【文章內(nèi)容簡介】 方案二： 相比液晶顯示， 8 段數(shù)碼管雖然操作比液晶顯示略顯繁瑣，但可視范圍十分寬，而且經(jīng)濟實惠，也不需要復雜的驅(qū)動程序。所以最后選擇 LED 數(shù)碼管顯示方案。使用傳統(tǒng)的 LED 數(shù)碼管顯示。 數(shù)碼管具有：低能耗、低損耗、低壓、壽命長、耐老化、防曬、防潮、防火、防高（低）溫，對外界環(huán)境要求低，易于維護，同時其精度比較高，稱重輕，精確可靠，操作簡單。 方案 三 ： 采用 LED 數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示，價格低廉，不僅減少了對 I/O 口的浪費，而且能夠同 時驅(qū)動多個數(shù)碼管。其驅(qū)動程序容易編寫和理解。 經(jīng)過 三 種方案的比較，排除了前 二 種方案之后，最后選擇方案 三 ： LED 數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示。 控制按鍵的選擇 方案一 : 選取陣列式按鍵 ,減少了 I/O 口的使用 ,且掃描 M N個按鍵只需占用 M+N 個 I/O 口即可實現(xiàn)，但給編程帶來了一定的困難，雖然節(jié)省了很多的口線，降低了成本，但在此設計中所用的按鍵要盡量少，因此排除此方案。 東華理工大學長江學校畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)方案選擇和論證 4 方案二 : 獨立式按鍵 ,每個按鍵實現(xiàn)一個功能 ,易于控制且編寫程序簡單 ,容易理解，雖然會占用一定的單片機 I/O 口資源 ,但是題目中要求使用的按鍵要盡 量少。 通過以上兩種方案比較，采用方案二。 系統(tǒng)各模塊的最終方案 經(jīng)過方案論證與比較，本設計主要由單片機電路來實現(xiàn)，選擇 AT89C51 作為主控，采用獨立式按鍵控制， LED 數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示。 總體方案介紹 按照系統(tǒng)設計功能的要求，初步確定系統(tǒng)由主控模塊、時控模塊、 顯示 模塊和鍵盤接口模塊共 4 個模塊組成， 其中 用 AT89C52 作為系統(tǒng)的主控模塊，時鐘電路用時鐘芯片DS130顯示模塊用 LED數(shù)碼管。 電路系統(tǒng)構成框圖如圖所示。 智能電腦鐘 系統(tǒng)構成框圖 主 控 模 塊 按鍵模塊 電源模塊 顯示模塊 鬧鈴模塊 計時模塊 定時模塊 DS1302 時鐘模塊 AT89C51 主控制器 鍵盤掃描電路 數(shù)碼顯示電路 東華理工大學長江學校畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)方案選擇和論證 5 圖 1 總體設計框圖 設計原理 整個流程過程主要有顯示部分，定時部分，計時部分三大部分，電源用 +5V， AT89C51主控制器。利用 89C51 片內(nèi)定時器 0 定時發(fā)出中斷，進行秒、分、時計時，并把計時時間送至顯示器；利用定時器 1，定時 1毫秒發(fā)出中斷，進行毫秒、秒、分計時。電腦鐘測試 I/O 上相應位的輸入信號，決定計時的啟、停。 東華理工大學長江學校畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)硬件設計 5 2. 系統(tǒng)硬件設計 （少了鍵盤功能介紹） 系統(tǒng)硬件概述 本系統(tǒng)的主要功能包括報時功能、定時功能和跑表功能。 具體來講，報時是指按設定的時間表，到點時發(fā)出 一個報時控制信號，去操作某一個裝置，經(jīng)過一段時間后，自動撤銷報時控制信號，報結束。可以按照固定的時間表進行報時，也可以按照隨機存放的時間表報時 [1]。這種隨機的時間表可由用戶通過鍵盤輸入到 89C51 片內(nèi) RAM中。 定時功能與報時功能不同，定時控制信號是按照時間表交替起作用的。時間表上的某一個設定時間到，則系統(tǒng)發(fā)出一控制信號，去接通（斷開）某一設備；下一個設定的時間到，則系統(tǒng)再次發(fā)出控制信號，去斷開（接通）上述設備。 本系統(tǒng)的跑表功能是通過操作相應的按鍵，實現(xiàn)清零、啟動計時和停止計時，同時顯示累計時間。計時分 辨率達 1 毫秒。 主控制電路 主控制部分采用 AT89C51 為控制芯片。其每個端口的功能分別如下： 本次 設計 輸入都采用檢測 P1 口的引腳電位的變化來實現(xiàn)的，其每個引腳的功能分別如下： (S1)：調(diào)整按鈕，用來調(diào)整時間的。每按下一次，可改變調(diào)整時間的位選，循環(huán)一周后回到顯示時間界面。 ：加按鈕，在調(diào)整時間或在設置定時過程中向上調(diào)整。在秒表過程中，用來啟動秒表。 ：減按鈕，在調(diào)整時間或在設置定時過程中向下調(diào)整。在秒表過程中，用來停止秒表。 ：顯示日期按鈕，當按下后顯示當前日期， 彈起回到顯示時間界面。 ：定時按鈕，按下后跳到調(diào)節(jié)定時時間界面，每按下一次，可改變定時時間的位選，循環(huán)一周后回到顯示時間界面。 ：顯示秒表按鈕。當按下后跳到顯示秒表界面，當秒表停下后，再次按下此按鈕回到顯示時間界面。 本次 設計 采用 P0口作為顯示數(shù)據(jù)的輸出口， P0口輸出 8位的顯示數(shù)據(jù)送給 74LS245進行功率放大后，再送給數(shù)碼管顯示。 P2 口位位選口，同一時間只能一位位低電平，對應的該位顯示輸出。每位輪流顯示輸出，在高速輪流反復顯示下，根據(jù)視角暫留，就可以看到連續(xù)的顯示。 和 分別 作為整點報時和定時時間到報警的鬧鈴驅(qū)動端 [7]。 東華理工大學長江學校畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)硬件設計 6 主要元件單片機 AT89C51 本設計主要運用的是單片機 AT89C51 作為核心原件以及外圍電路構成，由于采用單片機，使得外圍電路結構非常的簡單，但功能并不比一般的時鐘少。 89C51 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，俗稱單片機。 89C51 是一種帶 2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 100 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 89C51 是一種高效微控制器， 89C51是它的一種精簡版本。 89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 AT89C51 芯片引腳圖 圖 2 At89c51芯片引腳圖 AT89C51 主要特性 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間： 10 年 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 三級程序存儲 器鎖定 東華理工大學長江學校畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)硬件設計 7 128*8 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 5 個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 AT89C51 管腳說明 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當P1 口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口 ，當 FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O口， P1口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O口， P2口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL 門電流，當 P2 口被寫 “1” 時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2口輸出地址的高八位。在給出地址 “1” 時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2口在FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口： P3口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL門電流。當 P3口寫入 “1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電 流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） 東華理工大學長江學校畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)硬件設計 8 /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制 信號。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE脈沖。如想禁止 ALE的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當 /EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當 /EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加12V 編程電源（ 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。 AT89C51 振蕩器特性 XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件， XTAL2應不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 AT89C51 芯片擦除 整個 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫 “1” 且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外， AT89C51 設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下， CPU停止工作。但 RAM，定時器，計數(shù)器，東華理工大學長江學校畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)硬件設計 9 串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。 AT89C51 結構特點 8 位 CPU； 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路； 32 根 I/O 線； 外部存貯器尋址范圍 ROM、 RAM64K； 2 個 16 位的定時器 /計數(shù)器； 5 個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級； 全雙工串行口； 布爾處理器； 顯示電路 電 腦 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 顯示部分采用兩片 4位七段數(shù)碼管 [8]，共顯示 8位。在顯示時間時，時、分、秒分別占兩位，他們中間用“ — ”隔開。顯示