【正文】 ，帶液晶顯示的音 /視頻產(chǎn)品控制器，一般家用電器的控制及遙控器，電子玩具，鐘表，計算器，多功能電話等。在這以后， 8 位單片機紛紛面市。隨著集成電路工藝水平的提高，一些高性能的 8 位單片機相繼問世。這類單片機的尋址能力達 64KB，片內(nèi) ROM 容量達 48KB，片內(nèi)除帶有并行 I\O電子時鐘的設計 口外，還有串行 I\O 口，甚至還有 A\D 轉化器功能。 16 位單片機 1983 年以后，集成電路的集成度可達幾十萬只管 /片，各系列 16 位單片機紛紛面市。16位單片機主要用于工業(yè)控制，智能儀器儀表，便攜式設備等場合。 32 位單片機是單片機的發(fā)展趨勢，隨著技術的發(fā)展及開發(fā)成本和產(chǎn)品價格的下降，將會與 8位單片機并駕齊驅。 單片機的 特點 ○ 1 單片機的存儲器 ROM 和 RAM 時嚴格區(qū)分的。 RAM 則為數(shù)據(jù)存儲器，用作工作區(qū)及存放用戶數(shù)據(jù)。為滿足控制需要，單片機有更強的邏輯控制能電子時鐘的設計 力， 特別是單片機具有很強的位處理能力。由于單片機芯片上引腳數(shù)目有限，為了解決實際引腳數(shù)和需要的信號線的矛盾，采用了引腳功能復用的方法，引腳處于何種功能，可由指令來設置或由機器狀態(tài)來區(qū)分。在內(nèi)部的各種功能部件不能滿足應用的需求時，均可在外部進行擴展，與許多通用的微機接口芯片 兼容，給應用系統(tǒng)設計帶來了很大的方便。根據(jù)需要，可利用兩種方案實現(xiàn)。該芯片內(nèi)部采用石英晶體振蕩器，其芯片精度不大于 10ms/年，且具有完備的時鐘鬧鐘功能，因此，可直接對其以用于顯示或設置，使得軟件編程相對簡單。當電網(wǎng)電壓不足或突然掉電時，系 統(tǒng)自動轉換到內(nèi)部鋰電池供電系統(tǒng)。 方案二：本方案完全用軟件實現(xiàn)數(shù)字時鐘。利用定時器與軟件結合實現(xiàn) 1秒定時中斷，每產(chǎn)生一次中斷，存儲器內(nèi)相應的秒值加 1；若秒值達到 60，則將其清零，并將相應的分字節(jié)值加 1；若分值達到 60，則清零分字節(jié)，并將時字節(jié)值加 1；若時值達到 24，則將十字節(jié)清零。但由于每次執(zhí)行程序時，定時器都要重新賦初值，所 以該時鐘精度不高。 基于硬件電路的考慮，本設計采用方案二完成數(shù)字時鐘的功能。所謂靜態(tài)顯示，就是當顯示器顯示某一字符時，相應的發(fā)光二極管恒定的導通或截止。靜態(tài)顯示時較小的電流能獲得較高的亮度，且字符不閃爍。 方案二：動態(tài)顯示。利用人的視覺暫留功能可以看到整個顯示，但必須保證掃描速度足夠快，字符才不閃爍。調(diào)整參數(shù)可以實現(xiàn)較高穩(wěn)定度的顯示。 從節(jié)省 I/O 口和降低能耗出發(fā)，本設計采用方案二。該方案節(jié)省硬件成本，且能 使讀者在定時 /計數(shù)器的使用、中斷及程序設計方面得到鍛煉與提高，對單片機的指令系統(tǒng)能有更深入的了解，從而對學好單片機技術這門課程起到一定的作用。 AT89S51 是一種低功耗，高性能的 CMOS 8 位微型計算機。簡易電子鐘的功能不復雜，采用其現(xiàn)有的 I/O 便可完成，所以本設計中采用此的設計方案。結合本設計實驗來說，要求顯示的時間為時，分，秒，并且都用兩位數(shù)碼管來實現(xiàn)顯示。本程序設計中，在主程序之外，可以設置時間值處理子程序，時間值顯示前的處理子程序，按鍵情況掃描子程序， 1S定時中斷子程序以及 5ms 延時消除按鍵抖動子程序等多個小型的子程序。用 28H， 2AH,2BH 和 2CH 地址單元分別作為顯示電子時鐘的設計 位數(shù)的掃描指針值寄存器，時寄存器，分寄存器和秒寄存器，再用 20H 地址單元作為顯示寄存器 圖 51 系統(tǒng)框圖 模塊設計 芯片分析 AT89S51 芯片 選用的 AT89S51 與同系列的 AT89C51 在功能上有明顯的提高，最突出是的可以實現(xiàn)在線的編程。其 主要功能列舉如下 ： 8 位單片機 晶片內(nèi)部具有時鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 33MHz） 內(nèi)部程式存儲器（ ROM）為 4KB 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）為 128B 外部程序存儲器可擴充至 64KB 外部數(shù)據(jù)存儲器可擴充至 64KB 32 條雙向輸入輸出線，且每條均可以單獨做 I/O 的控制 5 個中斷向量源 2 組獨立的 16 位定時器 1 個全雙工串行通信端口 1 8751 及 8752 單芯片具有數(shù)據(jù)保密的功能 1單芯片提供位邏輯運算指令 單 片 機 晶振 譯碼器 數(shù)碼管顯示 時間 調(diào)整 按鈕 電子時鐘的設計 AT89S51 各引腳功能介紹： VCC： ATAT89S51 電源正端輸入，接 +5V。 XTAL1：單芯片系統(tǒng)時鐘的反向放大器輸入端。 RESET： AT89S51 的重置引腳，高電平動作，當要對晶片重置時，只要對此引腳電平提升至高電平并保持兩個機器周期以上的時間， AT89S51 便能完成系統(tǒng)重置的各項動作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器之內(nèi)容均被設成已知狀態(tài)，并且至地址 0000H 處開始讀入程序代碼而執(zhí)行程序。因此 在 8031 及 8032 中， EA 引腳必須接低電平，因為其內(nèi)部無程序存儲器空間。此外，在將程序代碼燒錄至 8751 內(nèi)部 EPROM 時，可以利用此引腳來輸入 21V 的燒錄高壓（ Vpp）。 ATAT89S51 可以利用這支引腳來觸發(fā)外部的 8位鎖存器（如 74LS373），將端口 0的地址總線（ A0～ A7）鎖進鎖存器中，因為 ATAT89S51 是以多工的方式送出地址及數(shù)據(jù) 。此外在燒錄 8751 程序代碼時，此引腳會被當成程序規(guī)劃的特殊功能來使用。 ATAT89S51 可以利用 PSEN 及 RD 引腳分別啟用存在外部的 RAM 與 EPROM，使得數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器可以合并在一起而共 用 64K 的定址范圍。其他三個 I/O 端口（ P P P3）則不具有此電路組態(tài)，而是內(nèi)部有一提升電路， P0 在當作 I/O用時可以推動 8個 LS的 TTL 負載。設計者必須外加一個鎖存器將端口 0送出的地址鎖住成為 A0～ A7，再配合端口 2所送出的 A8～ A15 合成一組完整的 16位地址總線，而定位地址到 64K 的外部存儲器空間。 P2 除了當作一般 I/O 端口使用外，若是在 ATAT89S51 擴充外接程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，也提供地址總線的高字節(jié) A8～ A15，這個時候 P2 便不能當作 I/O 來使用了。如果是使用 8052 或是 8032 的話， 又當作定時器 2 的外部脈沖輸入腳，而 可以有 T2EX 功能，可以做外部中斷輸入的觸發(fā)引腳。 其引腳分配如下： ： RXD，串行 通信輸入。 ： INT0，外部中斷 0 輸入。 ： T0，計時計數(shù)器 0 輸入。 ： WR：外部數(shù)據(jù)存儲器的寫入信號。 74LS47 芯片說明 74LS47 是 BCD7段數(shù)碼管譯碼器 /驅動器， 74LS47 的功能用于將 BCD 碼轉化成數(shù)碼塊中的數(shù)字 ,通過它解碼， 可以直接把數(shù)字轉換為數(shù)碼管的顯示數(shù)字， 從而簡化了程 序 。它將編碼時賦予代碼的含義 “ 翻譯 ” 過來。譯碼器輸出與輸入代碼有唯一的對應關系。 輸 入 輸 出 顯示數(shù)字符號 LT RBI A3 A2 A1 A0 BI RBO a b c d e f g 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 X 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 X 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 2 1 X 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 3 1 X 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 4 1 X 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 5 1 X 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 6 1 X 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 7 1 X 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 8 1 X 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 9 X X X X X X 0 1 1 1 1 1 1 1 熄滅 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 熄滅 0 X X X X X 1 0 0 0 0 0 0 0 8 74LS138 芯片說明 74HC138:74LS138 為 3 線－ 8 線譯碼器，共有 54/74S138和 54/74LS138 兩種線路結構型式，其74LS138工作原理如下： 當一個選通端（ G1）為高電平，另兩個選通端（ /(G2A)和/(G2B)）為 低電平時，可將地址端（ A、 B、 C）的二進制編碼在一個對應的 輸出端以低 電平譯出。 若將選通端中的一個作為數(shù)據(jù)輸入端時， 74LS138還可作數(shù)據(jù)分配器 74LS138 與 74HC 的引腳圖 用與非門組成的 3線 8線譯碼器 74LS138 無論從邏輯圖還是功能表我們都可以看到 74LS138 的八個輸出引腳，任何時刻要么全為高電平 1— 芯片處于不工作狀態(tài)，要么只有一個為低電平 0，其余 7 個輸出 引腳全為高電平 1。 電子時鐘的設計 71LS138 有三個附加的控制端、和。否則，譯碼器被禁止，所有的輸出端被封鎖在高電平，如表 所示。 3 線 8 線譯碼器 74LS138 的功能表 帶控制輸入端的譯碼器又是一個完整的數(shù)據(jù)分配器。這就不難理解為什么把叫做地址輸入了。 晶振電路 右圖所示為時鐘電路原理圖，在 AT89S51 芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳 XTAL1，輸出端為引腳 XTAL2。時鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過觸發(fā)器進行二分頻之后，才成為單片機的時鐘脈沖 信號。例如，若時鐘頻率為 12 MHz，每機器周期為 1μ s，則只需 2μ s 以上時間的高電平，在 RST 引腳出現(xiàn)高電平后的第二個機器周期執(zhí)行復位。電路為上電復位電路，它是利用電容充電來實現(xiàn)的。只要保證 RESET 為高電平的時間大于兩個機器周期，便能正常復 位。 圖 4 單片機復位電路 數(shù)碼顯示模塊設計 數(shù)碼管是一種把多個 LED 顯示段集成在一起的顯示設備。共陽型就是把多個 LED 顯示段的陽極接在一起，又稱為公共端。陽極即為二極管的正電子時鐘的設計 極，又稱為正極，陰極即為二極管的負極，又稱為負極。而多位數(shù)碼管，除某一位的公共端會連接在一起，不同位的數(shù)碼管的相同端也會連接在一起。數(shù)碼管顯示方法可分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。動態(tài)顯示的原理是，各個數(shù)碼管的相同段連接在一起，共同占用 8 位段引管線；每位數(shù)碼管的陽極連在一起組成公共端。 系統(tǒng)采用動態(tài)顯示方式，用 P0口來控制 LED數(shù)碼管的段控線，而用 P2口來控制其位控線。 按鍵模塊 時間計數(shù)電路由秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器、時個位和時十位計數(shù)器及星期計數(shù)器電路構成，其中 秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器為 60進制計數(shù)器，時個位和時十位計數(shù)器為 24進制計數(shù)器 。 電子時鐘的設計 整個電路原理圖 電子時鐘的設計 電子時鐘的設計 6 控制系統(tǒng)的軟件設計 基本的程序流程應該是：在主程序中檢測各個 時間按鈕是否有動作若有，就儲存并修改相關的的時間寄存器的值，若沒有，就繼續(xù)檢測。 電子時鐘的設計 開 始 定時器 T0 初始化 設置顯示初值為 12： 00： 00 設置定時 4ms 初值 設中斷 250 次 設置中斷允許 秒寄存器值加 1 秒按鍵了？ 秒寄存器值加 1 使秒寄存器清 0 秒按鍵松 開了？ N 分按鍵了？ 分寄存器值加 1 秒寄存器 ＝ 60？ 秒按松 開了？ 分按鍵 松開？ 時寄存器 值＝20 使分寄存器清 0 時寄存器值 加 1 使寄存器清 0 啟動 T0 中斷 N Y 時按鍵了？ N N N N Y 電子時鐘的設計 源程序代碼 ORG 00H；主程序起始地址 JMP START；主 程序 START ORG 0BH；定時器 T0 中斷起始地址 JMP TIM0