【正文】 ..............................14 附錄三：程序代碼 .............................................................................................................................15 第 1 頁 共 26 頁 引言 21 世紀(jì)，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代化電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。 時(shí)鐘，自它被發(fā)明的那天起，就成為人類的朋友。隨著時(shí)間的推移，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，隨著生活水平的提高 ,人們?cè)絹碓阶非笕诵曰氖挛铮瑢?duì)時(shí)間計(jì)量的精度要求越來越高，應(yīng)用也越來越廣泛，這些都導(dǎo)致傳統(tǒng)的時(shí)鐘已不能滿足人們的需求?，F(xiàn)代生活的人們?cè)絹碓街匾暳藭r(shí)間觀念，可以說是時(shí)間和金錢劃上了等號(hào)。對(duì)于那些對(duì)時(shí)間把握非常嚴(yán)格和準(zhǔn)確的人或事來說，時(shí)間的不準(zhǔn)確會(huì)帶來非常大的麻煩，所以以LCD1602 為顯示器的時(shí)鐘比指針式的時(shí)鐘表現(xiàn)了更大的優(yōu)勢(shì)。 目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢(shì)將是進(jìn)一步向著 CMOS 化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。 單片機(jī)模塊中最常見的是數(shù)字時(shí)鐘。利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的電子時(shí)鐘具有編程靈活、精確度高等特 點(diǎn)，并且便于電子時(shí)鐘的擴(kuò)充，即可用該電子鐘發(fā)出各種控制信號(hào)，同時(shí)可以用該電子時(shí)鐘發(fā)出各種控制信號(hào)。 本時(shí)鐘還具有環(huán)保、走時(shí)無噪音、低功耗等非實(shí)時(shí)時(shí)鐘不具有的功能。該實(shí)時(shí)時(shí)鐘不但可以作為家用，而且更可以在公共場(chǎng)合使用，如車站、碼頭、商場(chǎng)等場(chǎng)所。 本文主要介紹用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí) /計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)電子時(shí)鐘的方法，本設(shè)計(jì)由單片機(jī) AT89S52 芯片和 LCD1602 為核心，輔以必要的電路，構(gòu)成了一個(gè)單片機(jī)數(shù)字時(shí)鐘。 第 2 頁 共 26 頁 1 設(shè)計(jì)方案 數(shù)字 時(shí) 鐘 的設(shè)計(jì)分析 方案一：采用 AT89S52作為 主控單片機(jī)，顯示模塊選用 LCD1602，設(shè)置部分選用按鍵電路； 方案二：采用 AT89S52作為主控單片機(jī)，顯示模塊選用數(shù)碼管，設(shè)置部分選用按鍵電路； 方案三：可用數(shù)字電路芯片 74192， 74153， 7447， NE555，與非門和數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)數(shù)字時(shí)鐘功能。 三種方案相比較，方案三使用芯片過多，線路繁瑣，方案二顯示電路需要多個(gè)三極管輔助驅(qū)動(dòng)，電路復(fù)雜，相比之下，方案一 LCD1602顯示電路、驅(qū)動(dòng)程序都相對(duì)簡(jiǎn)單，所以本設(shè)計(jì)選擇了方案一。 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)制作一個(gè)能實(shí)現(xiàn)顯示年、月、日、星期、時(shí)、分、秒功能時(shí)鐘， 要求方案簡(jiǎn)單，易行并有一定的實(shí)用意義。 2 總體系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)與選擇論證 計(jì)時(shí)方案 采用 AT89S52 作為主控單片機(jī)，顯示模塊選用 LCD1602，設(shè)置部分選用按鍵電路 配合軟件延時(shí)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒的計(jì)時(shí)。該方案節(jié)省硬件成本，并且能使讀者在定時(shí) /計(jì)數(shù)器的使用、中斷及程序設(shè)計(jì)方面得到鍛煉和提高，對(duì)單片機(jī)的指令系統(tǒng)能有更深入的了解。 AT89S52 外接 LCD1602 顯示電路、按鍵電路、晶振電路、復(fù)位電路、電源以及按鍵電路構(gòu)成設(shè)計(jì)框圖。設(shè)計(jì)框圖如圖 21所示： 圖 21 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 按鍵電路 晶振電路 復(fù)位電路 電源 AT89S52 LCD1602 顯示電路 第 3 頁 共 26 頁 圖 22 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)圖 數(shù)字時(shí)鐘總電路包括單片機(jī)最小系統(tǒng)，即單片機(jī)、振蕩電路、復(fù)位電路、電源供電模塊，另外供電，模塊附有 LED 指示燈，指示電源電源供電是否成功， LCD1602 顯示模塊，獨(dú)立按鍵模塊，下載接口模塊，蜂鳴器模塊。 控制芯片的選擇 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash存儲(chǔ)器 。使用 Atmel 公司高密度非 易失性存儲(chǔ)器 技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash允許 程序存儲(chǔ)器 在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案 。 芯片控制語言的選擇 C 語言是一種計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言，它既具有高級(jí)語言的特點(diǎn)，又具有匯編語言的特點(diǎn)。它由美國(guó)貝爾研究所的 于 1972 年推出， 1978 年后， C 語言已先后 第 4 頁 共 26 頁 被移植到大、中、小及微型機(jī)上，它可以作為工作系統(tǒng)設(shè)計(jì)語言，編寫系統(tǒng)應(yīng)用程序，也可以作為應(yīng)用程序設(shè)計(jì)語言，編寫不依賴計(jì)算機(jī)硬件的應(yīng)用程序。它的應(yīng)用范圍廣泛，具備很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，不僅僅是在軟件開發(fā)上，而且各類科研都需要用到 C語言，適于編寫系統(tǒng)軟件，三維 、 二維圖形和動(dòng)畫，具體應(yīng)用比如單片機(jī)以及嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。 3 系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)及原理說明 AT89S52 單片機(jī)的工作原理 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS 8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器 。 它是利用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器工作與定時(shí)方式，對(duì)機(jī)器周期計(jì)數(shù)形成基準(zhǔn)時(shí)間（如 10ms），然后再用另外一個(gè)計(jì)數(shù)器或軟件計(jì)數(shù)的形式對(duì)基準(zhǔn) 時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)，形成秒（如 10ms 計(jì)數(shù) 100 次），“秒”計(jì)數(shù) 60 次形成“分”，“分”計(jì)數(shù) 60 次形成“時(shí)”，“時(shí)”計(jì)數(shù) 24次形成“天”，并清零，然后通過譯碼、顯示器把它們的內(nèi)容在顯示屏上顯示出來。在具體的設(shè)計(jì)時(shí)，定時(shí)器采用中斷方式工作，對(duì)時(shí)鐘的形成在中端程序中實(shí)現(xiàn)，主程序是對(duì)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的定義初始化，調(diào)用顯示程序和控制程序的初始化，另外為了使用方便，也設(shè)計(jì)了按鍵，他可以對(duì)時(shí)分秒等進(jìn)行調(diào)整，這樣，程序就加了按鍵程序。 單片機(jī)性能與特點(diǎn) （ 1） AT89S52 為 ATMEL 所生產(chǎn)的一種低功 耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K在系統(tǒng)可編程 Flash存儲(chǔ)器。 （ 2）在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)作為一種較為簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)是嵌入到系統(tǒng)內(nèi)部，作為系統(tǒng)電路的一部分，作為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和智能化的關(guān)鍵部件。 AT89S52 主要功能列舉如下： ①擁有靈巧的 8位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash ②晶片內(nèi)部具時(shí)鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12MHz） ③內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（ ROM）為 8KB ④內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）為 256 字節(jié) ⑤ 32 個(gè)可編程 I/O 口線 ⑥ 8 個(gè)中斷向量源 ⑦三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ⑧三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 ⑨全雙工 UART 串行通道 單片機(jī)的引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu) P89C5X 系列單片機(jī)有 40個(gè)引腳。其引腳圖如圖 21所示： （ 1） VCC： AT89S52 電源正端輸入，接 +5V。 第 5 頁 共 26 頁 （ 2） VSS：電源地端。 （ 3） XTAL1：?jiǎn)涡酒到y(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸入端。 （ 4） XTAL2：系統(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸出端，一般在設(shè)計(jì)上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以動(dòng)作了，此外可以在兩引腳與地之間加入一 20PF 的小電容，可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定，避免噪聲干擾而死 機(jī)。 （ 5） RESET： AT89S52 的重置引腳，高電平動(dòng)作，當(dāng)要對(duì)晶片重置時(shí)，只要對(duì)此引腳電平提升至高電平并保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間， AT89S51 便能完成系統(tǒng)重置的各項(xiàng)動(dòng)作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器之內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)，并且至地址 0000H 處開始讀入程序代碼而執(zhí)行程序。 （ 6） EA/Vpp： EA為英文 External Access的縮寫，表示存取外部程序代碼之意， 低電平動(dòng)作，也就是說當(dāng)此引腳接低電平后，系統(tǒng)會(huì)取用外部的程序代 碼（存于外部 EPROM 中）來執(zhí)行程序。因此在 8031 及 8032 中， EA 引腳必須接低電平，因?yàn)槠鋬?nèi)部無程序存儲(chǔ)器空間。如果是使用 8751 內(nèi)部程序空間時(shí)，此引腳要接成高電平。此外，在將程序代碼燒錄至 8751 內(nèi)部 EPROM 時(shí)，可以利用此引腳來輸入 21V 的燒錄高壓（ Vpp）。 （ 7） ALE/PROG： ALE是英文 Address Latch Enable的縮寫，表示地址鎖存器啟用信號(hào)。AT89S52 可以利用這支引腳來觸發(fā)外部的 8位鎖存器（如 74LS373），將端口 0的地址總線（ A0～A7）鎖進(jìn)鎖存器中，因?yàn)?AT89S52 是以多工的方式送出地址及數(shù)據(jù)。平時(shí)在程序執(zhí)行時(shí) ALE 引腳的輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率的 1/6，因此可以用來驅(qū)動(dòng)其他周邊晶片的時(shí)基輸入。此外在燒錄 圖 31 AT89S52 引腳圖 8751 程序代碼時(shí)，此引腳會(huì)被當(dāng)成程序規(guī)劃的特殊功能來使用。 （ 8） PSEN：此為 Program Store Enable的縮寫，其意為程序儲(chǔ)存啟用，當(dāng) 8051被設(shè)成為讀取外部程序代碼工作模式時(shí)（ EA=0），會(huì)送出此信號(hào)以便取得程序代碼，通常這支腳是接到 EPROM 的 OE腳。 AT89S52 可以利用 PSEN 及 RD引腳分別啟用存在外部的RAM 與 EPROM，使得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器可以合并在一起而共用 64K 的定址范圍。 （ 9） PORT0（ ～ ）：端口 0 是一個(gè) 8 位寬的開路汲極（ Open Drain）雙向輸出入端口，共有 8個(gè)位， 表示位 0， 表示位 1，依此類推。其他三個(gè) I/O 端口（ P P P3）則不具有此電路組態(tài)，而是內(nèi)部有一提升電路， P0 在當(dāng)做 I/O 用時(shí)可以推動(dòng) 8個(gè) LS的 TTL 負(fù)載。如果當(dāng) EA引腳為低電平時(shí)（即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)存 第 6 頁 共 26 頁 儲(chǔ)器）， P0就以多工方式提供地址總線（ A0～ A7）及 數(shù)據(jù)總線（ D0～ D7）。設(shè)計(jì)者必須外加一鎖存器將端口 0 送出的地址栓鎖住成為 A0～ A7，再配合端口 2 所送出的 A8～ A15合成一完整的 16 位地址總線，而定址到 64K 的外部存儲(chǔ)器空間。 （ 10） PORT2（ ～ ）：端口 2 是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口，每一個(gè)引腳可以推動(dòng) 4 個(gè) LS 的 TTL 負(fù)載，若將端口 2 的輸出設(shè)為高電平時(shí)，此端口便能當(dāng)成輸入端口來使用。 P2除了當(dāng)做一般 I/O 端口使用外，若是在 AT89S52 擴(kuò)充外接程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，也提供地址總線的高字節(jié) A8～ A15，這個(gè)時(shí)候 P2 便不能當(dāng)做 I/O來使用了。 （ 11） PORT1（ ～ ）：端口 1 也是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng) 4 個(gè) LS TTL 負(fù)載，同樣地若將端口 1 的輸出設(shè)為高電平，便是由此端口來輸入數(shù)據(jù)。如果是使用 8052 或是 8032 的話， 又當(dāng)做定時(shí)器 2 的外部脈沖輸入腳，而 可以有 T2EX 功能，可以做外部中斷輸入的觸發(fā)腳位。 （ 12） PORT3（ ～ ）：端口 3 也具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng) 4個(gè) TTL負(fù)載，同時(shí)還多工具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、外部 中斷控制、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ?。其引腳分配如下： ① ： RXD，串行通信輸入。 ② ： TXD，串行通信輸出。 ③ ： INT0，外部中斷 0 輸入。 ④ ： INT1，外部中斷 1 輸入。 ⑤ ： T0，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器 0 輸入。 ⑥ ： T1，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器 1 輸入。 ⑦ ： WR：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫入信號(hào)。 ⑧ ： RD，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀取信號(hào)。 AT89S52