【正文】 中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。此外，AT89S51設計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設置省電模式。主要功能特性為：兼容MCS51指令系統(tǒng)；4k可反復擦寫(1000次）ISP Flash ROM；32個雙向I/O口；；2個16位可編程定時/計數(shù)器；時鐘頻率033MHz；全雙工UART串行中斷口線；128x8bit內(nèi)部RAM；2個外部中斷源；低功耗空閑和省電模式；中斷喚醒省電模式；看門狗（WDT）電路；靈活的ISP字節(jié)和分頁編程；雙數(shù)據(jù)寄存器指針。(1) 51單片機的優(yōu)點如果是作低成本的智能產(chǎn)品，51構架單片機的成本優(yōu)勢，還是無人能敵的。一片簡單的74系列通用數(shù)字邏輯芯片還要1元左右，而一片51單片機內(nèi)部集成有成千上萬個晶體管開關電路。使用51單片機能夠有效的控制智能產(chǎn)品整機的成本， 51系列還是有著無法替代的重要地位。AT89S51的最高工作頻率為33MHz， 89C51的極限工作頻率是24M，就是說S51具有更高工作頻率，從而具有了更快的計算速度。AT89S51內(nèi)部集成看門狗計時器，不再需要像89C51那樣外接看門狗計時器單元電路。 AT89S51具有電源關閉標識。 在兼容性方面，AT89S51向下完全兼容51全部字系列產(chǎn)品。也就是說不論教科書上采用的單片機是8051還是89C51還是MCS51等等。 AT89S51與AT89C51就如同INTEL的P3向P4升級一樣，雖然都可以跑Windows98，不過速度是不同的。所以AT89S51芯片成為了本系統(tǒng)的首選。單片機執(zhí)行指令是在控制器的控制下進行的。這就是執(zhí)行一條指令的全過程，執(zhí)行程序就是不斷重復這一過程。(2) 存儲器AT89S51單片機存儲器采用的是哈佛結構,即程序存儲器空間和數(shù)據(jù)存儲器空間截然分開,程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器各有自己的尋址方式,尋址空間和控制系統(tǒng)。(3) 并行I/O口MCS51單片機共有4個雙向的8位并行I/O端口（Port），分別記作P0P3，共有32根口線，各口的每一位均由鎖存器、輸出驅動器和輸入緩沖器所組成。這四個口除了按字節(jié)尋址以外，還可以按位尋址。(4) 時鐘電路與時序時鐘電路用于產(chǎn)生MCS51單片機工作時所必需的時鐘信號。 本章小結 本章主要介紹了系統(tǒng)的整體構思方案，具體有幾個模塊組成，以及每個模塊的連接方法。再選擇了合適的單片機后還介紹了AT89S51單片機最小系統(tǒng)的架構與實驗。AT89S51的引腳如圖31所示。圖31 AT89S51的最小系統(tǒng)(1) 工作電源電源是單片機工作的動力源泉，對應的接線方法為。(2) 時鐘電路時鐘電路為單片機產(chǎn)生時序脈沖，單片機所有運算與控制過程都是在統(tǒng)一的時序脈沖的驅動下進行的，時鐘電路就好比人的心臟一樣重要。(3) 復位電路在復位引腳(9腳)持續(xù)出現(xiàn)24個振蕩器脈沖周期(即2個機器周期)的高電平信號將使單片機復位。復位后，單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序，并初始化一些專用寄存器為復位狀態(tài)值，受影響的專用寄存器如表31所示。AT89S51單片機內(nèi)部有4KB可反復擦寫1000次以上的程序存儲器，因此要把EA接+5V高電平，讓單片機運行內(nèi)部的程序，這樣就可以通過反復燒寫來驗證程序了。 數(shù)字鐘的外圍電路設計 時鐘電路（1） 單片機時鐘時鐘是單片機的心臟，單片機各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準，有條不紊的一拍一拍地工作。常用的時鐘電路有兩種方式：一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種為外部時鐘方式。電路設計如圖32所示。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。RAM的時鐘芯片DS1302。另外，它還能提供31字節(jié)的用于高速數(shù)據(jù)暫存的RAM。 圖33 DS1302引腳排列圖DS1302的引腳排列如圖33所示，各引腳的功能見表32。DS1302與單片機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送依靠RST，I/O，SCLK三根端線即可完成。因此,其與單片機之間的數(shù)據(jù)傳送是十分容易實現(xiàn)的。圖34 DS1302與單片機接口圖 LCD顯示電路液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點，現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機應用設計中最常用的信息顯示器件了。該模塊也可以只用D4D7作為四位數(shù)據(jù)分兩次傳送。各引腳的功能見表33。VDD：電源正極，－，通常使用5V電壓；VL：LCD對比度調(diào)節(jié)端，電壓調(diào)節(jié)范圍為0－5V。MCU要寫入指令時，使RS為低電平；MCU要寫入數(shù)據(jù)時，使RS為高電平；R/W：讀寫控制端。寫數(shù)據(jù)時，需要下降沿觸發(fā)模塊。如果MCU的I/O口資源緊張的話，該模塊也可以只使用4位數(shù)據(jù)線D4－D7接口傳送數(shù)據(jù)。需要背光時，BLA串接一個限流電阻接VDD，BLK接地，實測該模塊的背光電流為50mA左右；BLK： LED背光地端。 圖35 LCD與單片機接口 語音錄放電路系統(tǒng)要求能夠有鬧鐘、語音播報、按鍵報時等功能。ISD2500芯片，可以錄放時間60秒。ISD2500和1400語音電路一樣，具有抗斷電、音質好，使用方便等優(yōu)點。其封裝如圖36所示。由單片語音錄放芯片來做比較方便簡單。可以滿足本設計的要求，但是ISD2500芯片的價格比較昂貴，在現(xiàn)有的條件下還不能實現(xiàn)。 電源電路電源電路包括變壓器、橋式整流器、電容和穩(wěn)壓器。如圖37所示。 相關控制電路(1) 按鍵電路按鍵電路如圖38所示，按鍵的開關狀態(tài)通過一定的電路轉換為高、低電平狀態(tài)。閉合和釋放過程都要經(jīng)過一定的過程才能達到穩(wěn)定，這一過程是處于高、低電平之間的一種不穩(wěn)定狀態(tài)，稱為抖動。為了避免CPU多次處理按鍵的一次閉合，應采用措施消除抖動。 圖38 按鍵電路圖：表示功能移位鍵，按鍵選擇要調(diào)整的時十位、時個位、分十位或分個位。 ：表示數(shù)字“”鍵，按一下則對應的數(shù)字減1。再按鍵，使按鍵抬起，輸入維高電平時，表示當前執(zhí)行的是日常作息時間表。復位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機器周期的S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復位操作所需要的信號。上電復位是指在給系統(tǒng)上電時，復位電路通過電容加到RST復位引腳一個短暫的高電平信號，這個復位信號隨著VCC對電容的充電過程而回落，所以RST引腳復位的高電平維持時間取決于電容的充電時間。圖 39 復位電路如圖 39所示，上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的。 本章小結本章介紹了多功能數(shù)字鐘系統(tǒng)的硬件模塊組成。MCU的組成和特點、專門的時鐘芯片和單片機時鐘、顯示模塊的構建與運用、語音芯片的選擇、2路電源的設計制作。同時也顯示了對軟件支持的強烈要求。在整個系統(tǒng)中，在單片機的30H、31H和32H中存儲當前時間的小時、分鐘和秒。本設計有由四個輕觸按鍵組成的小鍵盤，這些按鍵可以任意改變當前的狀態(tài)。按下數(shù)字“+” 鍵和數(shù)字“”鍵可在當前校對的數(shù)字上相應加上1或者減去1。時鐘的最小計時單位是秒，但使用定時器的方式1，最大的定時時間也只能達到131ms。這樣，計數(shù)溢出20次即可得到時鐘的最小計時單位：秒。秒計時是采用中斷方式進行溢出次數(shù)的累積，計滿20次，即得到秒計時。要求每滿1秒，則“秒”單元中的內(nèi)容加1；“秒”單元滿60，則“分”單元中的內(nèi)容加1；“分”單元滿60，則“時”單元中的內(nèi)容加1；“時”單元滿24，則將時、分、秒的內(nèi)容全部清零。顯示緩沖區(qū)從左到右依次存放時、分、秒數(shù)值；（5）主程序：主要進行定時器/計數(shù)器的初始化編程，然后反復調(diào)用顯示子程序的方法等待中斷的到來，流程如圖41所示；（6）中斷服務程序：進行計時操作；（7）加1子程序：用于完成對時、分、秒的加操作，中斷服務程序在秒、分、時加1時共三次調(diào)用加1子程序，包括：合字、加1并進行進制調(diào)整、分字。相關的調(diào)整是靠對功能鍵的判斷來實現(xiàn)的。主程序流程框圖如圖41所示。 //ds1302_write_time()。 TR0=1。 EA=1。 LCD_write_string(0,0,Welle to xnkd)。 while(1) {if((sethour==timereg[4])amp。(setmin==timereg[5])amp。!fspkamp。timereg[6]==0) fspk=1。修改的部分以修改的為準，沒有修改的通過中斷保護起來。主要流程圖如圖42所示，小時設置程序段如下：if(keycou==5) //設置小時{LCD_write_string(0,0,Hour:)。 //對小時重新設置LCD_write_char(0,timereg[4]/10+0x30)。}在時間修改功能中要用到1個數(shù)字加減的問題，把它做成1個子程序，流程如圖43所示。主功能鍵SET是采用循環(huán)的方式來實現(xiàn)的。if(keycou==5){//小時加一if(timereg[4]23) timereg[4]++。LCD_set_xy(5,0)。LCD_write_char(0,timereg[4]%10+0x30)。中斷地址如表41所示。表41 中斷地址表五個中斷源入口地址外部中斷0（/INT0）0003HT0溢出中斷000BH外部中斷1（/INT1）0013HT1溢出中斷001BH串口中斷0023H/*************************************************************/*Funct