【正文】 ............................................ 11 主程序的設(shè)計(jì) ..................................................... 11 鍵輸入程序 ....................................................... 11 延時(shí)程序 ......................................................... 14 中斷程序 ......................................................... 14 5 調(diào)試 與運(yùn)行 ............................................................. 18 電路仿真 ......................................................... 18 調(diào)試和運(yùn)行 ....................................................... 18 結(jié) 論 .................................................................... 20 致 謝 .................................................................... 21 參考文獻(xiàn) ................................................................. 22 附錄一 系統(tǒng)原理圖 ...................................................... 24 附錄二 組件清單 ........................................................ 25 附錄三 程序清單 ........................................................ 26 第 1 頁(yè) 共 31 頁(yè) 1 緒 論 數(shù)字時(shí)鐘的發(fā)展史 電子鐘有著很長(zhǎng)的歷史，從民國(guó) 19 年的電鐘，研制始于 60 年代中期的國(guó)內(nèi)電晶體、半導(dǎo)體管鐘，到研制始于 70 年代末的石英電子鐘，再到今天我們所用的智能電子鐘。如今無(wú)論是外觀，還是在功能上，電子鐘都有了很大的改進(jìn)。近年來(lái)，市場(chǎng)在急劇膨脹。比如彩電一般是一個(gè)家庭一臺(tái)，手表則是每人一塊，但從銷售量來(lái)看，光 TCL 一家公司兩個(gè)月的彩電銷量可以接近300 萬(wàn)臺(tái)，而我們手表每年總共才賣 200 多萬(wàn)只。 設(shè)計(jì)的目的與意義 人類的生活包括：工作、學(xué)習(xí)、休息以及參與社會(huì)的多種實(shí)踐活動(dòng)，環(huán)環(huán)有條理，更加豐富多彩。我們要養(yǎng)成良好的時(shí)間觀念，就需要電子鐘時(shí)刻提醒我們。 現(xiàn)在投入生產(chǎn)的大多是智能時(shí)鐘，它的功能很全面，但價(jià)格有點(diǎn)昂貴，大多數(shù)學(xué)生或者經(jīng)濟(jì)條件較差的人，想要擁有它，都有點(diǎn)困難。這個(gè)時(shí)鐘系統(tǒng)很簡(jiǎn)單，投入生產(chǎn)的成本很低，因此，它的價(jià)格比較便宜，對(duì)于學(xué)生很實(shí)用。 硬件設(shè)計(jì)很簡(jiǎn)單，主要包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)、按鍵電路、驅(qū)動(dòng)顯示電路，以及 LED 顯示器四個(gè)部分。由于只用了四個(gè)按鍵，所以采用獨(dú)立式按鍵使設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單。 簡(jiǎn)易數(shù)字時(shí)鐘可實(shí)現(xiàn)校時(shí)和整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能，該軟件采用 C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，主要包括主程序、鍵輸入程序、顯示程序、定時(shí)程序和中斷程序等軟件模塊。其中秒和分為 60 進(jìn)制，小時(shí)為 24 進(jìn)制計(jì)數(shù)。 第 3 頁(yè) 共 31 頁(yè) 2 簡(jiǎn)易數(shù)字時(shí)鐘系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì) 以單片機(jī)技術(shù)為核心，充分應(yīng)用各種外圍電路元器件，設(shè)計(jì)一個(gè)通過(guò)顯示器顯示時(shí)間（時(shí)、分、秒）的電子鐘。 當(dāng)數(shù)字時(shí)鐘運(yùn)行到正點(diǎn)時(shí)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)時(shí)功能。 整體方案 電子鐘的電路圖主要由單片機(jī)（ AT89C51）、鍵盤電路、驅(qū)動(dòng)顯示電路和 LED 顯示器四部分組成，它主要實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘的顯示，以及對(duì)時(shí)、分、秒進(jìn)行調(diào)整，即實(shí)現(xiàn)調(diào)時(shí)的功能。 圖 21 電子鐘系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) （ 1）顯示方案 方案一 :靜態(tài)顯示就是當(dāng) CPU 將要顯示的字或字段碼送到輸 出口，顯示器就可以顯示出所要顯示的字符，如果 CPU 不去改寫它，它將一直保持下去；靜態(tài)顯示硬件開銷大，電路復(fù)雜，信息刷新速度慢。對(duì)于顯示器七 段 數(shù) 碼 管 AT89C51 驅(qū)動(dòng) LED顯示器 位選 按 鍵 第 4 頁(yè) 共 31 頁(yè) 的每一位而言，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次；動(dòng)態(tài)顯示耗能較小，但編寫程序較復(fù)雜。 由于本次設(shè)計(jì)是對(duì)時(shí)間進(jìn)行顯示，如采用靜態(tài)顯示，則所占用的 I/O 口較多，電路較復(fù)雜 ,所以在此選擇的是方案二，采用動(dòng)態(tài)顯示。獨(dú)立式鍵盤的各個(gè)按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵獨(dú)立 地與一根數(shù)據(jù)輸入線（單片機(jī)并行接口或其它芯片的并行接口）連接。所以，獨(dú)立式按鍵常用于按鍵數(shù)量不多的場(chǎng)合。矩陣式鍵盤采用的是行列式結(jié)構(gòu) ,按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上 .(當(dāng)接口線數(shù)量為 8時(shí) ,可以將 4根接口線定義為行線 ,另 4 根接口線定義為列線 ,形成 4*4 鍵盤 ,可以配置 16個(gè)按鍵。 （ 3）計(jì)時(shí)方案 采用軟件控制 : 利用 單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí) /計(jì)數(shù)器進(jìn)行定時(shí)，配合軟件定時(shí)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒的計(jì)時(shí)。 第 5 頁(yè) 共 31 頁(yè) 3 硬件設(shè)計(jì)與分析 硬件設(shè)計(jì)原理 時(shí)鐘電路的核心是 AT89C51單片機(jī)，其內(nèi)部帶有 2KB的可反復(fù)擦寫的只讀 Flash程序存儲(chǔ)器和 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），無(wú)須外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器。系統(tǒng)配備 8 位 LED 數(shù)碼管顯示和 3 個(gè)獨(dú)立式按鍵，用 P0 口作為鍵盤接口電路， P1 口和 P3 口作為段碼和位碼輸出口，并在字段碼輸出口接 74LS245 芯片，用該芯片來(lái)驅(qū)動(dòng) LED 數(shù)碼管顯示。 AT89C51 單片機(jī)介紹 AT89C51 是一個(gè)低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 2k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀 Flash 程序存儲(chǔ)器和 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS－ 51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8位中央處理器和 Flash 存儲(chǔ)單元，所以說(shuō) AT89C51 是一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī)。其將通用的微處理器和 Flash 存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。省電模式中，片內(nèi) RAM 將被凍結(jié)，時(shí)鐘停止振蕩，所有功能停止工作，直至系統(tǒng)被硬件復(fù)位方可繼續(xù)運(yùn)行。 單片機(jī)時(shí)鐘電路圖，如圖 31 所示 :XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。石晶振蕩和陶瓷振 蕩均可采用。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)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(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。單片機(jī)的工作就是從復(fù)位開始的，當(dāng)在單片機(jī)的 RST 引腳引入高電平并保持 2 個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)復(fù)位操作（若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)）。 由于本次設(shè)計(jì)采用的是上電復(fù)位，所以這里只介紹上電復(fù)位，如下圖 32 所示： 圖 32上電復(fù)位電路 上電復(fù)位要求接通電源后，單片機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。上電瞬間 RST 引腳獲得高電平，隨著電容 C1 的充電， RST 引腳的高電平將逐漸下降。 LED 顯示器由若干個(gè)發(fā)光二極管組成。每段 LED 分別引出一個(gè)電極，電極的名為 a、 b、 c、 d、 e、 d、 g、 dp，其中 dp是小數(shù)點(diǎn)段的引出電極?？刂葡鄳?yīng)的二極管導(dǎo)通，就能顯示出對(duì)應(yīng)字符。所謂動(dòng)態(tài)顯示就是一位一位的輪流點(diǎn)亮顯示器的各個(gè)位。雖然在同一時(shí)刻只有一位顯示器在工作，但由于人眼的視覺暫留效應(yīng)和發(fā) 光二極管熄滅時(shí)的余暉，我們看到的卻是多個(gè)字符 “ 同時(shí) “ 顯示。 顯示器的位數(shù)不大于 8位，則控制顯示器公共極電位只需要一個(gè) I/O 接口，稱為掃描口或字位口，控制各位 LED 顯示器所顯示的字型也需要一個(gè) 8 位接口，稱為段數(shù)據(jù)口或字型口。 第 8 頁(yè) 共 31 頁(yè) 圖 34 驅(qū)動(dòng)顯示電路框圖 74LS244 是我們常用的芯片，用來(lái)驅(qū)動(dòng) led 或者其它的設(shè)備 當(dāng) 8051 單片機(jī)的 P1 口總線負(fù)載達(dá)到或超過(guò) P1 最大負(fù)載能力時(shí)，必須接入74LS244 等總線驅(qū)動(dòng) 器。通過(guò)鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，就可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)對(duì)話。當(dāng)按鍵按下時(shí)，相當(dāng)于開關(guān)閉合；當(dāng)按鍵松開時(shí)，相當(dāng)于開關(guān)斷開。按鍵抖動(dòng)時(shí)間一般為5ms～ 10ms，抖動(dòng)可能造成一次按鍵的多次處理問題。消除的方法很多，本設(shè)計(jì)采用軟件延時(shí)的方法來(lái)消除抖動(dòng)。當(dāng)檢測(cè)到按鍵釋放時(shí)，亦需要做同樣的處理。獨(dú)立式鍵盤配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但每個(gè)按鍵必須占用一根接口線，在按鍵數(shù)量不多時(shí)，接口線占用多。 該設(shè)計(jì)只用了三個(gè)按鍵，來(lái)實(shí)現(xiàn)功能控制。如圖 35所示 圖 35 鍵盤電路 系統(tǒng)原理圖 AT89C51 的 P1 口接入三個(gè)按鍵，對(duì)時(shí)、分、秒進(jìn)行調(diào)整。 P3 口輸出字位碼，去控制要顯示的位，其原理圖如圖 36 所示。運(yùn)行狀態(tài)下，按下控制按鍵SSET，對(duì)秒進(jìn)行調(diào)整；按下 MSET 調(diào)整分鐘；按下 HSET 對(duì)小時(shí)進(jìn)行調(diào)整。 第 11 頁(yè) 共 31 頁(yè) 4 軟件設(shè)計(jì) 在軟件