【正文】 設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域 [2]，大致可分如下幾個(gè)范疇： 在智能儀器儀表上的應(yīng)用 在工業(yè)控制中的應(yīng)用 基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì) 6 在家用電器中的應(yīng)用 在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 在各種大型電器中的模塊化應(yīng)用 此外，單片機(jī)在金融，科研、教育航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。 采用以上方案具有以下優(yōu)勢(shì) :從經(jīng)濟(jì)性、可移植性、可推廣性角度講，建立這樣的課程設(shè)計(jì)平臺(tái)是非常有意義的 。利用仿真系統(tǒng)，可以節(jié) 約開發(fā)時(shí)間和開發(fā)成本，同時(shí)具有很大的靈活性和可擴(kuò)展性。 為了更好地學(xué)習(xí)單片機(jī)，我們采用 Proteus軟件與 Keil軟件整合構(gòu)建單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。首先我們要在 PC上利用 Proteus軟件自己搭建硬件電路，并利用系統(tǒng)提供的功能完成電路分析、系統(tǒng)調(diào)試和輸出顯示的硬件設(shè)計(jì)部分 。同時(shí)在 Keil軟件中編制程序，進(jìn)行相應(yīng)的編譯和仿真，完成系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分。當(dāng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作完成后，就可以在 PC上看到最終的運(yùn)行效果。最后再通過 proteus設(shè)計(jì) PCB，再完成真正硬件的調(diào)試。 時(shí)鐘電路在計(jì)算 機(jī)系統(tǒng)中起著非常重要的作用，是保證系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)。在一個(gè)單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，時(shí)鐘有兩方面的含義：一方面是指為保障系統(tǒng)正常工作的基準(zhǔn)振蕩定時(shí)信號(hào)，主要由晶振和外圍電路組成，晶振頻率的大小決定了單片機(jī)系統(tǒng)工作的快慢 [3]；另一方面是指系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)時(shí)鐘，即定時(shí)時(shí)間，它通常有兩種實(shí)現(xiàn)方法：一是用軟件實(shí)現(xiàn)，即用單片機(jī)內(nèi)部的可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，一是用專門的時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)。 數(shù)字鐘能長(zhǎng)期、連續(xù)、可靠、穩(wěn)定地下作 。同時(shí)還具有體積小，功耗低等特點(diǎn)，便于攜帶，使用方便。同時(shí)由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛 應(yīng)用，使得數(shù)字鐘的精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過老式鐘表 .鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生話帶來(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，數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì)‘時(shí)、分、秒”數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置。使得電子時(shí)鐘廣泛應(yīng)用于個(gè)人家庭、車站、碼頭、辦公室等場(chǎng)所的各個(gè)角落，已成為人們口常生話中不可缺少的必需品。 基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì) 7 第二章 MCS51 單片機(jī)簡(jiǎn)介 單片機(jī)的結(jié)構(gòu) MCS51單片機(jī)是美國(guó) INTE公司于 1980年推出的產(chǎn)品，與 MCS48單片機(jī)相比，它的結(jié)構(gòu)更先進(jìn)，功能更強(qiáng)，在原來(lái)的基礎(chǔ)上增加了更多的電路單元和指令 ,指令數(shù)達(dá) 111條， MCS51單片機(jī)可以算是相當(dāng)成功的產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在， MCS51系列或其兼容的單片機(jī)仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品， MCS51系列單片機(jī)主要包括 803 基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì) 8 圖 8051和 8751等通用產(chǎn)品。 MCS51的引腳說明 MCS51單片機(jī)結(jié)構(gòu)框架 [4]如圖 MCS51系列單片機(jī)中的 803 8051及 8751均采用 40Pin封裝的雙列直接 DIP結(jié)構(gòu)，下圖是它們的引腳配置， 40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根， 4組 8位共 32個(gè) I/O口，中斷口線與 P3口線復(fù)用。現(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說明： 圖 Pin9:RESET/Vpd復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳，當(dāng) 8051通電，時(shí)鐘電路開始工作，在 RESET引腳上出現(xiàn) 24個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計(jì)數(shù)器 PC指向 0000H， P0P3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入 07H，其它專用寄存器被清“ 0”。 RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從 0000H地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變 RAM（包括工作寄存器R0R7）的狀態(tài)， 8051的初始態(tài)。 8051的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位，見下圖 。此外， RESET/PDF還是一復(fù)用腳， Vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部 RAM的數(shù)據(jù)不丟失。 基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì) 9 圖 單片機(jī)的存儲(chǔ)器 單片機(jī)的結(jié)構(gòu) 有兩種類型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓 (Princeton)結(jié)構(gòu)。 INTEL的 MCS51系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式。 程序存儲(chǔ)空間 程序存儲(chǔ)空間可以被映射為內(nèi)部程序存儲(chǔ)器或者外部程序存儲(chǔ)器。 AT89C51單片機(jī)內(nèi)部具有的 4KB程序存儲(chǔ)器被映射到程序存儲(chǔ)空間的 0000H～ 0FFFH區(qū)間。這部分程序存儲(chǔ)空間也可以被映射為外部程序存儲(chǔ)器，它具體被映射為哪一種程序存儲(chǔ)器取決 于引腳 （引腳 31）所接的電平。當(dāng)引腳為高電平，內(nèi)部程序存儲(chǔ)器被映射到這部分程序存儲(chǔ)空間；當(dāng)引腳為低電平，外部程序存儲(chǔ)器被映射到這部分程序存儲(chǔ)空間。高于 0FFFH的程序存儲(chǔ)空間只能被映射為外部程序存儲(chǔ)器。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間 AT89C51的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有 256字節(jié)，它們被分為兩部分：高 128字節(jié)和低 128字節(jié)。低128字節(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是真正的 RAM區(qū)，可以被用來(lái)寫入或讀出數(shù)據(jù)。這一部分存儲(chǔ)容量不是很大，但有很大的作用。它可以進(jìn)一步被分為 3部分，如圖 。 基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì) 10 }}}}位 尋 址 空 間4 組 工 作 寄 存 器0 0 H0 8 H1 0 H1 8 H2 0 H0 7 H0 F H1 7 H2 F H1 F H7 F H1 10 11 00 0通 過 程 序 狀 態(tài)字 P S W 中 的位 R S 1 和 R S 0進(jìn) 行 選 擇通 用 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器3 0 H 圖 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器低 128字節(jié) 在內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器低 128字節(jié)中，地址從 00H～ 1FH的最低 32個(gè)字節(jié)組成 4組工作寄存器，每組有 8個(gè)工作寄存器。每組中的 8個(gè)工作寄存器都被命名為從 R0到 R7。在一個(gè)具體時(shí)刻， CPU只能使用其中的一組工作寄存器。當(dāng)前正在使用的工作寄存器組由位于高 128字節(jié)的程序狀態(tài)字寄存器（ PSW）中第 3位（ RS0）和第 4位（ RS1）的數(shù)據(jù)決定。程序狀態(tài)字寄存器中的數(shù)據(jù)可以通過編程來(lái)改變，這種功能為保護(hù)工作寄存器的內(nèi)容提供了很大的方便。如果用戶程序中不需要全部使用 4組工作寄存器，那么剩下的工作寄存器所對(duì)應(yīng)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器也可以作為通用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用。 【 4】 工作寄存器在內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的地址映射如表 。 表 工作寄存器地址映射表 0組（ RS1=0，RS0=0） 1組（ RS1=0，RS0=1） 2組（ RS1=1，RS0=0） 3組（ RS1=1，RS0=1） 地址 寄存器 地址 寄存器 地址 寄存器 地址 寄存器 00H R0 08H R0 10H R0 18H R0 01H R1 09H R1 11H R1 19H R1 02H R2 0AH R2 12H R2 1AH R2 03H R3 0BH R3 13H R3 1BH R3 04H R4 0C R4 14 R4 1C R4 基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì) 11 H H H 05H R5 0DH R5 15H R5 1DH R5 06H R6 0EH R6 16H R6 1EH R6 07H R7 0FH R7 17H R7 1FH R7 在工作寄存器區(qū)上面，內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址從 20H～ 2FH的 16個(gè)字節(jié)范圍內(nèi)，既可以通過字節(jié)尋址的方式進(jìn)入，也可以通過位尋址的方式進(jìn)入，位地址范圍從 00H到 7FH[5]。字節(jié)地址與位地址的 對(duì)應(yīng)關(guān)系。 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址從 30H～ 7FH部分僅可以用作通用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的高128字節(jié)被稱為特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)。特殊功能寄存器被用作 CPU和在片外圍器件之間的接口 【 6】 ，它們之間的聯(lián)系方框圖如圖 。 程 序 存 儲(chǔ) 器M C S 5 1 核特 殊 功 能寄 存 器并 行 和 串 行 接 口定 時(shí) / 計(jì) 數(shù) 器中 斷 管 理監(jiān) 視 定 時(shí) 器 等其 他 外 圍 器 件 圖 殊功能寄存器（ SFR）工作框圖 CPU通過向相應(yīng)的特殊功能存儲(chǔ)器寫入數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)控制對(duì)應(yīng)的在片外圍器件的工作，從相應(yīng)的特殊功能存儲(chǔ)器讀出數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)讀取對(duì)應(yīng)的在片外圍器件的工作結(jié)果。 在 AT89C51單片機(jī)中，包括前 面提到的程序狀態(tài)字寄存器（ PSW）的特殊功能存儲(chǔ)器共有26個(gè)，它們離散地分布在 80H～ FFH的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間范圍內(nèi) [7]，對(duì)于沒有定義的存儲(chǔ)單元用戶不能使用。如果向這些存儲(chǔ)單元寫入數(shù)據(jù)將產(chǎn)生不確定的效果，從它們讀取數(shù)據(jù)將得到一個(gè)隨機(jī)數(shù)。 基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì) 12 對(duì)于字節(jié)地址低位為 8H或者 FH的特殊功能存儲(chǔ)器，既可以進(jìn)行字節(jié)操作，也可以進(jìn)行位操作。例如前面提到的用來(lái)確定當(dāng)前工作寄存器組的程序狀態(tài)字寄存器（ PSW），它的地址為00H，因此對(duì)它可以進(jìn)行字節(jié)操作，也可以進(jìn)行位操作。采用位操作可以直接控制程序狀態(tài)字寄存器中的第 3位（ RS0）或第 4位（ RS1）數(shù)據(jù)而不影響其他位的數(shù)據(jù)。低位地址不為 8H或 FH的特殊功能存儲(chǔ)器只可以進(jìn)行字節(jié)操作，當(dāng)需要修改這些特殊功能存儲(chǔ)器中的某些位時(shí)，對(duì)其他的位應(yīng)注意保護(hù) 【 3】 。 片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間可以被映射為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、擴(kuò)展的輸入 /輸出接口、模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換器和數(shù)字 /模擬轉(zhuǎn)換器等。這些外圍器件統(tǒng)一編址，所有外圍器件的地址都占用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間的地址資源，因此 CPU與片外外圍器件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)可以使用與訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器相同的指令。 CPU通過向相應(yīng)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址單元寫入數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)控制對(duì)應(yīng)的片外外圍器件的工作， 從相應(yīng)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址單元讀出數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)讀取對(duì)應(yīng)的片外外圍器件的工作結(jié)果。 第三章 數(shù)碼管的簡(jiǎn)介 數(shù)碼管的分類 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(gè)發(fā)光二極基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì) 13 管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè)“ 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(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)極數(shù)碼管是指將所有 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)極數(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