單片機(jī)的時(shí)鐘計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)的時(shí)鐘計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)摘 要: 單片機(jī)自20世紀(jì)70年代問(wèn)世以來(lái)，以其極高的性能價(jià)格比，受到人們的重視和關(guān)注，應(yīng)用很廣、發(fā)展很快。單片機(jī)體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、環(huán)境要求不高、價(jià)格低廉、可靠性高、靈活性好、開(kāi)發(fā)較為容易。由于具有上述優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)，單片機(jī)已廣泛地應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化控制、自動(dòng)檢測(cè)、智能儀器儀表、家用電器、電力電子、機(jī)電一體化設(shè)備等各個(gè)方面，而51單片機(jī)是各單片機(jī)中最為典型和最有代表性的一種。本設(shè)計(jì)就是利用單片機(jī)的上述優(yōu)點(diǎn)，采用目前市場(chǎng)上性能價(jià)格比較高的MCS-52單片機(jī)設(shè)計(jì)而成的最小系統(tǒng)。它在實(shí)際生活中具有廣泛的應(yīng)用。例如：工業(yè)生產(chǎn)中的定時(shí)啟停自動(dòng)化設(shè)備、學(xué)校中上下課鈴定時(shí)控

2、制、農(nóng)村廣播站每天早中晚廣播的自動(dòng)定時(shí)控制均可采用本儀器。本設(shè)計(jì)介紹一種以AT89C52單片機(jī)為核心,以LED數(shù)碼管作為顯示器件組成6位數(shù)字顯示的實(shí)用多功能電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)。該時(shí)鐘可顯示時(shí)，分，秒，也具有整點(diǎn)提醒報(bào)時(shí)及定時(shí)鬧鐘等功能，還可作電子秒表使用。關(guān)鍵詞: 計(jì)時(shí)器；數(shù)字鐘；數(shù)碼管顯示；AT89C52Design of the Clock Timer Based on Micro Controller UnitAbstract : SCM since the 20th century since the advent of the 1970s, with its high cost perf

3、ormance, by the peoples attention and concern, a very wide application, developed very quickly. SCM small size, light weight, anti-interference capability and the environment Yaoqiubugao, low price, high reliability, flexibility, and develop more easily. Due to the above-mentioned advantages, in our

4、 country, the SCM has been widely used in industrial automation and control, automatic detection, smart instrumentation, household appliances, power electronics, electrical and mechanical equipment, and other aspects of integration, and 51 is the single-chip microcontroller For the most typical and

5、most representative one.The clock design is used of the above-mentioned advantages, adopting the smallest system designed of MCS-52 microcontroller that has higher price-performance in current market. It has a wide application in real life. For example: the design can be used as a controller in indu

6、strial production timing starting automation equipment, school bell timing control, rural radio stations automatic timing control, and so on.The design introduces a practical electronic clock design which takes AT89C52 as the core, six-digit LED nixie tube as display components. The clock not only s

7、hows hours, minutes and seconds, but also can be used as an alarm clock and electronic stopwatch.Key words: Timer; Digital clock; Nixie tube display; AT89C52目 錄 TOC o 1-5 h z u HYPERLINK l _Toc201731518 1 概 述 PAGEREF _Toc201731518 h 1 HYPERLINK l _Toc201731519 1.1 單片機(jī)的發(fā)展歷史 PAGEREF _Toc201731519 h 1

8、HYPERLINK l _Toc201731520 1.2 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) PAGEREF _Toc201731520 h 1 HYPERLINK l _Toc201731521 2 課題研究背景與意義 PAGEREF _Toc201731521 h 3 HYPERLINK l _Toc201731522 3 功能要求 PAGEREF _Toc201731522 h 3 HYPERLINK l _Toc201731523 時(shí)鐘功能 PAGEREF _Toc201731523 h 3 HYPERLINK l _Toc201731524 3.2 計(jì)時(shí)功能 PAGEREF _Toc20173152

9、4 h 4 HYPERLINK l _Toc201731525 3.3 顯示功能 PAGEREF _Toc201731525 h 4 HYPERLINK l _Toc201731526 功能按鍵 PAGEREF _Toc201731526 h 4 HYPERLINK l _Toc201731527 3.5 中斷嵌套和控制 PAGEREF _Toc201731527 h 4 HYPERLINK l _Toc201731528 4 方案論證 PAGEREF _Toc201731528 h 4 HYPERLINK l _Toc201731529 4.1 單片機(jī)的選擇方案和論證 PAGEREF _To

10、c201731529 h 4 HYPERLINK l _Toc201731530 顯示模塊選擇方案和論證 PAGEREF _Toc201731530 h 5 HYPERLINK l _Toc201731531 電路設(shè)計(jì)最終方案決定 PAGEREF _Toc201731531 h 5 HYPERLINK l _Toc201731532 5 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc201731532 h 6 HYPERLINK l _Toc201731533 單片機(jī)系統(tǒng) PAGEREF _Toc201731533 h 6 HYPERLINK l _Toc201731537 5.2 數(shù)碼管顯示電

11、路 PAGEREF _Toc201731537 h 11 HYPERLINK l _Toc201731538 5.3 驅(qū)動(dòng)電路 PAGEREF _Toc201731538 h 13 HYPERLINK l _Toc201731539 復(fù)位電路 PAGEREF _Toc201731539 h 16 HYPERLINK l _Toc201731540 5.5 時(shí)鐘電路 PAGEREF _Toc201731540 h 17 HYPERLINK l _Toc201731541 5.6 按鍵電路 PAGEREF _Toc201731541 h 18 HYPERLINK l _Toc201731542 5

12、.7 報(bào)時(shí)器的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc201731542 h 19 HYPERLINK l _Toc201731543 6 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc201731543 h 20 HYPERLINK l _Toc201731544 6.1 主程序 PAGEREF _Toc201731544 h 21 HYPERLINK l _Toc201731545 6.2 顯示子程序 PAGEREF _Toc201731545 h 21 HYPERLINK l _Toc201731546 6.3 定時(shí)器T0中斷服務(wù)程序 PAGEREF _Toc201731546 h 21 HYPERLI

13、NK l _Toc201731547 6.4 定時(shí)器T1中斷服務(wù)程序 PAGEREF _Toc201731547 h 22 HYPERLINK l _Toc201731548 6.5 調(diào)時(shí)功能程序 PAGEREF _Toc201731548 h 23 HYPERLINK l _Toc201731549 秒表功能程序 PAGEREF _Toc201731549 h 23 HYPERLINK l _Toc201731550 6.7 鬧鐘時(shí)間設(shè)定功能程序 PAGEREF _Toc201731550 h 23 HYPERLINK l _Toc201731551 7 調(diào)試及性能分析 PAGEREF _T

14、oc201731551 h 23 HYPERLINK l _Toc201731552 7.1 硬件調(diào)試 PAGEREF _Toc201731552 h 23 HYPERLINK l _Toc201731553 7.2 軟件調(diào)試 PAGEREF _Toc201731553 h 23 HYPERLINK l _Toc201731554 7.3 性能分析 PAGEREF _Toc201731554 h 24 HYPERLINK l _Toc201731555 8 結(jié) 束 語(yǔ) PAGEREF _Toc201731555 h 25 HYPERLINK l _Toc201731556 致 謝 PAGERE

15、F _Toc201731556 h 26 HYPERLINK l _Toc201731557 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc201731557 h 27 HYPERLINK l _Toc201731558 附 錄 PAGEREF _Toc201731558 h 28 HYPERLINK l _Toc201731559 附錄1 源程序清單 PAGEREF _Toc201731559 h 29 HYPERLINK l _Toc201731560 附錄2 基于單片機(jī)的時(shí)鐘計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)電路原理圖 PAGEREF _Toc201731560 h 41基于單片機(jī)的時(shí)鐘計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)1 概 述單片機(jī)自20世紀(jì)

16、70年代問(wèn)世以來(lái)，以其極高的性能價(jià)格比，受到人們的重視和關(guān)注，應(yīng)用很廣、發(fā)展很快。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(wú)處不在，無(wú)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。本設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)它的學(xué)習(xí)、應(yīng)用，以AT89C52芯片為核心，輔以必要的電路，設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)易的電子時(shí)鐘，它由直流電源供電，通過(guò)數(shù)碼管能夠準(zhǔn)確顯示時(shí)間，而且具有秒表功能。 單片機(jī)的發(fā)展歷史經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段。a）SCM

17、即單片微型計(jì)算機(jī)（SingleChipMicrocomputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)?！皠?chuàng)新模式”獲得成功，奠定了SCM與通用計(jì)算機(jī)完全不同的發(fā)展道路。在開(kāi)創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展道路上，Intel公司功不可沒(méi)。b）MCU即微控制器（MicroControllerUnit）階段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷擴(kuò)展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時(shí)，對(duì)象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對(duì)象的智能化控制能力。它所涉及的領(lǐng)域都與對(duì)象系統(tǒng)相關(guān)，因此，發(fā)展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠家。從這一角度來(lái)看，Intel逐漸淡出MCU的發(fā)展也有其客觀因素。在發(fā)展MCU方面，最著名的

18、廠家當(dāng)數(shù)Philips公司。Philips公司以其在嵌入式應(yīng)用方面的巨大優(yōu)勢(shì)，將MCS-51從單片微型計(jì)算機(jī)迅速發(fā)展到微控制器。因此，當(dāng)我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時(shí)，不要忘記Intel和Philips的歷史功績(jī)。c）單片機(jī)是嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展之路，向MCU階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機(jī)的發(fā)展自然形成了SoC化趨勢(shì)。隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計(jì)、EDA工具的發(fā)展，基于SoC的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)有較大的發(fā)展。因此，對(duì)單片機(jī)的理解可以從單片微型計(jì)算機(jī)、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)。 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(guò)了幾十年的發(fā)展路程?？v

19、觀幾十年來(lái)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)：A. 采用先進(jìn)結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)高性能在過(guò)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(lái)說(shuō)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(wèn)題。B. 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)

20、系列之一。51LPC系列單片機(jī)采用以下三種方法降低功耗：a)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；b)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，使功耗降到最??；c)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(guò)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。C. 采用Flash Memory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。Flash MPU具有以下優(yōu)點(diǎn)：與多次可編程的窗口式EPROM相比，F(xiàn)lash MPU的成本要低得多；在系統(tǒng)編

21、程能力以及產(chǎn)品生產(chǎn)方面提供了靈活性，因?yàn)镕lash MPU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)廢和庫(kù)存；有助于生產(chǎn)廠商縮短設(shè)計(jì)周期，使終端用戶產(chǎn)品更具有競(jìng)爭(zhēng)力。D. 集成更多功能及兼容性目前單片機(jī)的另一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是在芯片上集成更多的功能。如模擬功能，包括模擬比較器、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器等。具體表現(xiàn)在：兼容性作為設(shè)計(jì)的第一考慮；額外的新的特點(diǎn)是透明的；使用同一種編程器；OTP使器件快速提升及標(biāo)準(zhǔn)化成為可能。E. 強(qiáng)抗干擾能力不斷加強(qiáng)抗干擾能力是單片機(jī)進(jìn)一步發(fā)展的必然趨勢(shì)。ST Microelectronics公司推出的ST62系列單片機(jī)在這方面是佼佼者，其優(yōu)良的抗干擾能力使得許

22、多大公司將其應(yīng)用在系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件上。許多單片機(jī)開(kāi)發(fā)商也正朝著這個(gè)方向努力。F. 朝系列化、全面化方向發(fā)展各大單片機(jī)開(kāi)發(fā)商在增加產(chǎn)品功能的同時(shí)效力于形成產(chǎn)品的系列化、全面化，以滿足各種控制領(lǐng)域的要求，這也是單片機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)之一。日本TOSHBA公司開(kāi)發(fā)了從4位到64位的多系列單片機(jī)，日立公司也有從4位到32位的單片機(jī)，目前還沒(méi)有哪個(gè)廠家生產(chǎn)的單片機(jī)比東芝公司的種類多。隨著單片機(jī)性能的不斷提高，不斷的克服和彌補(bǔ)自身的不足。在各種控制領(lǐng)域，單片機(jī)將擁有更加廣闊的使用天地。在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，它將一直是工程設(shè)計(jì)人員的首選控制芯片之一。2 課題研究背景與意義時(shí)鐘是現(xiàn)代社會(huì)應(yīng)用廣泛的計(jì)時(shí)工具，在航天、電

23、子等科研單位，工廠、醫(yī)院、學(xué)校等企事業(yè)單位，各種體育賽事及至我們每個(gè)人的日常生活中都發(fā)揮著重要的作用。時(shí)鐘，自從它發(fā)明的那天起，就成為人類的朋友，但隨著時(shí)間的推移，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)時(shí)間計(jì)量的精度要求越來(lái)越高，應(yīng)用越來(lái)越廣。怎樣讓時(shí)鐘更好的為人民服務(wù)，怎樣讓我們的老朋友煥發(fā)青春呢？這就要求人們不斷設(shè)計(jì)出新型時(shí)鐘?，F(xiàn)今，高精度的計(jì)時(shí)工具大多數(shù)都使用了石英晶體振蕩器，由于電子鐘、石英表、石英鐘都采用了石英技術(shù)，因此走時(shí)精度高，穩(wěn)定性好，使用方便，不需要經(jīng)常調(diào)校，數(shù)字式電子鐘用集成電路計(jì)時(shí)時(shí)，譯碼代替機(jī)械式傳動(dòng)，用LED顯示器代替顯示器和指針顯示進(jìn)而顯示時(shí)間，減小了計(jì)時(shí)誤差，這種表具有時(shí)，分

24、，秒顯示時(shí)間的功能，還可以進(jìn)行時(shí)和分的校對(duì)，片選的靈活性好。本設(shè)計(jì)利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字時(shí)鐘計(jì)時(shí)功能的主要內(nèi)容，其中AT89C52是核心元件，同時(shí)采用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示“時(shí)”，“分”，“秒”的現(xiàn)代計(jì)時(shí)裝置。與傳統(tǒng)機(jī)械表相比，它具有走時(shí)精確，顯示直觀等特點(diǎn)。它的計(jì)時(shí)周期為24小時(shí)，顯滿刻度為“23時(shí)59分59 秒”，另外具有校時(shí)功能，斷電后有記憶功能，恢復(fù)供電時(shí)可實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)同步等特點(diǎn)。3 功能要求時(shí)鐘計(jì)時(shí)器要求用單片機(jī)及6位LED數(shù)碼管顯示時(shí)、分、秒，以24時(shí)計(jì)時(shí)方式運(yùn)行，能整點(diǎn)提醒 (短蜂鳴，次數(shù)代表整點(diǎn)時(shí)間)，使用按鍵開(kāi)關(guān)可實(shí)現(xiàn)時(shí)、分調(diào)整，秒表/時(shí)鐘功能轉(zhuǎn)換，省電(關(guān)閉顯示)及定時(shí)設(shè)定提醒(蜂鳴器)等

25、功能。 時(shí)鐘功能對(duì)于時(shí)鐘功能，需要在數(shù)碼管上顯示小時(shí)、分鐘和秒鐘，因此，可以在內(nèi)部存儲(chǔ)空間分別定義它們的顯示緩存空間，來(lái)存放小時(shí)、分鐘和秒鐘的BCD碼，各2個(gè)字節(jié)。由于時(shí)鐘是不能停止的，因此需要采用內(nèi)部定時(shí)器自動(dòng)計(jì)時(shí)，并使用定時(shí)器中斷處理程序來(lái)定時(shí)進(jìn)行時(shí)間數(shù)值的刷新。52單片機(jī)的2個(gè)定時(shí)器都具有16位定時(shí)器的工作模式。當(dāng)晶振為12MHz時(shí)，16位定時(shí)器的最大定時(shí)值為；要達(dá)到1秒鐘，可以采用兩種方法：采用一個(gè)定時(shí)器定時(shí)與軟件計(jì)數(shù)相結(jié)合的方法；或者采用兩個(gè)定時(shí)器級(jí)聯(lián)的方法。由于秒表在計(jì)時(shí)功能時(shí)也需要用到1個(gè)定時(shí)器，因此，我們采用第一個(gè)方法，只使用1個(gè)定時(shí)器，例如使用T0。為了達(dá)到較為準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)，使

26、T0的溢出時(shí)間為50ms，使用一個(gè)字節(jié)作為軟件計(jì)數(shù)器ST，計(jì)數(shù)值為20。定時(shí)器的中斷處理程序?qū)T進(jìn)行減1操作，當(dāng)ST為0時(shí)，1秒到達(dá)，此時(shí)更新存放小時(shí)、分鐘、秒鐘的顯示緩存區(qū)。 計(jì)時(shí)功能當(dāng)秒表用作計(jì)時(shí)功能時(shí)，也需要一個(gè)定時(shí)器進(jìn)行10ms的定時(shí)，在本設(shè)計(jì)中使用單片機(jī)的T1。在T1的中斷處理程序中對(duì)SS和SS的緩存空間進(jìn)行更新，與上面類似。 顯示功能本系統(tǒng)中，用LED數(shù)碼顯示器來(lái)顯示各種數(shù)字或符號(hào)。由于它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，因此使用非常廣泛。3.4 功能按鍵再看按鍵的處理。、和接4 個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)，用于調(diào)時(shí)及功能設(shè)置。3.5 中斷嵌套和控制現(xiàn)在在我的方案中有3個(gè)中斷，T0

27、、T1中斷和外部中斷INT0。這3個(gè)中斷的特點(diǎn)是：T0的工作是連續(xù)的，在誤差范圍內(nèi)可以被打斷但不可以停止；T1的工作同樣可以在誤差范圍內(nèi)被打斷，但可以被INT0停止；INT0是用來(lái)啟動(dòng)或停止T1的。4 方案論證 單片機(jī)的選擇方案和論證單片機(jī)是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力(如算術(shù)運(yùn)算，邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理)的微處理器(CPU)，隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，只讀程序存儲(chǔ)器(ROM)，輸入輸出電路(I/O口)，可能還包括定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行通信口(SCI)，顯示驅(qū)動(dòng)電路(LCD或LED驅(qū)動(dòng)電路)，脈寬調(diào)制電路(PWM)，模擬多路轉(zhuǎn)換器及A/D轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊單塊芯

28、片上，構(gòu)成一個(gè)最小然而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這些電路能在軟件的控制下準(zhǔn)確、迅速、高效地完成程序設(shè)計(jì)者事先規(guī)定的任務(wù)。單片機(jī)性能不斷提高，其應(yīng)用系統(tǒng)也不斷發(fā)展，就我國(guó)的8位單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)而言，從7080年代盛行的Z80到8090年代的INTEL8031，再到902000年代的INTEL80C51或AT89C51，而目前流行使用的AT89C52單片機(jī)是INTEL MCS-51系列的8位單片機(jī)。它具有40引腳，片內(nèi)帶8K閃速存儲(chǔ)器EEPROM，一般作程序存儲(chǔ)器；片內(nèi)帶256字節(jié)RAM；提供32條I/O引腳，大部分引腳都可作數(shù)字和脈沖輸入和輸出；3個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器，對(duì)外計(jì)脈沖數(shù)可使用單片機(jī)的P3.4(T

29、0)或P3.5(T1)；6個(gè)中斷源，其中直接提供外部中斷處理可使用P3.2(INT0)或P3.1(INT1)；2個(gè)可編程標(biāo)準(zhǔn)串口，其引腳為P3.0(RXD)和P3.1(TXD)；時(shí)鐘頻率可達(dá)424MHz；具有睡眠狀態(tài)，指令系統(tǒng)與8031指令系統(tǒng)完全兼容。除上述技術(shù)性能外，還有價(jià)格低廉，保密性強(qiáng)，功耗低，應(yīng)用靈活、方便等優(yōu)點(diǎn)。故選擇AT89C52單片機(jī)為本設(shè)計(jì)的核心是較佳的選擇。這種單片機(jī)具有足夠的空余硬件資源，可以實(shí)現(xiàn)其他的擴(kuò)充功能。如果考慮使用電池供電，則可采用LV系列單片機(jī)。顯示模塊選擇方案和論證方案一：采用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示，點(diǎn)陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對(duì)于顯示文字比較適合，

30、如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費(fèi)，且價(jià)格也相對(duì)較高，所以也不用此種作為顯示。方案二：采用LED液晶顯示屏，液晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大，可顯示大量文字，圖形，顯示多樣，清晰可見(jiàn)，但是價(jià)格昂貴，需要的接口線多，所以在此設(shè)計(jì)中不采用LED液晶顯示屏。方案三：采用LED數(shù)碼管，LED數(shù)碼管價(jià)格適中，對(duì)于顯示數(shù)字最合適。為了實(shí)現(xiàn)LED顯示的數(shù)字顯示，可以采用靜態(tài)顯示法和動(dòng)態(tài)顯示法。由于靜態(tài)顯示法需要數(shù)據(jù)鎖存器等硬件，接口復(fù)雜一些，又考慮到時(shí)鐘顯示只有6位，且系統(tǒng)沒(méi)有其他復(fù)雜的處理任務(wù)，所以決定采用動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)LED的顯示。4.3 電路設(shè)計(jì)最終方案決定綜上各方案所述，對(duì)此次作品的方案選定：采用AT89C52作為

31、主控制系統(tǒng)； LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描作為顯示。按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，初步確定系統(tǒng)由主控模塊、顯示模塊、按鍵開(kāi)關(guān)模塊和蜂鳴器模塊及列驅(qū)動(dòng)模塊組成，時(shí)鐘計(jì)時(shí)器電路系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖4-1所示。圖4-1 時(shí)鐘計(jì)時(shí)器電路系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖5 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)該電路采用AT89C52單片機(jī)最小化應(yīng)用設(shè)計(jì)。采用共陽(yáng)7段LED顯示器；P0口輸出段碼數(shù)據(jù)；口作列掃描輸出；、和接4 個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)，用于調(diào)時(shí)及功能設(shè)置；端口接5V的小蜂鳴器，用于按鍵發(fā)音及定時(shí)提醒、整點(diǎn)到時(shí)提醒等；為了提供共陽(yáng)LED數(shù)碼管的列掃描驅(qū)動(dòng)電壓，用三極管9012作電源驅(qū)動(dòng)輸出；采用12MHz晶振，可提高秒計(jì)時(shí)的精確性。單片機(jī)系統(tǒng)AT8

32、9C52單片機(jī)具有足夠的空余硬件資源，可以實(shí)現(xiàn)其他的擴(kuò)充功能，還有價(jià)格低廉，保密性強(qiáng)，功耗低，應(yīng)用靈活、方便等優(yōu)點(diǎn)。故選擇AT89C52單片機(jī)為本設(shè)計(jì)的核心是較佳的選擇。AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)可以提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。圖5-1 AT89C52芯片AT89C52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向

33、輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本。AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。主要性能參數(shù)：與MCS-51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容8k字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲(chǔ)器1000次擦寫周期全靜態(tài)操作：0Hz24MHz三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器2568字節(jié)內(nèi)部RAM32個(gè)可編程I/O口線3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器6個(gè)中斷源可編程串行

34、UART通道低功耗空閑和掉電模式圖5-2 AT89C52方框圖功能特性概述：AT89C52提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，256字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，1個(gè)6向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，2個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C52可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。圖5-3 POFP/TQFP封裝形式圖5-4 PLCC封裝形式MCS-51單片

35、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

36、、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(wú)高阻的“浮空”狀態(tài)，故稱為準(zhǔn)雙向I/O 口。P0 口：P0口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位用吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口P0寫“l(fā)”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash 編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)。而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。P1 口：P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的

37、8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“l(fā)”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。與AT89C5l不同之處是，和 還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（）和輸入（），參見(jiàn)表5-1。Flash編程和程序校驗(yàn)期間，Pl接收低8位地址。表 5- 和 的第二功能引腳號(hào)功能特性T2（定時(shí)計(jì)數(shù)器2外部計(jì)數(shù)脈沖輸入），時(shí)鐘輸出T2EX（定時(shí)計(jì)數(shù)器2捕獲重裝載觸發(fā)和方向控制）P2 口：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（

38、吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口P2寫“l(fā)”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX DPTR, A指令）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVX Ri, A指令）時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。P3 口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P3口寫

39、入“l(fā)”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：表5-2 P3口特殊功能P3口引腳特殊功能RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）（外部中斷0）（外部中斷1）T0（定時(shí)器0外部輸入）T1（定時(shí)器1外部輸入）WR（寫入外部存儲(chǔ)器控制）RD（讀取外部存儲(chǔ)器控制）XTAL1：振蕩器反向放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。AT89C52單片機(jī)內(nèi)部設(shè)有三

40、個(gè)16位的可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器?？删幊痰囊馑际侵钙涔δ埽ㄈ绻ぷ鞣绞?、定時(shí)時(shí)間、量程、啟動(dòng)方式等）均可由指令來(lái)確定和改變。在定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中除了有兩個(gè)16位的計(jì)數(shù)器之外，還有兩個(gè)特殊功能寄存器（控制寄存器和方式寄存器）。本設(shè)計(jì)主要用到定時(shí)器T0與T1，這里簡(jiǎn)單介紹一下。16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器分別由兩個(gè)8位專用寄存器組成，即：T0由TH0和TL0構(gòu)成；T1由TH1和TL1構(gòu)成。其訪問(wèn)地址依次為8AH到8DH。每個(gè)寄存器均可單獨(dú)訪問(wèn)。這些寄存器是用于存放定時(shí)或計(jì)數(shù)初值的。此外，其內(nèi)部還有一個(gè)8位的定時(shí)器方式寄存器TMOD和一個(gè)8位的定時(shí)控制寄存器TCON。這些寄存器之間是通過(guò)內(nèi)部總線和控制邏輯電路連接

41、起來(lái)的。TMOD主要是用于選定定時(shí)器的工作方式；TCON主要是用于控制定時(shí)器的啟動(dòng)停止，此外TCON還可以保存T0、T1的溢出和中斷標(biāo)志。當(dāng)定時(shí)器工作在計(jì)數(shù)方式時(shí)，外部事件通過(guò)引腳T0（）和T1（）輸入。 數(shù)碼管顯示電路由于靜態(tài)顯示法需要數(shù)據(jù)鎖存器等硬件，接口復(fù)雜一些，又考慮到時(shí)鐘顯示只有6位，且系統(tǒng)沒(méi)有其他復(fù)雜的處理任務(wù)，所以決定本設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)LED的顯示。5.2.1 七段數(shù)碼管及其分類數(shù)碼管按各發(fā)光二極管電極的連接方式分為共陽(yáng)數(shù)碼管和共陰數(shù)碼管兩種。數(shù)碼管由7個(gè)發(fā)光二極管組成，行成一個(gè)日字形，它們可以共陰極，也可以共陽(yáng)極。通過(guò)解碼電路得到的數(shù)碼接通相應(yīng)的發(fā)光二極而形成相應(yīng)的字，這

42、就是它的工作原理?；镜陌雽?dǎo)體數(shù)碼管是由7個(gè)條狀的發(fā)光二極管（LED）按圖5-5(a)所示排列而成的，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字“09”及少量字符的顯示。另外為了顯示小數(shù)點(diǎn)，增加了1個(gè)點(diǎn)狀的發(fā)光二極管，因此數(shù)碼管就由8個(gè)LED組成，我們分別把這些發(fā)光二極管命名為“a，b，c，d，e，f，g，dp” ，排列順序如下圖5-5(a)。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(shí)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(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管內(nèi)部連接如圖5-5(c)所示。共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有

43、發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陽(yáng)數(shù)碼管內(nèi)部連接如圖5-5(b)所示。(a)數(shù)碼管 (b)共陽(yáng)數(shù)碼管內(nèi)部連接圖 (c)共陰數(shù)碼管內(nèi)部連接圖圖5-5 數(shù)碼管管腳及共陽(yáng)、共陰連接圖5.2.2 數(shù)碼管的顯示方式數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)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(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。a) 動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)

44、動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)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(gè)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(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是哪個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開(kāi)，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只

45、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(huì)有閃爍感，動(dòng)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。b) 靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5840根I/O端口來(lái)驅(qū)動(dòng)（一個(gè)89C52單片機(jī)可用的I/O端口才32個(gè)），實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。表5-3 共陽(yáng)LED數(shù)碼管字形(段碼)表共陽(yáng)LED數(shù)碼管字形(段碼)

46、表顯示數(shù)字(字符)P0.7dp P0.6g P0.5f P0.4eP0.3d P0.2c P0.1b P0.0a 二進(jìn)制代碼十六進(jìn)制代碼01100000011000000C0H11111100111111001F9H21010010010100100A4H31011000010110000B0H4100110011001100199H5100101101001011092H6100000101000001082H71111100011111000F8H8100000001000000080H9100100001001000090H 驅(qū)動(dòng)電路 總線驅(qū)動(dòng)器74LS244為三態(tài)輸出的八組緩沖器和總線

47、驅(qū)動(dòng)器。74ls244由2組、每組四路輸入、輸出構(gòu)成。每組有一個(gè)控制端E，由控制端的高或低電平?jīng)Q定該組數(shù)據(jù)被接通還是斷開(kāi)。圖5-6 74LS244芯片表5-4 74ls244功能表圖5-7 74LS244邏輯圖244內(nèi)部包含8個(gè)單向三態(tài)門，分為兩組，同時(shí)作為總線芯片的另外一個(gè)特點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)能力加強(qiáng)了，可以提供比較大的輸出電流，所以經(jīng)常用來(lái)直接驅(qū)動(dòng)光耦、發(fā)光管等，也可以用于驅(qū)動(dòng)微型的繼電器！開(kāi)關(guān)量輸入的擴(kuò)展經(jīng)常使用的芯片是74LS244/74LS245/74LS240等；這些芯片的特點(diǎn)是三態(tài)門，可以把多個(gè)芯片的輸出，并聯(lián)在一起而不會(huì)互相影響；通過(guò)138、139、153等譯碼選通芯片，把RD/WR/地

48、址的高位信號(hào)（高3位或者高4位，看單片機(jī)系統(tǒng)中的芯片的數(shù)量）接到譯碼芯片，把譯碼芯片的輸出接到鎖存器的鎖存輸入，或者緩沖器的選通輸入。電源驅(qū)動(dòng)為了提供共陽(yáng)LED數(shù)碼管的列掃描驅(qū)動(dòng)電壓，用三極管9012作電源驅(qū)動(dòng)輸出。三極管是一種控制元件，主要用來(lái)控制電流的大小，以共發(fā)射極接法為例（信號(hào)從基極輸入，從集電極輸出，發(fā)射極接地），當(dāng)基極電壓UB有一個(gè)微小的變化時(shí)，基極電流IB也會(huì)隨之有一小的變化，受基極電流IB的控制，集電極電流IC會(huì)有一個(gè)很大的變化，基極電流IB越大，集電極電流IC也越大，反之，基極電流越小，集電極電流也越小，即基極電流控制集電極電流的變化。但是集電極電流的變化比基極電流的變化大得

49、多，這就是三極管的放大作用。IC的變化量與IB變化量之比叫做三極管的放大倍數(shù)（=IC/IB，表示變化量。），三極管的放大倍數(shù)一般在幾十到幾百倍。 三極管在放大信號(hào)時(shí)，首先要進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，即要先建立合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，也叫建立偏置，否則會(huì)放大失真。 在三極管的集電極與電源之間接一個(gè)電阻，可將電流放大轉(zhuǎn)換成電壓放大：當(dāng)基極電壓UB升高時(shí)，IB變大，IC也變大，IC在集電極電阻RC的壓降也越大，所以三極管集電極電壓UC會(huì)降低，且UB越高，UC就越低，UC=UB。下面簡(jiǎn)單介紹一下三極管的電流放大原理 。晶體三極管（以下簡(jiǎn)稱三極管）按材料分有兩種：鍺管和硅管。而每一種又有NPN和PNP兩種結(jié)構(gòu)形式，但使用

50、最多的是硅NPN和PNP兩種三極管，兩者除了電源極性不同外，其工作原理都是相同的，下面僅介紹NPN硅管的電流放大原理。 圖5-8 晶體三極管（NPN）的結(jié)構(gòu) 圖5-8是NPN管的結(jié)構(gòu)圖，它是由2塊N型半導(dǎo)體中間夾著一塊P型半導(dǎo)體所組成，從圖可見(jiàn)發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間形成的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié),而集電區(qū)與基區(qū)形成的PN結(jié)稱為集電結(jié),三條引線分別稱為發(fā)射極e、基極b和集電極c。 當(dāng)b點(diǎn)電位高于e點(diǎn)電位零點(diǎn)幾伏時(shí)，發(fā)射結(jié)處于正偏狀態(tài)，而c點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位幾伏時(shí)，集電結(jié)處于反偏狀態(tài)，集電極電源Ec要高于基極電源Eb。在制造三極管時(shí)，有意識(shí)地使發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子濃度大于基區(qū)的，同時(shí)基區(qū)做得很薄，而且，要嚴(yán)格控制

51、雜質(zhì)含量，這樣，一旦接通電源后，由于發(fā)射結(jié)正確，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子（電子）及基區(qū)的多數(shù)載流子（空穴）很容易地越過(guò)發(fā)射結(jié)互相向反方擴(kuò)散，但因前者的濃度基大于后者，所以通過(guò)發(fā)射結(jié)的電流基本上是電子流，這股電子流稱為發(fā)射極電流Ie。 由于基區(qū)很薄,加上集電結(jié)的反偏，注入基區(qū)的電子大部分越過(guò)集電結(jié)進(jìn)入集電區(qū)而形成集電集電流Ic，只剩下很少（1-10%）的電子在基區(qū)的空穴進(jìn)行復(fù)合，被復(fù)合掉的基區(qū)空穴由基極電源Eb重新補(bǔ)給，從而形成了基極電流Ib。根據(jù)電流連續(xù)性原理得：Ie=Ib+Ic。這就是說(shuō)，在基極補(bǔ)充一個(gè)很小的Ib，就可以在集電極上得到一個(gè)較大的Ic，這就是所謂電流放大作用，Ic與Ib是維持一定的比

52、例關(guān)系，即：1=Ic/Ib 。式中：1-稱為直流放大倍數(shù)。集電極電流的變化量Ic與基極電流的變化量Ib之比為：=Ic/Ib 。式中-稱為交流電流放大倍數(shù)，由于低頻時(shí)1和的數(shù)值相差不大，所以有時(shí)為了方便起見(jiàn)，對(duì)兩者不作嚴(yán)格區(qū)分，值約為幾十至一百多。 三極管是一種電流放大器件，但在實(shí)際使用中常常利用三極管的電流放大作用，通過(guò)電阻轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷悍糯笞饔谩?9012是一種最常用的普通三極管。它是一種低電壓，大電流，小信號(hào)的PNP型硅三極管。其主要特性如下：集電極電流Ic：Max -500mA 集電極-基極電壓Vcbo：-40V 工作溫度：-55 to +150 和9013（NPN）相對(duì) 主要用途：開(kāi)關(guān)應(yīng)用

53、，射頻放大圖5-9 9012三極管引腳圖圖5-9中引腳1是發(fā)射極，引腳2是集電極，引腳3是基極。復(fù)位電路當(dāng)MCS-51單片機(jī)的復(fù)位引腳RST出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。復(fù)位的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)。直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤消復(fù)位信號(hào)。為可靠起見(jiàn)，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防電源開(kāi)關(guān)或電源插頭分-合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。51單片機(jī)的復(fù)位是由RESET引腳來(lái)控制的，此引腳與高電平相接超過(guò)24個(gè)振蕩周期后，51單片機(jī)即進(jìn)入芯片內(nèi)部復(fù)位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下等待，直到RESET引腳轉(zhuǎn)為低電平

54、后，才檢查EA引腳是高電平或低電平，若為高電平則執(zhí)行芯片內(nèi)部的程序代碼，若為低電平便會(huì)執(zhí)行外部程序。由于本設(shè)計(jì)只采用內(nèi)部存儲(chǔ)器，不會(huì)執(zhí)行外部程序，因此EA端一般為高電平。單片機(jī)的復(fù)位操作使單片機(jī)進(jìn)入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計(jì)數(shù)器PC0000H，這表明程序從0000H地址單元開(kāi)始執(zhí)行。單片機(jī)冷啟動(dòng)后，片內(nèi)RAM為隨機(jī)值，運(yùn)行中的復(fù)位操作不改變片內(nèi)RAM區(qū)中的內(nèi)容，21個(gè)特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)為確定值。與其他計(jì)算機(jī)一樣，MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)常常有上電復(fù)位和操作復(fù)位兩種方法。操作復(fù)位指用戶按下“復(fù)位”按鈕使計(jì)算機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。上電復(fù)位電路是種簡(jiǎn)單的復(fù)位電路，只要在RST復(fù)位引腳接一個(gè)電容到V

55、CC，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(guò)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(guò)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(zhǎng)的時(shí)間。MCS-51單片機(jī)的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。下圖是上電復(fù)位和操作復(fù)位的相結(jié)合的常用電路。圖5-10 復(fù)位電路 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。單片機(jī)的定時(shí)功能

56、是用片內(nèi)的時(shí)鐘電路和定時(shí)電路來(lái)完成的，而片內(nèi)的時(shí)鐘產(chǎn)生有兩種方式：內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。本設(shè)計(jì)用的是內(nèi)部時(shí)鐘方式。本系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，片內(nèi)高增益反相放大器通過(guò)XTAL1，XTAL2外接作為反饋元件的晶體（呈感性）與電容組成的并聯(lián)諧振回路過(guò)程的一個(gè)自激振蕩向內(nèi)部時(shí)鐘提供振蕩時(shí)鐘。電容的值通常取30pF左右。電路圖如下：圖5-11 時(shí)鐘電路單片機(jī)以晶體振蕩器的振蕩周期為最小的時(shí)序單位，片內(nèi)的各種微操作都以此周期為時(shí)序基準(zhǔn)。振蕩頻率二分頻后形成狀態(tài)周期，一個(gè)狀態(tài)周期包含2個(gè)振蕩周期，振蕩頻率二分頻后形成機(jī)器周期，一個(gè)機(jī)器周期包含有6個(gè)狀態(tài)周期或者12個(gè)振蕩周期，1到4個(gè)機(jī)器周期確定一條指令

57、的執(zhí)行時(shí)間，這個(gè)時(shí)間便是指令周期。在MCS-51單片機(jī)的所有指令中，有些完成的比較快，只需一個(gè)機(jī)器周期就行，有些完成的比較慢，則需兩個(gè)機(jī)器周期或者四個(gè)機(jī)器周期才能完成。具體的周期計(jì)算是這樣的。如果外接晶振頻率為12MHZ，那么振蕩周期為為,狀態(tài)周期為,機(jī)器周期為1us,指令周期為1到4us。當(dāng)單片機(jī)工作于計(jì)數(shù)模式時(shí)，它的初值為（計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)）求補(bǔ)，當(dāng)工作于定時(shí)模式時(shí)，它的初值為（定時(shí)時(shí)間/機(jī)器周期）求補(bǔ)，根據(jù)不同的工作模式對(duì)初值進(jìn)行裝入。 按鍵電路按鍵的開(kāi)關(guān)狀態(tài)通過(guò)一定的電路轉(zhuǎn)換為高、低電平狀態(tài)。按鍵閉合過(guò)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(guò)程都要經(jīng)過(guò)一定的過(guò)程才能達(dá)到穩(wěn)定，這一過(guò)程是

58、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(zhǎng)短與開(kāi)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)。本設(shè)計(jì)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： 圖5-12 按鍵電路a)長(zhǎng)按進(jìn)入調(diào)分狀態(tài)：分單元閃爍；按加1，按減1。再長(zhǎng)按進(jìn)入時(shí)調(diào)整狀態(tài)，時(shí)單元閃爍，加減調(diào)整同調(diào)分。長(zhǎng)按退出調(diào)整狀態(tài)。 b)按下進(jìn)入秒表狀態(tài)：按暫停，再按秒表清零，再按秒表又啟動(dòng)，按退出秒表回到時(shí)鐘狀態(tài)。c)按進(jìn)入設(shè)定鬧時(shí)狀態(tài)：00:00: -，可進(jìn)行分設(shè)定，按分加1，再

59、按為時(shí)調(diào)整，顯示為00:00:- ，按時(shí)加1，按鬧鈴有效，顯示為00:00:-0，再按鬧鈴無(wú)效（顯示00:00:-），按調(diào)鬧鐘結(jié)束。在鬧鈴時(shí)可按停鬧，不按鬧鈴1分鐘。5.7 報(bào)時(shí)器的設(shè)計(jì)報(bào)時(shí)是數(shù)字鐘的一個(gè)重要功能，報(bào)時(shí)器可用蜂鳴器和揚(yáng)聲器來(lái)實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)采用蜂鳴器實(shí)現(xiàn)其報(bào)時(shí)功能。蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，常用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，他廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、 機(jī)等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。這里用于時(shí)鐘計(jì)時(shí)器中做報(bào)時(shí)器。 蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過(guò)電磁線圈，

60、使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成，當(dāng)接通電源后（1.515V直流工作電壓），多諧振蕩器起振,輸出的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。本設(shè)計(jì)采用壓電式蜂鳴器。壓電蜂鳴片是將高壓極壓化后的壓電陶瓷片黏貼于振動(dòng)金屬片上。當(dāng)加入交流電壓后,會(huì)因?yàn)閴弘娦?yīng),而產(chǎn)生機(jī)械變形伸展及收縮，利用此特性使金屬片振動(dòng)而發(fā)出聲響，因此需要一定的電流才能驅(qū)動(dòng)它，單片機(jī)IO引腳輸出的電流較小，單片機(jī)輸出的TTL電平基本上驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，因此需要增加一個(gè)電流放大的電路