【正文】 路，以及 LED顯示器四個(gè)部分。單片機(jī)選用 AT89C51芯片，它無(wú)須外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器，設(shè)計(jì)電路很簡(jiǎn)單。由于只用了四個(gè)按鍵，所以采用獨(dú)立式按 鍵使設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單。顯示時(shí)、分、秒加兩個(gè)分隔符，采用 8位的數(shù)碼管，用常用的 74LS244來(lái)驅(qū)動(dòng) LED數(shù)碼管顯示字符。 7 簡(jiǎn)易數(shù)字時(shí)鐘可實(shí)現(xiàn)校時(shí)和整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能，該軟件采用 C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，主要包括主程序、鍵輸入程序、顯示程序、定時(shí)程序和中斷程序等軟件模塊。把原程序加入原理圖，做出電子鐘的仿真，以秒計(jì)數(shù)并顯示時(shí)、分、秒。其中秒和分為 60 進(jìn)制，小時(shí)為 24進(jìn)制計(jì)數(shù)?？赏ㄟ^按鍵實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘復(fù)位和分、秒、時(shí)的校正。 8 第 2 章 簡(jiǎn)易數(shù)字時(shí)鐘系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)功能要求 以單片機(jī)技術(shù)為核心，充分應(yīng)用各種外圍電路 元器件，設(shè)計(jì)一個(gè)通過顯示器顯示時(shí)間（時(shí)、分、秒）的電子鐘。要求： 上電時(shí)，時(shí)、分、秒顯示為 00時(shí)、 00分、 00秒 ,并以秒為單位開始計(jì)時(shí)； 運(yùn)行狀態(tài)下，按動(dòng)控制按扭 SSET，對(duì)秒進(jìn)行調(diào)整； 運(yùn)行狀態(tài)下，按動(dòng)控制按扭 MSET，對(duì)分進(jìn)行調(diào)整； 運(yùn)行狀態(tài)下，按動(dòng)控制按扭 HSET，對(duì)小時(shí)進(jìn)行調(diào)整。 當(dāng)數(shù)字時(shí)鐘運(yùn)行到正點(diǎn)時(shí)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)時(shí)功能。 當(dāng)按下 TSET鍵是實(shí)現(xiàn)小時(shí)由 24進(jìn)制和 12 進(jìn)制的相互轉(zhuǎn)換。 整體方案 電子鐘的電路圖主要由單片機(jī)（ AT89C51）、鍵盤 電路、驅(qū)動(dòng)顯示電路和 LED顯示器四部分組成，它主要實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘的顯示，以及對(duì)時(shí)、分、秒進(jìn)行調(diào)整，即實(shí)現(xiàn)調(diào)時(shí)的功能。其數(shù)字鐘系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖 21所示。 圖 21 電子鐘系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) （ 1）顯示方案 方案一 :靜態(tài)顯示就是當(dāng) CPU將要顯示的字或字段碼送到輸出口，顯示器就可以顯示出所要顯示的字符，如果 CPU不去改寫它，它將一直保持下去；靜態(tài)顯示硬件開銷大，電路復(fù)雜，信息刷新速度慢。 方案二 :動(dòng)態(tài)顯示則是一位一位地輪流點(diǎn)亮顯示器地各個(gè)位（掃描）。對(duì)于顯示器的每一 位而言，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次；動(dòng)態(tài)顯示耗能較小，但編寫程序較復(fù)雜。動(dòng)態(tài)顯示硬件連接簡(jiǎn)七 段 數(shù) 碼 管 AT89C51 驅(qū)動(dòng) LED 顯示器 位選 按 鍵 9 單，信息刷新速度快。 由于本次設(shè)計(jì)是對(duì)時(shí)間進(jìn)行顯示，如采用靜態(tài)顯示，則所占用的 I/O口較多，電路較復(fù)雜 ,所以在此選擇的是方案二，采用動(dòng)態(tài)顯示 。 （ 2）鍵盤方案 方案一 :獨(dú)立式鍵盤。獨(dú)立式鍵盤的各個(gè)按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵獨(dú)立地與一根數(shù)據(jù)輸入線（單片機(jī)并行接口或其他芯片的并行接口）連接。獨(dú)立式鍵盤配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但每個(gè)按鍵必須占用一根接口線，在按鍵數(shù)量不多時(shí)，接口線占用多。所以，獨(dú)立式按鍵常用于按鍵數(shù)量不多的場(chǎng)合。 方案 二 :矩陣式鍵盤。矩陣式鍵盤采用的是行列式結(jié)構(gòu) ,按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上 .(當(dāng)接口線數(shù)量為 8時(shí) ,可以將 4根接口線定義為行線 ,另 4根接口線定義為列線 ,形成 4*4鍵盤 ,可以配置 16個(gè)按鍵。 ) 由于本設(shè)計(jì)只用了四個(gè)按鍵，不需要采用矩陣式鍵盤，所以選用第一種方案 ,采用獨(dú)立式鍵盤。 （ 3）計(jì)時(shí)方案 采用軟件控制 : 利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí) /計(jì)數(shù)器進(jìn)行定時(shí)，配合軟件定時(shí)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒的計(jì)時(shí)。該方案能夠使設(shè)計(jì)者，在設(shè)計(jì)的過程中容易實(shí)現(xiàn)，且節(jié)省硬件成本，因此本系統(tǒng)將采用軟件方法實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)。 10 第 3 章 硬件設(shè)計(jì)與分析 硬件設(shè) 計(jì)原理 時(shí)鐘電路的核心是 AT89C51單片機(jī)，其內(nèi)部帶有 2KB的可反復(fù)擦寫的只讀 Flash程序存儲(chǔ)器和 128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），無(wú)須外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器。電腦時(shí)鐘沒有大量的運(yùn)算和暫存數(shù)據(jù)，現(xiàn)有的 128B片內(nèi) RAM已能滿足要求，也不必外擴(kuò)片 RAM。系統(tǒng)配備 8位 LED數(shù)碼管顯示和 3個(gè)獨(dú)立式按鍵，用 P0口作為鍵盤接口電路， P1口和 P3口作為段碼和位碼輸出口，并在字段碼輸出口接 74LS245芯片，用該芯片來(lái)驅(qū)動(dòng) LED數(shù)碼管顯示。利用 、 作為功能按鍵輸入口 。 AT89C51 單片機(jī)介紹 AT89C51是一個(gè)低電壓，高性能 CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含 2k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀 Flash程序存儲(chǔ)器和 128 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，所以說(shuō) AT89C51是一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī)。 AT89C51是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)，它有 40個(gè)引腳， 32個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2個(gè)外中斷口， 2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， AT89C51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)器可有效地降低開發(fā)成本。 同時(shí) AT89C51的時(shí)鐘頻率可以為零，即具備可用軟件設(shè)置的睡眠省電功能，系統(tǒng)的喚醒方式有 RAM、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、串行口和外中斷口，系統(tǒng)喚醒后即進(jìn)入繼 續(xù)工作狀態(tài)。省電模式中，片內(nèi) RAM將被凍結(jié)，時(shí)鐘停止振蕩，所有功能停止工作，直至系統(tǒng)被硬件復(fù)位方可繼續(xù)運(yùn)行。 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng) 時(shí)鐘電路和復(fù)位電路是單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)中必不可少的。 單片機(jī)時(shí)鐘電路圖，如圖 31所示 :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(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 11 圖 31 單片機(jī)時(shí)鐘電路圖 復(fù)位是使單片機(jī)或系統(tǒng)中的其他部件處于某種確定的初始狀態(tài)。單片機(jī)的工作就是從復(fù)位開始的，當(dāng)在單片機(jī)的 RST 引腳引入高電平并保持 2 個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)復(fù)位操作（若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)）。 實(shí)際應(yīng)用中，復(fù)位操作有兩種基本的形式：一種是上電復(fù)位，另一種是上電與按鍵均有效的復(fù)位。由于本次設(shè)計(jì)采用的是上電復(fù)位，所以這里只介紹上電復(fù)位，如下圖 33所示 ： 圖 33 上電復(fù)位電路 上電復(fù)位要求接通電源后，單片機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。常用的上電復(fù)位如上圖所示。上 電瞬間 RST引腳獲得高電平，隨著電容 C1的充電， RST引腳的高電平將逐漸下降。 顯示電路 一、七段 LED 顯示器的原理 顯示器是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)常用的設(shè)備，包括 LED、 LCD等。 LED顯示器由若干個(gè)發(fā)光二極管組成。七段 LED通常構(gòu)成字型“ 8”，還有一個(gè)發(fā)光二極管用來(lái)顯示小數(shù)點(diǎn)。每段 LED分別引出一個(gè)電極，電極的名為 a、 b、 c、 d、 e、 d、 g、 dp，其中 dp是小數(shù)點(diǎn)段的引出電極。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)筆畫或一個(gè)點(diǎn)就發(fā)光?？刂葡鄳?yīng)的二極管導(dǎo)通，就能顯示出對(duì)應(yīng)字符。 12 說(shuō)明：在該設(shè)計(jì)中，沒有用到電極（ dp），而是用單位的數(shù)碼管來(lái)顯示分隔符，其 七段 LED顯示器如圖 34所示 圖 34 七段 LED 顯示器 二、 動(dòng)態(tài)顯示 本設(shè)計(jì)共用了八位 LED顯示器，因此采用動(dòng)態(tài)顯示方式。所謂動(dòng)態(tài)顯示就是一位一位的輪流點(diǎn)亮顯示器的各個(gè)位。對(duì)于顯示器的每一位而言，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。雖然在同一時(shí)刻只有一位顯示器在工作，但由于人眼的視覺暫留效應(yīng)和發(fā)光二極管熄滅時(shí)的余暉，我們看到的卻是多個(gè)字符“同時(shí)“顯示。顯示器亮度既與點(diǎn)亮?xí)r的導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間長(zhǎng)短和時(shí)間間隔有關(guān)。 顯示器的位數(shù)不大于 8位，則控制顯示器公共極電位只需要 一個(gè) I/O接口 ， 稱為掃描口或字位口，控制各位 LED 顯示器所顯示的字型也需要一個(gè) 8位接口，稱為段數(shù)據(jù)口或字型口。圖35為驅(qū)動(dòng)顯示電路框圖。 13 圖 34 驅(qū)動(dòng)顯示電路框圖 74LS244是我們常用的芯片，用來(lái)驅(qū)動(dòng) led或者其他的設(shè)備 當(dāng) 8051單片機(jī)的 P1口總線負(fù)載達(dá)到或超過 P1最大負(fù)載能力時(shí)，必須接入 74LS244等總線驅(qū)動(dòng)器。 當(dāng)片選端 /CE低電平有效時(shí)， DIR=“ 0”，信號(hào)由 B 向 A 傳輸；（接收） 鍵盤及其接口 鍵盤是由若干個(gè)按鍵組成的，它是單片機(jī)最簡(jiǎn)單的輸入設(shè)備。通過鍵盤輸入 數(shù)據(jù)或命令，就可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)對(duì)話 。 一、按鍵的抖動(dòng)現(xiàn)象 按鍵就是一個(gè)簡(jiǎn)單的開關(guān)。當(dāng)按鍵按下時(shí)，相當(dāng)于開關(guān)閉合；當(dāng)按鍵松開時(shí)，相當(dāng)于開關(guān)斷開。按鍵在閉合和斷開時(shí)，觸點(diǎn)會(huì)存在抖動(dòng)現(xiàn)象。按鍵抖動(dòng)時(shí)間一般為 5ms～ 10ms，抖動(dòng)可能造成一次按鍵的多次處理問題。應(yīng)采取措施消除抖動(dòng)的影響。消除的方法很多，本設(shè)計(jì)采用軟件延時(shí)的方法來(lái)消除抖動(dòng)。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到有按鍵按下時(shí)先定時(shí)，然后再檢測(cè)按鍵的狀態(tài)，若仍是閉合狀態(tài)則認(rèn)為真的有鍵按下。當(dāng)檢測(cè)到按鍵釋放時(shí)，亦需要做同樣的處理 。 二、按鍵電路 獨(dú)立式鍵盤的各個(gè)按鍵相互 獨(dú)立，每個(gè)按鍵獨(dú)立地與一根數(shù)據(jù)輸入線（單片機(jī)并行接口或其他芯片的并行接口）連接。獨(dú)立式鍵盤配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但每個(gè)按鍵必須占用一根接口線，在按鍵數(shù)量不多時(shí)，接口線占用多。所以，獨(dú)立式按鍵常用于按鍵數(shù)量不多的場(chǎng)合。 14 該設(shè)計(jì)只用了三個(gè)按鍵，來(lái)實(shí)現(xiàn)功能控制。在運(yùn)行狀態(tài)下，按動(dòng)控制按扭 SSET，可對(duì)秒進(jìn)行調(diào)整；按動(dòng)控制按扭 MSET，可對(duì)分進(jìn)行調(diào)整；按動(dòng)控制按扭 HSET，可對(duì)時(shí)進(jìn)行調(diào)整；因此采用獨(dú)立式鍵盤方式，設(shè)計(jì)起來(lái)比較簡(jiǎn)單。如圖 36所示 圖 35 鍵盤電路 系統(tǒng)原理圖 AT89C51的 P1口接入三個(gè)按鍵，對(duì)時(shí)、分、秒進(jìn)行調(diào)整。 P0口輸出字段碼，控制要顯示的字符，外接 74LS245芯片，驅(qū)動(dòng) LED顯示。 P3口輸出字位碼，去控制要顯示的位，其原理圖如圖36所示。 15 A7 A7A6 A6A5 A5A4 A4A3 A3A2 A2A1 A1A0 A0S7B7B6B5B4B3B2B1B0S6S5S4S3S2S1S0B0B1B2B3B4B5B6B7S0S1S2S3S4S5S6S7X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 1S S E TM S E TH S E TA02B018A13B117A24B216A35B315A46B414A57B513A68B612A79B711CE19A B / B A1U27 4 L S 2 4 5 圖 36 電子鐘原理圖 當(dāng)接入電源時(shí)，數(shù)字電子鐘以秒為單位開始計(jì)時(shí)。運(yùn)行狀態(tài)下，按下控制按鍵 SSET，對(duì)秒進(jìn)行調(diào)整；按下 MSET調(diào)整分鐘；按下 HSET 對(duì)小時(shí)進(jìn)行調(diào)整。這樣通過三個(gè)按鍵，分別對(duì)時(shí)、分、秒進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)時(shí)。 16 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 在軟件設(shè)計(jì)中，整個(gè)程序的主框架是以定時(shí) 1s 計(jì)算的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)電子鐘 。定時(shí) 1s 的程序段，使用動(dòng)態(tài)顯示程序?qū)崿F(xiàn)延時(shí)，既完成了延時(shí)，也完成了數(shù)字的顯示。在計(jì)算程序中，使對(duì)應(yīng)于時(shí)、分、秒的變化量按照 60 進(jìn)制和 24 進(jìn)制進(jìn)行計(jì)算，動(dòng)態(tài)顯示程序直接引用這些變量，達(dá)到顯示的數(shù)字也隨之不斷變化，即完成了電子鐘的功能。 其軟件功能模塊主要有鍵輸入程序、中斷程序、顯示程序，以及