【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(jì)實(shí)惠，也不需要復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)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(duì)外界環(huán)境要求低，易于維護(hù)，同時(shí)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(dòng)態(tài)掃描顯示，價(jià)格低廉，不僅減少了對(duì) I/O 口的浪費(fèi)，而且能夠同 時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)數(shù)碼管。其驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(gè)按鍵只需占用 M+N 個(gè) I/O 口即可實(shí)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(shè)計(jì)中所用的按鍵要盡量少，因此排除此方案。 東華理工大學(xué)長江學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)方案選擇和論證 4 方案二 : 獨(dú)立式按鍵 ,每個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能 ,易于控制且編寫程序簡單 ,容易理解，雖然會(huì)占用一定的單片機(jī) 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(shè)計(jì)主要由單片機(jī)電路來實(shí)現(xiàn)，選擇 AT89C51 作為主控，采用獨(dú)立式按鍵控制， LED 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示。 總體方案介紹 按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，初步確定系統(tǒng)由主控模塊、時(shí)控模塊、 顯示 模塊和鍵盤接口模塊共 4 個(gè)模塊組成， 其中 用 AT89C52 作為系統(tǒng)的主控模塊，時(shí)鐘電路用時(shí)鐘芯片DS130顯示模塊用 LED數(shù)碼管。 電路系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖所示。 智能電腦鐘 系統(tǒng)構(gòu)成框圖 主 控 模 塊 按鍵模塊 電源模塊 顯示模塊 鬧鈴模塊 計(jì)時(shí)模塊 定時(shí)模塊 DS1302 時(shí)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(xué)長江學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)方案選擇和論證 5 圖 1 總體設(shè)計(jì)框圖 設(shè)計(jì)原理 整個(gè)流程過程主要有顯示部分，定時(shí)部分，計(jì)時(shí)部分三大部分，電源用 +5V， AT89C51主控制器。利用 89C51 片內(nèi)定時(shí)器 0 定時(shí)發(fā)出中斷，進(jìn)行秒、分、時(shí)計(jì)時(shí)，并把計(jì)時(shí)時(shí)間送至顯示器；利用定時(shí)器 1，定時(shí) 1毫秒發(fā)出中斷，進(jìn)行毫秒、秒、分計(jì)時(shí)。電腦鐘測試 I/O 上相應(yīng)位的輸入信號(hào)，決定計(jì)時(shí)的啟、停。 東華理工大學(xué)長江學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 5 2. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) （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(bào)時(shí)功能、定時(shí)功能和跑表功能。 具體來講，報(bào)時(shí)是指按設(shè)定的時(shí)間表，到點(diǎn)時(shí)發(fā)出 一個(gè)報(bào)時(shí)控制信號(hào)，去操作某一個(gè)裝置，經(jīng)過一段時(shí)間后，自動(dòng)撤銷報(bào)時(shí)控制信號(hào)，報(bào)結(jié)束?？梢园凑展潭ǖ臅r(shí)間表進(jìn)行報(bào)時(shí)，也可以按照隨機(jī)存放的時(shí)間表報(bào)時(shí) [1]。這種隨機(jī)的時(shí)間表可由用戶通過鍵盤輸入到 89C51 片內(nèi) RAM中。 定時(shí)功能與報(bào)時(shí)功能不同，定時(shí)控制信號(hào)是按照時(shí)間表交替起作用的。時(shí)間表上的某一個(gè)設(shè)定時(shí)間到，則系統(tǒng)發(fā)出一控制信號(hào)，去接通（斷開）某一設(shè)備；下一個(gè)設(shè)定的時(shí)間到，則系統(tǒng)再次發(fā)出控制信號(hào)，去斷開（接通）上述設(shè)備。 本系統(tǒng)的跑表功能是通過操作相應(yīng)的按鍵，實(shí)現(xiàn)清零、啟動(dòng)計(jì)時(shí)和停止計(jì)時(shí)，同時(shí)顯示累計(jì)時(shí)間。計(jì)時(shí)分 辨率達(dá) 1 毫秒。 主控制電路 主控制部分采用 AT89C51 為控制芯片。其每個(gè)端口的功能分別如下： 本次 設(shè)計(jì) 輸入都采用檢測 P1 口的引腳電位的變化來實(shí)現(xiàn)的，其每個(gè)引腳的功能分別如下： (S1)：調(diào)整按鈕，用來調(diào)整時(shí)間的。每按下一次，可改變調(diào)整時(shí)間的位選，循環(huán)一周后回到顯示時(shí)間界面。 ：加按鈕，在調(diào)整時(shí)間或在設(shè)置定時(shí)過程中向上調(diào)整。在秒表過程中，用來啟動(dòng)秒表。 ：減按鈕，在調(diào)整時(shí)間或在設(shè)置定時(shí)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(dāng)按下后顯示當(dāng)前日期， 彈起回到顯示時(shí)間界面。 ：定時(shí)按鈕，按下后跳到調(diào)節(jié)定時(shí)時(shí)間界面，每按下一次，可改變定時(shí)時(shí)間的位選，循環(huán)一周后回到顯示時(shí)間界面。 ：顯示秒表按鈕。當(dāng)按下后跳到顯示秒表界面，當(dāng)秒表停下后，再次按下此按鈕回到顯示時(shí)間界面。 本次 設(shè)計(jì) 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(jìn)行功率放大后，再送給數(shù)碼管顯示。 P2 口位位選口，同一時(shí)間只能一位位低電平，對(duì)應(yīng)的該位顯示輸出。每位輪流顯示輸出，在高速輪流反復(fù)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(diǎn)報(bào)時(shí)和定時(shí)時(shí)間到報(bào)警的鬧鈴驅(qū)動(dòng)端 [7]。 東華理工大學(xué)長江學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 6 主要元件單片機(jī) AT89C51 本設(shè)計(jì)主要運(yùn)用的是單片機(jī) AT89C51 作為核心原件以及外圍電路構(gòu)成，由于采用單片機(jī)，使得外圍電路結(jié)構(gòu)非常的簡單，但功能并不比一般的時(shí)鐘少。 89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。 89C51 是一種帶 2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)器組合在單個(gè)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(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)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(chǔ)器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 三級(jí)程序存儲(chǔ) 器鎖定 東華理工大學(xué)長江學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 7 128*8 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 5 個(gè)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(shí)鐘電路 AT89C51 管腳說明 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng)P1 口的管腳第一次寫 1時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口 ，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1口是一個(gè)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(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2口為一個(gè)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(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1” 時(shí)，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(shí)， 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(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2口輸出地址的高八位。在給出地址 “1” 時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， 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(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL門電流。當(dāng) 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(xué)長江學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 8 /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制 信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)， ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE脈沖。如想禁止 ALE的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， 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(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)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(shí)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(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)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(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)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(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外， AT89C51 設(shè)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(shí)器，計(jì)數(shù)器，東華理工大學(xué)長江學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 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(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 AT89C51 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 8 位 CPU； 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路； 32 根 I/O 線； 外部存貯器尋址范圍 ROM、 RAM64K； 2 個(gè) 16 位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器； 5 個(gè)中斷源，兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)； 全雙工串行口； 布爾處理器； 顯示電路 電 腦 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 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(shí)間時(shí)，時(shí)、分、秒分別占兩位，他們中間用“ — ”隔開。顯示