【文章內(nèi)容簡介】 D1 D0 Cy AC F0 RS1 RS0 OV — PCy：進位是標志。有借位或進位兩種，則Cy＝0,否則Cy＝1；在做布爾運算時，Cy充當布爾處理器[22]。AC：輔助進位標志位。F0：用戶標志位，用戶要決定程序的流向，可用軟件對F0置位“1”或清“0”實現(xiàn)。OV：溢出標志位，如果運算結(jié)果溢出，OV為“1”，其他為“0”。：未定義。P：奇偶校驗位，如果累加器A中“1”的總個數(shù)為單數(shù)時，P置“1”，其他P置“0”。RSRS0：為工作寄存區(qū)選擇位[11] [12]?！酒瑑?nèi)工作寄存器組】RSRS0與片內(nèi)工作寄存器組的對應關(guān)系【21個特殊功能寄存器SFR】控制器：指令寄存器IR和指令譯碼器。程序計數(shù)器：其中存放了CPU執(zhí)行下一條指令的地址。一個能夠?qū)ぶ?4KB 的16位寄存器 。堆棧指針SP：擁有子程序的調(diào)用和中斷處理功能?！緳C器復位后，SP←07H ，所以可以知道壓棧的第一個數(shù)據(jù)在08H單元中】。數(shù)據(jù)指針寄存器：具有16位的寄存器，同時可以當作兩個8位的寄存器DPH和DPL 。DPTR能夠?qū)ν獠縍AM做間接尋址，主要作為外部的數(shù)據(jù)指針[8]。MCS51是由包含PC在內(nèi)的一共有22個特殊功能的寄存器，每個除了有特定的名稱外，還擁有各自確定的地址，離散的分布于片內(nèi)RAM中，具體是在80H～FFH，共128個存儲單元中。特殊提醒的是在這128個儲存單元構(gòu)成的SFR塊中，那些未被占用的單元不能使用！【SER塊中具有位尋址功能寄存器的位地址】【存儲器】數(shù)據(jù)存儲器（即RAM）MCS51系列可分3部分，有128B內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器： LED顯示模塊研究表面有部分的半導體材料，注入到PN結(jié)構(gòu)中的少數(shù)載流子和多數(shù)載流子會產(chǎn)生復合，并以發(fā)光的形式釋放出能量，這樣就把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。當PN結(jié)加了反向電壓時，只有少數(shù)的載流子，數(shù)量太小難以注入，所以不會發(fā)光。發(fā)光二極管指運用注入式電從而導致發(fā)光的原理制作出來的二極管，通常又稱為LED，英文為Light Emitting Diodo[3] [5].LED數(shù)碼管實際上是由七個發(fā)光管一起構(gòu)成8字形，這樣加上小數(shù)點一起8個，如圖32所示，這些段我們標了字母a,b,c,d,e,f,g,dp，其中DP表示小數(shù)點。當數(shù)碼管特定的段上加了電壓后，加壓段就會發(fā)出光亮，從而顯示了不同的字樣。如果發(fā)光二極管的陰極全部連接在一起，再全部連接低電平的稱做共陰極數(shù)碼管，如圖33所示，發(fā)光二極管的陽極全部連接在一起，再全部連接到電源正極的稱做共陽極數(shù)碼管，如圖34所示。 數(shù)碼管 共陰極數(shù)碼管 共陽極數(shù)碼管各段碼位的對應關(guān)系，如表31所示： 碼位對應關(guān)系段碼位D7D6D5D4D3D2D1D0顯示段Dpgfedcba： LED顯示段碼字型共陽極段碼共陰極段碼字型共陽極斷碼共陰極段碼0C0 H3F H990 H6F H1F9 H06 HA88 H77 H2A4 H5B HB83 H7C H3B0 H4F HCC6 H39 H499 H66 HDA1 H5E H592H6D HE86 H79 H682 H7D HF84 H71 H7F8 H07 H空白FF H00 H880 H7F HP8C H73 H 根據(jù)我們所采用的AT89C2051單片機的特點，我們選用了共陽極數(shù)碼管。~~p相連，高電平的位相應的LED數(shù)碼管發(fā)亮，低電平的位相應的LED數(shù)碼管的段不亮，由此實現(xiàn)當P0口輸出不一樣的段碼，就能夠控制數(shù)碼管顯示出我們需要的不同字符。LED數(shù)碼管能夠正常顯示需要用到驅(qū)動電路，驅(qū)動電路可以驅(qū)動數(shù)碼管的段碼，達到顯示的效果，驅(qū)動LED數(shù)碼管方式有兩類分別為靜態(tài)式及動態(tài)式。1)靜態(tài)顯示驅(qū)動靜態(tài)驅(qū)動又稱直流驅(qū)動。數(shù)碼管的段碼每一個都經(jīng)由一個單片機的I/O端口來做驅(qū)動，或者利用如BCD碼通過二十進制譯碼器來譯碼達到驅(qū)動的為靜態(tài)驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動有顯示的亮度高、編程方便簡單的優(yōu)點，缺點則是占用I/O端口較多，實際應用時還需要添加譯碼驅(qū)動器實現(xiàn)驅(qū)動，麻煩使得硬件電路更加復雜。2）動態(tài)顯示驅(qū)動LED數(shù)碼管比較多運用的顯示方式是動態(tài)顯示，動態(tài)驅(qū)動是指把全部數(shù)碼管，一共8個顯示筆劃“a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端連接在一起，這樣只要控制公共極COM的位選通就可以控制電路中的每個數(shù)碼管，就是能夠選定想點亮的特定的數(shù)碼管，I/O線控制各自獨立的位選通。此時如果單片機輸出了字形碼，那么其他的數(shù)碼管都接收到一樣的字形碼，打開需要顯示的數(shù)碼管的選通控制，該位就會顯示出字形，而沒有選通的數(shù)碼管就不會顯示。分時按順序的控制每個數(shù)碼管的COM端，那么數(shù)碼管就會按控制結(jié)果按順序的顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。發(fā)光二極管具有余輝效應而人的視覺會暫留，利用這些知識在各位數(shù)碼管并非同時點亮的情況下，滿足掃描的速度足夠快，一般需要掃描頻率比人眼能分辨出的最大頻率50Hz大時，那么給人的感覺等同于一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)在顯示，不用擔心看到的是閃爍的數(shù)據(jù)，這時動態(tài)顯示效果和靜態(tài)顯示的效果是相同的，采用動態(tài)顯示的優(yōu)點是可以節(jié)省下大量的I/O端口，并且功耗更加低[3]。 多功能數(shù)字電子鐘技術(shù)路線、流程圖多功能數(shù)字電子鐘鐘 鬧鈴按鍵模塊定時時間顯示校時 結(jié)構(gòu)功能圖NYYN系統(tǒng)初始化開外部中斷有無按鍵按下?讀定時器獲取時間信息LED數(shù)碼管顯示當前時間T=T?繼續(xù)按鍵處理子程序開始鬧鈴處理子程序 數(shù)字時鐘流程圖時鐘的功能：上電后會顯示出10：10：00 ，寄意十全十美。校時的功能：點按一下S1，那么當前時間和冒號轉(zhuǎn)變成閃爍狀態(tài)，點按下S2則小時位會累加1，點按S3則分鐘位會累加1，其中秒時不能調(diào)。鬧鐘的功能：點擊二下S1，顯示狀態(tài)轉(zhuǎn)變成22：10：00，冒號顯示長亮狀態(tài)。點按S2則小時位累加1，點按S3則分鐘位累加1，秒時不可調(diào)。如果按擊小時位次數(shù)超過23次則會顯示為：：，此時已經(jīng)關(guān)閉了鬧鐘功能。鬧鈴聲為蜂鳴器長鳴3秒鐘。倒計時的功能：點按三下S1，顯示狀態(tài)轉(zhuǎn)變成0，冒號變成了長滅狀態(tài)。此時按擊S2會從低位陸續(xù)顯示到高位，點擊S3則相應位累加1，當S2點擊了6次時就會在剛才所設定的時間開始倒計時，再次點擊S2就再次進入到了調(diào)整功能，并且停止倒計時。秒表的功能：點擊四次S1，顯示狀態(tài)轉(zhuǎn)變成00：00：00，冒號變成長亮。點擊S2會開始進行秒表計時，再次點擊S2就會停止計時，此時點擊S3則秒表清零。計數(shù)器的功能：當點擊五次S1，顯示狀態(tài)轉(zhuǎn)變成00：00：00，冒號顯示長滅狀態(tài)，點擊S2則計數(shù)器累加1，點擊S3則計數(shù)器進行清零。 本章小結(jié)本章主要是關(guān)于AT89C2051單片機的模塊介紹，包括引腳電器性能、內(nèi)部單元、片內(nèi)工作寄存器組、存儲器等；LED顯示模塊是關(guān)于LED數(shù)碼管的原理和LED數(shù)碼管驅(qū)動方式 ；多功能數(shù)字電子鐘技術(shù)路線等。4硬件電路設計經(jīng)過對多功能電子鐘的系統(tǒng)原理圖的詳細分析，和模塊功能的具體實現(xiàn)，對每一個模塊的電路進行以下具體的搭建[5]。 復位電路51單片機的復位需要通過外部的復位電路來實現(xiàn)[1]。經(jīng)過一個斯密特觸發(fā)器可以把復位電路和復位引腳RST相連，其中這個斯密特觸發(fā)器能夠抑制噪聲。上電復位：比較簡單的復位電路。只需接一個電容把RST復位引腳連接到VCC，再接一個電阻連接到地就搞定了。上電復位是指給系統(tǒng)上電的時候，復位電路通過電容會給RST復位引腳一個短暫的高電平信號，電容充電時間影響RST引腳復位的高電平能夠維持的時間，復位信號伴隨VCC對電容的充電過程而變化。只有RST引腳的高電平信號維持足夠長的時間，才能保證系統(tǒng)安全可靠的復位[5]。電路圖如下：上電自動復位可以通過外部復位電路中的電容充電實現(xiàn)。其中Vcc的上升時間不會超過1ms，那么就能夠?qū)崿F(xiàn)需要的自動上電復位。 按鍵電路按鍵的開關(guān)可以通過電路高、低電平的變化來控制。按鍵如果閉合那么在相應的I/O端口就會形成一個對應的負脈沖。由于機械抖動，閉合和釋放過程，需要一定的方法來達到一個穩(wěn)定的狀態(tài)，這里我們把介于高、低電平之間的不穩(wěn)定狀態(tài)，我們稱作抖動。抖動持續(xù)時間多久由開關(guān)特有的機械特性決定，一般常見的為510ms。所以一般需要采取延時或者其他措施消除抖動，杜絕CPU屢次處理按鍵的同一次閉合。本次畢業(yè)設計選用了獨立式按鍵，用I/O口線直接構(gòu)成了單個按鍵電路，每一個按鍵分別占用了一條I/O口線，每一個按鍵的工作情況互不影響。電路圖如圖42所示：，則表示有鍵按下，進行相應操作 ；當變?yōu)榈碗娖綍r，則停止，則表示有鍵按下，進行相應操作；當變?yōu)榈碗娖綍r，則停止，則表示有鍵按下，進行相應操作；當變?yōu)榈碗娖綍r，則停止 時鐘電路如果單片機跟人一樣有心臟的話，那就是時鐘，因為單片機中的各個功能部件的運行都需要以時鐘頻率作為基準，隨著時鐘頻率井然有序的工作。時鐘頻率的大小直接影響著單片機的速度，而時鐘電路的質(zhì)量則決定了單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。比較常用的時鐘電路有兩種，分別為內(nèi)部時鐘和外部時鐘兩種方式。本次畢業(yè)設計采用的是內(nèi)部時鐘方式。電路圖如圖43所示：圖43時鐘電路51單片機在內(nèi)部有一個高增益反相放大器的裝置，它可以構(gòu)成振蕩器，這個高增益反相放大器有輸入和輸出兩個端口，其中輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端則是引腳XTAL2。這兩個引腳如果把微調(diào)石英晶體振蕩器和電容跨接，就組成了一個自激振蕩器[5]。 顯示控制電路我們采用的是LED共陽極顯示屏，當我們給相應的數(shù)碼管高電平時，相應的數(shù)碼管就會發(fā)亮。通過總線連接數(shù)碼管的數(shù)字輸入端，借助單片機進行相應的數(shù)位控制，還有循環(huán)掃描控制，根據(jù)人眼的視覺暫留原理，達到給人視覺數(shù)位數(shù)碼管是同時顯示的效果。： 顯示控制電路 數(shù)碼管顯示電路數(shù)碼管顯示器具有能夠靈活配置，成本低，能方便簡單的與單片機接口相連，所以廣泛運用在單片機應用系統(tǒng)中[5]。數(shù)碼管的工作原理：數(shù)碼管是由八個發(fā)光二極管組成的顯示器件。本文采用的八個數(shù)碼管均為共陽極的。當發(fā)光二極管被導通時，就發(fā)出光亮。每一個二極管相當于一個筆劃，若干個二極管同時發(fā)出光亮時，就組成了一個想要顯示的字符。把數(shù)碼管的ag與單片機的I/O口控制的相應芯片連接，此時加高電平的位相應的發(fā)光二極管開始發(fā)光，這樣I/O口就實現(xiàn)輸出了不同的代碼，達到控制了數(shù)碼管顯示不一樣的字符。本畢業(yè)設計的八個數(shù)碼管都采用了動態(tài)顯示方式來顯示時間。 電源電路設計電源電路包括橋式整流器、變壓器、穩(wěn)壓器和電容。通過變壓器變壓可以使220V電壓變?yōu)槲覀冃枰? V，在利用橋式整流[3]，穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓作用，電容的濾波作用，達到輸出穩(wěn)定的5V電壓。在本畢業(yè)設計中，用電池代替。 電源電路 綜合電路的實現(xiàn)鑒于對每個模塊電路的設計和分析，結(jié)合了我們最終想要完成的電子鐘需要實現(xiàn)的顯示功能和滿足基本的調(diào)時功能、倒計時功能[7]。我們設計出如下的綜合電路，： 電子鐘電路原理圖 本章小結(jié)本章介紹的是本次畢業(yè)設計的硬件結(jié)構(gòu)，單片機的相關(guān)I/O口輸入輸出，以及如何實現(xiàn)相應的控制功能，還介紹了單片機的時鐘電路和復位電路等。505系統(tǒng)軟件的設計基于以單片機AT89C2051作為核心的控制下，實現(xiàn)顯示秒、分、時、鬧鐘、倒計時功能，本設計系統(tǒng)主要有兩大模塊，它們分別是主程序和中斷程序。我們通過2051單片機的基本的C語言進行其邏輯編程，使其達到我們需要的功能。 調(diào)時功能本設計有三個按鍵，，系統(tǒng)就進入調(diào)整的狀態(tài)；，系統(tǒng)則進入相應的操作；，系統(tǒng)則進入相應操作。~，即對應的端口是低電平時，系統(tǒng)則會進行正常情況下的時鐘顯示?？紤]在按鍵的過程中，按鍵會發(fā)生抖動，造成有時誤判斷，從而進入到錯誤的操作功能狀態(tài)，我們添加了去抖[5]，： 顯示功能本次畢業(yè)設計需要顯示的數(shù)字不是很多，所以本系統(tǒng)選用了數(shù)碼管進行顯示。本次設計系統(tǒng)的時分秒的顯示部件由一共三只共陽極的LED數(shù)碼管[5]組成，為了保護各段LED仿真免于損壞，我們在系統(tǒng)中添加了限流電阻。時的顯示由前兩位負責，分鐘的顯示由第三和第四位負責，秒的顯示則由第五和第六位完成。 程序設計本章通過對實現(xiàn)時分秒功能的具體的程序設計，保證順利完成準確的時分秒顯示，及調(diào)時功能。經(jīng)過多次調(diào)試修改，最后順利完成，相應程序請參看附錄。 本章小結(jié)本章主要是對系統(tǒng)軟件的設計，實現(xiàn)了調(diào)時功能和顯示功能，調(diào)試修改得到能夠滿足要求的程序。6電路仿真 Proteus軟件簡介Protues軟件是一款廣泛運用的EDA工具軟件由英國的公司Labcenter electronics出版。它不僅擁有常見的同類的EDA工具軟件一樣的仿真功能，還可以仿真單片機以及一些外圍器件。它是目前使用最多最好的仿真單片機和仿真外圍器件的工具。Proteus不論是從布置原理圖、調(diào)試代碼還是單片機同外圍電路的協(xié)同仿真，都可以一鍵實現(xiàn)切換到PCB設計，達到了真正的概念與產(chǎn)品的無縫設計。是當今世界上唯一能夠把PCB的設計軟件、電路的仿真軟件與虛擬模型的仿真軟件完美統(tǒng)一的設計平臺，其處理器模型支持805PIC、AVR、ARM