基于51單片機(jī)的數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與開發(fā)畢業(yè)論文

我們的愛情，我們的理想，我們的未來，我們的成長，我們的幸福PAGE我們的愛情，我們的理想，我們的未來，我們的成長，我們的幸福西安郵電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：基于51單片機(jī)的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)院（系）：專業(yè)：班級(jí)：學(xué)生姓名：導(dǎo)師姓名：職稱：基于單片機(jī)的數(shù)字鐘畢業(yè)論文摘要……………ⅠAbstract……………ⅡTOC\o"1-3"\h\z第1章緒論 21.1課題背景 21.2課題來源 21.3本章小結(jié) 3第2章MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu) 42.1控制器 42.2存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu) 42.3并行I/O口 52.4時(shí)鐘電路與時(shí)序 52.5單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 62.6本章小結(jié) 6第3章電路的硬件設(shè)計(jì) 73.1復(fù)位電路 73.2時(shí)鐘電路 73.3按鍵電路 83.4相關(guān)控制電路 93.4.1控制打鈴電路 93.4.2時(shí)間表顯示電路 93.5數(shù)碼管顯示電路 103.6電源電路設(shè)計(jì) 103.7本章小結(jié) 10第4章電路的軟件設(shè)計(jì) 114.1軟件程序內(nèi)容 114.2軟件流程圖 114.3定時(shí)程序設(shè)計(jì) 124.3.1實(shí)時(shí)時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)的基本方法 134.3.2實(shí)時(shí)時(shí)鐘程序設(shè)計(jì)步驟 134.4程序說明 134.5本章小結(jié) 14第5章結(jié)論與展望 155.1結(jié)論 155.2單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 15參考文獻(xiàn) 17附錄………………18第1章緒論1.1課題背景單片機(jī)自1976年由Intel公司推出MCS-48開始，迄今已有二十多年了。由于單片機(jī)集成度高、功能強(qiáng)、可靠性高、體積小、功耗地、使用方便、價(jià)格低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)滲入到人們工作和生活的方方面面，幾乎“無處不在，無所不為”。單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域已從面向工業(yè)控制、通訊、交通、智能儀表等迅速發(fā)展到家用消費(fèi)產(chǎn)品、辦公自動(dòng)化、汽車電子、PC機(jī)外圍以及網(wǎng)絡(luò)通訊等廣大領(lǐng)域。單片機(jī)有兩種基本結(jié)構(gòu)形式:一種是在通用微型計(jì)算機(jī)中廣泛采用的，將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合用一個(gè)存儲(chǔ)器空間的結(jié)構(gòu)，稱為普林斯頓結(jié)構(gòu)。另一種是將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器截然分開，分別尋址的結(jié)構(gòu)，一般需要較大的程序存儲(chǔ)器，目前的單片機(jī)以采用程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器截然分開的結(jié)構(gòu)為多。本文討論的單片機(jī)多功能定時(shí)器的核心是目前應(yīng)用極為廣泛的51系列單片機(jī)，配置了外圍設(shè)備，構(gòu)成了一個(gè)可編程的計(jì)時(shí)定時(shí)系統(tǒng)，具有體積小，可靠性高，功能強(qiáng)等特點(diǎn)。不僅能滿足所需要求而且還有很多功能可供開發(fā)，有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。20世紀(jì)80年代中期以后，Intel公司以專利轉(zhuǎn)讓的形式把8051內(nèi)核技術(shù)轉(zhuǎn)讓給許多半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)廠家，如ATMEL、PHILIPS、ANALOG、DEVICES、DALLAS等。這些廠家生產(chǎn)的芯片是MCS-51系列的兼容產(chǎn)品，準(zhǔn)確地說是與MCS-51指令系統(tǒng)兼容的單片機(jī)。這些兼容機(jī)與8051的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（主要是指令系統(tǒng)）相同，采用CMOS工藝，因而，常用80C51系列來稱呼所有具有8051指令系統(tǒng)的單片機(jī)，它們對(duì)8051單片機(jī)一般都作了一些擴(kuò)充，更有特點(diǎn)。其功能和市場(chǎng)競爭力更強(qiáng)，不該把它們直接稱呼為MCS-51系列單片機(jī)，因?yàn)镸CS只是Intel公司專用的單片機(jī)系列型號(hào)。MCS-51系列及80C51單片機(jī)有多種品種。它們的引腳及指令系統(tǒng)相互兼容，主要在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有些區(qū)別。目前使用的1.2課題來源在日常生活和工作中，我們常常用到定時(shí)控制，如擴(kuò)印過程中的曝光定時(shí)等。早期常用的一些時(shí)間控制單元都使用模擬電路設(shè)計(jì)制作的，其定時(shí)準(zhǔn)確性和重復(fù)精度都不是很理想，現(xiàn)在基本上都是基于數(shù)字技術(shù)的新一代產(chǎn)品，隨著單片機(jī)性能價(jià)格比的不斷提高，新一代產(chǎn)品的應(yīng)用也越來越廣泛，大可構(gòu)成復(fù)雜的工業(yè)過程控制系統(tǒng)，完成復(fù)雜的控制功能。小則可以用于家電控制，甚至可以用于兒童電子玩具。它功能強(qiáng)大，體積小，質(zhì)量輕，靈活好用，配以適當(dāng)?shù)慕涌谛酒?，可以?gòu)造各種各樣、功能各異的微電子產(chǎn)品。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，家用電器和辦公電子設(shè)備逐漸增多，不同的設(shè)備都有自己的控制器，使用起來很不方便。根據(jù)這種實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了一個(gè)單片機(jī)多功能定時(shí)系統(tǒng)，它可以避免多種控制器的混淆，利用一個(gè)控制器對(duì)多路電器進(jìn)行控制，同時(shí)又可以進(jìn)行時(shí)鐘校準(zhǔn)和定點(diǎn)打鈴。它可以執(zhí)行不同的時(shí)間表（考試時(shí)間和日常作息時(shí)間）的打鈴，可以任意設(shè)置時(shí)間。這種具有人們所需要的智能化特性的產(chǎn)品減輕了人的勞動(dòng)，擴(kuò)大了數(shù)字化的范圍，為家庭數(shù)字化提供了可能。1.3本章小結(jié)本文介紹的設(shè)計(jì)是針對(duì)教學(xué)所用的多功能定時(shí)器，可以完成教學(xué)所需的功能。該定時(shí)器操作簡單，功能齊全，是單片機(jī)智能化的一種應(yīng)用。第2章MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)MCS-51單片機(jī)是把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個(gè)尺寸有限的集成電路芯片上。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器（CPU）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）、程序存儲(chǔ)器（ROM/EPROM）、并行I/O口、串行口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器（SFR）。它們都是通過片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依舊是CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。但對(duì)各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器（SFR）的集中控制方式。2.1控制器控制器是單片機(jī)的指揮控制部件，控制器的主要任務(wù)是識(shí)別指令，并根據(jù)指令的性質(zhì)控制單片機(jī)各功能部件，從而保證單片機(jī)各部分能自動(dòng)而協(xié)調(diào)地工作。單片機(jī)執(zhí)行指令是在控制器的控制下進(jìn)行的。首先從程序存儲(chǔ)器中讀出指令，送指令寄存器保存，然后送至指令譯碼器進(jìn)行譯碼，譯碼結(jié)果送定時(shí)控制邏輯電路，由定時(shí)控制邏輯產(chǎn)生各種定時(shí)信號(hào)和控制信號(hào)，再送到單片機(jī)的各個(gè)部件去進(jìn)行相應(yīng)的操作。這就是執(zhí)行一條指令的全過程，執(zhí)行程序就是不斷重復(fù)這一過程?？刂破髦饕ǔ绦蛴?jì)數(shù)器、程序地址寄存器、指令寄存器IR、指令譯碼器、條件轉(zhuǎn)移邏輯電路及時(shí)序控制邏輯電路。2.2存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)MCS-51單片機(jī)存儲(chǔ)器采用的是哈佛結(jié)構(gòu),即程序存儲(chǔ)器空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間截然分開,程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器各有自己的尋址方式,尋址空間和控制系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)對(duì)于單片機(jī)面向控制的實(shí)際應(yīng)用極為方便,有利.在8051/8751彈片擊中,不僅在片內(nèi)集成了一定容量的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及眾多的特殊功能寄存器,而且還具有極強(qiáng)的外存儲(chǔ)器的擴(kuò)展能力,尋址能力分別可達(dá)64KB,尋址和操作簡單方便.MCS-51的存儲(chǔ)器空間可劃分為如下幾類:程序存儲(chǔ)器單片機(jī)系統(tǒng)之所以能夠按照一定的次序進(jìn)行工作,主要是程序存儲(chǔ)器中存放了經(jīng)調(diào)試正確的應(yīng)用程序和表格之類的固定常數(shù)。程序?qū)嶋H上是一串二進(jìn)制碼,程序存儲(chǔ)器可以分為片內(nèi)和片外兩部分。8031由于無內(nèi)部存儲(chǔ)器,所以只能外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器來存放程序。MCS-51單片機(jī)復(fù)位后,程序存儲(chǔ)器PC的內(nèi)容為0000H,故系統(tǒng)必須從0000H單元開始取指令,執(zhí)行程序.程序存儲(chǔ)器中的0000H地址是系統(tǒng)程序的啟動(dòng)地址.一般在該單元存放一條絕對(duì)跳轉(zhuǎn)指令,跳向用戶設(shè)計(jì)的主程序的起始地址。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有128個(gè)字節(jié)的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM,作為用戶的數(shù)據(jù)寄存器,它能滿足大多數(shù)控制型應(yīng)用場(chǎng)合的需要,用作處理問題的數(shù)據(jù)緩沖器。MCS-51單片機(jī)的片內(nèi)存儲(chǔ)器的字節(jié)地址為00H-7FH.MCS-51單片機(jī)對(duì)其內(nèi)部RAM的存儲(chǔ)器有很豐富的操作指令,從而使得用戶在設(shè)計(jì)程序時(shí)非常方便。地址為00H-1FH的32個(gè)單元是4組通用工作寄存器區(qū),每個(gè)區(qū)含8個(gè)8位寄存器,編號(hào)為R7-R0。用戶可以通過指令改變PSW中的RS1,RS0這二位來切換當(dāng)前的工作寄存器區(qū),這種功能給軟件設(shè)計(jì)帶來極大的方便,特別是在中斷嵌套時(shí),為實(shí)現(xiàn)工作寄存器現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)容保護(hù)提供了極大的方便。特殊功能寄存器(SFR-SpecialFunctionRegister)特殊功能寄存器反映了MCS-51單片機(jī)的狀態(tài),實(shí)際上是MCS-51單片機(jī)各功能部件的狀態(tài)及控制寄存器.SFR綜合的,實(shí)際的反應(yīng)了整個(gè)單片機(jī)基本系統(tǒng)內(nèi)部的工作狀態(tài)及工作方式.SFR實(shí)質(zhì)上是一些具有特殊功能的片內(nèi)RAM單元,字節(jié)地址范圍為80H-FFH.特殊功能寄存器的總數(shù)為21個(gè),離散的分布在該區(qū)域中,其中]有些SFR還可以進(jìn)行位尋址.128個(gè)字節(jié)的SFR塊中僅有21個(gè)字節(jié)是由定義的.對(duì)于尚未定義的字節(jié)地址單元,用戶不能作寄存器使用,若訪問沒有定義的單元,則將得到一個(gè)不確定的隨機(jī)數(shù).2.3并行I/O口MCS-51單片機(jī)共有4個(gè)雙向的8位并行I/O端口（Port），分別記作P0-P3，共有32根口線，各口的每一位均由鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器所組成。實(shí)際上P0-P3已被歸入特殊功能寄存器之列。這四個(gè)口除了按字節(jié)尋址以外，還可以按位尋址。由于它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上有一些差異，故各口的性質(zhì)和功能有一些差異。P0口是雙向8位三態(tài)I/O口，此口為地址總線（低8位）及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載。P1口是8位準(zhǔn)雙向I/O口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型負(fù)載。P2口是8位準(zhǔn)雙向I/O口，與地址總線（高8位）復(fù)用，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。P3口是8位準(zhǔn)雙向I/O口，是雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。P1口、P2口、P3口各I/O口線片內(nèi)均有固定的上拉電阻，當(dāng)這3個(gè)準(zhǔn)雙向I/O口做輸入口使用時(shí)，要向該口先寫“1”，另外準(zhǔn)雙向I/O口無高阻的“浮空”2.4時(shí)鐘電路與時(shí)序時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生MCS-51單片機(jī)工作時(shí)所必需的時(shí)鐘信號(hào)。MCS-51單片機(jī)本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，MCS-51單片機(jī)應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下，嚴(yán)格地按時(shí)序執(zhí)行進(jìn)行工作，而時(shí)序所研究的是指令執(zhí)行中各個(gè)信號(hào)的關(guān)系。在執(zhí)行指令時(shí)，CPU首先要到程序存儲(chǔ)器中取出需要執(zhí)行的指令操作碼，然后譯碼，并由時(shí)序電路產(chǎn)生一系列控制信號(hào)去完成指令所規(guī)定的操作。CPU發(fā)出的時(shí)序信號(hào)有兩類，一類用于片內(nèi)對(duì)各個(gè)功能部件的控制，這列信號(hào)很多。另一類用于片外存儲(chǔ)器或I/O端口的控制，這部分時(shí)序?qū)τ诜治?、設(shè)計(jì)硬件接口電路至關(guān)重要。這也是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)者普遍關(guān)心的問題。2.5單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域可以歸納為以下幾個(gè)方面。1．智能儀表用單片機(jī)系統(tǒng)取代老式的測(cè)量、控制儀表，實(shí)現(xiàn)從模擬儀表向數(shù)字化、智能化儀表的轉(zhuǎn)化，如各種溫度儀表、壓力儀表、流量儀表、電能計(jì)量儀表等。2.測(cè)控系統(tǒng)用單片機(jī)取代原有的復(fù)雜的模擬數(shù)字電路，完成各種工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等工作。3．電能變換應(yīng)用單片機(jī)設(shè)計(jì)變頻調(diào)速控制電路。4．通信用單片機(jī)開發(fā)通信模塊、通信器材等。5．機(jī)電產(chǎn)品應(yīng)用單片機(jī)檢測(cè)、控制傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品，使傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡化，控制智能化，提高了機(jī)電產(chǎn)品的可靠性，增強(qiáng)了產(chǎn)品的功能。6．智能接口在數(shù)據(jù)傳輸中，用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)外部設(shè)備與微機(jī)通信。2.6本章小結(jié)本章介紹了單片機(jī)的一些基本硬件結(jié)構(gòu)。單片機(jī)是微計(jì)算機(jī)的一個(gè)分支，在原理和結(jié)構(gòu)上，單片機(jī)與微型機(jī)之間沒有根本性的差別，而且微計(jì)算機(jī)的許多技術(shù)都被單片機(jī)繼承下來。單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)依然是CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式，但對(duì)各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。第3章電路的硬件設(shè)計(jì)3.1復(fù)位電路MCS-51單片機(jī)的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位引腳RST通過一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。上電復(fù)位：上電復(fù)位電路是—種簡單的復(fù)位電路，只要在RST復(fù)位引腳接一個(gè)電容到VCC，接一個(gè)電阻到地就可以了。上電復(fù)位是指在給系統(tǒng)上電時(shí)，復(fù)位電路通過電容加到RST復(fù)位引腳一個(gè)短暫的高電平信號(hào)，這個(gè)復(fù)位信號(hào)隨著VCC對(duì)電容的充電過程而回落，所以RST引腳復(fù)位的高電平維持時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間。為了保證系統(tǒng)安全可靠的復(fù)位，RST引腳的高電平信號(hào)必須維持足夠長的時(shí)間。電路圖如下：上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。只要Vcc的上升時(shí)間不超過1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。3.2時(shí)鐘電路時(shí)鐘是單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊的一拍一拍地工作。因此，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式：一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種為外部時(shí)鐘方式。本文用的是內(nèi)部時(shí)鐘方式。電路圖如下：MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。3.3按鍵電路按鍵的開關(guān)狀態(tài)通過一定的電路轉(zhuǎn)換為高、低電平狀態(tài)。按鍵閉合過程在相應(yīng)的I/O端口形成一個(gè)負(fù)脈沖。閉合和釋放過程都要經(jīng)過一定的過程才能達(dá)到穩(wěn)定，這一過程是處于高、低電平之間的一種不穩(wěn)定狀態(tài)，稱為抖動(dòng)。抖動(dòng)持續(xù)時(shí)間的常長短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般在5-10ms之間。為了避免CPU多次處理按鍵的一次閉合，應(yīng)采用措施消除抖動(dòng)。本文采用的是獨(dú)立式按鍵，直接用I/O口線構(gòu)成單個(gè)按鍵電路，每個(gè)按鍵占用一條I/O口線，每個(gè)按鍵的工作狀態(tài)不會(huì)產(chǎn)生互相影響。電路圖如下：P1.0口表示功能移位鍵，按鍵選擇要調(diào)整的時(shí)十位、時(shí)個(gè)位、分十位或分個(gè)位。P1.1口表示數(shù)字“+“鍵，按一下則對(duì)應(yīng)的數(shù)字加1。P1.2口表示數(shù)字“-”鍵，按一下則對(duì)應(yīng)的數(shù)字減1。P1.3口表示時(shí)間表的切換，程序默認(rèn)為日常時(shí)間表，當(dāng)按下該開關(guān)，使輸入為低電平時(shí)，表示當(dāng)前執(zhí)行的是考試時(shí)間表，并有綠發(fā)光二極管顯示。再按鍵，使鍵抬起，輸入維高電平時(shí)，表示當(dāng)前執(zhí)行的是日常作息時(shí)間表，用紅發(fā)光二級(jí)管顯示。3.4相關(guān)控制電路3.4.1控制打鈴電路P1.5口控制繼電器進(jìn)而控制電鈴工作。當(dāng)時(shí)鐘當(dāng)前的時(shí)間和當(dāng)前所執(zhí)行的時(shí)間表的時(shí)間一致時(shí)，相應(yīng)得標(biāo)志位為1，P1.5口輸出高電平，控制繼電器閉合，從而合上開關(guān)，啟動(dòng)電鈴進(jìn)行打鈴。打鈴一定時(shí)間，標(biāo)志位置0，P1.5輸出低電平，繼電器打開，電鈴?fù)Ｖ构ぷ?。電路圖如下：3.4.2時(shí)間表顯示電路因?yàn)樵撾娐房梢詧?zhí)行兩個(gè)時(shí)間表，即正常作息時(shí)間表和考試時(shí)間表。為了能夠從外觀上看出當(dāng)前正在執(zhí)行的是那種時(shí)間表。為此，在電路中加上了紅、綠兩個(gè)不同的發(fā)光二極管，當(dāng)紅發(fā)光二極管接通時(shí)，表示當(dāng)前正在執(zhí)行日常作息時(shí)間表；當(dāng)綠發(fā)光二極管接通時(shí)則表示當(dāng)前正在執(zhí)行的是考試時(shí)間表。有了紅綠兩發(fā)光二極管表示，就可以明顯看出當(dāng)前執(zhí)行的是何種時(shí)間表，不會(huì)混淆。電路圖如下：3.5數(shù)碼管顯示電路數(shù)碼管顯示器成本低，配置靈活，與單片機(jī)接口簡單，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。1.數(shù)碼管的工作原理數(shù)碼管是由8個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成的顯示器件。在數(shù)碼管中，若將二極管的陽極連在一起，稱為共陽極數(shù)碼管；若將二極管的陰極連在一起，稱為共陰極數(shù)碼管。本文用到的6個(gè)數(shù)碼管均是共陰極的。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，它就會(huì)發(fā)光。每個(gè)二極管就是一個(gè)筆劃，若干個(gè)二極管發(fā)光時(shí)，就構(gòu)成了一個(gè)顯示字符。將單片機(jī)的I/O口控制相應(yīng)的芯片與數(shù)碼管的a-g相連，高電平的位對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管亮，這樣，由I/O口輸出不同的代碼，就可以控制數(shù)碼管顯示不同的字符。本文的6個(gè)數(shù)碼管均采用動(dòng)態(tài)顯示方式，顯示當(dāng)前的時(shí)間。整個(gè)顯示電路應(yīng)用了2個(gè)164芯片，1個(gè)244芯片。第一個(gè)164芯片把從單片機(jī)傳出的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)。164只能存儲(chǔ)8位數(shù)據(jù)，因此，當(dāng)單片機(jī)輸出第9-14位數(shù)據(jù)的時(shí)候，第一個(gè)164芯片中的8位數(shù)據(jù)就被傳到第二個(gè)164芯片中，這8位數(shù)據(jù)就是段選信號(hào)，控制數(shù)碼管將要顯示的字符。第9-14位數(shù)據(jù)輸出后，控制244芯片的單片機(jī)的P1.7口置為高電平，244芯片選通。這六位數(shù)據(jù)經(jīng)過244芯片以后是片選信號(hào)，即控制動(dòng)態(tài)顯示的是哪一位數(shù)碼管。在片選信號(hào)和段選信號(hào)的控制下，數(shù)碼管就正確的動(dòng)態(tài)顯示當(dāng)前的時(shí)間。3.6電源電路設(shè)計(jì)電源電路包括變壓器、橋式整流器、電容和穩(wěn)壓器。通過變壓器變壓，使得220V電壓變?yōu)?V，在通過橋式整流，電容的濾波作用，穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓作用，可輸出5V的穩(wěn)定電壓。3.7本章小結(jié)本章介紹的是本設(shè)計(jì)的硬件結(jié)構(gòu)，單片機(jī)的相關(guān)I/O口輸入輸出就可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制功能。還介紹了單片機(jī)的復(fù)位電路和時(shí)鐘電路。第4章電路的軟件設(shè)計(jì)4.1軟件程序內(nèi)容本設(shè)計(jì)的軟件程序包括主程序、中斷子程序、打鈴子程序、時(shí)鐘顯示子程序、查詢時(shí)間表切換程序和延時(shí)子程序等等。另外由于電路中有四個(gè)按鍵，還另外設(shè)計(jì)了防抖動(dòng)程序來防止干擾。4.2軟件流程圖軟件程序整個(gè)流程圖如下：開始開始初始化初始化是是否按時(shí)間表切換鍵是是否按時(shí)間表切換鍵切換時(shí)間表切換時(shí)間表查詢功能移位鍵查詢功能移位鍵否否調(diào)整時(shí)間調(diào)整時(shí)間是是否與時(shí)間表時(shí)間匹配是是否與時(shí)間表時(shí)間匹配調(diào)用打鈴子程序調(diào)用打鈴子程序否否4.3定時(shí)程序設(shè)計(jì)單片機(jī)的定時(shí)功能也是通過計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，此時(shí)的計(jì)數(shù)脈沖來自單片機(jī)的內(nèi)部，即每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，也就是每經(jīng)過1個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間，計(jì)數(shù)器加1。如果MCS-51采用的12MHz晶體，則計(jì)數(shù)頻率為1MHz，即每過1us的時(shí)間計(jì)數(shù)器加1。這樣可以根據(jù)計(jì)數(shù)值計(jì)算出定時(shí)時(shí)間，也可以根據(jù)定時(shí)時(shí)間的要求計(jì)算出計(jì)數(shù)器的初值。MCS-51單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器具有4種工作方式，其控制字均在相應(yīng)的特殊功能寄存器中，通過對(duì)特殊功能寄存器的編程，可以方便的選擇定時(shí)器/計(jì)數(shù)器兩種工作模式和4種工作方式。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作在方式0時(shí)，為13位的計(jì)數(shù)器，由TLX(X=0、1)的低5位和THX的高8位所構(gòu)成。TLX低5位溢出則向THX進(jìn)位，THX計(jì)數(shù)溢出則置位TCON中的溢出標(biāo)志位TFX.當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作于方式1，為16位的計(jì)數(shù)器。本設(shè)計(jì)師單片機(jī)多功能定時(shí)器，所以MCS-51內(nèi)部的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器被選定為定時(shí)器工作模式，計(jì)數(shù)輸入信號(hào)是內(nèi)部時(shí)鐘脈沖，每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生一個(gè)脈沖使計(jì)數(shù)器增1。4.3.1實(shí)時(shí)時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)的基本方法時(shí)鐘的最小計(jì)時(shí)單位是秒，但使用定時(shí)器的方式1，最大的定時(shí)時(shí)間也只能達(dá)到131ms。我們可把定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間定為50ms。這樣，計(jì)數(shù)溢出20次即可得到時(shí)鐘的最小計(jì)時(shí)單位：秒。而計(jì)數(shù)20次可以用軟件實(shí)現(xiàn)。秒計(jì)時(shí)是采用中斷方式進(jìn)行溢出次數(shù)的累積，計(jì)滿20次，即得到秒計(jì)時(shí)。從秒到分，從分到時(shí)是通過軟件累加并進(jìn)行比較的方法來實(shí)現(xiàn)的。要求每滿1秒，則“秒”單元中的內(nèi)容加1；“秒”單元滿60，則“分”單元中的內(nèi)容加1；“分”單元滿60，則“時(shí)”單元中的內(nèi)容加1；“時(shí)”單元滿24，則將時(shí)、分、秒的內(nèi)容全部清零。4.3.2實(shí)時(shí)時(shí)鐘程序設(shè)計(jì)步驟（1）選擇工作方式，計(jì)算初值；（2）采用中斷方式進(jìn)行溢出次數(shù)累計(jì)；（3）從秒——分——時(shí)的計(jì)時(shí)是通過累加和數(shù)值比較實(shí)現(xiàn)的；（4）時(shí)鐘顯示緩沖區(qū)：時(shí)鐘時(shí)間在方位數(shù)碼管上進(jìn)行顯示，為此在內(nèi)部RAM中要設(shè)置顯示緩沖區(qū)，共6個(gè)地址單元。顯示緩沖區(qū)從左到右依次存放時(shí)、分、秒數(shù)值；（5）主程序：主要進(jìn)行定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初始化編程，然后反復(fù)調(diào)用顯示子程序的方法等待中斷的到來。（6）中斷服務(wù)程序：進(jìn)行計(jì)時(shí)操作（7）加1子程序：用于完成對(duì)時(shí)、分、秒的加操作，中斷服務(wù)程序在秒、分、時(shí)加1時(shí)共有三種條調(diào)用加1子程序，包括三項(xiàng)內(nèi)容：合字、加1并進(jìn)行十進(jìn)制調(diào)整、分字。4.4程序說明在整個(gè)系統(tǒng)中，在單片機(jī)的30H、31H和32H中存儲(chǔ)當(dāng)前時(shí)間的小時(shí)、分鐘和秒。由于要用數(shù)碼管顯示當(dāng)前的時(shí)間，必須用到分字和合字，因此在33H、34H、35H、36H、37H和38H中存儲(chǔ)當(dāng)前時(shí)間的時(shí)十位、時(shí)個(gè)位、分十位、分個(gè)位、秒十位和秒個(gè)位，方便顯示。本設(shè)計(jì)有由四個(gè)輕觸按鍵組成的小鍵盤，這些按鍵可以任意改變當(dāng)前的狀態(tài)。按功能移位鍵一次，表示當(dāng)前要校對(duì)小時(shí)的十位；按第二次，表示當(dāng)前校對(duì)的是小時(shí)的個(gè)位；按第三次，則表示校對(duì)的是分鐘的十位；第四次，表示的校對(duì)的是分鐘的個(gè)位。按下數(shù)字“+”鍵和數(shù)字“-”鍵可在當(dāng)前校對(duì)的數(shù)字上相應(yīng)加上1或者減去1。本設(shè)計(jì)采用查表方式，在程序里預(yù)先存儲(chǔ)兩個(gè)表格，即日常作息時(shí)間表和考試時(shí)間表，可以通過手動(dòng)按鍵來選擇所要執(zhí)行的時(shí)間表。并且用紅、綠發(fā)光二極管來區(qū)別當(dāng)前所執(zhí)行的時(shí)間表。系統(tǒng)開機(jī)后，按功能移位鍵就可以調(diào)整當(dāng)前的時(shí)間，整個(gè)系統(tǒng)操作簡單，功能明確。顯示數(shù)據(jù)時(shí)，先把要顯示的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)SBUF中，再從SBUF中顯示。串行口緩沖寄存器SBUF器是可直接尋址的專用寄存器。在物理上，它對(duì)應(yīng)著兩個(gè)寄存器，一個(gè)發(fā)送寄存器，一個(gè)接收寄存器。CPU寫SBUF，就是修改發(fā)送寄存器；讀SBUF，就是讀接收寄存器。接收器是雙緩沖的，以避免在接收下一幀數(shù)據(jù)之前，CPU未能及時(shí)響應(yīng)接收器的中斷，沒有把上一幀數(shù)據(jù)讀走，而產(chǎn)生兩幀數(shù)據(jù)重疊的問題。對(duì)于發(fā)送器，為了保持最大的傳輸速率，一般不需要雙緩沖，因?yàn)榘l(fā)送時(shí)CPU是主動(dòng)的，不會(huì)產(chǎn)生寫重疊的問題。4.5本章小結(jié)這一章介紹了本設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)，所有的功能在流程圖里清晰的表現(xiàn)了出來，體現(xiàn)了設(shè)計(jì)的合理性、可實(shí)現(xiàn)性。第5章結(jié)論與展望5.1結(jié)論單片機(jī)多功能定時(shí)系統(tǒng)理論上能很好的達(dá)到了學(xué)校教學(xué)要求，發(fā)揮了單片機(jī)在智能化方面的應(yīng)用。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)很好的滿足當(dāng)前學(xué)校教學(xué)的需要，是一個(gè)理想的智能化的設(shè)計(jì)。它具有一個(gè)走時(shí)精確的實(shí)時(shí)鐘，可以任意設(shè)置時(shí)間，可以控制時(shí)間表的轉(zhuǎn)換，時(shí)鐘的顯示功能等?？梢酝ㄟ^按鍵操作和數(shù)字顯示。該系統(tǒng)規(guī)模小，但是功能較多，操作簡單，造價(jià)低，應(yīng)用非常廣泛。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為向家庭數(shù)字化方向發(fā)展又前進(jìn)了一步。同時(shí)又?jǐn)U大了單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。5.2單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)自單片機(jī)出現(xiàn)至今，單片機(jī)技術(shù)已走過了幾十年的發(fā)展路程?？v觀幾十年來單片機(jī)發(fā)展歷程可以看出，單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展以微處理器（MPU）技術(shù)及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展為先導(dǎo)，拉動(dòng)廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，表現(xiàn)出比微處理器更具個(gè)性的發(fā)展趨勢(shì)：1.采用先進(jìn)結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)高性能在過去的一段時(shí)間內(nèi)，單片機(jī)的指令運(yùn)行速度一直在10MIPS以下，這對(duì)于應(yīng)用在工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)的單片機(jī)來說是足夠了，但當(dāng)單片機(jī)被應(yīng)用在通訊及DSP領(lǐng)域作為高速運(yùn)算、編碼或解碼時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)因指令運(yùn)行速度不夠而限制單片機(jī)應(yīng)用的情形，因此提高單片機(jī)指令運(yùn)行速度已經(jīng)成為迫切需要解決的問題。2.進(jìn)一步降低功耗、基于80C51的飛利浦低功率、低系統(tǒng)成本微控制器51LPC系列是業(yè)界推動(dòng)單片機(jī)向低功耗方向發(fā)展的主導(dǎo)單片機(jī)系列之一。51LPC系列單片機(jī)采用以下三種方法降低功耗：（1）使系統(tǒng)進(jìn)入空閑模式，在空閑模式下，只有外圍器件在工作，任意的復(fù)位及中斷均可結(jié)束空閑模式；（2）使系統(tǒng)進(jìn)入低功耗模式，在低功耗模式下，振蕩器停止工作，是功耗降到最小（3）使系統(tǒng)進(jìn)入低電壓EPROM操作；EPROM包含了模擬電路，當(dāng)Vcc高于4V時(shí)，可通過軟件使這些模擬電路掉電以降低功耗，在上電情況下可使系統(tǒng)退出該模式。3.采用FlashMemory隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步，MPU的Flash版本逐漸替代了原有的OTP版本。FlashMPU具有以下優(yōu)點(diǎn)：與多次可編程的窗口式EPROM相比，F(xiàn)lashMPU的成本要低得多；在系統(tǒng)編程能力以及產(chǎn)品生產(chǎn)方面提供了靈活性，因?yàn)镕lashMPU可在編程后面再次以新代碼重新編程；可減少已編程器件的報(bào)