【正文】 re through the C language to carry out our demand, The software emulation, simulation and debug that carry on this period are the point and the crux of this designs. Keywords: MCU； digital clock； interruption 1 緒論 20 世紀(jì)末，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(lái)越快。 時(shí)間對(duì)人們來(lái)說(shuō)總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當(dāng)前的時(shí)間。忘記了要做的事情，當(dāng)事情不是很重要的時(shí)候，這種遺忘無(wú)傷大雅。但是，一旦重要事情，一時(shí)的耽誤可能釀成大禍。例如，許多火災(zāi)都是由于人們一時(shí)忘記了關(guān)閉煤氣或是忘記充電時(shí)間。尤其在醫(yī)院，每次護(hù)士都會(huì)給 病人作皮試，測(cè)試病人是否對(duì)藥物過(guò)敏。注射后，一般等待 5分鐘，一旦超時(shí)，所作的皮試試驗(yàn)就會(huì)無(wú)效。手表當(dāng)然是一個(gè)好的選擇，但是，隨著接受皮試的人數(shù)增加，到底是哪個(gè)人的皮試到時(shí)間卻難以判斷。所以，要制作一個(gè)定時(shí)系統(tǒng)。隨時(shí)提醒這些容易忘記時(shí)間的人。 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能。諸如定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播、定時(shí)啟閉電路、定時(shí)開(kāi)關(guān)烘箱、通斷動(dòng)力設(shè)備，甚至各種定時(shí)電氣的自動(dòng)啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù) 字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。 本課題的主要任務(wù)是利用單片機(jī)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)數(shù)字電子鐘，這里面的重點(diǎn)集中在單片機(jī)里，其中包括它的中斷功能的應(yīng)用、定時(shí)記數(shù)器的工作原理和工作模式選擇以及 I/O端口的應(yīng)用等。還有就是顯示模塊的設(shè)計(jì)。本文撰寫(xiě)的主導(dǎo)思想是軟、硬件相結(jié)合，以硬件為基礎(chǔ)，來(lái)進(jìn)行各功能模塊的編寫(xiě)。 本設(shè)計(jì)預(yù)期要的達(dá)到的功能包括定時(shí)、鬧鐘等鐘表的基本功能。 2 系統(tǒng)和硬件電路的設(shè)計(jì) 2． 1 系統(tǒng)方案 2． 1． 1 控制 模塊方案 的選擇 實(shí)現(xiàn)電子鐘的方法有 多種，可以用 基本門(mén)電路搭建 ，但 電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障系數(shù)大，不易調(diào)試 。二可以用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 用單片機(jī)設(shè)計(jì)電路，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試也相對(duì)方便 ， 單片機(jī)具有性能價(jià)格比優(yōu)、集成度高、體積小、可靠性高、低電壓、低功耗等特點(diǎn)。 目前單片機(jī)主要應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，在各類(lèi)儀器儀表中引入單片機(jī)，使儀器儀表智能化，提高測(cè)試的自動(dòng)化程度和精度，簡(jiǎn)化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性能價(jià)格比，在機(jī)械一體化產(chǎn)品中引入單片機(jī)，使那些電子產(chǎn)品具有了智能化特征，而適時(shí)過(guò)程控制中用單片機(jī)實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和控制，使系統(tǒng)保持最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效 率和產(chǎn)品的質(zhì)量。 目前國(guó)外各種家用電器已普通采用單片機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制電路。 單片機(jī)除以上各方面的應(yīng)用，它還廣泛應(yīng)用于辦公自動(dòng)化領(lǐng)域、商業(yè)營(yíng)銷(xiāo)領(lǐng)域、汽車(chē)及通信、計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、模糊控制等各領(lǐng)域中。 2． 1． 2 系統(tǒng)的總體框圖 系統(tǒng)的總體框圖如圖 21 所示： 圖 21 系統(tǒng)總體框圖 2． 2 單片機(jī)的選擇 目前市場(chǎng)上成熟的單片機(jī)種類(lèi)繁多，從中央處理器來(lái)說(shuō)分為 4 位單片機(jī)到 8 位、 16位，32 位。而現(xiàn)在應(yīng)用最多是就 8 位和 16 位的，其中 16 位的基本都是應(yīng)用于 高端科技方面，就本論文涉及到的內(nèi)容，用 8 位單片機(jī)就完全可以滿足設(shè)計(jì)的各方面的要求。從性能來(lái)說(shuō)各公司生產(chǎn)的產(chǎn)品都有他們自己的特點(diǎn)，目前國(guó)內(nèi)使用多的系列就是 Intel 公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，其中又以 MCS51系列單片機(jī)應(yīng)用尤為廣泛，而且還在更進(jìn)一步的發(fā)展完善，價(jià)格越來(lái)越底，性能越來(lái)越好，本設(shè)計(jì)中就選用了 MCS51 系列單片機(jī)中的 AT89C51 型號(hào)。 單片機(jī)控制模塊 鬧鐘模塊 數(shù)碼管顯示模塊 時(shí)鐘源 電源及調(diào)時(shí)模塊 2． 2． 1 AT89S51 單片機(jī)工作原理 在本設(shè)計(jì)中選用的是 AT89C51 單片機(jī)， AT89C51是一種帶 4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 1000次。該器件采用 ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 MCS51 系列單片機(jī) 是一種高效微控制器， AT89C51 是它的一種精簡(jiǎn)版本。 AT89C51 單片機(jī)為很 多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。圖片 如 圖 22： 圖 22 AT89C51單片機(jī)圖 AT89C51的 主要特性 有， 它與 MCS51 兼容 ，含有 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 ， 壽命 很長(zhǎng)，能夠有 1000寫(xiě) /擦循環(huán) ， 數(shù)據(jù)保留時(shí)間 能達(dá)到 10年 之久。 全靜態(tài)工作 頻率在 0Hz24Hz， 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 ， 128*8位內(nèi)部 RAM， 32可編程 I/O線 ， 兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ， 5個(gè)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(shí)鐘電路 。 管腳說(shuō)明 ： VCC為 供電電壓。 GND接地。 P0口： P0口為一個(gè) 8位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O口，每腳可吸收 8TTL門(mén)電流。當(dāng) P1口的管腳第一次寫(xiě) 1時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址 的第八位。在 FIASH編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1口： P1口是一個(gè)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(mén)電流。 P1口管腳寫(xiě)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(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)， P1口作為第八位地址接收。 P2口： P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL門(mén)電流，當(dāng) P2口被寫(xiě) “1” 時(shí)， 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(shí)， 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(chǔ)器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1” 時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)， 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(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口： P3口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口，可接收輸出 4個(gè) TTL門(mén)電流。當(dāng) P3口寫(xiě)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， P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)， ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖 或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE脈沖。如想禁止 ALE的輸出可在SFR8EH地址上置 0。此時(shí)， 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(wú)效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取 指令 期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1時(shí)， /EA將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)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(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 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(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(guò)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。 芯片擦除： 整個(gè) PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平 10ms 來(lái)完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫(xiě) “1” 且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外， AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下， CPU停止工作。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM