片機，整篇也是圍繞著單片機在數(shù)字鐘系統(tǒng)中的運用來進行研究的。

8、如今的電子產(chǎn)品都逐漸在向著智能化，輕便，簡潔等方面發(fā)展。單片機由于其集成度高，體積小，高功率，高性能等特點集于一身，使得它將會在以后成為各類電子產(chǎn)品主要的控制工具。伴隨著這種趨勢的發(fā)展，對單片機更深入的研究和學(xué)習(xí)都顯得很有必要了，通過基于單片機數(shù)字鐘的設(shè)計能使對 51 型單片機能有更進一步的了解，可以從中找到許多單片機的特性和優(yōu)點。單片機在各類電子產(chǎn)品中都有被使用，從航空航天事業(yè)到汽車上各種儀表的控制，從計算機的數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦I(yè)自動化過程的控制和數(shù)據(jù)處理，以及生活中廣泛使用的各種儲蓄卡、取款機等，這些都離不開單片機工作。單片機的使用將會讓的生活更加的多姿多彩并且更加的智能化。所以,現(xiàn)在對單片機的

9、研究和學(xué)習(xí)都是很有意義的，本次的也是希望通過電子鐘的設(shè)計能對單片機有更為直觀的認識和體會，最終從實踐中鞏固理論知識。1.2國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀1976 年EL 公司研制出 MCS-48 系列 8 位單片機，這標(biāo)志著第一臺單片機的問世。在 20 世紀 80 年代初期，el 公司在原有 MCS-48 系列單片機的基礎(chǔ)上，推出了 MCS-51 系列 8 位高檔單片機。MCS-51 系列單片機無論是片內(nèi) I/O 口功能，RAM容量和系統(tǒng)擴展方面都有了很大的提高。隨著單片機的發(fā)展趨勢，現(xiàn)在研究的基于單片機的數(shù)字鐘也擺脫了原有的功能單一，體積龐大，走時不精確的缺點逐漸變得低功耗，功能更為的完善，體積變小，成本

10、也在降低?，F(xiàn)在所見到的數(shù)字鐘已經(jīng)能夠顯示的信息，也增添了許多的功用，如：電子的日歷，電子的鬧鐘，溫度計，濕度計等。這些都和單片機的升級是分不開的。1.3數(shù)字鐘數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，一般由振蕩器、分頻器、譯等幾部分組成。其中, 振蕩器和分頻器組成標(biāo)準(zhǔn)的秒信號發(fā)生器, 由不同進制的計數(shù)器、譯和顯示器組成計時系統(tǒng)。把秒信號送入計數(shù)器進行計數(shù), 把累積的結(jié)果以“時”、“分”、“秒”的數(shù)字顯示出來?！靶r”的顯示由二十四進制計數(shù)器、譯和顯示器，“分”、“秒”的顯示分別由六十進制計數(shù)器、譯和顯示器組成1。高精度的計時工具大多數(shù)都使用了石英晶體振蕩器產(chǎn)生原始的時鐘頻率，例如：電

11、子鐘、石英鐘、石英表都采用了石英技術(shù)，因此走時精度高，穩(wěn)定性好，使用方便，不需要經(jīng)常調(diào)試，數(shù)字式電子鐘用集成電路計時時，譯碼代替機械式傳動，用LED顯示器代替指針顯示進而顯示時間，減小了計時誤差 2。在進入電子時代后，相對于機械時鐘，更為直觀，準(zhǔn)確的電子鐘得到了廣大人群的青睞，無數(shù)大小不一，外觀不同的電子式時鐘充斥著大街小巷，這給人們的生活帶來了不小的便利。由于數(shù)字集成電路和石英晶體振蕩器的使用的日趨成熟與廣泛，都使數(shù)字鐘無論從使用還是從精確等角度都將超過老式的時鐘?，F(xiàn)如今，電子鐘的使用率是越來越高，它給人們帶來的便利也越來越多，使人們的生活也越來越離不開它了。第二章 硬件設(shè)計2.1單片機介紹

12、單片機具有體積小，價格便宜，可靠性高等特點，除了沒有 I/O 系統(tǒng)外，幾乎可以稱之為計算機。它把計算機的基本微型化，并集成到一塊上，通常片內(nèi)都含有處理器（CPU），數(shù)據(jù)器（RAM），程序器（ROM、EPROM、FLASHROM）、還有定時器/計數(shù)器，總線如 RS-232 串行通信口、系統(tǒng)時鐘、中斷控制、系統(tǒng)總線等3。但在功能性方面比家用機要弱了不少，相對的價格也低廉了不少，適合大量的生產(chǎn)和使用。單片機從采用 PMOS 工藝逐漸發(fā)展到現(xiàn)在的 CMOS 半導(dǎo)體工藝技術(shù)。慢慢的提高了其集成度，使其功耗大大的降低，工作電壓的范圍也在隨之加寬。伴隨著電子時代的到來，身邊被各種電子產(chǎn)品充斥著，琳瑯滿目的電

13、子儀器、儀表，洗衣機、電視機等，在其中都多少的加入了單片機的成分，除此外在的社會對電子產(chǎn)品的要求逐漸向小，快，靈發(fā)展，由于其價格低廉，體積小等特點，更加推動了單片機將會在今后大有可為。單片機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，實現(xiàn)功能模塊化，更主要的是其更適合系統(tǒng)，所謂的系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ),并且軟硬件可裁剪,適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的計算機系統(tǒng)4。AT89C51單片機為很多控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。這些優(yōu)勢都使單片機的使用更加廣泛。AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀器的低電壓、高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機

14、。單片機的可擦除只讀器可以反復(fù)擦除 1000 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍器組合在單個中，ATMEL 的AT89C51 是一種高效微控制器5。除此外，它還是一款單片封裝的微控制器，適合多要求高集成度、低成本的場合。各端口功能：VCC：用于電壓的提供GND：用于接地P0 口：P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每個引腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng)P0 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為輸入。P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 FIASH

15、編程時，P0 口作為原碼輸，當(dāng) FIASH進行校驗時，P0 輸出原碼，此時P0 外部必須被拉高。P1 口：P1 口是個帶上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 口的緩沖器能夠接收輸出 4 個 TTL 門電流。當(dāng) P1 口的管腳被寫入“1”，當(dāng) P1 口被外部下拉為低電平時，輸出電流，由于和校驗時，P1 口將會作為第八位的地址來接收。上拉會為高，可被用作為輸入，上拉的緣故。在 FLASH 編程P2 口：P2 口為一個上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向口，P2 口的緩沖器能接收，輸出4 個 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫入“1”時，其管腳被上拉電阻拉高，且作為輸入。并作為輸入時，P2 口的管腳會被外部拉

16、低，將輸出電流。由于上拉的緣故。P2器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)器進行存取時，P2 口輸出地址口當(dāng)用于外部程序的高八位。在給出地址“1”時，它將會利用上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P3 口：P3 口是一個帶有上拉電阻的 8 為準(zhǔn)雙向 I/O 口，且是個雙功能口。當(dāng)作為第能口使用時，工作原理和 P1，P2 口差不多，但第二輸出功能線保持為，使與非門 N3 對鎖存器輸出（Q 端）暢通。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的時間。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。時鐘工作電路的輸入。

17、運算器：實現(xiàn) 4 位、8 位、16 位數(shù)據(jù)完成算術(shù)和邏輯運算。累加器：8 位的寄存器，其中控制器：計算機的控制指揮存放一個操作數(shù)、中間結(jié)果和運算結(jié)果。，使計算機的每個能協(xié)調(diào)工作。寄存器：用于存放程序和數(shù)據(jù)。處理器：MCS-51 的 CPU 能處理 8 位二進制數(shù)或代碼。定時器/計數(shù)器：8051 有 2 個 16 位的定時器/計數(shù)器，用于實現(xiàn)定時或計數(shù)的功能，并以其定時或計數(shù)的結(jié)果對計算機進行控制。定時的時候靠分頻時鐘頻率計數(shù)實現(xiàn)，做計數(shù)器時，對P3.4（T0）或P3.5(T1)端口的低電平脈沖計數(shù)。中斷：MCS-51有 5 個中斷源，其中外中斷 2 個，定時中斷 2 個，串行中斷 1個，全部中

18、斷分為高級和低級共兩個優(yōu)先級別。表 2.1P3 口還能作為 AT89C51 的第二功能端口引腳第二功能P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6P3.7RXD（串行輸）TXD（串行輸出口） 0（外部中斷 0）1（外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入）T1（記時器 1 外部輸入）WR（外部數(shù)據(jù)RD（外部數(shù)據(jù)器寫選通）器讀選通）2.2 LED 顯示器本次設(shè)計的數(shù)字鐘將采用 7 段 LED 顯示。它的圓點發(fā)光二極管組成?？梢燥@示從 0-9 等 10 個數(shù)字。由 7 個條形發(fā)光二極管和一個LED 即發(fā)光二極管，英文全稱為 Light Emitting Diode。單獨的

19、發(fā)光二極管便是一個最簡單的 LED， LED 數(shù)碼管是由若干個發(fā)光二極管組成的顯示字段的顯示器件，一般簡稱為數(shù)碼管。在 7 段 LED 中通常分為靜態(tài)顯示原理和動態(tài)顯示原理，靜態(tài)顯示是指，當(dāng)數(shù)碼管顯示某個字符的時候，相應(yīng)的字段的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截至，燈的亮、滅不變，在這種情況下，多個 LED 是同時顯示的。動態(tài)顯示原理是指逐個循環(huán)點亮各位顯示器，雖然在任一時刻只有一位顯示器被點亮，但由于時間間隔較短，且人眼具有視覺暫留效應(yīng)，因此看起來與全部顯示器一次持續(xù)點亮完全一樣。為了實現(xiàn)LED動態(tài)掃描，除了要給顯示器提供段（字形代碼）的輸入，還要對顯示器加位選擇控制，即段選和位選5。程序中采用掃描顯

20、示的方式，即在同一時刻，只使用到一個LED顯示數(shù)據(jù)。通過為共陰極LED或是共陽極LED的公共引腳引入低電平或，從而選擇某個LED顯示。如此循環(huán)，使每個LED顯示預(yù)先設(shè)定好的應(yīng)顯示的數(shù)據(jù)，并進行適當(dāng)?shù)难訒r，形成視覺暫留效果。這樣便可以達到動態(tài)顯示的目的。LED 數(shù)碼有共陽極和共陰極兩種，當(dāng)把這些 LED 發(fā)光二極管的正極接到一起（拼成一個 “8”字的形狀再加上一個小數(shù)點“dp”）而作為一個引腳，就叫共陽的，相反的，負極接到一起，就叫共陰的。當(dāng)應(yīng)用時，這個引腳就分別的接 VCC 和 GND。把多個這樣的數(shù)碼管字裝在一起就成了多位的數(shù)碼管了。圖 2.1 共陽數(shù)碼管引腳圖 2.2 共陰數(shù)碼管引腳本次設(shè)

21、計采用的是 6 位 7 段 LED 共陽數(shù)碼管，通過動態(tài)顯示來完成數(shù)字鐘系統(tǒng)的顯示模塊，通常的 7 段顯示器的有 8 個發(fā)光二極管，在應(yīng)用時將公共接地線 GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮，當(dāng)某一字段的陽極為時就會熄滅。通過編程的方式來控制發(fā)光二極管陽極的電平狀況，控制數(shù)碼管的相應(yīng)字段的亮和滅。2.3蜂鳴器蜂鳴器是一種結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，被廣泛的用于、器、定時器等產(chǎn)品中。蜂鳴器分為有源蜂鳴器和無源蜂鳴器，有源蜂鳴器直接接上額定電源(新的蜂鳴器在上都有注明)就可連續(xù);而無源蜂鳴器則和電磁揚聲器一樣，需要接在音頻輸出電路中才能。蜂鳴器的工作電流一般比較大

22、，導(dǎo)致單片機的I/O 口是無法直接驅(qū)動的，所以要利用放大電路來驅(qū)動，一般使用三極管來放大電流就可以了。此設(shè)計采用的是有源蜂鳴器，這樣可以簡化的設(shè)計，只要將其的倆個引腳接上工作電壓便可，聲音的頻譜范圍在幾十到幾千HZ。蜂鳴器接著P1.7的引腳上，該腳接上上拉電阻，并由三極管作放大，當(dāng)設(shè)定的時間到達時P1.7給出使三極管導(dǎo)通，蜂鳴器通電后就發(fā)出有節(jié)奏的提示音，未到達時間，P1.7給出低電平，蜂鳴器不發(fā)音6。2.4鍵盤設(shè)計中能采取兩種鍵盤方式，一種是用采用矩陣式的鍵盤，在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接,在需要的鍵數(shù)比較多時，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。式

23、采用獨立式鍵盤。獨立式按鍵是直接用I/O 口線另的單個按鍵電路，其特點是每個按鍵單獨占用一根 I/O 口線，每個按鍵的工作不會影響其它 I/O 口線的狀態(tài)。但當(dāng)所需按鍵數(shù)量多，會占用過多的I/O 口線。本次設(shè)計因為所用到的鍵的數(shù)量不多，只需要用到 5 個按鍵，所以采用第二種獨立式的鍵盤。2.5 譯碼電路為了區(qū)分一系列不同的事物，將其中的每一個事物用一個二進制代碼表示的過程稱為編碼。實現(xiàn)編碼功能的電路稱為譯。在二值邏輯電路中，信號都是以高、低電平的形式給出的。因此，編的邏輯功能就是把輸入的每一個高、低電平信號編成一個對應(yīng)的二進制代碼7。它可以將輸入的代碼狀態(tài)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的輸出信號，再以高或者低電平

24、的形式在各自的輸出端口用于送出，以表示 CPU 所發(fā)出的信息。要通過譯碼電路將單片機中所需顯示的信號轉(zhuǎn)成 7 段數(shù)碼管字型的輸出信號，再由數(shù)碼管將它們顯示出來，以便了解。此次設(shè)計中，所采用的譯為 74LS47，它是輸出低電平有效的 7 段字型譯，并且可以用于驅(qū)動共陽極數(shù)管，再在其中加以電阻，以防電流過大將數(shù)碼管燒壞，譯碼電路。第三章電路介紹3.1時鐘電路：時鐘電路 時鐘電路在計算機系統(tǒng)中起著非常重要的作用,是保證系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)。一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，時鐘有兩方面的含義：一是指為保障系統(tǒng)正常工作的基準(zhǔn)振蕩定時信號，主要由晶振和電路組成，晶振的作用是產(chǎn)生時間信號，數(shù)字鐘的頻率和確保穩(wěn)定度，晶振

25、頻率的大小決定了單片機系統(tǒng)工作的快慢；二是指系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)定時時鐘，即定時時間8。本設(shè)計的時鐘電路采用的是時鐘方式，既是在 XTAL1 和 XTAL2 兩端接上晶體或陶瓷振蕩器。這次的設(shè)計中將采用在 XTAL1 和 XTAL2 兩端跨接 12MHZ 晶體振蕩器，振蕩電路就產(chǎn)生自激振蕩。定時元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶振能在 1.2MHZ-12MHZ 之間選擇，電容的大小在 30PF 左右，電容的大小可起頻率微調(diào)的作用9。在 AT89C51出端為引腳 XTAL2。而有一個高增益反向放大器，其輸入端為引腳 XTAL1，輸，XTAL1 和 XTAL2 之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，在

26、從而一個穩(wěn)定的自激振蕩器。時鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過觸發(fā)器進行二分頻之后，才成為單片機的時鐘脈沖信號。3.2復(fù)位電路為確保微機系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第能是上電復(fù)位，一般微機電路正常工作需要供電電源為 5V5%，即 4.755.25V。由于微機電路是時序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時鐘信號，因此在電源上電時，只有當(dāng)VCC 超過 4.75V 低于 5.25V 以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時，復(fù)位信號才被撤除，微機電路開始正常工作10。單片機復(fù)位的條件是在 RESET 輸入端出現(xiàn)時實現(xiàn)復(fù)位和初始化。在振蕩器運行的情況下，要實現(xiàn)復(fù)位操作，必須使 RST/VPD 或 RST

27、引腳加上持續(xù)兩個機器周期（即 24 個振蕩周期）的。若時鐘頻率為 12 MHz，每機器周期為 1s，則只需 2s以上時間的，在 RST 引腳出現(xiàn)后的第二個機器周期執(zhí)行復(fù)位。電路為上電復(fù)位電路，它是利用電容充電來實現(xiàn)的。在接電瞬間，RESET 端的電位與VCC 相同，隨著充電電流的減少，RESET 的電位逐漸下降。只要保證RESET 為的時間大于兩個機器周期，便能正常復(fù)位。該電路除具有上電復(fù)位功能外，若要復(fù)位，只需按 RESET鍵，此時電源 VCC 經(jīng)電阻 R1、R2 分壓，在RESET 端產(chǎn)生一個復(fù)位。加電自動復(fù)位是加電瞬間，RST 端的的電位與 Vcc 相同，隨著 RC 電路充電電流的減小，

28、RST 端的電位逐漸下降。只要 RST 端保持 10ms 以上的就能使MCS-51 單片機有效的復(fù)位。復(fù)位電路中的 RC 參數(shù)通常由實驗調(diào)。當(dāng)振蕩頻率用 12MHZ 時，C選 22F、R 選 2k 便能可靠的實現(xiàn)加電自動復(fù)位。開關(guān)復(fù)位電路:3.3計數(shù)器/定時器原理在 51 單片機中有 2 個 16 位的定時器/計數(shù)器分別是 T0 和 T1 它由加法計數(shù)器、方式寄存器 TMOD、控制寄存器 TCON 等組成。方式寄存器用于設(shè)定定時計數(shù)器 T0 和 T1 的工作方式，控制寄存器用于對定時計數(shù)器啟動、停止進行控制。每個定時計數(shù)器既可以對系統(tǒng)時鐘計數(shù)實現(xiàn)定時，也可以外部信號計數(shù)實現(xiàn)計數(shù)功能通過編程設(shè)定

29、來實現(xiàn)。每個定時計數(shù)器都有多種工作方式，其中 T0 有四種工作方式，T1 有三種工作方式， T2 有三種工作方式。通過編程可設(shè)定工作于某種方式。四種工作方式為：13 位定時計數(shù)器、16 位定時計數(shù)器、8 位自動重置定時計數(shù)器、兩個 8 位定時計數(shù)器（只有 T0有）每一個定時計數(shù)器定時計數(shù)時間到時產(chǎn)生溢出，使相應(yīng)的溢出位置位，溢出可通過查詢或中斷方式處理。第四章硬件電路4.1設(shè)計介紹本次設(shè)計的數(shù)字鐘是以 AT89C51 為主要控制單元，在硬件電路采用的是 P0 口作為6 位 LED 數(shù)碼管的驅(qū)動接口，這是由于 P0 輸出驅(qū)動電路工作處于開漏狀態(tài)，它的驅(qū)動74LS04 來驅(qū)動數(shù)碼管的段碼，用三極管

30、 PNP 來驅(qū)動數(shù)碼管的能力很強 ，并接入位碼，所以只需要外接上上拉電阻便能把 LED 數(shù)碼管點亮。在 6 位 LED 數(shù)碼管顯示時， 6 個LED 顯示器共用一個8 位的I/O口，6 位LED 數(shù)碼管的位選線分別由相應(yīng)的P2.0P2.5來控制，而將其相應(yīng)的段選線并聯(lián)在一起，由一個 8 位的I/O 口控制。此電子鐘的時間以24小時為一個時間周期，顯示時、分、秒，有校時的功能，可以分別對小時和分鐘進行校時，使其到標(biāo)準(zhǔn)時間，可以設(shè)置鬧鈴，到達所設(shè)定的時間會通過蜂鳴器提醒。整個設(shè)計以AT89C51單片機為，配上其他硬件電路，用匯編語言設(shè)計的程序來控制實現(xiàn)。設(shè)計將根據(jù)C51單片機的接口的特點擴展相應(yīng)的

31、硬件電路。本文主要介紹用單片機的定時/計數(shù)器來實現(xiàn)電子時鐘的方法，本設(shè)計由單片機AT89c51和LED數(shù)碼管為，輔以必要的電路，了一個單片機電子時鐘。利用鍵盤對數(shù)字鐘進行校時和鬧鐘的設(shè)定，在設(shè)計中有5個鍵盤分別是從S0到S4，這幾個按鍵是對整個數(shù)字鐘進行設(shè)置的唯一途徑。它們各是用于鬧鐘設(shè)定，退出和進入鬧鐘設(shè)定，鬧鐘小時部分，鬧鐘分鐘部分，時鐘的小時和分鐘部分。該電子時鐘由89C51，鍵盤，六段數(shù)碼管等，采用晶振電路作為驅(qū)動電路，由延時程序和循環(huán)程序產(chǎn)生的1秒定時，達到時、分、秒的計時，60秒為1分鐘，60分鐘為1小時，滿24小時為一天。本次設(shè)計的方案完全用實現(xiàn)數(shù)字時鐘。原理為：在單片機器設(shè)三個

32、字節(jié)分別存放時鐘的時、分、秒信息。利用定時器與結(jié)合實現(xiàn)1秒定時中斷，每產(chǎn)生一次中斷，器內(nèi)相應(yīng)的秒的值加1；若秒的值達到60，則將其清0，并將相應(yīng)的分字節(jié)值加1；若分值達到60，則清字節(jié)，并將時字節(jié)值加1；若時值達到24，則將時字節(jié)清0。該方案具有硬件電路簡單的特點。但由于每次執(zhí)行程序時，定時器都要重新賦初值，所以該時鐘精度不高。而且，由于是實現(xiàn)，當(dāng)單片機不上電，程序不執(zhí)行時，時鐘將不工作。圖 4.1 硬件連接圖如圖 4.1，為整個單片機數(shù)字鐘的硬件圖，時鐘振蕩電路接在 XTAL1 和 XTAL2 上，這兩個引腳反向放大器的輸入和輸出。這種反向放大器可以連接大片的振蕩器，除此外，還能連接石英振蕩

33、器和陶瓷振蕩器。不能接外部時鐘源驅(qū)動期間。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。分頻器接收到晶體振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號送到后，分頻器將振蕩器輸出的脈沖信號分成每秒鐘為一次（1HZ）的并把累計的結(jié)果通過 74LS47 譯作為秒脈沖，秒脈沖信號被送入計數(shù)器來進行計數(shù)，譯碼為十進制數(shù)字并且分別以 “時鐘”、“分鐘”、“秒鐘”顯示到 7 段數(shù)碼管上。 “秒鐘”位和“分鐘”位的計數(shù)均由兩級計數(shù)器組成的六十進制計數(shù)電路實現(xiàn)?！靶r”位的計數(shù)由兩級計數(shù)器組成的 24 進制計數(shù)電路來實現(xiàn)。振蕩器是計時器的重要組成部分。它主要用來產(chǎn)生

34、時間標(biāo)準(zhǔn)信號，經(jīng)分頻后得到秒時間脈沖。因此數(shù)字鐘的精度取決于石英晶體振蕩器。從數(shù)字鐘的精度考慮，晶振頻率越高，數(shù)字鐘的計時準(zhǔn)確度就愈高，但這將使振蕩器的耦電量增大，分頻電路的級數(shù)也要增加。振蕩電路由石英晶體、微調(diào)電容與集成門電路等元器件。C1 是溫度特性校正電容,一般取 20-40PF,電容C2 中頻微調(diào)電容,取 30PF, 電容C1、C2 與晶體共 網(wǎng)絡(luò)，完成正反饋選頻。數(shù)字鐘的秒信號是利用 AT89C51 單片機定時器T0 產(chǎn)生的。晶振的頻率為 12MHZ 使得 T0 的最大定時時間遠遠的小于 1S，因此，在設(shè)計時采用了硬件蜂鳴器聲 音驅(qū) 動電 路復(fù) 位電路譯 碼電路時分秒AT89c51單

35、片機鍵盤調(diào) 時電路時鐘電路和的相結(jié)合在一起的方法，通過計數(shù)器T0 產(chǎn)生 0.1S 的時間基本信號，然后再利用程序進行計數(shù)，從而產(chǎn)生 1S 的時間信號。本次設(shè)計，定時器/計數(shù)器的 T0 采用了中斷方式。當(dāng)定時的時間到了后，定時器向 CPU 發(fā)出中斷請求，CPU 相應(yīng)了中斷后轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)，在 T0 的中斷服務(wù)程序中實現(xiàn)時、分鐘、秒鐘的累加。每產(chǎn)生一次中斷，0.1S時基單元的內(nèi)容加 1，當(dāng)其等于 10 的時候，便產(chǎn)生 1S 的信號，使秒計數(shù)單元的內(nèi)容加 1，并將 0.1S 時基單元的內(nèi)容清 0；當(dāng)秒的計數(shù)單元計滿了 60S 后，向分計數(shù)單元進位，使分的計數(shù)單元中的內(nèi)容加 1，再將秒計數(shù)單元的內(nèi)容清

36、0；當(dāng)計滿 60 后，再向時計數(shù)單元進位，時時計數(shù)單元中的內(nèi)容加 1，并將分計時單元中的內(nèi)容清 0；時計數(shù)單元在計到 24 后清 0。在對各單元計數(shù)的同時，把它們的值放到單元的指定位置。經(jīng)過分頻器得到的 1HZ 的秒脈沖信號被送到計時電路，計時電路由六級計數(shù)器構(gòu)成。完成“時”、“分”、“秒”計數(shù)。其中 “秒”、“分”計數(shù)均為六十進制，“時”為二十四進制。由于集成電路的發(fā)展，人們不再用觸發(fā)器去設(shè)計這些計數(shù)電路，而是使用中規(guī)模計數(shù)器，采用反饋歸零的方法去實現(xiàn)，即當(dāng)計數(shù)狀態(tài)達到所需模值后，經(jīng)門電路或觸發(fā)器譯碼，反饋產(chǎn)生“復(fù)位”脈沖，使計數(shù)器清零，然后重新進行下一個循環(huán)?！胺帧?、“秒”計數(shù)電路是 60

37、 進制計數(shù)器，一般采用兩只十進制計數(shù)器，其中一只用反饋歸零法實現(xiàn) 60 進制計數(shù)器，即當(dāng) CP 端第六觸發(fā)脈沖輸入時它的四級觸發(fā)器狀態(tài)為“0110”，這時QB、QC 均呈，將它們?nèi)〕?，變換為適當(dāng)?shù)碾娖剑ɑ蛎}沖邊沿）送到計數(shù)器的清零端，使計數(shù)器歸零。復(fù)位電路：復(fù)位電路主要是使整個設(shè)計初始化，其功能是將程序計數(shù)器 PC 的內(nèi)容初始化為 00000H，使單片機從 0000H 單元開始執(zhí)行，并且使 CPU 及其他的功能都從一個確定的初始狀態(tài)開始工作。除了系統(tǒng)上電時需要進行正常的初始化外，當(dāng)數(shù)字鐘系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤或故障時也可以通過復(fù)位系統(tǒng)來從新啟動數(shù)字鐘。當(dāng)復(fù)位后，PC=0000H， SP=07H,從P0-

38、P3 為 0FFH。在數(shù)字鐘系統(tǒng)中使用的是上電復(fù)位，通過電容充電來實現(xiàn)。當(dāng)電源Vcc 接通時只要電壓上升時間不超過 1ms,就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位。鍵盤：在電路中的4個按鍵S1、S2、S3、S4用于對時鐘進行修改和鬧鐘設(shè)置，當(dāng)時鐘的1鍵被按下管就會顯示鬧鐘，再松開后顯示當(dāng)前時間；當(dāng)按下S4鍵后進入時鐘修改模式，就能對時間進行調(diào)整，再按下S4鍵，時間的小時就能加1，按S2后分鐘加1，當(dāng)調(diào)整結(jié)束后按下S1就恢復(fù)正常顯示；按下S3鍵進入鬧鐘修改的模式，這時就能設(shè)定鬧鐘了，再按S3鍵鬧鐘的小時部分加1，按S2鍵分鐘部分加1，在調(diào)整結(jié)束后按下S1恢復(fù)正常顯示。分別接在單片機的從P1.0到P1.3口，還有

39、一個S0的鍵盤按鍵是用于進入和退出鬧鐘的。蜂鳴器：的設(shè)計是數(shù)字鬧鐘，所以在整個系統(tǒng)中就需要一個，當(dāng)設(shè)定的時間到時要有個聲音提醒信號的產(chǎn)生，蜂鳴器就是能起到這個作用的，這次 的設(shè)計采用的是壓電式蜂鳴器，在其工作時需要 10MA 的驅(qū)動電流。蜂鳴器的一端接入 單片機的 P1.7 口，另外的一端接上+5V 的，當(dāng) P1.7 的引腳上為低電平時蜂鳴器就不會發(fā)出聲音了。當(dāng)設(shè)定的時間到了的時候，單片機中的計時器就會發(fā)出信號給 CPU，CPU 發(fā)出響應(yīng)，使P1.7 為，就開始。LED7段數(shù)碼管顯示：這次的數(shù)字鐘設(shè)計使用的是7段的共陽極數(shù)碼管來顯示，由于要顯示“時”，“分”和“秒”，要使用6位的數(shù)碼管，再采用

40、動態(tài)顯示來驅(qū)動，當(dāng)單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM 端電路的控制，所以只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM 端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O 端口，而且功耗更低。在6位的數(shù)碼管中，6個數(shù)碼管的顯示筆畫從“a”到“dp”的同名端都是連在一起的，當(dāng)?shù)某绦驈腜0口輸出字型的時候，所有的數(shù)碼管都會在同時接到相同的字型碼信號。為了避免6個數(shù)碼管都顯示同一個數(shù)字的情況出現(xiàn)，就是采

41、用動態(tài)顯示驅(qū)動的最主要原因。6個數(shù)碼管逐個顯示，但每位的點亮?xí)r間極短（大1ms）,要小于視覺的暫留時間0.1s，所以就不會產(chǎn)生閃爍的感覺，能夠完整的清楚的看到數(shù)碼管上的內(nèi)容。以上是簡單的介紹了下整個數(shù)字鐘電路中各模塊的功能和所工作的情況，只要將各部分與單片機的各個引腳連在一起，再將匯編程序輸入進去，就能做出了個完整數(shù)字鐘系統(tǒng)。4.2硬件電路圖圖 4.289C51 引腳圖圖 4.3復(fù)位電路圖 4.4此次設(shè)計按鍵圖 4.5此次設(shè)計時鐘電路圖 4.6蜂鳴器圖 4.7譯電路圖 4.87 段數(shù)碼管顯示第五章程序5.1 程序流程圖圖 5.1程序流程圖如流程圖所示，程序開始后定義程序塊的起始地址，接著初始化

42、程序，對各進行初始化，定義時鐘和鬧鐘的小時和分鐘。給計數(shù)器賦初值。啟動 T016 位計數(shù)器。接著是主程序的編寫S0 鍵用于控制時鐘和鬧鐘界面的轉(zhuǎn)換，如果 S0 閉合就利用跳轉(zhuǎn)指令N進入鬧鐘的顯示，斷開就是時鐘的界面。當(dāng) S4 鍵按下后就會進入到時間的設(shè)置，再按一下小時數(shù)字就能加 1，當(dāng)斷開的時候，CPU 就會檢查 S3 是否是閉合的，如果是就進入到鬧鐘的設(shè)置，顯示鬧鐘的界面，再按下一次就能加 1。S2 鍵用于修改鬧鐘和時鐘的分鐘，當(dāng)S2 按下后，分鐘就能加 1。最后當(dāng)設(shè)置完成后就還可以通過按下S1 來重新回到時鐘的顯示狀態(tài)。5.2匯編語言匯編語言是一種面向 CPU 指令系統(tǒng)的程序設(shè)計語言，它采

43、用指令系統(tǒng)的助記符來表示操作碼和操作數(shù)，用符號地址表示操作數(shù)地址，因而易記、易讀、易修改，給匯編帶來了很大方便。匯編語言源程序在輸入計算機后，需要將其翻譯成目標(biāo)程序，計算機才能執(zhí)行相應(yīng)指令，這個翻譯的過程稱為匯編，完成匯編任務(wù)的程序稱為匯編程序11。匯編語言比機器語言易于讀寫、調(diào)試和修改，同時具有機器語言全部優(yōu)點。但在編寫復(fù)雜程序時，相對高級語言代碼量較大，而且匯編語言依賴于具體的處理器體系結(jié)構(gòu)，不能通用，因此不能直接在不同處理器體系結(jié)構(gòu)之間移植。匯編語言的特點:面向機器的低級語言，通常是為特定的計算機或系列計算機專門設(shè)計的。保持了機器語言的優(yōu)點，具有直接和簡捷的特點。3.可有效地、控制計算機

44、的各種硬件設(shè)備，如磁盤、器、CPU、I/O 端口等。目標(biāo)代碼簡短，占用內(nèi)存少，執(zhí)行速度快，是高效的程序設(shè)計語言。經(jīng)常與高級語言配合使用，應(yīng)用十分廣泛。參考文獻.基于Proteus的數(shù)字鐘設(shè)計及仿真J.西安工程大學(xué)學(xué)報，2009，23（3）：5962.數(shù)字電子鐘的設(shè)計J.長春大學(xué)學(xué)報，2004，14（4）：79.12趙3.MCS-51 系列單片機系統(tǒng)及其應(yīng)用M.，2004.118.：高等教育4劉立新，.移動數(shù)據(jù)庫研究J.微計算機信息,2006，22（2）：4548.569092.7891011.基于 AT89S52 單片機數(shù)字鐘的實現(xiàn)J.導(dǎo)刊,2008,7(10):120122.，.基于單片機的

45、數(shù)字式電子鐘的設(shè)計與制作J.重慶工學(xué)院學(xué)報,2006，20(8)：.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M.：電子科技大學(xué)，2009.6364.基于單片機的車載時鐘控制系統(tǒng)研究D.大連：大連理工大學(xué)，2008.基于TC35模塊的無線LED顯示屏的設(shè)計D.：工業(yè)大學(xué)，2006. 激光微加工系統(tǒng)中電控系統(tǒng)的設(shè)計D.鄭州:鄭州大學(xué).2004.微機原理與匯編語言程序設(shè)計M.，2005.133134.：中國水力水電附錄附錄 1數(shù)字鐘硬件電路圖附錄 圖 1附錄 2程序0000H LJMP START000BHLJMP TIME偽指令 定義程序塊起始地址跳轉(zhuǎn)開始;*初始化*START:MOV SP, #50H MOV 20H,

46、#00H MOV 21H,#00H MOV 22H,#00H MOV 23H,#01H MOV 24H,#01HMOV 25H,#00H MOV 26H,#01H MOV 30H,#00H MOV 31H,#00H MOV 32H,#00H MOV 33H,#00H MOV 34H,#00H MOV 35H,#00H MOV 36H,#01H MOV 37H,#00H MOV 38H,#01H MOV 39H,#00H MOV 50H,#00HMOV TMOD,#01HMOV TH0, #03CH MOV TL0, #0B0HSP 指令指針寄存器;定義秒;定義分;定義時;定義鬧鐘分鐘;定義鬧鐘

47、小時;按鍵次數(shù);16 位計數(shù)器;賦初值MOV IE,#87H;中斷允許 IE 功能寄存器SETB TR0 MOV R2, #14H MOV P2, #0FFH;*主程序*;啟動T0置位 1MAIN:JB P1.4, GB LCALL TIMEPRO LCALL DISPLAY1 JB P1.3,M1 LCALL SETTIME LJMP MAINJB P1.2,M2;調(diào)用鬧鐘判斷;調(diào)用時間顯示;P1.3=1 時轉(zhuǎn)移GB:S4 沒有按下;調(diào)用 SETTIME 調(diào)時子程序M1:;P1.2=1 時轉(zhuǎn)移;調(diào)用 SES3IME 子程序LCALL SELJMP MAIN JB P1.0,M4IMEM2:;

48、P1.01 時轉(zhuǎn)移 S1;調(diào)用LOOKATIME 顯示鬧鐘子程序LCALL LOOKATIMELJMP MAINM4:;*延時子程序*DELAY:DL00:MOV R4,#030HMOV R5,#0FFHDL11:DL12:MOV R6,#9H DJNZ R6,DL12 DJNZ R5,DL11 DJNZ R4,DL00RET無參數(shù)返回;*時間調(diào)整*SETTIME:;設(shè)置時間L0:LCALL DISPLAY1MM1:JB P1.3,L1;P1.3=1 時轉(zhuǎn)移MOV C, P1.3 JC MM1LCALLDELAY1 JC MM1MOV C,P1.3JNC MSTOP1 LCALL DELAY1

49、;延時MSTOP1:;P1.3 為 0 時轉(zhuǎn)移;延時MOV A,50H INC 50HCJNE A,#00H,HJ1 LJMP L0MOV C,P1.3 JNCMSTOP1 INC 22HMOV A,22HCJNE A,#18H,GO12 MOV 22H,#00H MOV 34H,#00HMOV 35H,#00HLJMP L0INC+1 指令HJ1:;小時自加一;小時計數(shù)循環(huán);復(fù)位L1:JB P1.1,L2MOV C,P1.1 JC L1;P1.1=1 時轉(zhuǎn)移LCALLDELAY1 JC L1MOV C,P1.1 JNC MSTOP2 LCALL DELAY1MOVC,P1.1;延時MSTOP

50、2:;P1.10 時轉(zhuǎn)移;延時JNCMSTOP2INC 21H MOV A,21HCJNE A,#3CH,GO11MOV 21H,#00H MOV 32H,#00HMOV 33H,#00HLJMP L0;分鐘加一;分鐘計數(shù)循環(huán);復(fù)位GO11:MOV B,#0AH DIV ABMOV 32H,B MOV 33H,A LJMP L0MOV B,#0AHDIV AB MOV 34H,B MOV 35H,A LJMP L0JB P1.0,L0 MOV C,P1.0 JCL2LCALLDELAY1 MOVC,P1.0JCL2MOVC,P1.0 JNC STOP1 LCALLDELAY1 MOVC,P1.

51、0 JNC STOP1MOV 50H,#00HDIV 除法將A 的低 4 位存入 32 單元將A 的高 4 位存入 33 單元;GO12:;將A 的低 4 位存入 34 單元;將A 的高 4 位存入 35 單元L2:;P1.01 時轉(zhuǎn)移;延時STOP1:; P1.00 時轉(zhuǎn)移;延時LJMPMAIN;*設(shè)置鬧鐘*SEN0: MM2:IME:LCALL DISPLAY2 LCALL DISPLAY2 JB P1.2,N1MOV C,P1.2 JC MM2LCALLDELAY1JC MM2; 調(diào)用DISPLAY2 顯示鬧鐘;P1.2=1 時轉(zhuǎn)移;延時MSTOP3:MOV C,P1.2JNC MSTO

52、P3 LCALL DELAY1; P1.20 時轉(zhuǎn)移; 延時MOV A,50H INC 50HCJNE A,#00H,HJ2 LJMP N0MOVC,P1.2 JNCMSTOP3 INC 24HMOV A,24HHJ2:;小時加一CJNE A,#24,GO22MOV 24H,#00H MOV 38H,#00H MOV 39H,#00HLJMP N0;小時計數(shù)循環(huán);復(fù)位N1:JB P1.1,N2 MOV C,P1.1 JC N1LCALLDELAY1JC N1;P1.11 時轉(zhuǎn)移;延時MSTOP4:MOV C,P1.1;P1.10 時轉(zhuǎn)移JNC MSTOP4 LCALL DELAY1 MOVC,

53、P1.1 JNCMSTOP4 INC 23HMOV A,23H CJNE A,#60,GO21 MOV 23H,#00H MOV 36H,#00H MOV 37H,#00HLJMP N0MOVB,#0AH;延時;分鐘加一;分鐘計數(shù)循環(huán);復(fù)位GO21:DIV MOVMOVAB36H,B37H,A;將 A 的低 4 位存入 36 單元;將 A 的高 4 位存入 37 單元LJMP N0MOVB,#0AHGO22:DIV MOVMOVAB38H,B39H,A;將 A 的低 4 位存入 38 單元;將 A 的高 4 位存入 39 單元LJMP N0 JB P1.0 ,N0MOV C,P1.0 JCN2

54、LCALLDELAY1 MOVC,P1.0JCN2MOVC,P1.0 JNC STOP2N2:;P1.01 時轉(zhuǎn)移;延時STOP2:LCALLDELAY1MOVC,P1.0JNC STOP2 MOV 50H,#00HLJMP MAIN;*鬧鐘判斷* TIMEPRO: MOV A,21HMOV B,23HCJNE A,B,BK MOV A,22H MOV B,24H CJNE A,B,BK SETB 25H.0 MOV C,25H.0LCALL TIMEOUTBK:RET;判斷定時鬧鐘的分鐘;判斷定時鬧鐘的小時;調(diào)用TIMEOUT;*喇叭 TIMEOUT:X1: LCALL BZCLR 25H.0LCALL CLR 25H.0*;調(diào)用喇叭響應(yīng)程序;調(diào)用喇叭響應(yīng)程序結(jié)束;延時DELAYLJMP DISPLAY1 BZ:MOV C,25H.1MOV P1.6,C CLR P1.7MOV R7,#0FFH T2: MOV R6,#0FFH T3: DJNZ R6,T3DJNZ R7,T2;喇叭響應(yīng)時間SETB P1.7 RET;*顯示鬧鐘時間*LOOKATIME