【文章內(nèi)容簡介】 而且響應(yīng)時間短（一般不超過 ），亮度也比較高，但是只能顯示數(shù)字，顯示內(nèi)容比較受到限制，又過多的占用單片機的 I/O 口。 液晶顯示器簡稱 LCD，液晶是一種既具有液體的流動性又具有光學(xué)特性的有機化合物，它的透明度和呈現(xiàn)的顏色受外加電場的影響，利用這一特點便可以做成字符顯示 器。液晶顯示器最大的優(yōu)點是功耗極小，每平方厘米的功耗在 1uW 以下。它的工作電壓也很低，在 1V 以下仍能工作。 而且顯示內(nèi)容比數(shù)碼管要豐富。 因此，液晶顯示器在電子表以及各種小型、便攜式儀器、儀表中得到了廣泛的應(yīng)用。 綜上所述， 本設(shè)計中選用 液晶顯示器 作為顯示單元器件。 設(shè)計方案 本設(shè)計系統(tǒng)框圖如圖 23 所示。系統(tǒng)以 AT89S51 單片機為控制器，通過 DS1307 來為系統(tǒng)提供標準時間， 單片機讀取 DS1307 時間后送液晶顯示器顯示，通過按鍵來設(shè)置打鈴時間。當(dāng)打鈴時間到時，系統(tǒng)實現(xiàn) 蜂鳴器和 LED 燈 聲光提示。 系統(tǒng)設(shè)計 框圖如下： 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 6 圖 23 系統(tǒng)設(shè)計框圖 時鐘電路 按鍵設(shè)定打鈴時間 單片機控制 顯示電路 打鈴電路 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 7 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 硬件電路圖 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計框圖，本設(shè)計硬件電路主要由時鐘電路、按鍵設(shè)定電路、單片機電路、顯示電路和 打鈴電路組成，電路原理圖見附錄 一 所示。 系統(tǒng)工作原理：系統(tǒng)時間由時鐘芯片 DS1307 來提供，單片機通過 P3 口讀取了DS1307 的時間數(shù)據(jù)后，經(jīng)過處理得到時間顯示模式的時鐘數(shù)據(jù)，并通過 P2 口送液晶顯示器顯示出來。再通過掃描 P1 口是否有按鍵按下，有按鍵按下時，通過液晶顯示器顯示來設(shè)置定時時間、打鈴時間間隔，通過設(shè)定、移位、加數(shù) 來實現(xiàn)。當(dāng)?shù)竭_打鈴時間時，單片機引腳啟動蜂鳴器和 LED 燈電路 工作以聲光形式實現(xiàn)打鈴功能。 時鐘電路 DS1307 簡介 DS1307 是 I2C 總線接口的日歷時鐘芯片 ， 片內(nèi)有 8 個特殊寄存器和 56 字節(jié)的非易失性 RAM， 是一種低功耗、 BCD 碼的 8 引腳實時時鐘芯片。 它的主要特點： 可對秒、時、分、每月的天數(shù)、月份、每周的天數(shù)進行計數(shù)，并具有閏年補償功能，記年上線為 2100 年； 56 字節(jié)非易失性 RAM； 兩線串行接口； 可編程方波輸出； 自動掉電檢測和切換電路； 在電池備份模式下，功耗小于 50nA； 工業(yè)級工作溫度： 40℃ 80℃； 8 引腳 DIP 和 SOIC 封裝。 DS1307 的引腳排列如圖 31 所示 ，引腳說明如下： X X2： 接入 的 石英 晶振； VBAT： +3V電源輸入； GND：地； SDA：數(shù)據(jù)線 ，輸入輸出數(shù)據(jù)，需要外接上拉電阻 ； SCL：時鐘線 ，用來同步數(shù)據(jù) ； SQW/OUT：方波信號輸出端 ，可輸出供選擇的頻率方波， 1Hz、 4 KHz、 8K Hz、32K Hz，需外接上拉電阻。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 8 VCC： +5V電 源 ； 圖 31 DS1307 引腳圖 時鐘電路設(shè)計 時鐘電路如圖 32 所示。時鐘芯片的 SCL 引腳和 SDA 引腳分別由單片機的 和 引腳控制，單片機只需按照 DS1307 的工作時序來控制 DS1307 即可實現(xiàn)時間的寫入和讀取 ，其中 DS1307 的時鐘端與數(shù)據(jù)端需外接上拉電阻，本設(shè)計選用 5 針排阻來充當(dāng)上拉電阻 。 圖 32 時鐘電路 按鍵電路 鍵盤是單片機應(yīng)用中常用的一種輸入器件，鍵盤的按鍵有觸點式和非觸點式之分，按接口原理有編碼鍵盤和非編碼鍵盤之分。編碼鍵盤主要用硬件來實現(xiàn)對按鍵的識別，河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 9 非編碼鍵盤是由軟件來實現(xiàn)鍵盤的定義與識別。常用的按鍵一般為 觸點式按鍵，根據(jù)按鍵所連接的單片機引腳的電平高低來判斷其是否按下。 按功能分，鍵盤有獨立按鍵和矩陣按鍵之分，獨立按鍵每一路按鍵就占用單片機的一個控制引腳，單片機直接獲取其信息；矩陣按鍵將按鍵排成由行和列組成的行列式，通過確認按鍵的行號和列號來確定每一路按鍵，利用少的單片機引腳控制更多的按鍵。 本設(shè)計中按鍵電路如圖 33 所示，由單片機的 P1 口控制按鍵電路。本設(shè)計中按鍵用于設(shè)定定時時間、打鈴時間間隔，所以只需 4 路按鍵即可實現(xiàn)所需功能，采用獨立式按鍵即可。 由于按鍵是機械式觸點，所以在斷開或閉合時，一般都有抖動產(chǎn)生， 雖然這個抖動時間在我們看來非常短，但是單片機執(zhí)行指令的速度為微秒級別，很容易會讀取這個時間而將其判斷為真正的工作狀態(tài)，從而引起誤判。 因此，在設(shè)計中必須考慮到按鍵抖動的影響。常用的去抖動的方法有兩種：硬件方法和軟件方法。硬件方法一般是加電容或者 RS 觸發(fā)器；軟件方法是在單片機在檢測引腳所連接的按鍵的工作狀態(tài)時加一個延時程序再次確認，通過 2 次的確認就可以確保按鍵的工作狀態(tài)不受機械抖動的影響了。 圖 33 按鍵電路 單片機電路 單片機簡介 單片機是一種集成電路芯片，是采 用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的CPU、 RAM、 ROM、多種 I/O 口、中斷系統(tǒng)和定時器 /計時器功能集成到一塊芯片上的河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 10 完善的計算機系統(tǒng)，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。由于單片機在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，為使更多的業(yè)內(nèi)人士、學(xué)生和愛好者學(xué)習(xí)掌握這門技術(shù)，產(chǎn)生了單片機開發(fā)板。 早期的單片機是 8 位或 4 位的，其中最成功的是 INTEL 的 8031 單片機，因簡單可靠而獲得了很大的好評。此后，在 8031 的基礎(chǔ)上發(fā)展出了 MCS51 系列單片機，基于這一系統(tǒng)的單片機一直到現(xiàn)在還廣泛應(yīng)用著。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出 現(xiàn)了16 位的單片機，因性價比不好并未得到廣泛的應(yīng)用。 90 年代后期隨著消費電子產(chǎn)品的大發(fā)展，單片機技術(shù)得到了很大的提高， 32 位機迅速代替了 16 位機進入主流市場，傳統(tǒng)的 8 位機的處理速度也提高了數(shù)百倍， 而且價格也降低了很多，得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在人們生活中幾乎每個電子產(chǎn)品或機械產(chǎn)品都或多或少帶有單片機控制系統(tǒng)， 智能儀器儀表 、 醫(yī)療器械、 家用電器、兒童玩具等等，汽車電子中單片機的應(yīng)用也是非常廣泛，一般汽車上配備有接近 40 多個單片機系統(tǒng)。 AT89S51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能 CMOS8位微處理器。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失性存儲器制造技術(shù)，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。主要特性： 與 MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容； 4K 字節(jié)在系統(tǒng)編程（ ISP） Flash 閃速存儲器； 1000 次擦鞋周期； ； 全靜態(tài)工作模式： 0Hz33MHz； 三級程序加密鎖； 128*8 字節(jié)內(nèi)部 RAM； 32 個可編程 I/O 口線（ P P P P4）； 2 個 16 位定時 /計數(shù)器，可通過編程實現(xiàn) 4 種工作方式； 1 個具 有 6 個中斷源、 4 個優(yōu)先級的中斷潛嵌套結(jié)構(gòu)； 全雙工 UART 通道； 低功耗空閑和掉電模式； 中斷可從空閑模式喚醒系統(tǒng)； 看門狗（ WDT）及雙數(shù)據(jù)指針； 掉電標識和快速編程特性； 靈活的在系統(tǒng)編程（ ISP 字節(jié)或頁寫模式）。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 11 AT89S51 單片機內(nèi)部主要由 9 個部件組成： 1 個 8 位中央處理器； 4KBFlash 存儲器；128B 的數(shù)據(jù)存儲器； 32 條 I/O 口線； 2 個定時器 /計數(shù)器； 1 個具有 6 個中斷源、 4 個優(yōu)先級的中斷嵌套結(jié)構(gòu)；用于多處理機通信、 I/O 擴展或全雙工 UART 的串行口；特殊功能寄存器； 1 個片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。 AT89S51 系列單片機完全繼承了 MCS51 的指令系統(tǒng)，共有 111 條指令，按其功能可分為五大類：數(shù)據(jù)傳送類指令、算術(shù)運算類指令、邏輯運算類指令、控制轉(zhuǎn)移類指令、布爾操作。 中斷技術(shù)是計算機中的重要技術(shù)之一，它既和硬件相關(guān)，也和軟件相關(guān)，正因為有了“中斷”才使得計算機的工作更加靈活、效率更高。所謂中斷實際是一個處理時間的過程，這一過程一般是由計算機內(nèi)部或外部某種緊急事件引起并向主機發(fā)出請求處理的信號，主機在允許情況下相應(yīng)請求，暫停正在執(zhí)行的程序，保存好“斷點”處的現(xiàn)場，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷處理程序，處理完后自動返回到 原斷點處，繼續(xù)執(zhí)行原程序。引起中斷的原因，或是能發(fā)出中斷申請的來源，稱為中斷源。 AT89S51 提供 5 個中斷源，即： 外部中斷源 /INT0：由 輸入； 外部中斷源 /INT1：由 輸入， I/O 設(shè)備中斷請求信號，或掉電故障異常事件中斷請求信號都可以作為外部中斷源連 /INT0、 /INT1。 定時器 /計數(shù)器 T0 溢出中斷： TF0 做標志，由 輸出； 定時器 /計數(shù)器 T1 溢出中斷： TF1 做標志，由 輸出； 片內(nèi)串行口產(chǎn)生的中斷： RX、 TX。 I/O 口分配： P0 口（ ～ ）為雙向 8 位三態(tài) I/O 口，當(dāng)作為 I/O 口使用時，可直接連接外部 I/O 設(shè)備。它是地址總線低 8 位及數(shù)據(jù)總線分時服用口，可驅(qū)動 8 個 TTL 負載。一般作為擴展時地址 /數(shù)據(jù)總線口使用。 P1 口（ ～ ）的每一位都可以分別定義為輸入線和輸出線（做輸入時，鎖存器必須置 1），可驅(qū)動 4 個 TTL 負載。 P1 口常用作通用 I/O 口，它是一個標準的準雙向口。 P2 口（ ～ ）為 8 位準雙向 I/O 口，當(dāng)作為 I/O 口使用時，可直接連接外部I/O 設(shè)備。它是地址總線的高 8 位復(fù)用，可驅(qū)動 4 個 TTL 負載。一般作為擴展地址總線的高 8 為使用。 P3 口（ ～ ）為 8 位準雙向 I/O 口，是雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動 4 個 TTL 負載，能夠?qū)崿F(xiàn)第一功能，可作為通用 I/O 口。 P3 口的第二功能定義如表 31 所示： 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 12 表 31 P3 口第二功能定義 引腳定義 功能 引腳定義 功能 串行輸入口 串行輸出口 0INT 外部中斷 0 1INT 外部中斷 1 計時器 0 外部輸入 計時器 1 外部輸入 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG： 地址鎖存允許信號輸出。在 CPU 訪問外部程序存儲器或外部數(shù)據(jù)存儲器時， ALE 提供一個地址鎖存信號，將低 8 位地址鎖存在片外鎖存器中。在與 Flash并行編程 /校驗期間，該引腳也是編程負脈沖的輸入端。在正常操作狀態(tài)下，該引腳端口輸出恒定頻率的脈沖。其頻率為晶振頻率的 1/6，可用作外部定時或其他觸發(fā)信號。如果需要，可通過 SFR 的第 0 位置禁止 ALE 操作，但 ALE 的禁止位不影響對外部存儲器的訪問。 PSEN ： 片外程序存儲器選通信號，低電平有效。當(dāng) AT89S51 執(zhí)行來自外部程序存儲器的指令代碼時， PSEN/每個機器周期兩次有效。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， PSEN/無效。 VPPEA/ ： EA 片外程序存儲器訪問允許信號，低電平有效。當(dāng) EA 接地時， CPU只執(zhí)行片外存儲器中的程序；當(dāng) EA 接 Vcc 時， CPU首先執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器中的程序（ 0000H~0FFFH），然后自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲器中的程序（ 1000H~FFFFH）。如果程序鎖定位 LB1 被編程（ P），那么 EA 值將在復(fù)位時由片內(nèi)鎖存。在與 Flash 并行編程 /校驗期間，該引腳施加 12V的編程電壓 VPP。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 AT89S51 引腳圖如圖 34 所示： 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 13 圖 34 AT89S51 引腳圖 單片機最小系統(tǒng)電路 單片機最小系統(tǒng)由晶振電路和復(fù)位電路組成 。 電路如圖 35 所示。 晶振電路用于產(chǎn)生單片機工作時所需要的時鐘信號，單片機的指令必須在時鐘信號下按照時序執(zhí)行。晶振電路通常用兩種 設(shè)計方式：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。內(nèi)部振蕩方式是在單片機的 XTAL1 和 XTAL2 引腳外接一個晶體振蕩器， 與單片機內(nèi)部的振蕩器組成時鐘信號；外部振蕩方式是在外部將已有的脈沖信號引入單片機內(nèi)，一般用于使單片機的時鐘與 外部信號保持同步。本設(shè)計選用內(nèi)部振蕩方式，在 XTAL1 和 XTAL2引腳之間連接一個 12MHz 的晶振，再分別外接 30p 的對地電容。 單片機在啟動時需要復(fù)位，使系統(tǒng)各器件處于初始狀態(tài)。復(fù)位引腳為 RST，當(dāng) 系統(tǒng)上電后晶振電路