C總線控制器等，LED、LCD或VFD顯示驅(qū)動(dòng)器也開(kāi)始集成在8位單片機(jī)中。(1)通過(guò)對(duì)課題設(shè)計(jì)方案的分析、選擇、比較、熟悉單片機(jī)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、研制的過(guò)程，軟硬件設(shè)計(jì)的方法、內(nèi)容及步驟。
(2)培養(yǎng)針對(duì)課題需要，選擇和查閱有關(guān)手冊(cè)、圖表及文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力，提高組成系統(tǒng)、編程、調(diào)試的動(dòng)手能力；
(3)提高綜合及靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決工業(yè)控制的能力，培養(yǎng)動(dòng)手能力和實(shí)際應(yīng)用能力。
1.2 設(shè)計(jì)背景目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢(shì)將是進(jìn)一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。下面是單片機(jī)的主要發(fā)展趨勢(shì)。單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過(guò)軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。
單片機(jī)模塊中最常見(jiàn)的是數(shù)字鐘，數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無(wú)機(jī)械裝置，具有更更長(zhǎng)的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。
1.3 數(shù)字鐘的意義數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)、分、秒的數(shù)字顯示計(jì)時(shí)裝置,廣泛用于個(gè)人家庭,車(chē)站, 碼頭辦公室等公共場(chǎng)所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用,使得數(shù)字鐘的精度,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)老式鐘表, 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能。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、自動(dòng)起閉路燈、定時(shí)開(kāi)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，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非常現(xiàn)實(shí)的意義。
二、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求①通過(guò)單片機(jī)內(nèi)定時(shí)器控制走時(shí)，準(zhǔn)確持續(xù)走時(shí)，調(diào)時(shí)不影響走時(shí)。
②在八個(gè)數(shù)碼管上顯示時(shí)、分、秒及兩個(gè)杠。
③含有鬧鐘功能，可以設(shè)定鬧鈴時(shí)間。
④到達(dá)鬧鐘時(shí)刻蜂鳴器警報(bào)。
2.2 系統(tǒng)功能說(shuō)明電子鐘的格式為：XX-XX-XX ，由左向右分別為：時(shí)、分、秒。完成顯示由秒01一直加1至59，再恢復(fù)為00；分加1，由00至01，一直加1至59，再恢復(fù)00；時(shí)加1，時(shí)由00加至23之后秒、分、時(shí)全部清零。
三、整體設(shè)計(jì)方案本課題整體設(shè)計(jì)方案分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。
硬件電路設(shè)計(jì)主要是用單片機(jī)和LED顯示屏連接組成，另外加入按鍵，開(kāi)關(guān)，蜂鳴器等；軟件編程設(shè)計(jì)室用C編程，Keil C51調(diào)試。
3.1 單片機(jī)的基本介紹單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是頗具生命力的機(jī)種。單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。
通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件[1]：中央處理器、存儲(chǔ)器和I/O接口電路等。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。
3.1.1 單片機(jī)的特點(diǎn)單片機(jī)經(jīng)過(guò)三代的發(fā)展，正朝著多功能、高性能、低電壓、低功耗、低價(jià)格、大存儲(chǔ)容量、強(qiáng)大的I/O功能及較好的結(jié)構(gòu)兼容性方向發(fā)展。其發(fā)展趨勢(shì)不外乎以下幾個(gè)方面：
1、多功能
單片機(jī)中盡可能地把所需要的存儲(chǔ)器和I/O口都集成在一塊芯片上，使得單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)更多的功能。比如A/D、PWM、PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列）、WDT（監(jiān)視定時(shí)器---看家狗）、高速I(mǎi)/O口及計(jì)數(shù)器的捕獲/比較邏輯等。
有的單片機(jī)針對(duì)某一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，集成了相關(guān)的控制設(shè)備，以減少應(yīng)用系統(tǒng)的芯片數(shù)量。例如，有的芯片以51內(nèi)核為核心，集成了USB控制器、SMART CARD接口、MP3解碼器、CAN或者IC總線控制器等，LED、LCD或VFD顯示驅(qū)動(dòng)器也開(kāi)始集成在8位單片機(jī)中。
2、高效率和高性能
為了提高執(zhí)行速度和執(zhí)行效率，單片機(jī)開(kāi)始使用RISC、流水線和DSP的設(shè)計(jì)技術(shù)，使單片機(jī)的性能有了明顯的提高，表現(xiàn)為：?jiǎn)纹瑱C(jī)的時(shí)鐘頻率得到提高；同樣頻率的單片機(jī)運(yùn)行效率也有了很大的提升；由于集成度的提高，單片機(jī)的尋址能力、片內(nèi)ROM（FLASH）和RAM的容量都突破了以往的數(shù)量和限制。
由于系統(tǒng)資源和系統(tǒng)復(fù)雜程度的增加，開(kāi)始使用高級(jí)語(yǔ)言（如C語(yǔ)言）來(lái)開(kāi)發(fā)單片機(jī)的程序。使用高級(jí)語(yǔ)言可以降低開(kāi)發(fā) 難度，縮短開(kāi)發(fā)周期，增強(qiáng)軟件的可讀性和可移植性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充功能。
3、低電壓和低功耗
單片機(jī)的嵌入式應(yīng)用決定了低電壓和低功耗的特性。由于CMOS等工藝的大量采用，很多單片機(jī)可以在更低的電壓下工作（1.2V或0.9V），功耗已經(jīng)降低到uA級(jí)。這些特性使得單片機(jī)系統(tǒng)可以在更小電源的支持下工作更長(zhǎng)的時(shí)間。
4、低價(jià)格
單片機(jī)應(yīng)用面廣，使用數(shù)量大，帶來(lái)的直接好處就是成本的降低。目前世界各大公司為了提高競(jìng)爭(zhēng)力，在提高單片機(jī)性能的同時(shí)，十分注意降低產(chǎn)品的價(jià)格。
3.1.2 單片機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域用單片機(jī)控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的模擬和數(shù)字控制電路，使家用電器（如洗衣機(jī)、空調(diào)、冰箱、微波爐、和電視機(jī)等）功能更完善，更加智能化和易于使用。
（2）辦公自動(dòng)化領(lǐng)域
單片機(jī)作為嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代辦公設(shè)備，如計(jì)算機(jī)的鍵盤(pán)、磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、電話機(jī)和傳真機(jī)等。
（3）商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域
商業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)部分與家用和辦公應(yīng)用系統(tǒng)相似，但更加注重設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。商用系統(tǒng)中廣泛使用的電子計(jì)量?jī)x器、收款機(jī)、條形碼閱讀器、安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)和冷凍保鮮系統(tǒng)等，都采用了單片機(jī)構(gòu)成的專用系統(tǒng)。與通用計(jì)算機(jī)相比，這些系統(tǒng)由于比較封閉，可以更有效地防止病毒和電磁干擾等，可靠性更高。
（4）工業(yè)自動(dòng)化
在工業(yè)控制和機(jī)電一體化控制系統(tǒng)中，除了采用工控計(jì)算機(jī)外，很多都是以單片機(jī)為核心的單片機(jī)和多機(jī)系統(tǒng)。
（5）智能儀表與集成智能傳感器
目前在各種電氣測(cè)量?jī)x表中普遍采用了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測(cè)量系統(tǒng)，使得測(cè)量系統(tǒng)具有存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、查詢及聯(lián)網(wǎng)等智能功能。將單片機(jī)和傳感器相結(jié)合，可以構(gòu)成新一代的智能傳感器。它將傳感器變換后的物理量作進(jìn)一步的變化和處理，使其成為數(shù)字信號(hào)，可以遠(yuǎn)距離傳輸并與計(jì)算機(jī)接口。
（6）現(xiàn)代交通與航空航天領(lǐng)域
通常應(yīng)用于電子綜合顯示系統(tǒng)、動(dòng)力監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)等。這些領(lǐng)域?qū)w積、功耗、穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性的要求往往比商用系統(tǒng)還要高，因此采用單片機(jī)系統(tǒng)更加重要。
3.2 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)8052單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線。
1. 中央處理器[3]：
中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。
2．?dāng)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)
8052內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問(wèn)，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的RAM只有128個(gè)，可存放讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。如圖1
圖1 單片機(jī)8052的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
3．程序存儲(chǔ)器(ROM)：
8052共有4096個(gè)8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。
4．定時(shí)/計(jì)數(shù)器：
8052有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。
5．并行輸入輸出(I/O)口：
8052共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。
6．全雙工串行口：
8052內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。
7．中斷系統(tǒng)：
8052具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。
8．時(shí)鐘電路：
8052內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但8052單片機(jī)需外置振蕩電容。
單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)。
Intel的MCS-52系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的MCS-96系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。
下圖2是MCS-52系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2 MCS-52系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
3.2.3 MCS-52的引腳說(shuō)明MCS-52系列單片機(jī)中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置，40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用。現(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說(shuō)明。如圖3
圖3 單片機(jī)的引腳圖
P0端口[P0.0-P0.7]：P0是一個(gè)8位漏極開(kāi)路型雙向I/O端口，端口置1（對(duì)端口寫(xiě)1）時(shí)作高阻抗輸入端。作為輸出口時(shí)能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL。
對(duì)內(nèi)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收指令字節(jié);校驗(yàn)程序時(shí)輸出指令字節(jié)，要求外接上拉電阻。
在訪問(wèn)外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口是分時(shí)轉(zhuǎn)換的地址(低8位)/數(shù)據(jù)總線，訪問(wèn)期間內(nèi)部的上拉電阻起作用。
P1端口[P1.0－P1.7]：P1是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL。端口置1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對(duì)內(nèi)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收低8位地址信息。
P2端口[P2.0－P2.7]：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL。端口置1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對(duì)內(nèi)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收高8位地址和控制信息。
在訪問(wèn)外部程序和16位外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口送出高8位地址。而在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)其引腳上的內(nèi)容在此期間不會(huì)改變。
P3端口[P3.0—P3.7]：是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL。端口置1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。
對(duì)內(nèi)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接控制信息。除此之外P3端口還用于一些專門(mén)功能，見(jiàn)表1。
P3引腳 | 兼用功能 |
P3.0 | 串行通訊輸入（RXD） |
P3.1 | 串行通訊輸出（TXD） |
P3.2 | 外部中斷0（ INT0） |
P3.3 | 外部中斷1（INT1） |
P3.4 | 定時(shí)器0輸入(T0) |
P3.5 | 定時(shí)器1輸入(T1) |
P3.6 | 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通WR |
P3.7 | 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通RD |
表1 P3端口引腳兼用功能表
Pin 9: RESET復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳，當(dāng)8052通電，時(shí)鐘電路開(kāi)始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計(jì)數(shù)器PC指向0000H，P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫(xiě)入07H，其它專用寄存器被清“0”。RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開(kāi)始執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變RAM（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)，8052的初始態(tài)。
Pin30: ALE/
當(dāng)訪問(wèn)外部程序器時(shí)，ALE(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)，ALE端將有一個(gè)1/6時(shí)鐘頻率的正脈沖信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以用于識(shí)別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個(gè)時(shí)鐘向外輸出。更有一個(gè)特點(diǎn)，當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器，ALE會(huì)跳過(guò)一個(gè)脈沖。
對(duì)Flash 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖 （PROG）。
如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH 單元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。該位置位后，只有一 條MOVX 和MOVC 指令才能將ALE 激活。此外，該引腳會(huì)被微 拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE 禁止位無(wú)效。
Pin29: 
當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號(hào)，PC的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在P0和P2口上，外部程序存儲(chǔ)器則把指令數(shù)據(jù)放到P0口上，由CPU讀入并執(zhí)行。
Pin31: EA/Vpp程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通線，8051和8751單片機(jī)，內(nèi)置有4kB的程序存儲(chǔ)器，當(dāng)EA為高電平并且程序地址小于4kB時(shí)，讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器指令數(shù)據(jù)，而超過(guò)4kB地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。如EA為低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲(chǔ)器指令。顯然，對(duì)內(nèi)部無(wú)程序存儲(chǔ)器的8031,EA端必須接地。
3.3 硬件設(shè)計(jì)3.3.1 硬件設(shè)計(jì)的原則在性價(jià)比滿足應(yīng)用系統(tǒng)要求的情況下，選擇更可靠，更熟悉的單片機(jī)縮短研制周期。盡可能選擇自己較為熟悉的應(yīng)用電路，以提高系統(tǒng)的可靠性。
單片機(jī)內(nèi)部的資源與外部的擴(kuò)展資源應(yīng)在滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上留有余地，為進(jìn)一步的升級(jí)和擴(kuò)展提供方便。
應(yīng)充分的結(jié)合軟件方案考慮硬件的結(jié)構(gòu)，通常硬件功能較完善，其相應(yīng)的軟件程序就簡(jiǎn)單，但硬件的成本較高，而功能較低，其相應(yīng)的軟件就復(fù)雜，其實(shí)際常用軟件代替硬件來(lái)降低成本。
整個(gè)系統(tǒng)相關(guān)的器件盡可能的做到性能相匹配。
3.3.2 單片機(jī)的型號(hào)選擇目前，我國(guó)生產(chǎn)很多型號(hào)的單片機(jī)，在此，我們采用型號(hào)為AT89C52的單片機(jī)。因?yàn)锳T89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(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-52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，內(nèi)置功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89C52提供了高性價(jià)比的解決方案。
AT89C52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫(xiě)口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程,但不可以在線編程(S系列的才支持在線編程)。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(xiě)的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本。
AT89C52主要功能特性：
· 兼容MCS51指令系統(tǒng) · 8k可反復(fù)擦寫(xiě)(>1000次）Flash ROM
· 32個(gè)雙向I/O口 · 256x8bit內(nèi)部RAM
· 3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷 · 時(shí)鐘頻率0-24MHz
· 2個(gè)串行中斷 · 可編程UART串行通道
· 2個(gè)外部中斷源 · 共8個(gè)中斷源
· 2個(gè)讀寫(xiě)中斷口線 · 3級(jí)加密位
· 低功耗空閑和掉電模式 · 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能
3.3.3 LED數(shù)碼管LED數(shù)碼管是顯示常用電子元器件，它是由發(fā)光二極管構(gòu)成的，亦稱半導(dǎo)體數(shù)碼管。將條狀發(fā)光二極管按照共陰極(負(fù)極)或共陽(yáng)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。
下面將介紹它的性能特點(diǎn)：
(1)能在低電壓、小電流條件下驅(qū)動(dòng)發(fā)光，能與CMOS、ITL電路兼容。
(2)發(fā)光響應(yīng)時(shí)間極短(<0．1μs)，高頻特性好，單色性好，亮度高。
(3)體積小，重量輕，抗沖擊性能好。
(4)成本低，壽命長(zhǎng)，使用壽命在10萬(wàn)小時(shí)以上，甚至可達(dá)100萬(wàn)小時(shí)。
數(shù)碼管使用條件：
A、段及小數(shù)點(diǎn)上加限流電阻。
B、使用電壓：段：根據(jù)發(fā)光顏色決定； 小數(shù)點(diǎn)：根據(jù)發(fā)光顏色決定。
C、使用電流：靜態(tài)：總電流 80mA（每段 10mA）；
動(dòng)態(tài)：平均電流 4-5mA 峰值電流100mA。
LED數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽(yáng)兩類，了解LED的這些特性，對(duì)編程是很重要的，因?yàn)椴煌愋偷臄?shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。如圖5
A、共陰極七段數(shù)碼管 B、共陽(yáng)極七段數(shù)碼管
圖5
將多只LED的陰極連在一起即為共陰式，而將多只LED的陽(yáng)極連在一起即為共陽(yáng)式。以共陰式為例，如把陰極接地，在相應(yīng)段的陽(yáng)極接上正電源，該段即會(huì)發(fā)光。當(dāng)然，LED的電流通常較小，一般均需在回路中接上限流電阻。假如我們將"b"和"c"段接上正電源，其它端接地或懸空，那么"b"和"c"段發(fā)光，此時(shí)，數(shù)碼管顯示將顯示數(shù)字“1”。而將"a"、"b"、"d"、"e"和"g"段都接上正電源，其它引腳懸空，此時(shí)數(shù)碼管將顯示“2”。其它字符的顯示原理類同。
對(duì)于多位LED顯示器，通常都是采用動(dòng)態(tài)掃描的方法進(jìn)行顯示。
3.3.4 按鍵控制電路當(dāng)用手按下一個(gè)鍵時(shí)，如圖6所示，往往按鍵在閉合位置和斷開(kāi)位置之間跳幾下才穩(wěn)定到閉合狀態(tài)的情況；在釋放一個(gè)鍵時(shí)，也回會(huì)出現(xiàn)類似的情況，這就是抖動(dòng)。這是使用按鍵控制不可避免的問(wèn)題。
抖動(dòng)的持續(xù)時(shí)間隨鍵盤(pán)材料和操作員而異，不過(guò)通常總是不大于10ms。很容易想到，抖動(dòng)問(wèn)題不解決就會(huì)引起對(duì)閉合鍵的識(shí)別。用軟件方法可以解決抖動(dòng)問(wèn)題，這就是通過(guò)延遲10ms來(lái)等待抖動(dòng)消失，這之后，在讀入按鍵碼。
圖 6
3.4 軟件設(shè)計(jì)3.4.1 軟件程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的軟件程序包括主程序、定時(shí)中斷子程序、時(shí)鐘顯示子程序和延時(shí)子程序等等。
主程序是先開(kāi)始執(zhí)行的，然后啟動(dòng)定時(shí)器，定時(shí)器啟動(dòng)后在進(jìn)行按鍵檢測(cè)，檢測(cè)完后，就可以顯示時(shí)間。
按鍵處理是先檢測(cè)秒按鍵是否按下，分按鍵如果按下，分就加1，如果沒(méi)有按下，就檢測(cè)時(shí)按鍵是否按下；時(shí)按鍵如果按下，時(shí)就加1，如果沒(méi)有按下，就把時(shí)間顯示出來(lái)。
定時(shí)器中斷是先檢測(cè)1秒是否到，1秒如果到，秒單元就加1；如果沒(méi)到，就檢測(cè)1分鐘是否到，1分鐘如果到，分單元就加1；如果沒(méi)到，就檢測(cè)1小時(shí)是否到，1小時(shí)如果到，時(shí)單元就加1，如果沒(méi)到，就顯示時(shí)間。
時(shí)間顯示是先秒個(gè)位計(jì)算顯示，然后是秒十位計(jì)算顯示，再是分個(gè)位計(jì)算顯示，再然后是分十位顯示，再就是時(shí)個(gè)位計(jì)算顯示，最后是時(shí)十位顯示。
主程序流程圖，如圖6
圖6 源程序流程圖
3.4.2 定時(shí)中斷程序設(shè)計(jì)單片機(jī)的定時(shí)功能也是通過(guò)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，此時(shí)的計(jì)數(shù)脈沖來(lái)自單片機(jī)的內(nèi)部，即每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，也就是每經(jīng)過(guò)1個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間，計(jì)數(shù)器加1。
如果89C52采用的12MHz晶體，則計(jì)數(shù)頻率為1MHz，即每過(guò)1us的時(shí)間計(jì)數(shù)器加1。這樣可以根據(jù)計(jì)數(shù)值計(jì)算出定時(shí)時(shí)間，也可以根據(jù)定時(shí)時(shí)間的要求計(jì)算出計(jì)數(shù)器的初值。89C52單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器具有4種工作方式，其控制字均在相應(yīng)的特殊功能寄存器中，通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器的編程，可以方便的選擇定時(shí)器/計(jì)數(shù)器兩種工作模式和4種工作方式。
定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作在方式0時(shí)，為13位的計(jì)數(shù)器，由TLX(X=0、1)的低5位和THX的高8位所構(gòu)成。TLX低5位溢出則向THX進(jìn)位，THX計(jì)數(shù)溢出則置位TCON中的溢出標(biāo)志位TFX.
當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作于方式1，為16位的計(jì)數(shù)器。本設(shè)計(jì)師單片機(jī)多功能定時(shí)器，所以MCS-51內(nèi)部的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器被選定為定時(shí)器工作模式，計(jì)數(shù)輸入信號(hào)是內(nèi)部時(shí)鐘脈沖，每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生一個(gè)脈沖使計(jì)數(shù)器增1。
四、電路設(shè)計(jì)和仿真實(shí)現(xiàn)4.1 電路設(shè)計(jì)原理：1. 將整個(gè)硬件系統(tǒng)劃分為若干功能單元電路，繪出整個(gè)系統(tǒng)邏輯電路圖，注明各交單元電路間接口信號(hào) ；
2. 完成各單元電路設(shè)計(jì)，包括選擇合適的各類元器件和電路板設(shè)計(jì)(元件布局和走線)。
3.整個(gè)硬件圖由七段數(shù)碼管、89C52單片機(jī)、按鍵、電容、電解電容、石英晶振、電阻、排阻、和蜂鳴器組成。
4.2 Proteus軟件介紹Proteus軟件是Labcenter Electronics公司的一款電路設(shè)計(jì)與仿真軟件，它包括ISIS、ARES等軟件模塊，ARES模塊主要用來(lái)完成PCB的設(shè)計(jì)，而ISIS模塊用來(lái)完成電路原理圖的布圖與仿真。Proteus的軟件仿真基于VSM技術(shù)，它與其他軟件最大的不同也是最大的優(yōu)勢(shì)就在于它能仿真大量的單片機(jī)芯片，比如MCS-51系列、PIC系列等等，以及單片機(jī)外圍電路，比如鍵盤(pán)、LED、LCD等等。通過(guò)Proteus軟件的使用我們能夠輕易地獲得一個(gè)功能齊全、實(shí)用方便的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室。
4.3 Keil C調(diào)試環(huán)境介紹Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。用過(guò)匯編語(yǔ)言后再使用C來(lái)開(kāi)發(fā)，體會(huì)更加深刻
4.4電路連接圖
從任務(wù)要求出發(fā)，分析如何實(shí)現(xiàn)功能，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我對(duì)單片機(jī)有了深入的認(rèn)識(shí)，特別是對(duì)定時(shí)中斷方式有了直觀的認(rèn)識(shí)，設(shè)計(jì)數(shù)字鐘我們用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)\計(jì)數(shù)器，通過(guò)設(shè)置定時(shí)器產(chǎn)生精確的定時(shí)中斷，達(dá)到計(jì)時(shí)的目的。
這個(gè)數(shù)字鐘還可以進(jìn)一步的加入功能，在以后的設(shè)計(jì)中，逐漸增加其他的功能，比如說(shuō)加溫度檢測(cè)，加秒表和顯示日期和星期等來(lái)進(jìn)一步完善這個(gè)電子鐘。
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