【正文】 ............................................ 24 3 基于 89C2051 單片機(jī)數(shù)碼管時(shí)鐘的設(shè)計(jì) 摘 要 本設(shè)計(jì)論文介紹了選用 AT89C2051 單片機(jī)來控制數(shù)碼管時(shí)鐘的硬件結(jié)構(gòu)與軟件設(shè)計(jì) ,給出了匯編源程序。它的計(jì)時(shí)周期為 24 小時(shí)，時(shí)、分調(diào)整可通過觸摸按鍵來 實(shí)現(xiàn)。用晶體振蕩器產(chǎn)生時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，這里采用石英晶體振蕩器。構(gòu)成秒、分、時(shí)的計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)的功能。 針對數(shù)字鐘會(huì)產(chǎn)生走時(shí)誤差的現(xiàn)象，在電路中就設(shè)計(jì) 有校準(zhǔn)時(shí)間功能的電路。 AT89C2051。 Reset circuit 5 引言 20 世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。諸如定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播、定時(shí)啟閉電路、定時(shí)開關(guān)烘箱、通斷動(dòng)力設(shè)備，甚至各種定時(shí) 電氣的自動(dòng)啟用等等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。 1 數(shù)字鐘的功能實(shí)現(xiàn)與設(shè)計(jì)方案 6 數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)要求及功能 利用 AT89C2051 來實(shí)現(xiàn)六位 LED 數(shù)碼管的時(shí)鐘，可以 24h（小時(shí)）計(jì)時(shí)方式，分別顯示時(shí)、分、秒，時(shí)分調(diào)整可通過觸摸按鍵來實(shí)現(xiàn)。 在操作鍵時(shí)，其一對觸點(diǎn)閉合或斷開，將引起電壓的變化。 采用 12MHz 晶振可有利于提高秒計(jì)時(shí)的精確性。該電路采用 AT89C2051 單片機(jī)，使用 3V 電池供電，只使用一個(gè)按鍵開關(guān)即可進(jìn)入調(diào)時(shí)、省電（不顯示 LED 數(shù)碼管）和正常顯示三種狀態(tài)。單片機(jī)采用易購的AT89C2051 系列，這樣單片機(jī)可具有足夠的空余硬件資源實(shí)現(xiàn)其它的擴(kuò)充功能 ,如考慮到要使用電池供電的話可采用 LV 系列單片機(jī)。 圖 1 硬件系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框架 2 數(shù)字硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 數(shù)字鐘的硬件電路的設(shè)計(jì) 數(shù)碼管時(shí)鐘電路接線圖如圖 2 所示。為了提供 LED 數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)電流，用三極管 9012 作電源驅(qū)動(dòng)輸出。它含有單片機(jī)數(shù)字電路系統(tǒng)的工作基準(zhǔn)，為數(shù)字電路提供穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)。系統(tǒng)時(shí)鐘電路如圖 3所示 。復(fù)位電路有很多種，分別可由不同的元件組成，可靠性也各有不同，本設(shè)計(jì)采用 8 簡單的上電復(fù)位。 圖 4 復(fù)位電路 按鍵與按鈕電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中只使用一個(gè)按鍵開關(guān) SET，來對時(shí)、分、秒進(jìn)行調(diào)整。圖 5 所示 為按鈕電路。動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有的數(shù)碼管的 8 個(gè)顯示筆畫“ a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端連在一起，另外每個(gè)數(shù)碼管中的公共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的 I/O 線控制，通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的 COM 端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控制顯示。該顯示電路如圖 6 所示。本設(shè)計(jì)采用共陽極數(shù)碼管，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖（ b）所示。另外，為了顯示小數(shù)點(diǎn)，增加了 1 個(gè)點(diǎn)狀的發(fā)光二極管，因此數(shù)碼管就由 8 個(gè) LED 組成，把這些發(fā)光二極管命名為“ a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 DP”，對應(yīng)引腳如圖 7 所示。 10 圖 8 3 系統(tǒng)主要程序的設(shè)計(jì) 主程序 本設(shè)計(jì)中計(jì)時(shí)采用定時(shí)器 T0 中斷完成，其余狀態(tài)循環(huán)調(diào)用顯示子程序，當(dāng) 端口開關(guān)按下時(shí)，轉(zhuǎn)入調(diào)時(shí)功能程序。 圖 9 主程序流程圖 顯示單元清零 T0、 T1設(shè)為 16 位計(jì)數(shù)器模式 允許 T0 中斷 調(diào)用顯示子程序 =0？ 進(jìn)入調(diào)時(shí) 程序 N Y 開始 11 顯示子程序 數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存單元 70H— 75H 中，其中 70H— 71H 存放秒數(shù)據(jù)， 72H— 73H 存放分?jǐn)?shù)據(jù)， 74H— 75H 存放時(shí)數(shù)據(jù)，每一地址單元內(nèi)均為十進(jìn)制 BCD 碼。為了顯示小數(shù)點(diǎn)及“ ”“ A”等特殊字符，在顯示計(jì)時(shí)時(shí)采用不同的顯示子程序。定時(shí)溢出中斷周期設(shè)為 50ms，中斷累計(jì) 20 次（即 1s）時(shí)對秒計(jì)數(shù)單元進(jìn)行加 1 操作。在計(jì)數(shù)單元中采用十進(jìn)制 BCD 碼計(jì)數(shù)，滿 60（秒表功能時(shí)有 100）進(jìn)位， T0 中斷服務(wù)程序執(zhí)行流程見圖 10。這樣，在調(diào)整時(shí)間時(shí)，對應(yīng)調(diào)整單元的顯示數(shù)據(jù)會(huì)間隔閃亮。當(dāng)再次按下按鈕時(shí)，若按下時(shí)間小于 秒，則時(shí)間加 1min；若按下時(shí)間大于 ，則進(jìn)入小時(shí)調(diào)整狀態(tài)。 LED 數(shù)碼管時(shí)鐘電路的完整源程序見附錄 3。 2 使用過程中不要任意敲擊電烙鐵頭 ， 以免損壞。在使用過程中應(yīng)經(jīng)常維護(hù)，保證烙鐵頭掛上一層薄錫。 2 焊接可靠，具有良好導(dǎo)電性 ， 必須防止虛焊。 焊接過程 1 焊前準(zhǔn)備 首先要熟悉所焊電路板的圖，并按圖紙配料，檢查元器件型號(hào)、規(guī)格及數(shù)量是否符合圖紙要求，并做好裝配前元器件引線成型等準(zhǔn)備工作。 3 對元器件焊接要求 （ 1） 電阻器焊接 按 原理 圖將電阻器準(zhǔn)確裝 到 規(guī)定位置。裝完同一種規(guī)格后再裝另一種規(guī)格，盡量使電阻器的高低一致。 14 （ 3）三極管焊接 注意 e、 b、 c 三引線位置插接；焊接時(shí)間盡可能短，焊接時(shí)用鑷子夾住引線腳，以利散熱。 （ 4）集成電路焊接 首先按圖紙要求，檢查型號(hào)、引腳位置是否符合要求。 在調(diào)試中遇到的問題 1 本設(shè)計(jì)電源是采用 3V 直流電源直接供電，故在硬件電板的焊接中直接采用 3V電源供電。經(jīng)過檢查，是三極管的型號(hào)和引腳接錯(cuò)。個(gè)別色環(huán)電阻阻值與要求有差別，阻礙了硬件電路 的調(diào)試，經(jīng)過仔細(xì)核對，排除了這些問題。 5 軟件電路的調(diào)試 軟件電路調(diào)試 本 設(shè)計(jì) 是 采 用 AT89C2051單片機(jī)控制 LED數(shù)碼管顯示電路的 ， 其 操作步驟如下： （ 1） 添加元件到元件列表中 本 設(shè)計(jì) 要用到的器件有：元件中的單片機(jī)芯片 AT89C205電阻 Resistor 、數(shù)碼管7SEGMPXCABLUE、 按鍵開關(guān) BUTTON、電源 POWER、 地線 GROUND、示波器OSCILLOSCOPE。 15 圖 11 挑選元件窗口圖 將元器件添加到編輯窗口可以在左上角的關(guān)鍵字搜索欄 Keywords中輸入，例如輸入AT89C2051，即可在 Results欄中篩選出該名稱或包含該名稱的器件，雙擊 Results欄中的名稱 AT89C2051 即可將其添加到對象選擇器。 （ 2） 將元件放入原理圖編輯窗口： 在元件列表中左鍵選取 AT89C2051，在原理圖編輯窗口中單擊左鍵，這樣AT89C2051就 被放到原理圖編輯窗口中了。如果元件的方向不對，可以在放置以前用方向工具轉(zhuǎn)動(dòng)或翻轉(zhuǎn)后再放入；如果已放入圖紙，可以選定后，再用方向工具或塊旋轉(zhuǎn)工具轉(zhuǎn)動(dòng)。 添加示波器：左鍵選擇模型選擇工具欄中的虛擬儀器圖標(biāo) ，左鍵選擇OSCILLOSCOPE，并在原理圖編輯窗口中左擊，這樣示波器就被放置到原理圖編輯窗口中了。 16 圖 12 接線圖 （ 4） 仿真 對于單片機(jī)需要下載程序后才能運(yùn)行，所以要將事先準(zhǔn)備好的仿真程序調(diào)試文件下載到單片機(jī)芯片中。先右擊 AT89C2051再左擊，出現(xiàn) Edit Component 對話框，如圖 13 所示。然后單擊 開始仿真，此時(shí)可以看到程序的運(yùn)行結(jié)果 如圖 14 所示 。 圖 14 顯示結(jié)果圖 注：仿真時(shí)，元件引腳上的紅色代表高電平，藍(lán)色代表低電平 。 圖 15 波形圖 系統(tǒng)程序調(diào)試 軟件調(diào)試在 Wave E2021 編譯器下進(jìn)行， 該編譯器對源程序進(jìn)行仿真編譯，把 .ASM文件加入模塊文件，出現(xiàn)圖 16 所示的對話框 。 編譯通過后生成 .Hex 文件， 圖 17 所示的 為程序軟件仿真通過 的結(jié)果 圖。 在設(shè)計(jì)中我們小組考慮了多種硬軟件實(shí)現(xiàn)方案，通過比較并論證了采用單片機(jī)AT89C2051 型號(hào)是合理、而又最為經(jīng)濟(jì)的；在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)階段，詳細(xì)論述了整個(gè)控制系統(tǒng)的流程；在系統(tǒng)調(diào)試階段，詳細(xì)介紹了與單片機(jī)配套的調(diào)試軟件（ Wave 軟件和 Proteus ISIS 軟件）；在整機(jī)聯(lián)調(diào)階段，由于焊接水平有限和部分零件的參數(shù)不匹配從而方面出現(xiàn)了很多問題（ LED 不顯示數(shù)字、數(shù)字以 亂碼形式出現(xiàn)等等）。由于在選擇變壓器的時(shí)候沒有注意額定電流的大小，所以硬件電路沒有任何顯示。但顯示出來的是亂碼，而且是隨機(jī)亂碼，經(jīng)過幾遍的硬件電路檢查，線路連接方面沒有問題。 在對電路進(jìn)行軟件仿真的時(shí)候，也遇到過一些問題。我們第一次 原理圖仿真出來出現(xiàn)了好多錯(cuò)誤，經(jīng)過仔細(xì)的核對，排除了這些問題。由于以上軟件，我們都是初 次使用，所 以在使用過程中出現(xiàn)了以上種種問題。 所以我們認(rèn)為在我們未來的生活或工作 當(dāng) 中，無論做什么事情，都要有認(rèn)真仔細(xì) 的態(tài)度 ，以免造成不可挽回的損失。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在 路桂明 老師的精心指導(dǎo)下完成的。 平時(shí)，路老師對我們的設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格、也給了我們相當(dāng)獨(dú)立的空間。 當(dāng)然設(shè)計(jì)的成功并不是我一個(gè)人的功勞，在這里首先要感謝的是我的指導(dǎo)老師路老師。 同時(shí)，我要感謝課題組的各位 同學(xué)，張小磊、繆靜華 。 本設(shè)計(jì)能夠順利的完成，也歸功于各位任課老師的認(rèn)真負(fù)責(zé)，使我能夠很好的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識(shí)，并在設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)。 即將結(jié)束三年 的 大學(xué)生活，相信等待我的是一片充滿機(jī)遇、風(fēng)險(xiǎn)與快樂的土地。***************************************** 。 。 定時(shí)器 T0、 T1 溢出周期為 MS， T0 為秒計(jì)數(shù)用， T1 為調(diào)整時(shí)閃爍用， 。 。 中斷入口程序 。***************************************** ORG 0000H 。跳到標(biāo)號(hào) START 執(zhí)行 ORG 0003H 。外中斷 0 中斷返回 ORG 000BH 。跳至 INTT0 執(zhí)行 ORG 0013H 。外中斷 1 中斷返回 ORG 001BH 。跳至 INTT1 執(zhí)行 ORG 0023H 。串行中斷程序返回 。 主程序 。***************************************** START: MOV R0, 70H 。 CLEARDISP: MOV R0, 00H 。 DJNZ R7, CLEARDISP 。清 20H(標(biāo)志用 ) MOV 7AH,0AH 。設(shè) T0、 T1 為 16 位定時(shí)器 MOV TL0,0B0H 。50ms 定時(shí)初值 MOV TL1,0B0H 。50ms 定時(shí)初值 SETB EA 。允許 T0 中斷 SETB TR0 。1s 定時(shí)用初值（ 50ms*20） START1: LCALL DISPLAY 。 口為 0 時(shí)轉(zhuǎn)時(shí)間調(diào)整程序 SJMP START1 。轉(zhuǎn)到時(shí)間調(diào)整程序 SETMM 。 1 秒計(jì)時(shí)程序 。***************************************** 。累加器入棧保護(hù) PUSH PSW 。關(guān) T0 中斷允許 CLR TR0 。中斷響應(yīng)時(shí)間同步修行 ADD A,TL0 。重裝初值（低 8 位修正值） MOV A,3CH 。 MOV TH0,A 。開啟定時(shí)器 T0 DJNZ R4, OUTT0 。20 次中斷到（ 1s）重賦初值 MOV R0,71H 。調(diào)用加 1 程序（加 1s 操作） MOV A,R3 。清進(jìn)位標(biāo)志 CJNE A, 60H, ADDMM 。小于 60s 時(shí)中斷退出 ACALL CLR0 。指向分計(jì)時(shí)單元（ 76H77H） ACALL ADD1 。分?jǐn)?shù)據(jù)放入 A CLR C 。 ADDHH: JC OUTT0 。大于或等于 60min 時(shí)分計(jì)時(shí)單元清 0 MOV R0,79H 。小時(shí)計(jì)時(shí)單元加