【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(yǔ)言的 51 單片機(jī)可調(diào)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì) 5 引 言 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。 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。 [1]微控制技術(shù)標(biāo)志著一種全新概念的出現(xiàn)。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。而 產(chǎn)生這一變化的重要原因 是 計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展。在控制領(lǐng)域， 人們更多的關(guān)心計(jì)算機(jī)的低成本，小體積，運(yùn)行的可靠性和控制靈活性。 “單片機(jī) （ Single Chip Microputer） ”亦稱單片微電腦或單片微型計(jì)算機(jī)，國(guó)際上統(tǒng)稱為 “微控制器 （ Microcontroller， MCU，μ C） ”，是一類內(nèi)部集 成了計(jì)算機(jī)核心技術(shù)的智能芯片。盡管單片機(jī)主要是為控制目的而設(shè)計(jì)的，它仍然具備通用微型計(jì)算機(jī)的全部特征。人們對(duì)它的功能又提出了新的要求，怎樣讓時(shí)鐘更好的為人民服務(wù)，怎樣讓我們的老朋友煥發(fā)青春呢？這就要求人們不斷設(shè)計(jì)出新型時(shí)鐘。 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。 基于匯編語(yǔ)言的 51 單片機(jī)可調(diào)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì) 8 第二章 設(shè)計(jì)目的及 要求 設(shè)計(jì)目的 （ 1）掌握 51 系列內(nèi)部定時(shí) /計(jì)數(shù)器的原理和基本應(yīng)用； （ 2）掌握使用單片機(jī)處理復(fù)雜邏輯的方法； （ 3）掌握多位 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示的方法； （ 4）掌握獨(dú)立式（和矩陣）鍵盤的編程方法； （ 5）掌握利用匯編語(yǔ)言編寫單片機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用軟件的方法； （ 6) 鞏固 ,加深和擴(kuò)大單片機(jī)應(yīng)用的知識(shí)面 ,提高綜合及靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決工業(yè)控制的能力 。當(dāng)再基于匯編語(yǔ)言的 51 單片機(jī)可調(diào)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì) 9 次按下該鍵時(shí)，再次啟動(dòng)時(shí)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(shí)”的調(diào)整，每按一次加 1 小時(shí)； 畢業(yè)設(shè)計(jì)作品要求 （ 1） 該設(shè)計(jì)要用 keil 軟件進(jìn)行編程與調(diào)試，利用 Proteus 7 Professional 軟件進(jìn)行繪制硬件電路圖且進(jìn)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(jī)，該芯片內(nèi)含有 4k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（ PEROM）、 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）、 32 位可編程 I/O 口線、 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器、 5 個(gè)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(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)不必要的問(wèn)題，我們 建議 不選用 AT89C51。 而且 非常適合于初學(xué)者用于學(xué)習(xí)階段的反復(fù) 燒寫演練，也非常適合單片機(jī)應(yīng)用項(xiàng)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(diǎn)是占用 CPU 時(shí)間少，顯示便于監(jiān)測(cè)和控制。所謂動(dòng)態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應(yīng)的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺(jué)暫留特性，使人的感覺(jué)好像各位數(shù)碼管同時(shí)都在顯示?？刹捎?74LS245 或者晶體管；其中 74ls245 是用來(lái)驅(qū)動(dòng)段選碼，晶體管是驅(qū)動(dòng)位選碼。 此次本設(shè)計(jì)的要求并不高，采用專門的時(shí)鐘芯片進(jìn)行控制時(shí)鐘信號(hào)有點(diǎn)大材小用，確實(shí)有點(diǎn)浪費(fèi)，如要設(shè)計(jì)具有多功能的數(shù)字鐘，最好用時(shí)鐘芯片提供時(shí)鐘信號(hào)。 LED數(shù)碼管作為顯示電路 ,采用 74LS245 來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的段選碼，用程序來(lái)控制數(shù)碼管的位 選碼。在設(shè)計(jì)中需要用到許多技巧。實(shí)際上對(duì)顯示延時(shí)時(shí)間的調(diào)節(jié)就是調(diào)節(jié)數(shù)碼管電壓的占空比，當(dāng)占空比大于一定數(shù)值的時(shí)候數(shù)碼管可以顯示，實(shí)驗(yàn)證明占空比在 時(shí)仍可以使數(shù)碼管清晰顯示。 基于匯編語(yǔ)言的 51 單片機(jī)可調(diào)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì) 14 系統(tǒng)資源分配與使用 單片機(jī)有許多資源是有限的不能濫用，比如定時(shí)計(jì)數(shù)器 T,外部中斷等，在設(shè)計(jì)一個(gè)多模塊程序時(shí)，要注意先做一個(gè)整體規(guī)劃，把稀缺資源用在最需要用的地方。顯示 000000 的時(shí)間，開始計(jì)時(shí)；計(jì)時(shí)滿 235959 時(shí)，返回 000000 重新計(jì)時(shí) AT89C52 單片機(jī)的內(nèi)部 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器是一個(gè)可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器，它既可以工作在 13 位定時(shí)方式，也可以工作在 16 位定時(shí)方式和 8 位定時(shí)方式。對(duì)于 T0 來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)時(shí)鐘為 12MHz，最大定時(shí)也只有 65536us，即 ，無(wú)法達(dá)到我們所需 要的 1 秒的定時(shí)，因此，必須通過(guò)軟件來(lái)處理這個(gè)問(wèn)題，假設(shè)取 T0 的最大定時(shí)為 50ms，即要定時(shí) 1秒需要經(jīng)過(guò) 20 次的 50ms 的定時(shí)。 基于匯編語(yǔ)言的 51 單片機(jī)可調(diào)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì) 15 數(shù)字鐘的時(shí)間顯示 顯示器的時(shí)間顯示采用動(dòng)態(tài)掃描電路驅(qū)動(dòng)形式，以達(dá)到簡(jiǎn)化電路的目的。 LED8 LED7 LED6 LED5 LED4 LED3 LED2 LED1 37H 36H 35H 34H 33H 32H 31H 30H 時(shí)十位 時(shí)個(gè)位 分隔 分十位 分個(gè)位 分隔 秒十位 秒個(gè)位 數(shù)字鐘的啟、停及時(shí)間調(diào)整 數(shù)字鐘啟、停 是 通過(guò) 用戶編 寫程序到單片機(jī)內(nèi)部，利用單片機(jī)的 輸入輸出（ I/O） 口控制 .就可以簡(jiǎn)單地控制數(shù)字鐘的時(shí)間和啟用問(wèn)題。 狀態(tài) 4： KEY0=k3，設(shè)置按鍵，按一次時(shí)間為停止?fàn)顟B(tài)，時(shí)間設(shè)好后再按一次時(shí)間即按設(shè)好的時(shí)間開始 基于匯編語(yǔ)言的 51 單片機(jī)可調(diào)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì) 16 LED 動(dòng)態(tài)掃描顯示模塊 單 片 機(jī) AT89C52 主控制器 開關(guān)調(diào)節(jié)模塊 晶振電路 模塊 復(fù)位電路 電源電路 總體設(shè)計(jì) 圖 421 電路設(shè)計(jì)框圖 圖 422 數(shù)字鐘系統(tǒng)原理 圖 （數(shù)字鐘整機(jī)電路圖） 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案是以單片機(jī) AT89C52 為核心，軟硬件相結(jié)合，主要配備 LED 顯示模塊、時(shí)鐘電路、復(fù)位、電源等功能模塊。 數(shù)字鐘在單片機(jī)的最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加一些外圍電路（如鍵盤控制電路）和設(shè)備，使之具有某些特定功能的數(shù)字鐘。 提到單片機(jī)的應(yīng)用，有人這樣說(shuō)：“凡是能想到的地方，單片機(jī)都可以用得上”， 全世界單片機(jī)的年產(chǎn)量數(shù)以億計(jì) (根據(jù)權(quán)威調(diào)查機(jī)構(gòu)公布， 2021 年世界單片機(jī)產(chǎn)量高達(dá) 70 億，僅僅中國(guó)大陸的年需求量就達(dá) 6 億片左右其應(yīng)用范圍之廣、花樣之多，一時(shí)難以詳述，這里僅列舉一些典型的應(yīng)用領(lǐng)域和場(chǎng)合僅供參考。 基于匯編語(yǔ)言的 51 單片機(jī)可調(diào)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì) 18 本次設(shè)計(jì) 單片機(jī)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(jī) 引腳 功能簡(jiǎn)化 圖。 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 (ROM) 89C52 有兩個(gè) 16 位的可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。 時(shí)鐘電路 89C52 內(nèi)置最高頻率達(dá) 12MHz 的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但 89C52 單片機(jī)需外置振蕩電容。 基于匯編語(yǔ)言的 51 單片機(jī)可調(diào)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì) 20 圖 22 MCS52 系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 單片機(jī)的功能介紹 1 主控制芯片 AT89C52 的原理及說(shuō)明 AT89C52 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低 電壓，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（ PEROM）和藹可親 256 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)，與標(biāo)準(zhǔn) 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(chǔ)單元，功能強(qiáng)大 AT89C52 單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合。 P1 口 (18)： P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路，對(duì)端口寫“ 1”通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平時(shí)，此時(shí)可作輸入口。作為輸入品使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)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(yǔ)言的 51 單片機(jī)可調(diào)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì) 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(shí) /計(jì)數(shù)器 0） T1（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1） WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫通道） RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀通道） RST(9)：復(fù)位信 號(hào)輸入端。 PSEN(29)：程序存儲(chǔ)允許輸出端。欲使 CPU 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)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(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)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(chǔ)上 AT89C52 與 AT89C51 相比還提供了兩個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器。這些計(jì)數(shù)器一般都有一個(gè)復(fù)位端，在計(jì)數(shù)過(guò)程中一旦該腳施加有效電平，就會(huì)強(qiáng)迫計(jì)數(shù)器回零，再?gòu)念^開始計(jì)數(shù)。 當(dāng)單片機(jī)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(shí)，或者人為從外部引腳 RST 送入一個(gè)高電平復(fù)位信號(hào)時(shí)，在復(fù)位邏輯的控制下單片機(jī)進(jìn)行可靠復(fù)位，然后從頭開始執(zhí)行程序。本次設(shè)計(jì)采用人工復(fù)位方式進(jìn)行復(fù)位。 負(fù)責(zé)將 VDD 和 VSS 引腳之間是假的 5V 電源電壓分配到單片機(jī)芯片之內(nèi)的各 個(gè)功能電路上。本次設(shè)計(jì)中穩(wěn)壓電源是單片機(jī)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(biāo)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(gè)多諧振蕩器電路。鍵盤上閉合鍵的識(shí)別由專用的硬件編碼器實(shí)基于匯編語(yǔ)言的 51 單片機(jī)可調(diào)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì) 25 現(xiàn)，并產(chǎn)生鍵編碼號(hào)或鍵值的稱為編碼鍵盤，如計(jì)算機(jī)鍵盤 .而靠軟件編程來(lái)識(shí)別的稱為非編碼鍵盤； 在單片機(jī)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(diǎn)會(huì)存在抖動(dòng)現(xiàn)象： 如下圖所示 圖 562 按鍵波形 計(jì)算機(jī)處理的速度是在微秒級(jí)，按鍵是機(jī)械觸點(diǎn)，機(jī)械抖動(dòng)的時(shí)間至少是毫秒級(jí)，對(duì)計(jì)算機(jī)而言，這已是一個(gè) “漫長(zhǎng) ”的時(shí)間了 。而在檢測(cè)到按鍵釋放后（端口為高）再延時(shí) 510 個(gè)毫秒，消除后沿的抖動(dòng)，然后再對(duì)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(jī)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(duì)數(shù)字或字符進(jìn)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 ,