【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 過程 ,軟硬件設(shè)計(jì)方法 ,內(nèi)容及步驟 . (9) 了解數(shù)字鐘的組成及工作原理 . 設(shè)計(jì)要求 基本要求 （ 1）用 51 單片機(jī)的定時(shí) /計(jì)數(shù)器 TMR0 產(chǎn)生一秒的定時(shí)時(shí)間，作為秒計(jì)數(shù)時(shí)間； （ 2）當(dāng)一秒產(chǎn)生時(shí)，秒計(jì)數(shù)加 1； （ 3）開機(jī)時(shí)，顯示 ，并開始連續(xù)計(jì)時(shí)； （ 4）計(jì)時(shí)滿 時(shí)，返回 重新開始計(jì)時(shí)； 高級(jí)要求 （ 1）在以上設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，在單片機(jī)的 I/O 口上分別接入四個(gè)按鍵； （ 2） K3— 時(shí)間設(shè)置按鍵。該鍵按下時(shí)，將當(dāng)前顯示的時(shí)間停止走動(dòng)。當(dāng)再基于匯編語言的 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。 畫出電路圖和 PCB； （ 2）提供實(shí)際產(chǎn)品，全部匯編語言程序源代碼； 基于匯編語言的 51 單片機(jī)可調(diào)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì) 10 第三章 系統(tǒng) 方案選擇與 論證 方案選擇 方案比較 方案一 ： 基本門電路搭建 用基本門電路來實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障 系數(shù)大，不易調(diào)試； 方案二 ： 單片機(jī)編程 用單片機(jī)設(shè)計(jì)電路，由于使用軟硬件結(jié)合的方式，所以電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試也相對(duì)方便。與第一種方案比較優(yōu)點(diǎn)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(jìn)行各種電路設(shè)計(jì)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(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(gè)低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器和 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)，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(chǔ)單元， [3]功能強(qiáng)大的 AT89C52 單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合 。它除了具備 AT89C51 的所有功能與部件外，其最大的優(yōu)勢(shì)就是 AT89C52 提供了8K 字節(jié)可擦寫 Flash 閃速存儲(chǔ)器空間、 6 個(gè)中斷源、及 256 字節(jié)內(nèi)部存儲(chǔ)器（ RAM），解決了我們對(duì)可反復(fù)擦寫的 Flash 閃速存儲(chǔ)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(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。 基于匯編語言的 51 單片機(jī)可調(diào)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì) 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(dòng)態(tài)顯示方式。 靜態(tài)顯示的特點(diǎn)是每個(gè)數(shù)碼管的段選必須接一個(gè) 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(diǎn)是占用 CPU 時(shí)間少，顯示便 于監(jiān)測(cè)和控制。缺點(diǎn)是硬件電路比較復(fù)雜，成本較高。 動(dòng)態(tài)顯示的特點(diǎn)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(dòng)態(tài)掃描顯示。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暫留特性，使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時(shí)都在顯示。動(dòng)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(shí)應(yīng)略小于靜態(tài)顯示電路中的。所以顯示器的驅(qū)動(dòng)常采用動(dòng)態(tài)掃描電路形式，以達(dá)到簡(jiǎn)化電路的目的。 [4]但要注意所需的驅(qū)動(dòng)電流比靜態(tài)驅(qū)動(dòng)時(shí)要大，因此要增加驅(qū)動(dòng)電路?？刹捎?74LS245 或者晶體管；其中 74ls245 是用來驅(qū)動(dòng)段選碼，晶體管是驅(qū)動(dòng)位選碼。 [2] 時(shí)鐘信號(hào)方案選擇與論證 方案一：直接采用單片機(jī)內(nèi)定時(shí)計(jì)數(shù)器提供的秒信號(hào)，使用程序可實(shí)現(xiàn)年、月、日、周、時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)。采用此種方案可減少芯片的使用，節(jié)約成本，實(shí)現(xiàn)的時(shí)間誤差較小，但程序設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。 方案二：采用時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘，時(shí)鐘芯片是一種高性能的時(shí)鐘芯片，可自動(dòng)對(duì)秒、分、時(shí)、日、周、月、年以及閏年補(bǔ)償?shù)哪赀M(jìn)行計(jì)數(shù)，而且精度非常高 ,且硬件電路連接較為簡(jiǎn)單，程序設(shè)計(jì)容易實(shí)現(xiàn)。 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)。因此，本設(shè)計(jì)就采用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)和計(jì)數(shù)器來提供時(shí)鐘信號(hào) 。 基于匯編語言的 51 單片機(jī)可調(diào)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì) 12 電路設(shè)計(jì) 最終方案 綜上各方案所述 ,對(duì)此次數(shù)字時(shí)鐘 設(shè)計(jì) 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(shí)計(jì)數(shù)器提供時(shí)鐘 信號(hào) 。 LED數(shù)碼管作為顯示電路 ,采用 74LS245 來驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn) 數(shù)字鐘 功能。 基于匯編語言的 51 單片機(jī)可調(diào)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì) 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(jì)首先要保證其走時(shí)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(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)器來完成走時(shí)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(shí)現(xiàn)報(bào)時(shí)；利用輸入端口外接各種開關(guān)來完成對(duì)走時(shí)及顯示的控制（如預(yù)置時(shí)間等）。在設(shè)計(jì)中需要用到許多技巧。以下 是 在學(xué)習(xí)單片機(jī)課程中總結(jié)的一些設(shè)計(jì)思想或方法 。 占空比概念在設(shè)計(jì)中的運(yùn)用 如圖所示的一串方波序列，導(dǎo)通時(shí)間同周期的比值即占空比。在用單片機(jī)控制對(duì)多個(gè)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(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。 [5]利用這個(gè)概念可 直觀地理解顯示延時(shí)的調(diào)節(jié)。 圖 41 時(shí)鐘脈沖序列 CPU的分時(shí)復(fù)用 單片機(jī)只有一個(gè) CPU，因此在一個(gè)時(shí)間內(nèi)只能執(zhí)行一條語句，要使單片機(jī)同時(shí)控制多個(gè)外部元件（比如揚(yáng)聲器和數(shù)碼管）就必須對(duì)單片機(jī)的 CPU 進(jìn)行分時(shí)復(fù)用，讓單片機(jī)在一小段時(shí)間內(nèi)連續(xù)交替執(zhí)行控制多個(gè)器件的語句 ，從表面上看，單片機(jī)便用一個(gè) CPU 控制了多個(gè) 元件。 單片機(jī)位尋址區(qū)的使用 單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器由 20H 到 2FH 共有 16 個(gè)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(gè)狀態(tài)（比如閃爍與正常顯示，報(bào)時(shí)與不報(bào)時(shí)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(duì)狀態(tài)進(jìn)行判斷的時(shí)候十分方便并且節(jié)約空間，一個(gè)字節(jié)便可以判斷八個(gè)狀態(tài)，而非位尋址區(qū)的地址記錄程序狀態(tài)時(shí)可能需要先進(jìn)行變換，增加了執(zhí)行成本且容易出錯(cuò)。 基于匯編語言的 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。此外在有多個(gè)模塊時(shí)，要注意模塊間的數(shù)據(jù)傳遞，比如累加器 A 和進(jìn)位標(biāo)志 C,在使用時(shí)要注意不能讓前一個(gè)模塊的數(shù)據(jù)對(duì)下一個(gè)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(shí)最好用固定的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，以避免沖突發(fā)生錯(cuò)誤。 實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘計(jì)時(shí)的基本方法 用 AT89C52 單片機(jī)的定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0 產(chǎn)生一秒的定時(shí)時(shí)間，作為秒計(jì)數(shù)時(shí)間，當(dāng)一秒產(chǎn)生時(shí)，秒計(jì)數(shù)加 1 開機(jī)時(shí)。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。只要通過設(shè)置特殊功能寄存器 TMOD，即可完成。定時(shí) /計(jì)數(shù)器何時(shí)工作也是通過TCON 特殊功能寄存器來設(shè)置的。 在此設(shè)計(jì)中，選擇 16 位定時(shí)工作方式。對(duì)于 T0 來說，系統(tǒng)時(shí)鐘為 12MHz，最大定時(shí)也只有 65536us，即 ，無法達(dá)到我們所需要的 1 秒的定時(shí)，因此，必須通過軟件來處理這個(gè)問題，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 20 次 的 50ms 的定時(shí)。對(duì)于這 20 次計(jì)數(shù)，就可以采用軟件的方法來統(tǒng)計(jì)了。 設(shè)定 TMOD＝ 00000001B，即 TMOD＝ 01H，設(shè)置定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 工作在方式1。 下面我們要給 T0 定時(shí) /計(jì)數(shù)器的 TH0， TL0 裝入預(yù)置初值，通過下面的公式可以計(jì)算出 ： TH0＝（ 216－ 50000） /256 TL0＝（ 216－ 50000） MOD 取摸 256 這樣，當(dāng)定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 計(jì)滿 50ms 時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)中斷，我們可以在中斷服務(wù)程序中，對(duì)中斷次數(shù)加以統(tǒng)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的邏輯功能。 基于匯編語言的 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。但要注意所需的驅(qū)動(dòng)電流比靜態(tài)驅(qū)動(dòng)時(shí)要大，因此要增加驅(qū)動(dòng)電路。可采用74LS244 或者晶體管；其中 74ls244 是用來驅(qū)動(dòng)段選碼，晶體管是驅(qū)動(dòng)位選碼 。 電子鐘的時(shí)鐘時(shí)間在六位數(shù)碼管上進(jìn)行顯示，因此，在內(nèi)部 RAM 中設(shè)置顯示緩沖區(qū)共 8 個(gè)單元。 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 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)間和啟用問題。 電子鐘的時(shí)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?jǐn)?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(shí)數(shù)據(jù)，每按 一次加 1 時(shí)。 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。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(jī)可調(diào)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì) 17 第五章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) AT89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)的最小系統(tǒng) 是由單片機(jī)， 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(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。 單片機(jī)的概念 單片機(jī)又稱單片微控制器 ， 是一類內(nèi)部集成了計(jì)算機(jī)核心技術(shù)的智能芯片，也就是把中央處理器 CPU、隨機(jī)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī) 。 它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)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(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原 理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇 。 提到單片機(jī)的應(yīng)用，有人這樣說：“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， 2022 年世界單片機(jī)產(chǎn)量高達(dá) 70 億，僅僅中國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