基于單片機的電子時鐘設(shè)計word格式

1、基于單片機的電子時鐘設(shè)計 摘 要 單片機因?qū)⑵渲饕M成部分集成在一個芯片上而得名，就是把中央處理器、隨機存儲器、只讀存儲器、中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器以及i/o接口電路等部件集成在一個芯片上?；趩纹瑱C設(shè)計的電子時鐘精確度較高，因為在程序的執(zhí)行過程中，任何指令都不影響定時器的正確計數(shù)，即便程序很長也不會影響中斷的時間。本設(shè)計使用12mhz晶振與單片機at89c51相連接，以at89c51芯片為核心，采用動態(tài)掃描方式顯示，通過使用該單片機，加之在顯示電路部分使用驅(qū)動電路，實現(xiàn)在6個led數(shù)碼管上顯示時間，通過8個按鍵實現(xiàn)計時，調(diào)整時間等功能。軟件部分用匯編實現(xiàn)，分為顯示、延時、調(diào)時等部分。通過軟硬

2、件結(jié)合達(dá)到最終目的。關(guān)鍵詞：電子鐘，單片機，動態(tài)掃描，匯編語言 based on single-chip electronic clock designabstractbecause of its main microcontroller component integrated in a chip named,is the mcu,ram and rom,interrupt system,timer/counter and i/o interface circuit and other parts in a single chip integrated.based on the design

3、 of the electronic clock with high accuracy, because during the execution of the program, any command does not affect the normal counting timer, even when the program is very long and will not affect the interruption timethis design uses a 12 mhz crystal to connect with the machine at89c51,takes at8

4、9c51 chips as core.it adopts the dynamic state of the scanning method to show.using this mcu and drive electric circuit,we are able to show time on six led figures tubes.we can use eight key to constitute time and adjust time.the software part is realized by assembler language.it was divided into to

5、 show ,delay,adjust time etc.we get the end purpose combining the software and the hardware. keywords: electric clock, mcu, dynamic state scanning, assembler language 目錄前言1第1章 緒論21.1 proteus軟件簡介21.2 單片機的型號選擇31.3 數(shù)碼管顯示工作原理41.4 晶振介紹5第2章 整體設(shè)計思路72.1 方案論證與比較72.1.1電子時鐘方案72.1.2數(shù)碼管顯示方案72.1.3 設(shè)計思路分析82.2 at89

6、c51單片機簡介82.2.1 主要特性92.2.2 管腳說明102.2.3 振蕩器特性112.3 tmod定時器/計數(shù)器122.3.1 tmod定時器/計數(shù)器方式寄存器122.3.2 tcon定時器/計數(shù)器控制寄存器122.3.3 定時器/計數(shù)器的初始化132.3.4 led數(shù)碼管13第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計153.1總體設(shè)計153.1.1系統(tǒng)說明153.2模塊設(shè)計153.2.1電源部分153.2.2復(fù)位電路163.2.3 程序下載接口163.3 顯示部分153.4時鐘電路ds1302工作原理153.4.1時鐘電路ds1302工作原理163.4.2引腳功能及結(jié)構(gòu)163.4.3 ds1302的寄存器

7、163.5 max7219工作原理簡介173.5.1引腳分配及功能173.5.2 寄存器介紹173.6 按鍵電路193.6.1 74hc21193.6.2 74hc02193.6.3 74hc373203.7 晶振電路203.8系統(tǒng)總體原理圖21第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計234.1系統(tǒng)主程序流程圖234.2時鐘顯示程序流程圖234.3外部中斷處理流程圖244.4子程序舉例254.4.1 顯示子程序254.4.2 定時中斷子程序264.4.3鍵盤處理程序26第5章 系統(tǒng)調(diào)試與仿真305.1系統(tǒng)軟件調(diào)試305.2 proteus軟件介紹305.2.1 keil uvision4軟件介紹315.3 pro

8、teus中hex 文件選擇32結(jié)論34謝 辭35參考文獻36附錄37外文資料翻譯43中文翻譯46前言一寸光陰一寸金，寸金難買寸光陰。從古至今，時間是人們生活中不可缺少的重要伴侶。如果沒有時間的概念，社會將停滯不前。從古代的圭表、水漏，到后來的機械鐘表以及當(dāng)今的電子鐘，都充分顯現(xiàn)出了時間的重要。因此利用當(dāng)今先進的科技致力于電子鐘的研究將能更好的服務(wù)于人們的生活。電子鐘主要是利用現(xiàn)代電子技術(shù)將時鐘電子化、數(shù)字化。與傳統(tǒng)的機械鐘相比，具有時鐘精確、顯示直觀、無機械傳動裝置等優(yōu)點，因而得到廣泛應(yīng)用。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，以及移動通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用，單片機從4位、8位

9、、16位到32位，其發(fā)展歷程一直受到廣大電子愛好者的極大關(guān)注。單片機功能越來越強大，價格卻不斷下降的優(yōu)勢無疑成為嵌入式系統(tǒng)方案設(shè)計的首選，同時單片機應(yīng)用領(lǐng)域的擴大也使得更多人加入到基于單片機系統(tǒng)的開發(fā)行列中，推動著單片機技術(shù)的創(chuàng)新進步。然而傳統(tǒng)的單片機系統(tǒng)開發(fā)除了需要購置諸如仿真器、編程器、示波器等價格不菲的電子設(shè)備外，開發(fā)過程也較繁瑣。來自英國labcenter electronics公司的proteus軟件很好地詮釋了利用現(xiàn)代eda工具方便快捷開發(fā)單片機系統(tǒng)的優(yōu)勢。它包括proteus vsm（virtual system modelling）、proteus pcb design兩大組成

10、部分，在pc機上就能實現(xiàn)原理圖電路設(shè)計、電路分析與仿真、單片機代碼級調(diào)試與仿真、系統(tǒng)測試與功能驗證以及形成pcb文件的完整嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與研發(fā)過程。單片機系統(tǒng)作為一種典型的嵌入式系統(tǒng)，其系統(tǒng)設(shè)計包括硬件電路設(shè)計和軟件編程設(shè)計兩個方面, 其調(diào)試過程一般分為軟件調(diào)試、硬件測試、系統(tǒng)調(diào)試3個過程。如果采用單片機系統(tǒng)的虛擬仿真軟件proteus，則不用制作具體的電路板也能夠完成以上工作。 第1章 緒論1.1 proteus軟件簡介proteus軟件由labcenter公司開發(fā)，是目前世界上最先進、最完整的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與仿真平臺，可以實現(xiàn)數(shù)字電路、模擬電路及微控制器系統(tǒng)與外設(shè)的混合電路系統(tǒng)的電路仿真、

11、軟件仿真、系統(tǒng)協(xié)同仿真和pcb設(shè)計等功能，是目前唯一能夠?qū)Ω鞣N處理器進行實時仿真、調(diào)試與測試的eda工具。微控制器系統(tǒng)相關(guān)的仿真需建立編譯和調(diào)試環(huán)境，可選擇keil c51uvision2 軟件。該軟件支持眾多不同公司的芯片，集編輯、編譯和程序仿真等于一體，同時還支持plm、匯編和c語言的程序設(shè)計。它的界面友好易學(xué)，在調(diào)試程序、軟件仿真方面有很強大的功能。 其革命性的功能是：將電路仿真和微處理器仿真進行協(xié)同，直接在基于原理圖的虛擬原型上進行處理器編程調(diào)試，并進行功能驗證，通過動態(tài)器件如電機、led、lcd、開關(guān)等，實時看到運行后的輸入、輸出的效果，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等，

12、 proteus為我們建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境。proteus的工作過程運行proteus的isis程序后，進入該仿真軟件的主界面。在工作前，要設(shè)置view菜單下的捕捉對齊和system下的顏色、圖形界面大小等項目。通過工具欄中的p(從庫中選擇元件命令)命令，在pickdevices窗口中選擇電路所需的元件，放置元件并調(diào)整其相對位置，元件參數(shù)設(shè)置，元器件間連線，編寫程序；在source菜單的definecodegenerationtools菜單命令下，選擇程序編譯的工具、路徑、擴展名等項目；在source菜單的add/removesourcefiles命令下，加入單片機硬件電路的對應(yīng)程序；

13、通過debug菜單的相應(yīng)命令仿真程序和電路的運行情況。proteus軟件所提供的儀表資源對于一個仿真軟件或?qū)嶒炇遥瑴y試的儀器儀表的數(shù)量、類型和質(zhì)量，是衡量實驗室是否合格的一個關(guān)鍵因素。在proteus軟件包中，不存在同類儀表使用數(shù)量的問題，proteus軟件所提供的元件資源proteus軟件所提供了30多個元件庫，數(shù)千種元件。元件涉及到數(shù)字和模擬、交流和直流等。proteus還提供了一個圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來，其作用與示波器相似但功能更多。proteus軟件所提供的調(diào)試手段proteus提供了比較豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和

14、數(shù)字信號。對于單片機硬件電路和軟件的調(diào)試，proteus提供了兩種方法：一種是系統(tǒng)總體執(zhí)行效果，一種是對軟件的分步調(diào)試以看具體的執(zhí)行情況。對于總體執(zhí)行效果的調(diào)試方法，只需要執(zhí)行debug菜單下的execute菜單項或f12快捷鍵啟動執(zhí)行，用debug菜單下的pauseanimation菜單項或pause鍵暫停系統(tǒng)的運行；或用debug菜單下的stopanimation菜單項或shift-break組合鍵停止系統(tǒng)的運行。其運行方式也可以選擇工具欄中的相應(yīng)工具進行。對于軟件的分步調(diào)試，應(yīng)先執(zhí)行debug菜單下的start/restartdebugging菜單項命令，此時可以選擇stepover、s

15、tepinto和stepout命令執(zhí)行程序(可以用快捷鍵f10、f11和ctrl+f11)，執(zhí)行的效果是單句執(zhí)行、進入子程序執(zhí)行和跳出子程序執(zhí)行。在執(zhí)行了start/restartdebuging命令后，在debug菜單的下面要出現(xiàn)仿真中所涉及到的軟件列表和單片機的系統(tǒng)資源等，可供調(diào)試時分析和查看。1.2 單片機的型號選擇通過對多種單片機性能的分析，最終認(rèn)為89c51是最理想的電子時鐘開發(fā)芯片。89c51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能cmos8位微處理器，器件采用atmel高密度非易失存儲器制造技術(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

16、位cpu和閃爍存儲器組合在單個芯片中，atmel的89c51是一種高效微控制器，而且它與mcs-51兼容，且具有4k字節(jié)可編程閃爍存儲器和1000寫/擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時間為10年等特點，是最好的選擇。1.3 數(shù)碼管顯示工作原理 產(chǎn)品分類數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管。按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(com)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極com接到+5v，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為

17、低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(com)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極com接到地線gnd上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。驅(qū)動方式數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。靜態(tài)顯示驅(qū)動靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的i/o端口進行驅(qū)動，或者使用如bcd碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。靜態(tài)

18、驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用i/o端口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5840根i/o端口來驅(qū)動，要知道一個89s51單片機可用的i/o端口才32個呢：），實際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬件電路的復(fù)雜性。動態(tài)顯示驅(qū)動數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極com增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的i/o線控制，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

19、，所以我們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。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，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。數(shù)碼管是一類顯示屏，通過對其不同的管腳輸入相對的電流，會使其發(fā)亮，從而顯示出數(shù)字能夠顯示 時間、日期、溫度等所有可用數(shù)字表示的參數(shù)。由于它的價格便宜

20、使用簡單 在電器 特別是家電領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，空調(diào)、熱水器、冰箱等等。絕大多數(shù)熱水器用的都是數(shù)碼管，其他家電也用液晶屏與熒光屏。1.4 晶振介紹晶體振蕩器，簡稱晶振。在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個網(wǎng)絡(luò)有兩個諧振點，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏?，在這個極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會組成并聯(lián)諧振電路。這個并聯(lián)諧振電路加到一個負(fù)反饋電路中就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路，由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄，所以即使其他元件的參數(shù)變化

21、很大，這個振蕩器的頻率也不會有很大的變化。晶振有一個重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。一般的晶振振蕩電路都是在一個反相放大器（注意是放大器不是反相器）的兩端接入晶振，再有兩個電容分別接到晶振的兩端，每個電容的另一端再接到地，這兩個電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于負(fù)載電容，請注意一般ic的引腳都有等效輸入電容，這個不能忽略。一般的晶振的負(fù)載電容為15p或12.5p ，如果再考慮元件引腳的等效輸入電容，則兩個22p的電容構(gòu)成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇。晶體振蕩器也分為無源晶振和有源晶振兩種類型。無源晶振與有源晶振（諧振）的英文名稱不同，無源晶

22、振為crystal（晶體），而有源晶振則叫做oscillator（振蕩器）。無源晶振需要借助于時鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號，自身無法振蕩起來，所以“無源晶振”這個說法并不準(zhǔn)確；有源晶振是一個完整的諧振振蕩器。諧振振蕩器包括石英（或其晶體材料）晶體諧振器，陶瓷諧振器，lc諧振器等。晶振與諧振振蕩器有其共同的交集有源晶體諧振振蕩器。石英晶片所以能做振蕩電路（諧振）是基于它的壓電效應(yīng)，從物理學(xué)中知道，若在晶片的兩個極板間加一電場，會使晶體產(chǎn)生機械變形；反之，若在極板間施加機械力，又會在相應(yīng)的方向上產(chǎn)生電場，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。如在極板間所加的是交變電壓，就會產(chǎn)生機械變形振動，同時機械變形振動又會產(chǎn)生交

23、變電場。一般來說，這種機械振動的振幅是比較小的，其振動頻率則是很穩(wěn)定的。但當(dāng)外加交變電壓的頻率與晶片的固有頻率（決定于晶片的尺寸）相等時，機械振動的幅度將急劇增加，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振，因此石英晶體又稱為石英晶體諧振器。 其特點是頻率穩(wěn)定度很高。石英晶體振蕩器與石英晶體諧振器都是提供穩(wěn)定電路頻率的一種電子器件。石英晶體振蕩器是利用石英晶體的壓電效應(yīng)來起振，而石英晶體諧振器是利用石英晶體和內(nèi)置ic來共同作用來工作的。振蕩器直接應(yīng)用于電路中，諧振器工作時一般需要提供3.3v電壓來維持工作。振蕩器比諧振器多了一個重要技術(shù)參數(shù)為：諧振電阻（rr），諧振器沒有電阻要求。rr的大小直接影響電路的性能，也是

24、各商家競爭的一個重要參數(shù)。第2章 整體設(shè)計思路 2.1 方案論證與比較 2.1.1電子時鐘方案電子時鐘是本設(shè)計的最主要的部分。根據(jù)需要，可利用兩種方案實現(xiàn)：方案一：本方案采用dallas公司的專用時鐘芯片ds12887a。該芯片內(nèi)部采用石英晶體振蕩器，其芯片精度不大于10ms/年，且具有完備的時鐘鬧鐘功能，因此，可直接對其以用于顯示或設(shè)置，使得軟件編程相對簡單。為保證時鐘在電網(wǎng)電壓不足或突然掉電等突發(fā)情況下仍能正常工作，芯片內(nèi)部包含鋰電池。當(dāng)電網(wǎng)電壓不足或突然掉電時，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)換到內(nèi)部鋰電池供電系統(tǒng)。而且即使系統(tǒng)不上電，程序不執(zhí)行時，鋰電池也能保證芯片的正常運行，以備隨時提供正確的時間。方案二

25、：本方案完全用軟件實現(xiàn)電子時鐘。原理為：在單片機內(nèi)部存儲器設(shè)三個字節(jié)分別存放時鐘的時、分、秒信息。利用定時器與軟件結(jié)合實現(xiàn)1秒定時中斷，每產(chǎn)生一次中斷，存儲器內(nèi)相應(yīng)的秒值加1；若秒值達(dá)到60，則將其清零，并將相應(yīng)的分字節(jié)值加1；若分值達(dá)到60，則清零分字節(jié)，并將時字節(jié)值加1；若時值達(dá)到24，則將十字節(jié)清零。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，由于是軟件實現(xiàn)，當(dāng)單片機不上電，程序不執(zhí)行時，時鐘將不工作?；谟布娐返目紤]，本設(shè)計采用方案二完成電子時鐘的功能。2.1.2數(shù)碼管顯示方案方案一：靜態(tài)顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示器顯示某一

26、字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止。該方式每一位都需要一個8 位輸出口控制。靜態(tài)顯示時較小的電流能獲得較高的亮度，且字符不閃爍。但當(dāng)所顯示的位數(shù)較多時，靜態(tài)顯示所需的i/o口太多，造成了資源的浪費。方案二：動態(tài)顯示。所謂動態(tài)顯示就是一位一位的輪流點亮各個位，對于顯示器的每一位來說，每隔一段時間點亮一次。利用人的視覺暫留功能可以看到整個顯示，但必須保證掃描速度足夠快，字符才不閃爍。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也于點亮?xí)r間與間隔時間的比例有關(guān)。調(diào)整參數(shù)可以實現(xiàn)較高穩(wěn)定度的顯示。動態(tài)顯示節(jié)省了i/o口，降低了能耗。從節(jié)省i/o口和降低能耗出發(fā)，本設(shè)計采用方案二。2.1.3 設(shè)計思路分析針對要

27、實現(xiàn)的功能，采用at89c51單片機進行設(shè)計，at89c51 單片機是一款低功耗，高性能cmos8位單片機，片內(nèi)含4kb在線可編程（isp）的可反復(fù)擦寫1000次的flash只讀程序存儲器，器件采用高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs- 51指令系統(tǒng)及80c51引腳結(jié)構(gòu)。這樣，既能做到經(jīng)濟合理又能實現(xiàn)預(yù)期的功能。在程序方面，采用分塊設(shè)計的方法，這樣既減小了編程難度、使程序易于理解，又能便于添加各項功能。程序可分為鬧鐘的聲音程序、時間顯示程序、日期顯示程序，秒表顯示程序，時間調(diào)整程序、鬧鐘調(diào)整程序、定時調(diào)整程序，延時程序等。運用這種方法，關(guān)鍵在于各模塊的兼容和配合，若各模塊不匹配會出現(xiàn)意

28、想不到的錯誤。首先，在編程之前必須了解硬件結(jié)構(gòu)尤其是各引腳的用法，以及內(nèi)部寄存器、存儲單元的用法，否則，編程無從下手，電路也無法設(shè)計。這是前期準(zhǔn)備工作。第二部分是硬件部分：依據(jù)想要的功能分塊設(shè)計設(shè)計，比如輸入需要開關(guān)電路，輸出需要顯示驅(qū)動電路和數(shù)碼管電路等。第三部分是軟件部分：先學(xué)習(xí)理解匯編語言的編程方法再根據(jù)設(shè)計的硬件電路進行分塊的編程調(diào)試，最終完成程序設(shè)計。第四部分是軟件畫圖部分：設(shè)計好電路后進行畫圖，包括電路圖和仿真圖的繪制。第五部分是軟件仿真部分：軟硬件設(shè)計好后將軟件載入芯片中進行仿真，仿真無法完成時檢查軟件程序和硬件電路并進行修改直到仿真成功。第六部分是硬件實現(xiàn)部分：連接電路并導(dǎo)入程

29、序檢查電路，若與設(shè)計的完全一樣一般能實現(xiàn)想要的功能。最后進行功能擴展，在已經(jīng)正確的設(shè)計基礎(chǔ)上，添加額外的功能！ 2.2 at89c51單片機簡介at89c51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低電壓，高性能cmos8位微處理器，俗稱單片機。at89c51是美國atmel公司生產(chǎn)的低電壓、高性能cmos8位單片機，片內(nèi)含4kb的可反復(fù)擦除的只讀程序存儲器（perom）和128b隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-5

30、1指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（cpu）和flash存儲單元，功能強大at89c51單片機可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合。at89c單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 圖2-1 at89c51單片機2.2.1 主要特性與mcs-51 兼容 4k字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間：10年 全靜態(tài)工作：0hz-24hz 三級程序存儲器鎖定 128*8位內(nèi)部ram 32可編程i/o線 兩個16位定時器/計數(shù)器 5個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。2.2.2 管腳說明vcc：供電電壓。gnd：接地。p0口：

31、p0口為一個8位漏級開路雙向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編程時，p0 口作為原碼輸入口，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

32、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)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，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

33、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，如表2-1所示：表2-1 p3口的一些特殊功能口p3.0 rxd串行輸入口p3.1 txd串行輸出口p3.2 /int0外部中斷0p3.3 /int1外部中斷1p3.4 t0記時器0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

34、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

35、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。2.2.3 振蕩器特性xtal1和xtal2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，xtal2應(yīng)不接。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。2.3 tmod定時器/計數(shù)器 2.3.1

36、tmod定時器/計數(shù)器方式寄存器定時器方式控制寄存器tmod在特殊功能寄存器中,字節(jié)地址為89h,無位地址。其中低四位定義定時器/計數(shù)器t0,高四位定義定時器/計數(shù)器t1，各位的說明：，gate門控制。 gate=1時，由外部中斷引腳int0、int1和控制寄存器的tr0,tr1來啟動定時器。當(dāng)int0引腳為高電平時tr0置位，啟動定時器t0；當(dāng)int1引腳為高電平時tr1置位，啟動定時器t1。gate=0時，僅由tr0,tr1置位分別啟動定時器t0、t1。，c/t功能選擇位置位時選擇計數(shù)功能，清零時選擇定時功能。，m0、m1方式選擇功能由于有2位，因此有4種工作方式m1m0 工作方式 計數(shù)器

37、模式0 0 方式0 13位計數(shù)器0 1 方式1 16位計數(shù)器1 0 方式2 自動重裝8位1 1 方式3 t0分為2個8位計數(shù)器，t1為波特率發(fā)生器2.3.2 tcon定時器/計數(shù)器控制寄存器tcon在特殊功能寄存器中,字節(jié)地址為88h,位地址(由低位到高位)為88h-8fh,由于有位地址,十分便于進行位操作。tf0(tf1)計數(shù)溢出標(biāo)志位，當(dāng)計數(shù)器計數(shù)溢出時，該位置1。tr0（tr1）定時器運行控制位當(dāng)tr0（tr1）0 停止定時器/計數(shù)器工作當(dāng)tr0（tr1）1 啟動定時器/計數(shù)器工作ie0（ie1）外中斷請求標(biāo)志位當(dāng)cpu采樣到p3.2（p3.3）出現(xiàn)有效中斷請求時，此位由硬件置1。在中斷

38、響應(yīng)完成后轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)時，再由硬件自動清0。it0（it1）外中斷請求信號方式控制位當(dāng)it0（it1）=1 脈沖方式（后沿負(fù)跳有效）當(dāng)it0（it1）0 電平方式（低電平有效）此位由軟件置1或清0。tf0（tf1）計數(shù)溢出標(biāo)志位當(dāng)計數(shù)器產(chǎn)生計數(shù)溢出時，此位由硬件置1。當(dāng)轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)時，再有硬件自動清0。計數(shù)溢出的標(biāo)志位的使用有兩種情況：采用中斷方式時，作中斷請求標(biāo)志位來使用；采用查詢方式時，作查詢狀態(tài)位來使用。 2.3.3 定時器/計數(shù)器的初始化由于定時器/計數(shù)器的功能是由軟件編程確定的,所以一般在使用定時/計數(shù)器前都要對其進行初始化,使其按設(shè)定的功能工作.初始化的步驟一般如下:(1) 確定工

39、作方式（即對tmod賦值），預(yù)置定時或計數(shù)的初值。(2) 根據(jù)需要開放定時器/計數(shù)器的中斷（直接對ie位賦值）。(3) 啟動定時器/計數(shù)器。2.3.4 led數(shù)碼管7seg-mpx6-cc是7段6位共陰級數(shù)碼管,dp為小數(shù)點,位碼(1-6)應(yīng)輪流通低電位,段碼控制數(shù)碼管的顯示:0-b,1-g,2-a,3-f,4-c,5-e,6-h,7-d.共陰極led數(shù)碼管,它是將發(fā)光二極管的陰極(負(fù)極)短接后作為公共陰極.當(dāng)驅(qū)動信號為高電平才能發(fā)光。數(shù)碼管是一種把多個led顯示段集成在一起的顯示設(shè)備。有兩種類型，一種是共陽型，一種是共陰型。共陽型就是把多個led顯示段的陽極接在一起，又稱為公共端。共陰型就是

40、把多個led顯示段的陰極接在一起，即為公共商。陽極即為二極管的正極，又稱為正極，陰極即為二極管的負(fù)極，又稱為負(fù)極。通常的數(shù)碼管又分為8段，即8個led顯示段，這是為工程應(yīng)用方便如設(shè)計的，分別為a、b、c、d、e、f、g、dp，其中dp 是小數(shù)點位段。而多位數(shù)碼管，除某一位的公共端會連接在一起，不同位的數(shù)碼管的相同端也會連接在一起。即，所有的a段都會連在一起，其它的段也是如此，這是實際最常用的用法。數(shù)碼管顯示方法可分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。靜態(tài)顯示就是數(shù)碼管的8段輸入及其公共端電平一直有效。動態(tài)顯示的原理是，各個數(shù)碼管的相同段連接在一起，共同占用8 位段引管線；每位數(shù)碼管的陽極連在一起組成公共

41、端。利用人眼的視覺暫留性，依次給出各個數(shù)碼管公共端加有效信號，在此同時給出該數(shù)碼管加有效的數(shù)據(jù)信號，當(dāng)全段掃描速度大于視覺暫留速度時，顯示就會清晰顯示出來。數(shù)碼管是一類顯示屏，通過對其不同的管腳輸入相對的電流，會使其發(fā)亮，從而顯示出數(shù)字能夠顯示 時間、日期、溫度等所有可用數(shù)字表示的參數(shù)。由于它的價格便宜 使用簡單 在電器 特別是家電領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，空調(diào)、熱水器、冰箱等等。絕大多數(shù)熱水器用的都是數(shù)碼管，其他家電也用液晶屏與熒光屏。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1總體設(shè)計3.1.1系統(tǒng)說明如圖3-1所示，利用單片機（at89c51）制作簡易電子時鐘，由六個led數(shù)碼管分別顯示小時十位、小時個位、分鐘十

42、位、分鐘個位、秒鐘十位、秒鐘個位。6個pnp管（9012）分別控制六個數(shù)碼管的亮滅，一個按鍵用于時間調(diào)整。圖3-1電子鐘系統(tǒng)框圖3.2模塊設(shè)計3.2.1電源部分如圖3-2所示，從外部引入5v的直流電，為單片機、復(fù)位電路提供電源。 圖3-2 單片機、復(fù)位電路的電源3.2.2復(fù)位電路 如圖3-3所示，復(fù)位電路主要由型號為1n4148的二極管，型號為10uf/16v的電解電容，型號為104的瓷片電容，10k的電阻以及按鍵s1構(gòu)成，s1接芯片的相應(yīng)引腳rst，當(dāng)開關(guān)按下時引腳rst為高電平1，斷開時引腳為低電平0。圖3-3 復(fù)位電路3.2.3 程序下載接口如圖3-4所示，由at89s isp構(gòu)成的兩排

43、十針下載口，板圖上有一個小方框，為1號引角；下載線的凸口為正方向，凸口的右側(cè)邊的第一個插孔為1號引角。圖3-4 程序下載接口3.3 顯示部分圖3-5為位選電路，三極管的集電極接數(shù)碼管的公共端，當(dāng)p2口對應(yīng)的引腳輸出高電平時三極管導(dǎo)通，對應(yīng)的數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)。這樣，在同一時刻，6位led中只有選通的那1位顯示出字符，而其他5位則是熄滅的。同樣，在下一時刻，只讓下一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他個位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，在段碼線上輸出將要顯示字符的段碼，則同一時刻，只有選通位顯示出相應(yīng)的字符，而其他各位則是熄滅的。如此循環(huán)下去，就可以使各位顯示出將要顯示的字符。雖然這些字符是在不同時刻出現(xiàn)的，而在同

44、一時刻，只有一位顯示，其他各位熄滅，但由于led的余輝和人眼的視覺暫留作用，只要每位顯示間隔足夠短，則可以造成多位同時亮的假象，達(dá)到同時顯示的效果。圖3-5 驅(qū)動電路 3.4時鐘電路ds1302工作原理 3.4.1時鐘電路ds1302工作原理ds1302 是美國dallas公司推出的一種高性能、低功耗、帶ram的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5v5.5v。采用三線接口與cpu進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或ram數(shù)據(jù)。ds1302內(nèi)部有一個318的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的ram寄存器。ds1302是ds1202的升級

45、產(chǎn)品，與ds1202兼容，但增加了主電源/后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進行涓細(xì)電流充電的能力。3.4.2引腳功能及結(jié)構(gòu)如圖3-6所示，表出ds1302的引腳排列,其中vcc1為后備電源，vcc2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。ds1302由vcc1或vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)vcc2大于vcc10.2v時，vcc2給ds1302供電。當(dāng)vcc2小于vcc1時，ds1302由vcc1供電。x1和x2是振蕩源，外接32.768khz晶振。rst是復(fù)位/片選線，通過把rst輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。rst輸入有兩種功能：首先，rst接通控制邏輯，允

46、許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，rst提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)rst為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對ds1302進行操作。如果在傳送過程中rst置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，i/o引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在vcc2.5v之前，rst必須保持低電平。只有在sclk為低電平時，才能將rst置為高電平。i/o為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，sclk始終是輸入端。圖3-6 ds1302芯片 3.4.3 ds1302的寄存器 ds1302有12個寄存器，其中有7個寄存器與日歷、時鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為bcd碼形式, 此外，ds1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充

47、電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與ram相關(guān)的寄存器等。時鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內(nèi)容。 ds1302與ram相關(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個ram單元，共31個，每個單元組態(tài)為一個8位的字節(jié)，其命令控制字為c0hfdh，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的ram寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的ram的31個字節(jié)，命令控制字為feh(寫)、ffh(讀)。 3.5 max7219工作原理簡介max7219是maxim公司生產(chǎn)的串行輸入/輸出共陰極數(shù)碼管顯示驅(qū)動芯片，一片max7219可驅(qū)動8個7段（包括小數(shù)點共8段）數(shù)字led、led條線圖形顯示器、或6

48、4個分立的led發(fā)光二級管。該芯片具有10mhz傳輸率的三線串行接口可與任何微處理器相連，只需一個外接電阻即可設(shè)置所有l(wèi)ed的段電流。它的操作很簡單，mcu只需通過模擬spi三線接口就可以將相關(guān)的指令寫入max7219的內(nèi)部指令和數(shù)據(jù)寄存器，同時它還允許用戶選擇多種譯碼方式和譯碼位。此外它還支持多片7219串聯(lián)方式，這樣mcu就可以通過3根線（即串行數(shù)據(jù)線、串行時鐘線和芯片選通線）控制更多的數(shù)碼管顯示。 3.5.1引腳分配及功能如圖3-7所示，各引腳的功能為：din：串行數(shù)據(jù)輸入端dout：串行數(shù)據(jù)輸出端，用于級連擴展load：裝載數(shù)據(jù)輸入clk：串行時鐘輸入dig0dig7：8位led位選線

49、，從共陰極led中吸入電流seg aseg g dp：7段驅(qū)動和小數(shù)點驅(qū)動iset：通過一個10k電阻和vcc相連，設(shè)置段電流圖3-7 max7219的內(nèi)部引腳分配3.5.2 寄存器介紹max7219內(nèi)部的寄存器如表3-1所示，主要有：譯碼控制寄存器、亮度控制寄存器、掃描界限寄存器、關(guān)斷模式寄存器、測試控制寄存器。編程時只有正確操作這些寄存器，max7219才可工作。 表3-1 max7219內(nèi)部的相關(guān)寄存器 分別介紹如下：（1） 譯碼控制寄存器（x9h）如表3-2所示，max7219有兩種譯碼方式：b譯碼方式和不譯碼方式。當(dāng)選擇不譯碼時，8個數(shù)據(jù)為分別一一對應(yīng)7個段和小數(shù)點位；b譯碼方式是b

50、cd譯碼，直接送數(shù)據(jù)就可以顯示。實際應(yīng)用中可以按位設(shè)置選擇b譯碼或是不譯碼方式。表3-2 max7219的譯碼控制寄存器 （2） 掃描界限寄存器（xbh）如表3-3所示，此寄存器用于設(shè)置顯示的led的個數(shù)（18），比如當(dāng)設(shè)置為0xx4時，led 05顯示。 表3-3 max7219的掃描界限控制寄存器 （3）亮度控制寄存器（xah）共有16級可選擇，用于設(shè)置led的顯示亮度，從0xx00xxf（4）關(guān)斷模式寄存器（xch）共有兩種模式選擇，一是關(guān)斷狀態(tài)，（最低位 d0=0）一是正常工作狀態(tài)（d0=1）。 3.6 按鍵電路3.6.1 74hc21如圖3-8所示，由八個開關(guān)和兩個與門（74hc21

51、）以及與89c51引腳連線構(gòu)成,主要完成對計時的啟動,清零,暫停,繼續(xù)和對小時,分鐘,秒進行調(diào)整。 圖3-8 74hc213.6.2 74hc02如圖3-9所示，兩個74hc02主要用來控制74hc373工作.其中,u5.a通過p2.7和p3.6(/wr)引腳控制u3工作.u5.b通過p2.6和p3.6(/wr)引腳控制u2工作。圖3-9 74hc02 3.6.3 74hc373 如圖3-10所示，74hc373為三態(tài)輸出八d鎖存器,74hc373的輸入端d0-d7可直接與總線相連.當(dāng)三態(tài)允許控制端oe為低電平時,q0-q7為正常邏輯狀態(tài),可用來驅(qū)動負(fù)載或總線.當(dāng)oe為高電平時,q0-q7呈高

52、阻態(tài),即不驅(qū)動總線,也不為總線的負(fù)載,但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響.當(dāng)鎖存允許端le為高電平時,q端隨d端改變而改變.當(dāng)le為低電平時,q端被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。圖3-10 74hc3733.7 晶振電路晶體振蕩器，簡稱晶振。在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個網(wǎng)絡(luò)有兩個諧振點，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏?，在這個極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會組成并聯(lián)諧振電路。這個并聯(lián)諧振電路加到一個負(fù)反饋電路中就可以構(gòu)成正弦波振蕩

53、電路，由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄，所以即使其他元件的參數(shù)變化很大，這個振蕩器的頻率也不會有很大的變化。晶振有一個重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。一般的晶振振蕩電路都是在一個反相放大器（注意是放大器不是反相器）的兩端接入晶振，再有兩個電容分別接到晶振的兩端，每個電容的另一端再接到地，這兩個電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于負(fù)載電容，請注意一般ic的引腳都有等效輸入電容，這個不能忽略。一般的晶振的負(fù)載電容為15p或12.5p ，如果再考慮元件引腳的等效輸入電容，則兩個22p的電容構(gòu)成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇。晶體振蕩器也分為無源晶振和有源晶振兩種類型。無源晶振與有源晶振（諧振）的英文名稱不同，無源晶振為crystal（晶體）