【正文】 次設(shè)計(jì)電子數(shù)字鐘是為了了解電子數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會(huì)制作電子數(shù)字鐘。第二章 總體方案設(shè)計(jì) 總體思想方案論證1．計(jì)時(shí)方案單片機(jī)電子時(shí)鐘計(jì)時(shí)有兩種方法：第一種是通過單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，采用軟件編程來實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘計(jì)時(shí)，這種實(shí)現(xiàn)的時(shí)鐘一般稱為軟時(shí)鐘，這種方法的硬件線路簡單，系統(tǒng)的功能一般與軟件設(shè)計(jì)相關(guān)，通常用在對(duì)時(shí)間精度要求不高的場(chǎng)合；第二種是采用專用的硬件時(shí)鐘芯片計(jì)時(shí)，這種實(shí)現(xiàn)的時(shí)鐘一般稱為硬時(shí)鐘。2．顯示方案對(duì)于電子時(shí)鐘而言，顯示是另一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。其中LED數(shù)碼管顯示亮度高，顯示內(nèi)容清晢，根據(jù)具體的連接方式可分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示，在多個(gè)數(shù)碼管時(shí)一般采用動(dòng)態(tài)顯示，動(dòng)態(tài)顯示時(shí)須要占用CPU的大量時(shí)間來執(zhí)行動(dòng)態(tài)顯示程序，顯示效果往往和顯示程序的執(zhí)行相關(guān)。為了便于比較與學(xué)習(xí)，這里給出兩種設(shè)計(jì)方案，一種是軟件計(jì)時(shí)LED數(shù)碼管顯示的單片機(jī)電子時(shí)鐘，另一種是硬件定時(shí)LCD液晶顯示的單片機(jī)電子時(shí)鐘。硬件定時(shí)LCD液晶顯示的單片機(jī)電子時(shí)鐘總體設(shè)計(jì)框圖如圖22所示。顯示通常采用兩種方式：LED數(shù)碼管顯示和LCD液晶顯示。LCD液晶顯示一般能顯示的信息多，顯示效果好，而且液晶顯示器一般都帶控制器，顯示過程由自帶的控制器控制，不須要CPU參與，但液晶顯示器造價(jià)相對(duì)較高。設(shè)計(jì)鍵盤調(diào)整時(shí)間，完成時(shí)間設(shè)計(jì)。采用LED數(shù)碼管顯示，時(shí)、分，秒采用數(shù)字顯示。第三章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件計(jì)時(shí)LED數(shù)碼管顯示的時(shí)鐘的具體硬件電路如圖31所示，其中單片機(jī)采用應(yīng)用廣泛的AT89C51，系統(tǒng)時(shí)鐘采用12MHz的晶振，8個(gè)數(shù)碼管顯示，小時(shí)與分鐘、分鐘與秒鐘之間用短橫線間隔，采用共陽極七段式數(shù)碼管，由于并口上沒有連接其它的硬件電路，所以P0口直接作段選碼輸出端，P2口作位選碼輸出端。其中K0鍵為調(diào)時(shí)模式選擇鍵，K1為加1鍵，K2為減1健。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都需要為CPU和外部設(shè)備提供定時(shí)控制或?qū)ν獠渴录M(jìn)行計(jì)數(shù)。另外，在檢測(cè)、控制和智能儀器等設(shè)備中也經(jīng)常會(huì)涉及到定時(shí)。定時(shí)/計(jì)數(shù)的本質(zhì)是計(jì)數(shù)，對(duì)周期性信號(hào)計(jì)數(shù)就實(shí)現(xiàn)定時(shí)。軟件定時(shí)是利用CPU執(zhí)行指令需要若干指令周期的原理，運(yùn)用軟件編程，然后循環(huán)執(zhí)行一段程序而產(chǎn)生延時(shí)，再配合簡單輸出接口可以向外送出定時(shí)控制信號(hào)。缺點(diǎn)是執(zhí)行延時(shí)程序占用了CPU時(shí)間，所以定時(shí)的時(shí)間不宜太長，且在某些惰況下不宜使用?？删幊潭〞r(shí)結(jié)合了軟件定時(shí)使用靈活和硬件定時(shí)獨(dú)立的特點(diǎn)，它以大規(guī)模集成電路為基礎(chǔ)，通過編程即可改變定時(shí)時(shí)間或工作方式，又不占用CPU的執(zhí)行時(shí)間。LED顯示器：LED數(shù)碼管顯示器是由發(fā)光二極管按一定的結(jié)構(gòu)組合起來的顯示器件。這里以8段式來介紹，單個(gè)8段式LED數(shù)碼管顯示器的外觀與引腳如圖32所示，其中a,b,c,d,e,f,g和小數(shù)點(diǎn)dp為8段發(fā)光二極管，位置如圖中所示，組成一個(gè)“”形狀。如圖32所示。LED數(shù)碼管顯示器顯示時(shí)，公共端首先要保證有效，即共陰極結(jié)構(gòu)公共端接低電平，共陽極結(jié)構(gòu)公共端接高電平，這個(gè)過程我們稱為選通數(shù)碼管。如：共陰極數(shù)碼管數(shù)字“0”的字段碼為00111111B（3FH），共陽極數(shù)碼管數(shù)字“1”的字段碼為11111001B（F9H），不同數(shù)字或字符其字段碼不一樣，對(duì)于同一個(gè)數(shù)字或字符，共陰極結(jié)構(gòu)和共陽極結(jié)構(gòu)的字段碼也不一樣，共陰極和共陽極的字段碼互為反碼。對(duì)于51子系列，主要有8038058751 三種機(jī)型，它們的指令系統(tǒng)與芯片引腳完全兼容，僅片內(nèi)程序存儲(chǔ)器有所不同，8031芯片不帶ROM，8051芯片帶4KB的ROM，8751芯片帶4KB的EPROM。l 8位CPU。l 片內(nèi)帶128B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。l 程序存儲(chǔ)器的尋址空間為64KB。l 128個(gè)用戶位尋址空間。l 4個(gè)8位的并行I/O接口：P0、PPP3。l 兩個(gè)優(yōu)先級(jí)別的5個(gè)中斷源。l 111條指令，含乘法指令和除法指令。l 有較強(qiáng)的位處理能力。對(duì)于52子系列，有8038058752 三種機(jī)型。本書以51子系列的8051為例來介紹MCS51單片機(jī)的基本原理。MCS51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖33所示。51單片機(jī)集成了中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器系統(tǒng)（RAM和ROM）、定時(shí)／計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口、中斷系統(tǒng)及一些特殊功能寄存器（SFR），它們通過內(nèi)部總線緊密的聯(lián)系在一起。表31 P3口的第二功能P3口第二功能RXD 串行口輸入端TXD 串行口輸出端INT0 外部中斷0請(qǐng)求輸入端，低電平有效INT1 外部中斷1請(qǐng)求輸入端，低電平有效T0 定時(shí)/計(jì)數(shù)器0外部計(jì)數(shù)脈沖輸入端T1 定時(shí)/計(jì)數(shù)器0外部計(jì)數(shù)脈沖輸入端WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫信號(hào)，低電平有效RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀信號(hào)，低電平有效51系列單片機(jī)有4個(gè)8位的并行I/O接口：P0、PP2和P3口。這4個(gè)口，既可以作輸入，也可以作輸出，既可按8位處理，也可按位方式使用。每個(gè)口的具體功能有所不同。它包括一個(gè)輸出鎖存器、兩個(gè)三態(tài)緩沖器、輸出驅(qū)動(dòng)電路和輸出控制電路組成。P1口具有驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載的能力。P3口除了作為通用I/O口使用外，它的每一根線還具有第二種功能，見表31。當(dāng)P3口作為第二功能時(shí)，鎖存器的輸出端必須為高電平，P3口的狀態(tài)取決于第二功能輸出線的狀態(tài)。復(fù)位與復(fù)位電路復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，以便使CPU和系統(tǒng)中其他部件都處于一個(gè)確定的狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。單片機(jī)復(fù)位后，PC內(nèi)容初始化為0000H，那么單片機(jī)就從0000H單元開始執(zhí)行程序。RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端，復(fù)位信號(hào)是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期以上。時(shí)鐘信號(hào)有外部引入方式和內(nèi)部振蕩器方式兩種方式。 外部引入方式常用于多片單片機(jī)組成的系統(tǒng)中，以便各單元之間的時(shí)鐘信號(hào)同步運(yùn)行。將條狀發(fā)光二極管按照共陰極(負(fù)極)或共陽極(正極)的方法連接，組成“8”字，再把發(fā)光二極管另一電極作筆段電極，就構(gòu)成了LED數(shù)碼管。同熒光數(shù)碼管(VFD)、輝光數(shù)碼管(NRT)相比，它具有：體積小、功耗低、耐震動(dòng)、壽命長、亮度高、單色性好、發(fā)光響應(yīng)的時(shí)間短，能與TTL、CMOS電路兼容等的數(shù)顯器件。 a～g是7個(gè)筆段電極，DP為小數(shù)點(diǎn)。 本系統(tǒng)利用6位LED數(shù)碼管顯示時(shí)間，共陰極結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)中主要有三個(gè)控制按鍵，按鍵功能為：（1），:分單元閃爍,時(shí)單元閃爍,。第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)程序由主程序和子程序組成，主程序包含初始化參數(shù)設(shè)置、按鍵處理、數(shù)碼管顯示模塊等，在設(shè)計(jì)時(shí)各個(gè)模塊都采用子程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在主程序中調(diào)用。1．主程序主程序先對(duì)顯示單元和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器初始化，然后重復(fù)調(diào)用數(shù)碼管顯示模塊和按鍵處理模塊，當(dāng)有鍵按下時(shí)，則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的功能程序。數(shù)碼管顯示的信息用8個(gè)內(nèi)存單元存放，這8個(gè)內(nèi)存單元稱為顯示緩沖區(qū)，其中秒個(gè)位和秒十位、分個(gè)位和分十位、時(shí)個(gè)位和時(shí)十位分別由秒數(shù)據(jù)、分?jǐn)?shù)據(jù)和小時(shí)數(shù)據(jù)分拆得到。在存儲(chǔ)器中首先建立一張顯示信息的字段碼表，顯示時(shí)，先在P2口送出位選碼，選中顯示的數(shù)碼管，然后從顯示緩沖區(qū)中取出當(dāng)前顯示的信息，查表在字段碼表中查出所顯示的信息的字段碼，從P0口輸出，就能在相應(yīng)的數(shù)碼管上顯示顯示緩沖區(qū)的內(nèi)容。具體處理如下：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0選擇方式1，重復(fù)定時(shí)，定時(shí)時(shí)間設(shè)為50ms，定時(shí)時(shí)間到則中斷，在中斷服務(wù)程序中用一個(gè)計(jì)數(shù)器對(duì)50ms計(jì)數(shù)，計(jì)20次則對(duì)秒單元加1，秒單元加到60則對(duì)分單元加1，同時(shí)秒單元清0；分單元加到60則對(duì)時(shí)單元加1，同時(shí)分單元清0；時(shí)單元加到24則對(duì)時(shí)單元清0，標(biāo)志一天時(shí)間計(jì)滿，這樣就形成了時(shí)鐘關(guān)系。4．按鍵處理模塊按鍵處理設(shè)置為：如沒有按鍵，則時(shí)鐘正常走時(shí)。 使用AT89C51單片機(jī),12MHz晶振,P0輸出字段碼,P2口輸出位選碼用共陽LED數(shù)碼管,