【正文】 電路。多家外國著名公司也紛紛在中國建立起集成電路設(shè)計公司 。未來 10 年是我國微電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵時期。 基于 MCS51單片機的數(shù)字鐘設(shè)計 4 我國集成電路市場潛力巨大 ， 是因為近年來因特網(wǎng)持續(xù)爆炸式增長、移動通信終端設(shè)備市場的迅猛發(fā)展，以及數(shù)碼相機、手持電腦等電子產(chǎn)品市場的興旺，尤其是移動通信業(yè)的高速發(fā)展成為推動半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)新一輪發(fā)展的強大動力。 未來幾年，我國集成電路市場需求主要來自以 下幾個方面： 1. 通信運營業(yè)的高速發(fā)展對集成電路提出新的需求 ； 2. 二是通信運營業(yè)的高速發(fā)展對集成電路提出新的需求 ； 3 國民經(jīng)濟和社會信息化建設(shè)給電子信息制造業(yè)創(chuàng)造了一個新市場 ； 4. 隨著我國經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略性調(diào)整，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造升級，提高設(shè)計和制造水平推進(jìn)機電一體化，為各行業(yè)提供先進(jìn)和成套的技術(shù)準(zhǔn)備，又會給集成電路產(chǎn)業(yè)帶來新的市場。 2 器件簡介 LED顯示器 LED 顯示器的結(jié)構(gòu) LED 顯示塊是發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。七段 LED 內(nèi)部由 7 個條形發(fā)光二極管和一個圓點發(fā)光二極管組成。發(fā)光二極管具有單向?qū)щ娦裕挥挟?dāng)外加的正向電壓使得正向電流足夠大時才發(fā)光， 它的開啟電壓比普通二極管的大， 紅色的在 － 之間，綠色的約為 2V。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 21。計算機與七段顯示器的接口，分成靜態(tài)顯示接口和動態(tài)顯示接口。動態(tài)接口使用兩組寄存器。另一組寄存器控制這幾個七段顯示器的公共點，控制這幾個顯示器逐個循環(huán)點亮?？刂?公共點的寄存器稱為位選寄存器。接口采用動態(tài)顯示。 AT89C52單片機適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。同時， AT89C52可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但震蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。 － 51 單片機的中斷系統(tǒng) （ 1）中斷源 MCS－ 51單片機是一個多中斷源的單片機，有五個中斷源：外部 中斷 0、定時器 0 中斷、外部中斷 定時器 1 中斷和 串行接收或發(fā)送中斷。 IE 的格式如下： EA ES ET1 EX1 ET0 EX0 EA－中斷總允許位。 ES－串行口中斷允許位。 EX1 和 EX0 分別是外部中斷 1（ INT1）和外部中斷 0（ INT0）的中斷允許位。 2．中斷源優(yōu)先級控制－中斷優(yōu)先級寄存器 IP。一個正在執(zhí)行的低優(yōu)先級中斷源的中斷服務(wù)程序，能被高優(yōu)先級中斷源所中斷，但不能被同級別的另一個中斷源所中斷。 基于 MCS51單片機的數(shù)字鐘設(shè)計 8 IP 格式如下： PS PT1 PX1 PT0 PX0 PS 是串行口的中斷優(yōu)先級控制位。 PX1 和 PX0 分別是外部中斷 INT1 和 INT0 的中斷優(yōu)先級控制位。 如果同優(yōu)先級的 多個中斷請求同時出現(xiàn)時，則按 MCS－ 51 單片機的 CPU 查詢次序確定那個中斷請求被響應(yīng)，其查詢次序為：IE0、 TF0、 IE TF RI 或 TI。 MCS－ 51 單片機有 2 個定時器，稱為定時器 0（ T0）和定時器1（ T1）。計數(shù)器 0 和計數(shù)器 1分別由 8 位計數(shù)器 TH0、 TL0和 TH1 和 TL1 構(gòu)成。 MCS－ 51單片機的兩個計數(shù)器 TH0、 TL0 和 TH TL1 可以構(gòu)成 16位的計數(shù)器、 13 位的計數(shù)器和 8 位的計數(shù)器。一個機器周期等于 12 個振蕩脈沖周期，因此計數(shù)頻率為振蕩頻率的 1/12。計數(shù)器是加法計數(shù)器，基于 MCS51單片機的數(shù)字鐘設(shè)計 9 所以預(yù)置的計數(shù)初值應(yīng)為計數(shù)值的補碼。 T1 有方式 0、方式 1 和方式 2 三種工作方式。 GATE 為 1 時，定時器的計數(shù)器受外部引線 INT0 或 INT1 輸入電平的控制，輸入高電平計數(shù)，輸入低電平停止計數(shù)，這時可以用于測量在 INTx 引線出現(xiàn)的正脈沖寬度； GATE為 0時，定時器的計數(shù)不受 INT0 或 INT1 引線的控制。 C/T 為 1，選擇計數(shù)器方式，計數(shù)器THi 和 TLi 對 Ti引線輸入的外部事件計數(shù)； C/T 為 0，選擇定時器方式，計數(shù)器 THi 和 TLi 對機器周期進(jìn)行計數(shù)。 M1 和 M0 這 2 位有 00－ 11 四個狀態(tài)，分別選擇方式 0（ 13 位定時器）、方式 1（ 16 位定時器）、方式 2（ 8位自動重裝載定時器）和方式 3（ T0分成兩個 8 位的定時器）。它經(jīng)過一個簡單的串行接口與微處理器通信。對于小于 31 天的月和月末的日期自動進(jìn)行調(diào)整，還包括閏年校正的功能。采用三線接口與 CPU 進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或 RAM 數(shù)據(jù)。 DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 中較大者供電。 DS1302 數(shù)據(jù)操作原理 DS1302 在任何數(shù)據(jù)傳送時必須先初始化，把 RST 腳置為高電平，然后把 8 位地址和命令字裝入移位寄存器，數(shù)據(jù)在 SCLK 的上升沿被輸出。在開始 8 個時 鐘周期，把命令字節(jié)裝入移位寄存器之后，另外的始終周期在讀操作時輸出數(shù)據(jù)，在寫操作時寫入數(shù)據(jù)。 如果在傳送過程中置 RST 腳為低電平，則會中止本次數(shù)據(jù)傳送，并且 I/O 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。只有在 SCLK 為低電平時，才能將 RST 置為高電平。 基于 MCS51單片機的數(shù)字鐘設(shè)計 11 圖 DS1302 引腳圖及內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 DS1302 的控制字 DS1302 的控制字如圖 所示。則不能把數(shù)據(jù)寫入到 DS1302 中。則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)；為 1表示存取 RAM 數(shù)據(jù)。最低有效位（位 0）如為 0，表示要進(jìn)行寫操作；為 1表示進(jìn)行讀操作。 為了提高對 32 個地址的尋址能力（地址 /命令位 1～ 5 = 邏輯 1），基于 MCS51單片機的數(shù)字鐘設(shè)計 12 可以把時鐘 /日歷或 RAM 寄存器 規(guī)定為多字節(jié)（ burst）方式。在時鐘 /日歷寄存器中的地址 9～ 31 或RAM 寄存器中的地址 31 不能存儲數(shù)據(jù)。必須按數(shù)據(jù)傳送的次序?qū)懽钕鹊?8 個寄存器。 引腳號 引腳名稱 功能 1 Vcc2 主電源 2， 3 X1， X2 震蕩源，外接 晶振 4 GND 地線 5 RST 復(fù)位 /片選線 6 I/O 串行數(shù)據(jù)輸入 /輸出端（雙向） 7 SCLK 串行數(shù)據(jù)輸入端 8 Vcc1 后備電源 表 DS1302 引腳功能 圖 DS1302 數(shù)據(jù)讀 /寫時序 DS1302 共有 12 個寄存器，其中有 7個寄存器與日歷、時鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為 BCD 碼形式。 時鐘暫停：秒寄存器的位 7 定義位時鐘暫停位。通常在對 DS1302 進(jìn)行寫操作時（如進(jìn)入時鐘調(diào)整程序），停止 振蕩。 AMPM/1224[小 ]時方式： [小 ]時寄存器的位 7 定義為 12 或 24[小 ]時方式選擇位。在此方式下，位 5是 AM/PM 位，此位是高電平時表示 PM，低電平表示 AM。 寄存器名 命令字節(jié) 取值范圍 寄存器內(nèi)容 寫 讀 7 6 5 4 3 2 1 0 秒寄存器 80H 81H 00～ 59 CH 10s SEC 分寄存器 82H 83H 00～ 59 0 10min MIN [小 ]時寄存器 84H 85H 00～ 23或01～ 12 12/24 0 10A/P HR HR 日期寄存器 86H 87H 01～ 28，29， 30，31 0 0 10DATE DATE 月份寄存器 88H 89H 01～ 12 0 0 0 10M MONTH 周寄存器 8AH 8BH 01～ 07 0 0 0 0 0 DAY 年寄存器 8CH 8DH 00～ 99 10YEAR YEAR 表 內(nèi)部寄存器地址和內(nèi)容 DS1302 的晶振選用 ，電容推薦值為 6pF，因 為振蕩頻率較基于 MCS51單片機的數(shù)字鐘設(shè)計 14 低，也可以不接電容，對記時精度影響不大。 串行數(shù)據(jù)輸入端（ A， B）可控制數(shù)據(jù)。當(dāng) A、 B 有一 個為高電平，則另一個就允許輸入數(shù)據(jù)，并在 CLOCK 上升沿作用下決定 Q0 的狀態(tài)。 C 74164????????? － 0～ 70176。 C 2．其真值表如表 基于 MCS51單片機的數(shù)字鐘設(shè)計 16 操作模式 輸入 輸出 復(fù)位 MR A B Q0 Q1～ Q7 移位 L L Q0～ Q6 H L L L Q0～ Q6 H L H L Q0～ Q6 H H L L Q0～ Q6 H H H H Q0～ Q6 表 74LS164 特性表 H — 高電平 L — 低電平 — 任意電平 3．時序圖： 時序圖如圖 基于 MCS51單片機的數(shù)字鐘設(shè)計 17 圖 74LS164 時序圖 3 硬件電路 線路的設(shè)計 根據(jù)本課題的要求：數(shù)字鐘要顯示現(xiàn)在的日歷時間包括年、月、日、星期、時、分、秒和 是否為閏年 。數(shù)碼管要通過 74LS164 送顯，所以 19個數(shù)碼管必須排成 3 排。此轉(zhuǎn)換后的直流電源為 +12V,而線路設(shè)計中許多芯片所用到的電壓為 +5V,因此 ,還需有 12V 到 5V 的轉(zhuǎn)換電路。 圖中， 104pF 電容的作用是去高頻干擾； 主控制模塊 此模塊由實時時鐘芯片 DS1302 和 AT89C52 組成。通過串行輸入并行輸出來送顯示模塊 ?？紤]到一次掃描 19 位數(shù)碼管顯示時會出現(xiàn)閃爍情況，設(shè)計時 19個數(shù)碼管分為 3 排同時掃描。顯示時采用串行口輸出段碼，用 3 片 74LS164 來驅(qū)動 3排數(shù)碼管，這樣掃描一次只需 7ms。單片機一串行口方式 0（移位寄存器方式）輸出數(shù)據(jù)， 3 片 74LS164 作為 3 排共陽數(shù)碼管的串 /并轉(zhuǎn)換顯示借口。其中 A、 B（第 2 管腳）為串行數(shù)據(jù)輸入端， 2 個引腳按邏輯“與”運算規(guī)律輸入信號，共一個輸入信號時可以并接，共同作為輸入腳。每一個時鐘信號的上升沿加到 CP 端時，移位寄存器移一位。 MR（第 9 腳）為復(fù)位端，當(dāng)該腳為低電平時，移位寄存器各 位復(fù) 0；只有當(dāng)它為高電平時，時鐘脈沖才起作用。在給出了 8 個脈沖后，最先進(jìn)入 74LS164 的第 1 個字節(jié)數(shù)據(jù)到達(dá)了最高位。 3 片 74LS164 首尾相串，而時鐘端則接在一起。這樣，當(dāng)?shù)?3 個 8 個脈沖完成后，首次送出的數(shù)據(jù)被送到了最下面的 164（第 3 片）中，其它數(shù)據(jù)依次出現(xiàn)在第 2 和第 1 片 74LS164 中，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)在 74LS164 中的串基于 MCS51單片機的數(shù)字鐘設(shè)計 20 行輸入、并行輸出。數(shù)據(jù)由 RXD（ ）端輸入或輸出，同步移位脈沖由 TXD（ ）端輸出。所以根據(jù)本小姐下面提供的電路圖，在編寫程序時，查共陽數(shù)碼管的段碼的二進(jìn)制數(shù)據(jù)應(yīng)該將正常的共陽數(shù)碼管 0～ 9 的二進(jìn)制值按位反序排序，如原來的二進(jìn)制為11000000（ C0H），要改為 00000011（ 03H），就能使數(shù)碼管正常顯示了。 電路圖的繪制 電路圖的繪制通過 PROTELL 99 SE 完成。 電路板的焊接 在完成 PROTEL 繪圖后，按照連接好的線路圖，將芯片焊接到對應(yīng)的位置上。 打開電源前應(yīng)注意的問題 1)先測火 線、地線、零線各線之間有沒有電阻； 2)測控制板上各 IC的 5V 電源是否接正確、有沒有與地短路； 3)確認(rèn) IC 方向是否插正確； 4)第一次開開關(guān)時，必須手不能離開開關(guān)。在首次對 DS1302進(jìn)行操作之前，必須對他進(jìn)行初始化，然后從 DS1302 中讀出數(shù)據(jù)，再經(jīng)過處理后，送給顯示緩存單元。 圖 陽歷程序流程圖 時間調(diào)整程序設(shè)計 調(diào)整時間用 3 個調(diào)整按紐， 1 個作為移位、控制用，另外 2 個作為加個減用，分別定義為控制按紐、加按紐、減按紐。閃爍原理就是，讓要調(diào)整的一位每隔一定時間熄滅一次，比如說 50ms。此時送正常顯示值給該位，再進(jìn)入下一位調(diào)整閃爍程序。 控制鍵 有效，進(jìn)入年調(diào)整程序 控制鍵有效，進(jìn)入月調(diào)整程序 等待按鍵程序 等待按鍵程序 加鍵有效 加鍵有效 減鍵有效 減鍵有效 年加 1 月減 1 月加 1 年減 1 控制鍵有效，進(jìn)入日調(diào)整程序 控制鍵有效，進(jìn)入星期調(diào)整程序 等待按鍵程序 等待按鍵程序 加鍵有效 加鍵有效 減鍵有效 減鍵有效 日加 1 星期減 1 星期加 1 日減 1 基于 MCS51單片機的數(shù)字鐘設(shè)計 23