【正文】 sign of this paper is based on AT89C52 microcontroller as the core, with LED display module, the clock circuit, reset, power supply modules. The main core of the article from the hardware design and software programming are two major aspects. Hardware design using software simulation and actual circuit design, software programming in assembly language to achieve. Therefore, the study of digital clock and extend its application, has a very practical significance. Keywords: MCU； Digital Clock； ProgrammingAssembly Language； Simulation 基于匯編語言的 51 單片機可調(diào)數(shù)字鐘的設計 5 引 言 20 世紀末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。 目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，趨勢將是進一步向著 CMOS化、低功耗、小體積、大容量、 高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。 [1]微控制技術(shù)標志著一種全新概念的出現(xiàn)。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、定時啟閉電路、定時開關(guān)烘箱、通斷動力設備，甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以 鐘表數(shù)字化為基礎的。而 產(chǎn)生這一變化的重要原因 是 計算機技術(shù)的飛速發(fā)展。在控制領域， 人們更多的關(guān)心計算機的低成本，小體積，運行的可靠性和控制靈活性。 “單片機 （ Single Chip Microputer） ”亦稱單片微電腦或單片微型計算機，國際上統(tǒng)稱為 “微控制器 （ Microcontroller， MCU，μ C） ”，是一類內(nèi)部集 成了計算機核心技術(shù)的智能芯片。盡管單片機主要是為控制目的而設計的，它仍然具備通用微型計算機的全部特征。人們對它的功能又提出了新的要求，怎樣讓時鐘更好的為人民服務，怎樣讓我們的老朋友煥發(fā)青春呢？這就要求人們不斷設計出新型時鐘。 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。 基于匯編語言的 51 單片機可調(diào)數(shù)字鐘的設計 8 第二章 設計目的及 要求 設計目的 （ 1）掌握 51 系列內(nèi)部定時 /計數(shù)器的原理和基本應用； （ 2）掌握使用單片機處理復雜邏輯的方法； （ 3）掌握多位 數(shù)碼管動態(tài)顯示的方法； （ 4）掌握獨立式（和矩陣）鍵盤的編程方法； （ 5）掌握利用匯編語言編寫單片機系統(tǒng)的應用軟件的方法； （ 6) 鞏固 ,加深和擴大單片機應用的知識面 ,提高綜合及靈活運用所學知識解決工業(yè)控制的能力 。當再基于匯編語言的 51 單片機可調(diào)數(shù)字鐘的設計 9 次按下該鍵時，再次啟動時鐘； （ 3） K0— 控制“秒”的調(diào)整，每按一次加 1 秒； （ 4） K1— 控制“分”的調(diào)整，每按一次加 1 分； （ 5） K2— 控制“時”的調(diào)整，每按一次加 1 小時； 畢業(yè)設計作品要求 （ 1） 該設計要用 keil 軟件進行編程與調(diào)試，利用 Proteus 7 Professional 軟件進行繪制硬件電路圖且進行仿真。 芯片的選擇 方案一：采用 AT89C51 芯片，其為高性能 CMOS 8 位單片機，該芯片內(nèi)含有 4k bytes 的可反復擦寫的只讀程序存儲器（ PEROM）、 128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）、 32 位可編程 I/O 口線、 2 個 16 位定時 /計數(shù)器、 5 個中斷源、可編程串行 UART 通道及低功耗空閑和掉電模式，但是由于 AT89C51 芯片可擦寫的空間不 夠大，且中斷源提供的較小，為防止運行過程中出現(xiàn)不必要的問題，我們 建議 不選用 AT89C51。 而且 非常適合于初學者用于學習階段的反復 燒寫演練，也非常適合單片機應用項目開發(fā)工程師用于產(chǎn)品的開發(fā)試制階段。這種方法的優(yōu)點是占用 CPU 時間少，顯示便于監(jiān)測和控制。所謂動態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺暫留特性，使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時都在顯示?？刹捎?74LS245 或者晶體管；其中 74ls245 是用來驅(qū)動段選碼，晶體管是驅(qū)動位選碼。 此次本設計的要求并不高，采用專門的時鐘芯片進行控制時鐘信號有點大材小用，確實有點浪費，如要設計具有多功能的數(shù)字鐘，最好用時鐘芯片提供時鐘信號。 LED數(shù)碼管作為顯示電路 ,采用 74LS245 來驅(qū)動數(shù)碼管的段選碼，用程序來控制數(shù)碼管的位 選碼。在設計中需要用到許多技巧。實際上對顯示延時時間的調(diào)節(jié)就是調(diào)節(jié)數(shù)碼管電壓的占空比，當占空比大于一定數(shù)值的時候數(shù)碼管可以顯示，實驗證明占空比在 時仍可以使數(shù)碼管清晰顯示。 基于匯編語言的 51 單片機可調(diào)數(shù)字鐘的設計 14 系統(tǒng)資源分配與使用 單片機有許多資源是有限的不能濫用，比如定時計數(shù)器 T,外部中斷等，在設計一個多模塊程序時，要注意先做一個整體規(guī)劃，把稀缺資源用在最需要用的地方。顯示 000000 的時間，開始計時；計時滿 235959 時，返回 000000 重新計時 AT89C52 單片機的內(nèi)部 16 位定時 /計數(shù)器是一個可編程定時 /計數(shù)器，它既可以工作在 13 位定時方式，也可以工作在 16 位定時方式和 8 位定時方式。對于 T0 來說，系統(tǒng)時鐘為 12MHz，最大定時也只有 65536us，即 ，無法達到我們所需 要的 1 秒的定時，因此，必須通過軟件來處理這個問題，假設取 T0 的最大定時為 50ms，即要定時 1秒需要經(jīng)過 20 次的 50ms 的定時。 基于匯編語言的 51 單片機可調(diào)數(shù)字鐘的設計 15 數(shù)字鐘的時間顯示 顯示器的時間顯示采用動態(tài)掃描電路驅(qū)動形式，以達到簡化電路的目的。 LED8 LED7 LED6 LED5 LED4 LED3 LED2 LED1 37H 36H 35H 34H 33H 32H 31H 30H 時十位 時個位 分隔 分十位 分個位 分隔 秒十位 秒個位 數(shù)字鐘的啟、停及時間調(diào)整 數(shù)字鐘啟、停 是 通過 用戶編 寫程序到單片機內(nèi)部，利用單片機的 輸入輸出（ I/O） 口控制 .就可以簡單地控制數(shù)字鐘的時間和啟用問題。 狀態(tài) 4： KEY0=k3，設置按鍵，按一次時間為停止狀態(tài)，時間設好后再按一次時間即按設好的時間開始 基于匯編語言的 51 單片機可調(diào)數(shù)字鐘的設計 16 LED 動態(tài)掃描顯示模塊 單 片 機 AT89C52 主控制器 開關(guān)調(diào)節(jié)模塊 晶振電路 模塊 復位電路 電源電路 總體設計 圖 421 電路設計框圖 圖 422 數(shù)字鐘系統(tǒng)原理 圖 （數(shù)字鐘整機電路圖） 系統(tǒng)的總體設計方案是以單片機 AT89C52 為核心，軟硬件相結(jié)合，主要配備 LED 顯示模塊、時鐘電路、復位、電源等功能模塊。 數(shù)字鐘在單片機的最小系統(tǒng)的基礎上，增加一些外圍電路（如鍵盤控制電路）和設備，使之具有某些特定功能的數(shù)字鐘。 提到單片機的應用，有人這樣說：“凡是能想到的地方，單片機都可以用得上”， 全世界單片機的年產(chǎn)量數(shù)以億計 (根據(jù)權(quán)威調(diào)查機構(gòu)公布， 2021 年世界單片機產(chǎn)量高達 70 億，僅僅中國大陸的年需求量就達 6 億片左右其應用范圍之廣、花樣之多，一時難以詳述，這里僅列舉一些典型的應用領域和場合僅供參考。 基于匯編語言的 51 單片機可調(diào)數(shù)字鐘的設計 18 本次設計 單片機研究主要以 AT89C52 為例，分析 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，硬件資源分配等，下面是 AT89C52 單片機 引腳 功能簡化 圖。 定時 /計數(shù)器 (ROM) 89C52 有兩個 16 位的可編程定時 /計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。 時鐘電路 89C52 內(nèi)置最高頻率達 12MHz 的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序，但 89C52 單片機需外置振蕩電容。 基于匯編語言的 51 單片機可調(diào)數(shù)字鐘的設計 20 圖 22 MCS52 系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 單片機的功能介紹 1 主控制芯片 AT89C52 的原理及說明 AT89C52 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低 電壓，高性能 CMOS8 位單片機，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復擦寫的只讀程序存儲器（ PEROM）和藹可親 256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標準 MCS51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元，功能強大 AT89C52 單片機適合于許多較為復雜控制應用場合。 P1 口 (18)： P1 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路，對端口寫“ 1”通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平時，此時可作輸入口。作為輸入品使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。 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： 基于匯編語言的 51 單片機可調(diào)數(shù)字鐘的設計 22 表 31 P3口的第二功能 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外中斷 0） INT1（外中斷 1） T0（定時 /計數(shù)器 0） T1（定時 /計數(shù)器 1） WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫通道） RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀通道） RST(9)：復位信 號輸入端。 PSEN(29)：程序存儲允許輸出端。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H—FFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地），需注意的是：如果加密位 LB1被編程，復位時內(nèi)部會鎖 EA 端狀態(tài)。 XTAL1(18)：振蕩器反相放大器的輸出端。在已有的基礎上 AT89C52 與 AT89C51 相比還提供了兩個定時 /計數(shù)器。這些計數(shù)器一般都有一個復位端，在計數(shù)過程中一旦該腳施加有效電平，就會強迫計數(shù)器回零，再從頭開始計數(shù)。 當單片機芯片初始加電并且電源 VDD 上升到適合芯片 工作的電壓值時，或者人為從外部引腳 RST 送入一個高電平復位信號時，在復位邏輯的控制下單片機進行可靠復位，然后從頭開始執(zhí)行程序。本次設計采用人工復位方式進行復位。 負責將 VDD 和 VSS 引腳之間是假的 5V 電源電壓分配到單片機芯片之內(nèi)的各 個功能電路上。本次設計中穩(wěn)壓電源是單片機系統(tǒng)的重要組成部分，它不僅為系統(tǒng)提供多路電壓源，還直接影響到系統(tǒng)的技術(shù)指標和抗干擾性能。最常用的一種電路連接方法是，在 XTAL1 和 XTAL2這 2 只引腳之間外接一只晶體振蕩器 XTAL 和 2 只電容 C1 和 C2 到地 （如圖 53所示），與片內(nèi)電路共同構(gòu)成一個多諧振蕩器電路。鍵盤上閉合鍵的識別由專用的硬件編碼器實基于匯編語言的 51 單片機可調(diào)數(shù)字鐘的設計 25 現(xiàn)，并產(chǎn)生鍵編碼號或鍵值的稱為編碼鍵盤，如計算機鍵盤 .而靠軟件編程來識別的稱為非編碼鍵盤； 在單片機組成的各種系統(tǒng)中，用的最多的是非編碼鍵盤。 圖 561 鍵盤控制電路 ，觸點會存在抖動現(xiàn)象： 如下圖所示 圖 562 按鍵波形 計算機處理的速度是在微秒級，按鍵是機械觸點，機械抖動的時間至少是毫秒級，對計算機而言，這已是一個 “漫長 ”的時間了 。而在檢測到按鍵釋放后（端口為高）再延時 510 個毫秒，消除后沿的抖動，然后再對鍵值處理。鍵盤是一組按鍵的集合。 LED 數(shù)碼管顯示電路 單片機系統(tǒng)中常用的顯示器有：發(fā)光二極管 LED 顯示器、液晶 LCD 顯示器、CRT 顯示器等。為了顯示數(shù)字或字符，必須對數(shù)字或字符進行編碼。 以下圖 57 是 LED 數(shù)碼管顯示電路圖 共陰 極 數(shù)碼管碼表 0x3f , 0x06 , 0x5b , 0x4f , 0x66 , 0x6d , 0 1 2 3 4 5 0x7d , 0x07 , 0x7f , 0x6f ,