【文章內(nèi)容簡介】 故障 系數(shù)大，不易調(diào)試； 方案二 ： 單片機編程 用單片機設(shè)計電路，由于使用軟硬 件結(jié)合的方式，所以電路結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試也相對方便。與第一種方案比較優(yōu)點是非常明顯的。我們選擇了第二種方案 ； 而第二種方案也需要進行各種電路設(shè)計的優(yōu)化和比較。 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(fù)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。 方案二 :采用 AT89C52 芯片。 AT89C52 是一個低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 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)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元， [3]功能強大的 AT89C52 單片機可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合 。它除了具備 AT89C51 的所有功能與部件外，其最大的優(yōu)勢就是 AT89C52 提供了8K 字節(jié)可擦寫 Flash 閃速存儲器空間、 6 個中斷源、及 256 字節(jié)內(nèi)部存儲器（ RAM），解決了我們對可反復(fù)擦寫的 Flash 閃速存儲器空間大小與中斷源的不夠問題的擔(dān)心。 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，也非常適合單片機應(yīng)用項目開發(fā)工程師用于產(chǎn)品的開發(fā)試制階段。 基于匯編語言的 51 單片機可調(diào)數(shù)字鐘的設(shè)計 11 方案論證 顯示模塊 方案 選擇與論證 LED 顯示器工作方式有兩種：靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。 靜態(tài)顯示的特點是每個數(shù)碼管的段選必須接一個 8 位數(shù)據(jù)線來保持顯示的字 形碼。當(dāng)送入一次字形碼后，顯示字形可一直保持，直到送入新字形碼為止。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。缺點是硬件電路比較復(fù)雜，成本較高。 動態(tài)顯示的特點是將所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效。選亮數(shù)碼管采用動態(tài)掃描顯示。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(yīng)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。動態(tài)顯示的亮度比靜態(tài)顯示要差一些，所以在選擇限流電阻時應(yīng)略小于靜態(tài)顯示電路中的。所以顯示器的驅(qū)動常采用動態(tài)掃描電 路形式，以達到簡化電路的目的。 [4]但要注意所需的驅(qū)動電流比靜態(tài)驅(qū)動時要大，因此要增加驅(qū)動電路?？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。 [2] 時鐘信號方案選擇與論證 方案一：直接采用單片機內(nèi)定時計數(shù)器提供的秒信號，使用程序可實現(xiàn)年、月、日、周、時、分、秒計數(shù)。采用此種方案可減少芯片的使用，節(jié)約成本，實現(xiàn)的時間誤差較小，但程序設(shè)計較為復(fù)雜。 方案二：采用時鐘芯片實現(xiàn)時鐘，時鐘芯片是一種高性能的時鐘芯片，可自動對秒、分、時、日、周、月、年以及閏年補償?shù)?年進行計數(shù)，而且精度非常高 ,且硬件電路連接較為簡單，程序設(shè)計容易實現(xiàn)。 此次本設(shè)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(shè)計具有多功能的數(shù)字鐘，最好用時鐘芯片提供時鐘信號。因此，本設(shè)計就采用單片機內(nèi)部的定時和計數(shù)器來提供時鐘信號 。 基于匯編語言的 51 單片機可調(diào)數(shù)字鐘的設(shè)計 12 電路設(shè)計 最終方案 綜上各方案所述 ,對此次數(shù)字時鐘 設(shè)計 的方案選定為 : 采用 AT89C52 作為主控制系統(tǒng) 。 并由其 內(nèi)部的 定時計數(shù)器提供時鐘 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。利用匯編語言來編寫數(shù)字鐘程序 來實現(xiàn) 數(shù)字鐘 功能。 基于匯編語言的 51 單片機可調(diào)數(shù)字鐘的設(shè)計 13 第四章 系統(tǒng)電路的總體方案 數(shù)字鐘的工作原理 數(shù)字鐘的設(shè)計首先要保證其走時盡可能準(zhǔn)確，其次再根據(jù)人們?nèi)粘５氖褂昧?xí)慣來設(shè)定其附加功能。 數(shù)字鐘的工作原理是 利用單片機定時計數(shù)器來完成走時并用兩組輸出口控制數(shù)碼管來顯示；通過編程向某一輸出口輸出方波實現(xiàn)報時；利用輸入端口外接各種開關(guān)來完成對走時及顯示的控制（如預(yù)置時間等）。在設(shè)計中需要用到許多技巧。以下 是 在學(xué)習(xí)單片機課程中總結(jié)的一些設(shè)計思想或方法 。 占空比概念 在設(shè)計中的運用 如圖所示的一串方波序列，導(dǎo)通時間同周期的比值即占空比。在用單片機控制對多個數(shù)碼管的掃描顯示中，數(shù)碼管接收到的電壓可以看成是一串方波序列，占空比控制了數(shù)碼管的亮度。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(dāng)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。 [5]利用這個概念可 直觀地理解顯示延時的調(diào)節(jié)。 圖 41 時鐘脈沖序列 CPU的分時復(fù)用 單片機只有一個 CPU，因此在一個時間內(nèi)只能執(zhí)行一條語句，要使單片機同時控制多個外部元件（ 比如揚聲器和數(shù)碼管）就必須對單片機的 CPU 進行分時復(fù)用，讓單片機在一小段時間內(nèi)連續(xù)交替執(zhí)行控制多個器件的語句，從表面上看，單片機便用一個 CPU 控制了多個 元件。 單片機位尋址區(qū)的使用 單片機內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器由 20H 到 2FH 共有 16 個字節(jié)的位尋址區(qū)可以被作為程序執(zhí)行過程中的狀態(tài)參數(shù)，許多程序模塊至于兩個狀態(tài)（比如閃爍與正常顯示，報時與不報時等）用位尋址區(qū)中的某一位來記錄程序執(zhí)行狀態(tài)，在需要對狀態(tài)進行判斷的時候十分方便并且節(jié)約空間，一個字節(jié)便可以判斷八個狀態(tài)，而非位尋址區(qū)的地址記錄程序狀態(tài)時可能需要先進行變換，增加 了執(zhí)行成本且容易出錯。 基于匯編語言的 51 單片機可調(diào)數(shù)字鐘的設(shè)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(shè)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。此外在有多個模塊時，要注意模塊間的數(shù)據(jù)傳遞，比如累加器 A 和進位標(biāo)志 C,在使用時要注意不能讓前一個模塊的數(shù)據(jù)對下一個模塊產(chǎn)生不希望有的影響。在模塊間的數(shù)據(jù)傳遞比較多時最好用固定的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器，以避免沖突發(fā)生錯誤。 實現(xiàn)時鐘計時的基本方法 用 AT89C52 單片機的定時 /計數(shù)器 T0 產(chǎn)生一秒的定時時間，作為秒計數(shù)時間，當(dāng) 一秒產(chǎn)生時，秒計數(shù)加 1 開機時。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。只要通過設(shè)置特殊功能寄存器 TMOD，即可完成。定時 /計數(shù)器何時工作也是通過TCON 特殊功能寄存器來設(shè)置的。 在此設(shè)計中，選擇 16 位定時工作方式。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(shè)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。對于這 20 次計數(shù)，就可以采用軟件的方法來統(tǒng)計了。 設(shè)定 TMOD＝ 00000001B，即 TMOD＝ 01H，設(shè)置定時 /計數(shù)器 0 工作在方式1。 下面我們要給 T0 定時 /計數(shù)器的 TH0， TL0 裝入預(yù)置初值，通過下面的公式可以計算出 ： TH0＝（ 216－ 50000） /256 TL0＝（ 216－ 50000） MOD 取摸 256 這樣，當(dāng)定時 /計數(shù)器 0 計滿 50ms 時，產(chǎn)生一個中斷，我們可以在中斷服務(wù)程序中，對中斷次數(shù)加以統(tǒng)計，以實現(xiàn)數(shù)字鐘的邏輯功能。 基于匯編語言的 51 單片機可調(diào)數(shù)字鐘的設(shè)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。但要注意所需的驅(qū)動電流比靜態(tài)驅(qū)動時要大，因此要增加驅(qū)動電路?？刹捎?4LS244 或者晶體管；其中 74ls244 是用來驅(qū)動段選碼，晶體管是驅(qū)動位選碼 。 電子鐘的時鐘時間在六位數(shù)碼管上進行顯示，因此，在內(nèi)部 RAM 中設(shè)置顯示緩沖區(qū)共 8 個單元。 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。 電子鐘的時間調(diào)整 按鍵 KEY 狀態(tài) 1： KEY0=k0，調(diào)整數(shù)字鐘的秒數(shù)據(jù)，每按一次加 1 秒。 狀態(tài) 2: KEY0=k1, 調(diào)整數(shù)字鐘的分數(shù)據(jù)，每按一次加 1 分。 狀態(tài) 3： KEY0=k2，調(diào)整數(shù)字鐘的時數(shù)據(jù)，每按一次加 1 時。 狀態(tài) 4： KEY0=k3，設(shè)置按鍵，按一次時間為停止?fàn)顟B(tài)，時間設(shè)好后再按一次時間即按設(shè)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(shè)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(fù)位電路 電源電路 總體設(shè)計 圖 421 電路設(shè)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(shè)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(fù)位、電源等功能模塊。組成基本的數(shù)字鐘。以上是本系統(tǒng)的原理圖和方框圖 。 基于匯編語言的 51 單片機可調(diào)數(shù)字鐘的設(shè)計 17 第五章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 AT89C52 單片機最小系統(tǒng) 單片機的最小系統(tǒng) 是由單片機， 振蕩電路，復(fù)位電路，電源電路 等 4 部分組成 。 數(shù)字鐘在單片機的最小系統(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。 單片機的概念 單片機又稱單片微控制器 ， 是一類內(nèi)部集成了計算機核心技術(shù)的智能芯片，也就是把中央處理器 CPU、隨機存取存貯器 RAM、只讀存貯器 ROM、輸入 /輸出端口 I/O 等主要的計算機功能部件，都統(tǒng)統(tǒng)集成在了一塊集成電路芯片上，從而形成一部概念上完整的微型計算 機 。 它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。 [6]同時，學(xué)習(xí)使用單片機是了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇 。 提到單片機的應(yīng)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(yīng)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(yīng)用領(lǐng)域和場合僅供參考。如電信，家用電器，計算機外圍設(shè)備，辦公自動化，工業(yè)控制，商用電子，電子玩具，儀器儀表，汽車電子，軍用電 子等等。基本上 單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡 。 單片機的結(jié)構(gòu) 學(xué)習(xí)單片機的主要目的，就是為了把這種單片機芯片應(yīng)用到我們的科研項目和電子產(chǎn)品中，把單片機現(xiàn)有的引腳資源和內(nèi)部一切可以利用的硬件資源充分開發(fā)和調(diào)動起來，以便實現(xiàn)項目或產(chǎn)品的性能 /價格比的最優(yōu)化。 基于匯編語言的 51 單片機可調(diào)數(shù)字鐘的設(shè)計 18 本次設(shè)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。 圖 521 單片機 AT89C52 引腳 功能簡化 圖 MCS52 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu) 89C52 單片機包含中央處理器、程序存儲器 (ROM)、數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)、定時 /計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說明： 中央處理器 中央處理器 (CPU)是整個單片機的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8 位二進制數(shù)據(jù)或代碼， CPU 負責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。 數(shù)據(jù)存儲器 (RAM) 89C52 內(nèi)部有 128 個 8 位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和 128 個專用寄存器單元，它