【正文】 計(jì)；⑨工作電壓范圍寬：～6V，便于交直流供電[5]。數(shù)碼管作為一種主動(dòng)顯示器件，具有亮度高、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，而且市場(chǎng)上也有專門的時(shí)鐘顯示組合數(shù)碼管。第3章 數(shù)字鐘的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 電子時(shí)鐘硬件部分的設(shè)計(jì)應(yīng)包括秒信號(hào)發(fā)生器、時(shí)間顯示電路、按鍵電路、供電電路，以及鬧鈴指示電路等幾部分。 系統(tǒng)控制芯片CPU（AT89C2051）的選擇AT89C系列單片機(jī)是Atmel公司1993年開(kāi)始研制生產(chǎn)的，優(yōu)越的性能價(jià)格比使其成為頗受歡迎的8位單片機(jī)。圖32 AT89c2051引腳配置它是一個(gè)有20個(gè)引腳排列直插式的芯片，其引腳描述如下：VCC：電源電壓；GND：接地；RST：復(fù)位輸入。P1口：8位雙向I/O口，可用作片內(nèi)精確模擬比較器的正向輸入（AIN0）和反向輸入（AIN1）[8]。不能作為通用I/O引腳訪問(wèn)。表31 P3口引腳的特殊功能P3口引腳特殊功能 RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）INT0（外部中斷0）INT1（外部中斷1）T0（定時(shí)器0外部輸入）T1（定時(shí)器1外部輸入）從上述引腳說(shuō)明看出，AT89C2051沒(méi)有提供外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器與I/O設(shè)備所需的地址、數(shù)據(jù)、控制信號(hào)，因此利用AT89C2051構(gòu)成的單片及應(yīng)用系統(tǒng)不能在AT89C2051之外擴(kuò)展存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備，也即AT89C2051本身即構(gòu)成了最小的單片機(jī)系統(tǒng)。由于輸入到內(nèi)部時(shí)鐘電路經(jīng)過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，故不需要對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的工作周期提出特殊要求，但它必須遵守最小和最大電壓高低電平的時(shí)間規(guī)范。此時(shí)，CPU處于休眠狀態(tài)，而片內(nèi)所有其它外圍設(shè)備都保持工作狀態(tài)，片內(nèi)RAM和所有特殊功能寄存器內(nèi)容保持不變。此時(shí)，硬件禁止訪問(wèn)內(nèi)部RAM，但允許訪問(wèn)端口引腳。此時(shí)振蕩器停止工作，設(shè)置掉電方式的指令成為最后執(zhí)行的一條指令，片內(nèi)RAM和特殊功能寄存器內(nèi)容保持不變。硬件復(fù)位將重新定義特殊功能寄存器，但不影響片內(nèi)RAM。（6） 閃速存儲(chǔ)器的編程AT89C2051單片機(jī)內(nèi)部有2KB的閃速存儲(chǔ)器陣列，一片新的AT89C2051，其存儲(chǔ)陣列處于擦除狀態(tài)（FFH），此時(shí)可對(duì)其編程，存儲(chǔ)陣列一次編程1字節(jié)，若編程任何非空字節(jié)時(shí)，需對(duì)整個(gè)存儲(chǔ)陣列進(jìn)行片擦除[10]。因此，在線編程不能直接在用戶工作電路中進(jìn)行，而要通過(guò)特殊電路處理才能實(shí)現(xiàn)。RSTXTAL2XTAL1復(fù)位電路輸入接口輸入設(shè)備輸出接口輸出設(shè)備AT89C2051圖35 在線編程示例 系統(tǒng)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)利用晶體振蕩器作為時(shí)鐘電路，根據(jù)晶振的不同使用要求及特點(diǎn)，通常分為以下幾類：普通晶振、溫補(bǔ)晶振、壓控晶振、溫控晶振等。（1） 普通晶振（PXO）：是一種沒(méi)有采取溫度補(bǔ)償措施的晶體振蕩器，在整個(gè)溫度范圍內(nèi)，晶振的頻率穩(wěn)定度取決于其內(nèi)部所用晶體的性能，頻率穩(wěn)定度在105量級(jí)，一般用于普通場(chǎng)所作為本振源或中間信號(hào)，是晶振中最廉價(jià)的產(chǎn)品。主要用作頻率源或標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。（2） 溫度穩(wěn)定度：在標(biāo)稱電源和負(fù)載下，工作在規(guī)定溫度范圍內(nèi)的不帶隱含基準(zhǔn)溫度或帶隱含基準(zhǔn)溫度的最大允許頻偏。10ppb/天，加電72小時(shí)后），或規(guī)定的時(shí)限內(nèi)最大的總頻率變化（如：177。（6） 頻率壓控線性：與理想（直線）函數(shù)相比的輸出頻率輸入控制電壓傳輸特性的一種量度，它以百分?jǐn)?shù)表示整個(gè)范圍頻偏的可容許非線性度[7]。因此，在本系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中特別注意了電容參數(shù)的選擇（），并盡量保證電路的對(duì)稱性（盡可能匹配），選用正派廠家生產(chǎn)的瓷片或云母電容，條件允許的話溫度系數(shù)要盡可能低。前者電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，成本低，但復(fù)位可靠性相對(duì)較低；后者成本較高，但復(fù)位可靠性高，尤其是高可靠重復(fù)復(fù)位。P監(jiān)控電路有稱為電源監(jiān)視電路，具有上電時(shí)可靠產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)和電源電壓跌落到“門檻值”時(shí)可靠產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)等功能[17]。從理論上說(shuō)，51系列單片機(jī)復(fù)位引腳只要外兩個(gè)機(jī)器周期的有效信號(hào)即可復(fù)位，即只要保證t=RC2M（機(jī)器周期）便可。另外，從圖38所示的復(fù)位信號(hào)波形圖可以明顯看出，續(xù)流二極管對(duì)于改善復(fù)位性能，起到了重要作用。硬件去抖可以采用分立元件或觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)，目前市場(chǎng)上也有硬件去抖專用接口芯片，例如：MAXIM公司MAX6816～6818，均為單電源供電，～，分別為單輸入、雙輸入和八輸入，輸出端具有欠壓鎖定功能[19]。蜂鳴器有無(wú)源和有源兩種，前者屬要輸入聲音頻率信號(hào)才能正常發(fā)聲，后者則只需外加適當(dāng)直流電源電壓即可；元件內(nèi)部已經(jīng)封裝了音頻振蕩電路，在得電狀態(tài)下即起振發(fā)聲。適當(dāng)調(diào)節(jié)基極電阻可改變蜂鳴器的發(fā)聲功率（即響度）。圖310 數(shù)碼管電路將多只LED的陰極連在一起即為共陰式，而將多只LED的陽(yáng)極連在一起即為共陽(yáng)式。而將a、b、d、e和g段都接上正電源，其它引腳懸空，此時(shí)數(shù)碼管將顯示“2”。這兩種顯示方式各有利弊：動(dòng)態(tài)顯示雖然有閃爍感，占用的CPU時(shí)間較多，但是用的硬件少，能節(jié)省線路板的空間。而所謂動(dòng)態(tài)掃描就是指我們采用分時(shí)的方法，輪流控制各個(gè)顯示器的COM端，使各個(gè)顯示器輪流點(diǎn)亮。并行驅(qū)動(dòng)：在一般情況下，單片機(jī)使用并行驅(qū)動(dòng)的方式進(jìn)行LED的顯示。這樣確定8155片內(nèi)的4個(gè)端口地址。其中74LS164的引腳Q0～Q7為8位并行輸出端；引腳A、B為串行輸入端；引腳CLK為時(shí)鐘脈沖輸入端，在CLK脈沖的上升沿作用下實(shí)現(xiàn)移位，在CLK=0、清除端MR=1時(shí)，74LS164保持原來(lái)數(shù)據(jù)狀態(tài)；MR=0時(shí)，74LS164輸出清零?？梢圆捎玫淖龇ㄊ窃?4LS164的輸出端加接4片鎖存器或三態(tài)門，使移位寄存器串行輸入數(shù)據(jù)時(shí)其輸出端的變化不反映到LED上，待串行輸出結(jié)束后再打開(kāi)鎖存器或三態(tài)門；也可以采用1片三端可調(diào)穩(wěn)壓器LM317即解決此問(wèn)題。增加了可調(diào)穩(wěn)壓器LM317的電路，其另一個(gè)特點(diǎn)是通過(guò)可調(diào)電位器P1在線調(diào)整腳2的輸出電壓，可使LED的顯示亮度均勻可調(diào)，而且省掉了大量的限流電阻。此電壓采用三端可調(diào)穩(wěn)壓電路W1(LM317)來(lái)實(shí)現(xiàn)。詳細(xì)電路圖見(jiàn)附錄2。 校時(shí)電路設(shè)計(jì)目前，世界上應(yīng)用的校時(shí)系統(tǒng)有很多種。如果采用長(zhǎng)波(BPL)校時(shí)，準(zhǔn)確度將會(huì)非常高。本設(shè)計(jì)的初衷是用簡(jiǎn)單的設(shè)備，較低的費(fèi)用得到較高的時(shí)鐘精確度。同時(shí)對(duì)于某些高準(zhǔn)確度同步要求的用戶，作為粗（初）同步方法也是必不可少的。授時(shí)臺(tái)位于陜西蒲城，主要有短波和長(zhǎng)波專用無(wú)線電標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)頻率發(fā)播臺(tái)（代號(hào)分別為BPM和BPL）。覆蓋半徑超過(guò)3000公里，授時(shí)精度為毫秒（千分之一秒）量級(jí)；長(zhǎng)波授時(shí)臺(tái)（BPL）每天定時(shí)發(fā)播載頻為100KHz的高精度長(zhǎng)波時(shí)頻信號(hào)，地波作用距離10002000公里，天地波結(jié)合，覆蓋全國(guó)陸地和近海海域，授時(shí)精度為微秒（百萬(wàn)分之一秒）量級(jí)。這樣就對(duì)準(zhǔn)了。這些傳統(tǒng)的校時(shí)方法是利用眼睛觀察中央電視臺(tái)發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，或用耳朵聽(tīng)中央人民廣播電臺(tái)的報(bào)時(shí)聲音，然后利用手動(dòng)按鍵來(lái)調(diào)整時(shí)鐘。 窗口比較器電壓比較器可將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成二值信號(hào)，即輸出只有高電平和低電平兩種狀態(tài)的離散信號(hào)。如圖313。穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)可以分為兩大類：一類是特性指標(biāo)，如輸出電壓、輸入電流及電壓調(diào)節(jié)范圍；另一類指標(biāo)是質(zhì)量指標(biāo)，反映一個(gè)穩(wěn)壓電源的優(yōu)劣，包括穩(wěn)定度、等效內(nèi)阻、紋波電壓及溫度系數(shù)等。穩(wěn)壓電源這方面的性能可用輸出電阻表征。良好的穩(wěn)壓電源，應(yīng)在環(huán)境溫度變化時(shí)，有效的抑制輸出電壓的漂移，保持輸出電壓的穩(wěn)定。變壓器把市交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)樗枰牡蛪航涣麟?。圖316帶有放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電源電路。用復(fù)合管做調(diào)整管的穩(wěn)壓電源在穩(wěn)壓電源中，負(fù)載電流Ifz要流過(guò)調(diào)整管，輸出大電流的電源必須使用大功率的調(diào)整管，這就要求有足夠大的電流供給調(diào)整管的基極，而比較放大電路供不出所需要的大電流，另一方面，調(diào)整管需要有較高的電流放大倍數(shù)，才能有效地提高穩(wěn)壓性能，但是大功率管一般電流放大倍數(shù)都不高。普通保險(xiǎn)絲熔斷較慢，用加保險(xiǎn)絲的辦法達(dá)不到保護(hù)作用，而必須加裝保護(hù)電路。圖318二管保護(hù)電路圖318二管保護(hù)電路在本設(shè)計(jì)中，由于AT89C2051通常有12和24兩種型號(hào)，對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘頻率分別為12MHz和24MHz，前者的工作電壓是2～6V，后者的工作電壓是4～6V。其中，比較好的有ST公司的7805三端穩(wěn)壓塊，它能接近標(biāo)稱值。當(dāng)交流電源失電或時(shí)效時(shí)，電壓為6V的直流電源（電池組或蓄電池）通過(guò)二極管投入工作，因此滿足系統(tǒng)的電源要求。中斷法的原理是利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器溢出中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用的晶振頻率為12MHz。本系統(tǒng)主模塊的程序框圖如圖41。用程序框圖表示就是如圖43：閃爍標(biāo)志為真將顯示全滅段碼送顯示緩沖區(qū)將目前設(shè)定的時(shí)間參數(shù)送顯示調(diào)用基本顯示程序模塊圖43 當(dāng)前編輯位閃爍功能實(shí)現(xiàn)的程序流程圖 時(shí)間設(shè)定模塊設(shè)計(jì)時(shí)間設(shè)定模塊的設(shè)計(jì)要點(diǎn)是按鍵的去抖與“一鍵多態(tài)”的處理?！耙绘I多態(tài)”即多功能鍵的實(shí)現(xiàn)理想是，根據(jù)按鍵時(shí)刻YYNYN設(shè)置模塊初始化將在編參數(shù)送顯示緩沖區(qū)將當(dāng)前位的顯示代碼置暗代碼調(diào)基本顯示模塊刷新顯示當(dāng)前編輯位下移一位結(jié)束設(shè)定根據(jù)當(dāng)前位的性質(zhì)分別進(jìn)行+1處理(含上下限判斷)NYN返回N圖44 時(shí)間設(shè)定模塊流程圖閃爍標(biāo)志為真？嗎？+1鍵嗎？設(shè)置鍵？當(dāng)前的編輯是分個(gè)位嗎設(shè)置鍵的系統(tǒng)狀態(tài)，決定按鍵采取何種動(dòng)作，即何種功能。任何一個(gè)變量的變化，則顯示刷新一次（更新）。鬧鈴判別與處理的代碼包含在定時(shí)器0的中斷子程序中，其程序設(shè)計(jì)思想如圖46：N鬧鈴判別處理時(shí)十位、個(gè)位，分十位、個(gè)位改變了鬧鈴響中斷返回設(shè)置鬧鈴圖46 包含在T0中斷程序中的鬧鈴判別與處理程序流程圖是否設(shè)置了鬧鈴YYN判當(dāng)前時(shí)間是設(shè)定的時(shí)間否中斷返回第5章 系統(tǒng)的調(diào)試及結(jié)果 系統(tǒng)調(diào)試環(huán)境本系統(tǒng)所有的電路都設(shè)計(jì)在一塊電路板上，整個(gè)電路板結(jié)構(gòu)緊湊、分布合理，便于加工和調(diào)試，并且降低了相互間以及監(jiān)控器與其他儀器間的干擾。首先用單片機(jī)匯編程序編譯器（WAVE6000）調(diào)試，無(wú)誤后，再通過(guò)編程器燒到單片機(jī)用裝置實(shí)驗(yàn)調(diào)試，采用了自下到上的調(diào)試方法，即先單獨(dú)調(diào)試好每一項(xiàng)功能，然后再連接成一個(gè)完整的系統(tǒng)調(diào)試。先調(diào)節(jié)看按鍵工作是否正常，LED是否能正常顯示。由于沒(méi)有買到PCB板中那種封裝的LED，所以在焊接的時(shí)候采用另外一種封裝的LED來(lái)代替，采用將從PCB板上的每個(gè)管腳連線出來(lái)與另外一塊板子上的LED管腳對(duì)應(yīng)相連，由于連線過(guò)多，有一些線連錯(cuò)或者虛焊，在檢查出錯(cuò)誤后改正。檢查后發(fā)現(xiàn)在焊接過(guò)程中輕觸按鍵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)被破壞，不能正常的起到左右，后將其換掉。它具有一個(gè)走時(shí)精確的實(shí)時(shí)鐘，可以任意設(shè)置時(shí)間，時(shí)鐘的顯示功能，校時(shí)等。通過(guò)兩個(gè)月的學(xué)習(xí)和調(diào)試過(guò)程，終于完成了單片機(jī)多功能數(shù)字鐘的工作。然而在調(diào)試過(guò)程中有也有許多的不足之處：例如編寫調(diào)試程序有點(diǎn)不足。通過(guò)本課題的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)運(yùn)用了各方面的知識(shí)，檢驗(yàn)了自己大學(xué)四年來(lái)的學(xué)習(xí)效果，同時(shí)也讓自己對(duì)單片機(jī)有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，為在以后的生活和工作中繼續(xù)研究和開(kāi)發(fā)單片機(jī)系統(tǒng)都會(huì)有很大的幫助。感謝我的同學(xué)的支持，和提供的大量幫助。 New York,[22] David and Horace G jackson. Analysisend and Design of Digital Integrated Circuits, New York, McGrawHill, 附錄1：完整的匯編語(yǔ)言源程序DISPCON EQU ；顯示控制S1 EQU ；設(shè)置鍵S2 EQU ；數(shù)字+1鍵L1 EQU ；L1，L2構(gòu)成秒指示“：”L2 EQU ；SECOND EQU 23H ；秒變量單元BUF EQU 24H ；時(shí)鐘數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，小時(shí)(1字節(jié)) 分（1字節(jié)）HOUR EQU 24HMINUTE EQU 25HHOURH EQU 26H ；時(shí)鐘各位的BCD碼HOURL EQU 27H MINUH EQU 28HMINUL EQU 29HCOUNT EQU 2AH ；溢出中斷計(jì)數(shù)器HHBACK EQU 2BH ；時(shí)鐘數(shù)據(jù)備份區(qū)（帶閃爍編輯用）HLBACK EQU 2CHMHBACK EQU 2DHMLBACK EQU 2EHSETFLAG EQU 20H ；標(biāo)志字節(jié) ；以下4個(gè)變量在20H位尋址單元中，便于移位處理HH EQU 00H ；當(dāng)前設(shè)置位標(biāo)志HL EQU 01HMH EQU 02HML EQU 03H；以下位變量從21H位尋址單元開(kāi)始FRESH EQU 09H