【正文】 知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。鐘表的發(fā)展是非常迅速的，從剛開(kāi)始的機(jī)械式鐘表到現(xiàn)在普遍用到的數(shù)字式鐘表，即使現(xiàn)在鐘表千奇百怪，但是它們都只是完成一種功能 — 計(jì)時(shí)功能，只是工作原理不同而已 。這些數(shù)字鐘的芯片組合和電路連接都比較難，而且焊接的過(guò)程也比較復(fù)雜，相對(duì)成本比較高，為了克服這些缺點(diǎn)，且能適合多種場(chǎng)合使用，所以這次畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇了使用以單片機(jī)編程為主的數(shù)字電子鐘以滿足更多人的需求。 這次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是使用單片機(jī)編程的方法很好的 實(shí)現(xiàn)多功能數(shù)字鐘的 設(shè)計(jì) 。在實(shí)際應(yīng)用中，通常很難將單片機(jī)直接和被控對(duì)象進(jìn)行電氣連接，必須外加各種擴(kuò)展接口電路、外部設(shè)備、被控對(duì)象等硬件和軟件，才能構(gòu)成一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的組成如圖 12 所示。目前，單片機(jī)正朝著高性能、多品種方向發(fā)展。在開(kāi)創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展道路上， Intel 公司功不可沒(méi)。在發(fā)展 MCU方面，最著名的廠家當(dāng)數(shù) Philips 公司。隨著微電子技術(shù)、 IC 設(shè)計(jì)、 EDA 工具的發(fā)展，基于 SoC 的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)有較大的發(fā)展。同時(shí)集成諸如通訊接口、定時(shí)器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備。最早的設(shè) 5 計(jì)理念是通過(guò)將大量 外圍設(shè)備和 CPU 集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。此后在 8031 上發(fā)展出了MCS51 系列單片機(jī)系統(tǒng)。隨著 INTEL i960 系列特別是后來(lái)的 ARM 系列的廣泛應(yīng)用， 32 位單片機(jī)迅速取代 16 位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng)。而在作為掌上電 腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專(zhuān)用的Windows 和 Linux 操作系統(tǒng)。手機(jī)、電話、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有 12 部單片機(jī)。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。我們現(xiàn)在用的全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)、排煙罩、 VCD 等等的家電里面都可以看到它的身影！ ......它主要是作為控制部分的核心部件。一個(gè)不是很復(fù)雜的功能要是用美國(guó) 50年代開(kāi) 發(fā)的 74 系列，或者 60 年代的 CD4000 系列這些純硬件來(lái)搞定的話，電路一定是一塊大 PCB 板！但是如果要是用美國(guó) 70 年代成功投放市場(chǎng)的系列單片機(jī)，結(jié)果就會(huì)有天壤之別！只因?yàn)閱纹瑱C(jī)的通過(guò)你編寫(xiě)的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！ 由于單片機(jī)對(duì)成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級(jí)匯編語(yǔ)言，它是除了二進(jìn)制機(jī)器碼以上最低級(jí)的語(yǔ)言了，既然這么低級(jí)為什么還要用呢？很多高級(jí)的語(yǔ)言已經(jīng)達(dá)到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡(jiǎn)單，就是單片機(jī)沒(méi)有家用計(jì)算機(jī)那樣的 CPU，也沒(méi)有像硬盤(pán)那樣的海量存儲(chǔ)設(shè)備 。 可以說(shuō)，二十世紀(jì)跨越了三個(gè) “ 電 ” 的時(shí)代，即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時(shí)代。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)（亦稱微控制器）?，F(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。 單片機(jī)的特點(diǎn) 單片機(jī)的特點(diǎn)主要有 ：高集成度，體積小，高可靠性 ；控制功能強(qiáng)；低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品 ；易擴(kuò)展；優(yōu)異的性能價(jià)格比。大部分產(chǎn)品有較好的兼容性，保證了已開(kāi)發(fā)產(chǎn)品能順利移植，較容易地使產(chǎn)品進(jìn)行升級(jí)換代。 3. 增加控制功能，向真正意義上的 “ 單片 ” 機(jī)發(fā)展。A 級(jí)， gz2 頻率從十幾兆可編程到幾十千赫茲。 單片機(jī)的應(yīng)用 1. 在智能儀表中的應(yīng)用 這是單片機(jī)應(yīng)用最多最活躍的領(lǐng)域之一。 3. 在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 單片機(jī)廣泛用于各種實(shí)時(shí)過(guò)程控制系統(tǒng)中，例如工業(yè)過(guò)程控制、過(guò)程監(jiān)測(cè)、航空航天、間斷武器、機(jī)器人系統(tǒng)等各種實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和原理 9 單片機(jī) 的引腳 功能介紹 AT89C51 的 引腳排列請(qǐng)參見(jiàn)圖 13。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 AT89C51 指令集和輸出管腳相兼容。 主要特性： （ 1） 與 AT89C51 兼容 （ 2） 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 （ 3） 壽命： 1000 寫(xiě) /擦循環(huán) （ 4） 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 （ 5） 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz （ 6） 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 （ 7） 1288 位內(nèi)部 RAM （ 8） 32 可編程 I/O 線 （ 9） 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 （ 10） 5 個(gè)中斷源 （ 11） 可編程串行通道 （ 12） 低功耗的閑置和掉電 模式 （ 13） 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 管腳說(shuō)明： VCC：供電電壓。 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 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 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。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。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。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。另外，該引腳被略微拉高。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)。 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。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。而在芯片的外部， XTAL1 和 XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，這就是單片機(jī)的時(shí)鐘電路，如圖 14 所示。晶體振蕩頻率高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也高，單片機(jī)運(yùn)行速度也就快。 圖 15 外部時(shí)鐘源接法 （ 3） 時(shí)序 時(shí)序是 用定時(shí)單位來(lái)說(shuō)明的。振蕩脈沖經(jīng)過(guò)二分頻后，就是單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)的周期，其定義為狀態(tài)（用 S 表示）。由于一個(gè)狀態(tài)又包括兩個(gè)節(jié)拍，因 此，一個(gè)機(jī)器周期總共有 12 個(gè)節(jié)拍，分別記作 S1P S1P ? 、S6P2。它一般由若干個(gè)機(jī)器周期組成。四周期指令只有乘法和除法指令兩條，其余均為單周期和雙周期指令。 ALE 信號(hào)每出現(xiàn)一次， CPU 就進(jìn)行一次取指操作， 但由于不同指令的字節(jié)數(shù)和機(jī)器周期數(shù)不同，因此取指令操作也隨指令不同而有小的差異。若是雙字節(jié)，則在同一機(jī)器周期的 S4 讀第二字節(jié)。 圖 16 單片機(jī)的取指 /執(zhí)行時(shí)序 (a) 單字節(jié)單周期指令； (b) 雙字節(jié)單周期指令； (c) 單字節(jié)雙周期指令 2. 單片機(jī)的復(fù)位電路 單片機(jī)復(fù)位是使 CPU 和系統(tǒng)中的其他 功能部件都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作，例如復(fù)位后 PC=0000H，使單片機(jī)從第一個(gè)單元取指令。單片機(jī) 常見(jiàn)的復(fù)位電路如圖 17（ a），（ b）所示。 圖 17 單片機(jī)常見(jiàn)的復(fù)位電路 (a) 上電復(fù)位電路； (b) 按鍵復(fù)位電路 單片機(jī)的工作過(guò)程 單片機(jī)的工作過(guò)程實(shí)質(zhì)上是執(zhí)行用戶編制程序的過(guò)程，一般程序的機(jī)器碼都已固化到存儲(chǔ)器中，例如實(shí)訓(xùn) 1 中的步驟 2），因此開(kāi)機(jī)復(fù) 位后，就可以執(zhí)行指令。接通電源開(kāi)機(jī)M C S 51V C CV C CR E S E TV S S2 2 ? F1 k ?M C S 51V C CV C CR E S E TV S S2 2 ? FR E S E TR1R2( a ) ( b )2 0 0 ? 17 后， PC =0000H，取指令過(guò)程如下： (1) PC 中的 0000H 送到片內(nèi)的地址寄存器； (2) PC 的內(nèi)容自動(dòng)加 1 變?yōu)?0001H，指向下一個(gè)指令字 (3) 地址寄存器中的內(nèi)容 0000H 通過(guò)地址總線送到存儲(chǔ)器，經(jīng)存儲(chǔ)器中的地址譯碼選中 0000H 單元； (4) CPU 通過(guò)控制總線發(fā)出讀命令； (5) 被選 中單元的內(nèi)容 74H 送內(nèi)部數(shù)據(jù)總線上，該內(nèi)容過(guò)內(nèi)部數(shù)據(jù)總線送到單片機(jī)內(nèi)部的指令寄存器。 PC=0002H，機(jī)器又進(jìn)入下一條 指令的取指令過(guò)程。 帶有時(shí)鐘功能的電子產(chǎn)品和電子設(shè)備進(jìn)年來(lái)廣泛地出現(xiàn)在 國(guó)內(nèi)外市場(chǎng) 中。 19 第 2 章 電子時(shí)鐘控制系統(tǒng) 控制要求 （ 1） 軟件 Proteus 完成 AT89C51 的時(shí)鐘設(shè)計(jì)與仿真 。開(kāi)始計(jì)時(shí)時(shí)為 000000，到 235959 后變成 000000。 再調(diào)校時(shí)均不向上一單位進(jìn)位（例如分加到 59 后變?yōu)?00；但小時(shí)不發(fā)生改變） 。 設(shè)計(jì)思路 電子時(shí)鐘主要由顯示模塊、校時(shí)模塊和時(shí)鐘運(yùn)算模塊三大部分組成。 20 主要功能 AT89C51 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常用內(nèi)部振蕩方式得到：在引腳 XTAL1和 XTAL2 外接晶體振蕩器 (簡(jiǎn)稱晶振 )或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。晶振頻率的典型值為 12MHZ。 軟件方案 分析論證 此實(shí)時(shí)時(shí)鐘的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，主要采用了 6 只 LED 數(shù)碼管， AT89C51內(nèi)部二進(jìn)制 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，包括顯示模塊，運(yùn)算模塊和校時(shí)模塊三大功能模塊。采用軟件譯碼，即在程序中設(shè)置一個(gè)段選碼表。 運(yùn)算模塊 該模塊的主要功能是對(duì)時(shí)、分、秒的運(yùn)算，并把運(yùn)算出的最終結(jié)果存到事先已經(jīng)開(kāi)辟的內(nèi)存單元里，以便顯示模塊即時(shí)地顯示出來(lái)。中斷信號(hào)是 89C51工作方式為方式 1，產(chǎn)生一個(gè) 50ms 的脈沖信號(hào)。然后轉(zhuǎn)到調(diào)用處 。再調(diào)校時(shí)均不向上一單位進(jìn)位（例如分加到 59 后變?yōu)?00；但小時(shí)不發(fā)生改變）。并且開(kāi)機(jī)時(shí)時(shí)鐘時(shí)從 000000 開(kāi)始計(jì)時(shí)的，到 235959 時(shí)在回到 000000。 23 圖 22 時(shí)鐘信號(hào)流程圖 圖 23 外部中斷程序 24 電子時(shí)鐘控制程序 FLAG BIT DI_DA DATA 20H SEC DATA 21H MIN DATA 22H HOUR DATA 23H ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP TIAOSHI ORG 000BH LJMP CLOCK ORG 0030H MAIN: MOV TMOD,01H MOV TL0,01CH MOV TH0,0B9H SETB ET0 SETB EX0 SETB EA MOV IP,01H MOV DI_DA,00H MOV SEC,00H MOV MIN,00H MOV HOUR,00H SETB TR0 BEGIN: LCALL DIS AJMP BEGIN 25 ORG 0200H FF1: MOV A,DI_DA CJNE A,32H,DONE MOV DI_DA,00H MOV A,SEC ADD A,01H DA A MOV SEC,A CJNE A,60H,DONE MOV SEC,00H MOV A,MIN ADD A,01H DA A MOV MIN,A CJNE A,60H,DONE MOV MIN,00H MOV A,HOUR ADD A,01H DA A MOV HOUR,A CJNE A,24H,DONE MOV HOUR,00H DONE: RET ORG 0300H DIS: MOV A,SEC ANL A,0FH MOV DPTR,TAB MOVC A,A+DPTR MOV P0,00H 26 MOV P1,A MOV P0,01H ACALL DEL1MS MOV P0,0