1、一、課程設(shè)計(jì)題目： 電子時(shí)鐘二、課程設(shè)計(jì)要求1. 根據(jù)具體設(shè)計(jì)課題的技術(shù)指標(biāo)和給定條件，獨(dú)立進(jìn)行方案論證和電路設(shè)計(jì)，要求概念清楚、方案合理、方法正確、步驟完整；2. 查閱有關(guān)參考資料和手冊(cè)，并能正確選擇有關(guān)元器件和參數(shù)，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行仿真；3. 完成預(yù)習(xí)報(bào)告，報(bào)告中要有設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)電路圖，還要有仿真結(jié)果；4. 進(jìn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行電路調(diào)試，邊調(diào)試邊修正方案；5. 撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告最終的電路圖、調(diào)試過程中遇到的問題和解決問題的方法。三、進(jìn)度安排1時(shí)間安排序 號(hào)內(nèi) 容學(xué)時(shí)安排（天）1方案論證和系統(tǒng)設(shè)計(jì)12完成電路仿真，寫預(yù)習(xí)報(bào)告13電路調(diào)試24寫設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告與答辯1合 計(jì)5設(shè)計(jì)調(diào)試地點(diǎn)：電氣樓4102執(zhí)

2、行要求微機(jī)原理與接口技術(shù)課程成績(jī)優(yōu)秀的可以自擬題目，其余的同學(xué)都是指定題目。每組不得超過2人，要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，獨(dú)力完成所設(shè)計(jì)的詳細(xì)電路（包括計(jì)算和器件選型）。嚴(yán)禁抄襲，嚴(yán)禁兩篇設(shè)計(jì)報(bào)告雷同。摘要隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是隨大規(guī)模集成電路出現(xiàn)，給生活帶來了根本性的改變，尤其是單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)品已經(jīng)走進(jìn)了千家萬戶。數(shù)字電子鐘的出現(xiàn)給人們的生活帶來諸多方便。數(shù)字時(shí)鐘是現(xiàn)代社會(huì)應(yīng)用廣泛的計(jì)時(shí)工具，在航天、電子等科研單位，工廠、醫(yī)院、學(xué)校等企事業(yè)單位，各種體育賽事及至我們每個(gè)人的日常生活中都發(fā)揮著重要的作用。采用LED數(shù)碼管的數(shù)字顯示以其亮度高、顯示直觀等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于智能儀器及家用電器

3、等領(lǐng)域。本設(shè)計(jì)報(bào)告介紹一種以AT89S51芯片為核心，輔以必要的電路，以共陽(yáng)極LED數(shù)碼管作為顯示器件組成6位數(shù)字顯示，采用獨(dú)立式按鍵進(jìn)行時(shí)間調(diào)整的實(shí)用簡(jiǎn)易電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)，該時(shí)鐘可顯示時(shí)、分、秒，也可切換為年、月、日顯示，更具有省電模式，可以在關(guān)閉顯示的同時(shí)繼續(xù)走時(shí)。該系統(tǒng)同時(shí)具有硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定性高、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵字：AT89S51 數(shù)字鐘 單片機(jī) LED數(shù)碼管 省電模式 Abstract The system uses the MCU has a date display, time display, time adjustment, power saving modes and

4、 features such as digital clock based on microcontroller AT89S51 as the core component of modern digital tube display dynamic "date" every minute "of timing pared with traditional mechanical clock, it has to go accurate, display an intuitive features. frequently encountered in everyda

5、y life and in the automatic control system, the demand for real-time monitoring of the time, the system at the same time monitoring, if reaches the pre-setthe time, make LED flashing prompt time has come to. addition the program also has a school function, able to adjust the time at any time and at

6、any time convenient to the expansion extended to other versatile use of the digital clock programming MCUthe advantage of the flexible, easy to function expansion.Key words: AT89S51 Electronic clock Single-chip LED digital tube Power saving mode目錄第一章 緒論········

7、;··································（6）第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案·············

8、3;····················（7）第三章 仿真····························&

9、#183;·············（52）第四章 調(diào)試··································

10、83;·······（53）第五章 結(jié)論·········································

11、;·（54）第六章 心得體會(huì)······································（54）參考文獻(xiàn)·······

12、83;·····································（55）引 言計(jì)算機(jī)尤其是以微細(xì)加工技術(shù)支持的微型計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，其應(yīng)用滲透到了各行各業(yè)。以單片機(jī)、嵌入式處理器、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）為核心的

13、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，以其軟硬件可裁剪、高度的實(shí)時(shí)性、高度的可靠性、功能齊全、低功耗、適應(yīng)面廣等諸多優(yōu)點(diǎn)而得到極為廣泛的應(yīng)用。目前計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)向巨型化、微型化和單片機(jī)化三個(gè)方向發(fā)展。自1975年美國(guó)德州儀器公司（Texas Instruments）第一塊微型計(jì)算機(jī)芯片TMS-1000問世以來，在短短的20年間，單片機(jī)技術(shù)已發(fā)展成為計(jì)算機(jī)領(lǐng)域一個(gè)非常有前途的分支，它有自己的技術(shù)特征、規(guī)范和應(yīng)用領(lǐng)域。單片機(jī)是自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心部件，主要用于工業(yè)控制、智能化儀器儀表、家用電器中。它具有體積小、性能突出可靠性高（某些方面的性能指標(biāo)大大優(yōu)于通用微機(jī)中央處理器）、價(jià)格低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，除了工業(yè)控

14、制、智能化儀表、通信、家用電器外，在智能化高檔電子玩具產(chǎn)品中也大量采用單片機(jī)芯片作為核心控制部件，已經(jīng)滲入到人們工作和生活的各個(gè)角落，有力地推動(dòng)了各行業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品的更新?lián)Q代，前景廣闊。數(shù)字鐘具備單片機(jī)最小系統(tǒng)的基本組成，對(duì)于我們了解單片機(jī)有很大的幫助。一 緒 論1.1 課題意義：在日常生活和工作中，我們常常用到定時(shí)控制，如擴(kuò)印過程中的曝光定時(shí)等，早期常用的一些時(shí)間控制單元都是用模擬電路設(shè)計(jì)制作的，其定時(shí)準(zhǔn)確性和重復(fù)精度都不是很理想，現(xiàn)在基本上都是基于數(shù)字技術(shù)的新一代產(chǎn)品，隨著單片機(jī)性能價(jià)格比的不斷提高，新一代產(chǎn)品的應(yīng)用也越來越廣泛，大可構(gòu)成復(fù)雜的工業(yè)過程控制系統(tǒng)，完成復(fù)雜的控制功能。小則

15、可以用于家電控制，甚至可以用于兒童電子玩具。它功能強(qiáng)大，體積小，質(zhì)量輕，靈活好用，配以適當(dāng)?shù)慕杩谛酒梢詷?gòu)造各種各樣、功能各異的微電子產(chǎn)品。目前市場(chǎng)上提供的無論機(jī)械鐘還是石英鐘在晚上無照明的情況下都是不可見的。要知道當(dāng)前的時(shí)間，必須先開燈，故較為不便?，F(xiàn)在市場(chǎng)上也出現(xiàn)了一些電子鐘，它以LED數(shù)碼管來顯示具體時(shí)間，與傳統(tǒng)的以指針顯示時(shí)間的方式不同，違背了人們傳統(tǒng)的習(xí)慣與理念，而且這類電子鐘一般是采用大型顯示器件，適用于銀行、車站等公共場(chǎng)所，且外觀設(shè)計(jì)欠美觀，很少進(jìn)入百姓家庭。此外，無論是機(jī)械鐘、石英鐘還是電子鐘，都存在著共同的問題：時(shí)間誤差。針對(duì)以上存在的問題，我們?cè)O(shè)計(jì)了一款采用LED數(shù)碼管顯

16、示的電子時(shí)鐘，有效克服了時(shí)鐘存在的誤差。二方案設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)1 能實(shí)現(xiàn)顯示日期的年、月、日和時(shí)間的時(shí)、分、秒，并具有時(shí)間的設(shè)置和加減功能。2 調(diào)整時(shí)間時(shí)按位閃爍功能。3 關(guān)閉顯示的省電模式2.2 設(shè)計(jì)思路以AT89S51作為核心控制、LED顯示模塊、控制模塊作為外圍電路達(dá)到設(shè)計(jì)要求。2.3 設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)由AT89S51、LED數(shù)碼管、按鍵、發(fā)光二極管等部分構(gòu)成，能實(shí)現(xiàn)日期及時(shí)間的調(diào)整、定時(shí)日期及時(shí)間的設(shè)定，輸出等功能。系統(tǒng)的功能選擇由“K1”和“K2”兩個(gè)功能鍵來完成。短按K1可在“顯示年月日”、“顯示時(shí)分秒”，“省電模式”之間切換，在“年月日模式”和“時(shí)分秒”模式下可以通過長(zhǎng)按“K1”

17、進(jìn)入設(shè)定模式，在設(shè)定模式下，短按“K1”鍵來增加時(shí)間，短按“K2”鍵來減少時(shí)間，長(zhǎng)按“K1”鍵可以改變調(diào)整年、月、日或時(shí)、分、秒。硬件框圖如下所示：六位數(shù)碼管74LS245單片機(jī)電源P0口字位晶振復(fù)位電路74LS245P3.0開關(guān)X2P2口字形P3.1我們的電子鐘的主控芯片用的是AT89S52，主要通過編寫程序來完成走時(shí)和調(diào)時(shí)功能。整個(gè)系統(tǒng)使用了兩個(gè)開關(guān)，一個(gè)開關(guān)用來進(jìn)行“年月日“，”時(shí)分秒“和”省電模式“之間的切換，進(jìn)入調(diào)試模式和增加時(shí)間；另一個(gè)按鈕用來減小時(shí)間。三 數(shù)字鐘的硬件設(shè)計(jì)3.1 總電路圖P0口控制六位數(shù)碼管的字位，P2口控制LED數(shù)碼管的字形，P3.0、P3.1分別與K1、K2相

18、連作為功能設(shè)置來使用。3.2 AT89S51概述及其特點(diǎn)AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存

19、取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2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，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 此外，AT89S51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。主要特性有：Ø AT89S51 CPU與MCS-51 兼容Ø 4K字節(jié)可編程FL

20、ASH存儲(chǔ)器(壽命：1000寫/擦循環(huán))Ø 全靜態(tài)工作：0Hz-24KHzØ 三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密鎖定Ø 128*8位內(nèi)部RAMØ 32條可編程I/O線Ø 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器Ø 6個(gè)中斷源Ø 可編程串行通道Ø 低功耗的閑置和掉電模式Ø 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路管腳說明：圖3 AT89S51引腳圖VCC：供電電壓。 GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八

21、位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。

22、P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。AT89S51 的新功能有： (1) 新增加很多功能，性能有了較大提升，價(jià)格基本不變，甚至比89C51更低！(2) ISP

23、在線編程功能，這個(gè)功能的優(yōu)勢(shì)在于改寫單片機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離。是一個(gè)強(qiáng)大易用的功能。 (3) 最高工作頻率為33MHz，大家都知道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(jì)算速度。 (4) 具有雙工UART串行通道;內(nèi)部集成看門狗計(jì)時(shí)器，不再需要像89C51那樣外接看門狗計(jì)時(shí)器單元電路;雙數(shù)據(jù)指示器;電源關(guān)閉標(biāo)識(shí)。 (5) 全新的加密算法，這使得對(duì)于89S51的解密變?yōu)椴豢赡?，程序的保密性大大加?qiáng)，這樣就可以有效的保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)不被侵犯。 (6) 兼容性方面：向下完全兼容51全部字系列產(chǎn)品。比如8051、89C51等等早期MCS-5

24、1兼容產(chǎn)品。也就是說所有教科書、網(wǎng)絡(luò)教程上的程序（不論教科書上采用的單片機(jī)是8051還是89C51還是MCS-51等等），在89S51上一樣可以照常運(yùn)行，這就是所謂的向下兼容。3.3 T0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器MCS-51內(nèi)有兩個(gè)獨(dú)立的可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，稱為T0和T1.他們本質(zhì)上是可預(yù)置初值的加1計(jì)數(shù)器，既可用于計(jì)數(shù)，也可用來定時(shí)。當(dāng)對(duì)從單片機(jī)引腳上輸入的外部脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)時(shí)，它是計(jì)數(shù)器；當(dāng)對(duì)有固定時(shí)間間隔的內(nèi)部機(jī)器周期進(jìn)行計(jì)數(shù)時(shí)，它是定時(shí)器。TO定時(shí)特性功能寄存器由TL0(低8位)和TH0(高8位)構(gòu)成。特殊功能寄存器TMOD控制定時(shí)寄存器的工作方式；TCON則用于控制定時(shí)器T0和T1的啟動(dòng)和停止

25、計(jì)數(shù)，同時(shí)管理定時(shí)器TO和T1的溢出標(biāo)志等。程序開始時(shí)需對(duì)TL0和TH0進(jìn)行預(yù)設(shè)初值，用指令改變TMOD和TCON的內(nèi)容，以定義它們的工作方式和控制T0和T1的計(jì)數(shù)，這樣定時(shí)器/計(jì)數(shù)器就會(huì)從下一條指令的第一個(gè)機(jī)器周期開始按設(shè)定的方式自動(dòng)進(jìn)行工作。定時(shí)器計(jì)數(shù)器T0工作方式1的電路邏輯結(jié)構(gòu)如圖4所示。圖4 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0工作方式1的邏輯結(jié)構(gòu)時(shí)鐘是單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊的一拍一拍地工作。因此，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式：一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式；另一種為外部時(shí)鐘方式。本文用的是內(nèi)部時(shí)鐘方

26、式。電路設(shè)計(jì)如圖5所示。(7)圖5 單片機(jī)時(shí)鐘AT89S51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。在本系統(tǒng)時(shí)鐘模塊的設(shè)計(jì)中所選用的12 MHz的石英振蕩器，由于6 MHz晶體振蕩的每個(gè)定時(shí)周期為2 s，可得到2s的精度，為讓設(shè)計(jì)準(zhǔn)確本設(shè)計(jì)中使用1次定時(shí)50 ms，經(jīng)過20次T0定時(shí)中斷得到1 s，由此設(shè)置就可以使單片機(jī)在運(yùn)行時(shí)能夠有條不紊。3.4 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用較多的是7段LED數(shù)碼管，本系統(tǒng)所用的AT89S51板中的數(shù)碼管

27、是六位七段共陰極數(shù)碼管。3.4.1 LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式：數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。（1）靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×840根I/O端口來驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)89S51單片機(jī)可用的I/O端口才32個(gè)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)

28、雜性。（2）動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極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，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位

29、數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。本數(shù)字鐘系統(tǒng)將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線+5V上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。 （1）共陰極數(shù)碼管 （2）共陽(yáng)極數(shù)碼管 圖7 共陰極和共陽(yáng)極數(shù)碼管LED連接圖圖8 8位七段數(shù)碼管字型代碼3.4.2 LE

30、D數(shù)碼管的顯示控制在本設(shè)計(jì)中采用的是4位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示。它將所有數(shù)碼管的8個(gè)段線相應(yīng)地并接在一起，并接到AT89S51的P0口，有P2口控制字形，而各位數(shù)碼管的共陰極由AT89S51的P0口控制P2.0-P2.5來實(shí)現(xiàn)8位數(shù)碼管的位輸出控制。這樣，對(duì)于一組數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示需要由兩組信號(hào)來控制：一組是字段輸出口輸出地字形代碼，用來控制顯示的字形，稱為段碼；另一組是位輸出口輸出地控制信號(hào)，用來選擇第幾位數(shù)碼管工作，稱為位碼。由于各位數(shù)碼管的段線并聯(lián)，段碼的輸出對(duì)各位數(shù)碼管來說是相同的。因此，在同一時(shí)刻如果各位數(shù)碼管的位選線都處于選通狀態(tài)的話，4位數(shù)碼管將顯示相同的字符，若要各位數(shù)碼管能夠顯示

31、出與本位相應(yīng)的字符，就必須采用掃描顯示方式，即在某一時(shí)刻，只讓某一位的位選線處于導(dǎo)通狀態(tài)，而其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)。同時(shí)，段線上輸出相應(yīng)位要顯示字符的字型碼。這樣在同一時(shí)刻，只有選通的那一位顯示出字符，而其他各位則是熄滅的，如此循環(huán)下去，就可以使各位數(shù)碼管顯示出將要顯示的字符。雖然這些字符是在不同時(shí)刻出現(xiàn)的，而且同一時(shí)刻，只有一位顯示，其他各位熄滅，但由于數(shù)碼管具有余輝特性和人眼有視覺暫留現(xiàn)象，只要每位數(shù)碼管顯示間隔足夠短，給人眼的視覺印象就會(huì)是連續(xù)穩(wěn)定地顯示。數(shù)碼管不同位顯示的時(shí)間間隔可以通過調(diào)整延時(shí)程序的延時(shí)長(zhǎng)短來完成。數(shù)碼管顯示的時(shí)間間隔也能夠確定數(shù)碼管顯示時(shí)的亮度，若顯示的時(shí)間間

32、隔長(zhǎng)，顯示時(shí)數(shù)碼管的亮度將亮些，若顯示的時(shí)間間隔短，顯示時(shí)數(shù)碼管的亮度將暗些。若顯示的時(shí)間間隔過長(zhǎng)的話，數(shù)碼管顯示時(shí)將產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。所以，在調(diào)整顯示的時(shí)間間隔時(shí)，即要考慮到顯示時(shí)數(shù)碼管的亮度，又要數(shù)碼管顯示時(shí)不產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。數(shù)碼管是由7個(gè)條形的LED和下方一個(gè)圓形的LED組成，這樣一共有8個(gè)段線，恰好適用于8位的并行系統(tǒng)。共陰極數(shù)碼管的公共陰極接地，當(dāng)各段陽(yáng)極上的電平為“1”時(shí)，該段點(diǎn)亮，電平為“0”時(shí)，該段熄滅； 3.4.3本設(shè)計(jì)LED數(shù)碼顯示過程介紹首先，S51芯片程序運(yùn)行時(shí)，按下K1功能鍵，通過對(duì)P0及P2口掃描，4位數(shù)碼管即顯示當(dāng)前的日期：年月日（ 例如“130315”），日為時(shí)到24

33、加1，當(dāng)前日從1到29/30/31/32循環(huán)顯示，月為日到/29/30/31/32時(shí)加1，當(dāng)前月從1到12循環(huán)顯示，年為月到13加1，當(dāng)前年加1顯示；按下K1功能鍵不超過1s，通過對(duì)P0及P2口掃描，4位數(shù)碼管即顯示當(dāng)前的時(shí)間：時(shí)分秒（例如142018）秒為加1顯示。分為秒到60后加1，當(dāng)前分從00到59循環(huán)顯示，時(shí)為分到60后加1，當(dāng)前時(shí)從0到23循環(huán)顯示。這些都是從基本的經(jīng)過20次T0定時(shí)中斷（一次定時(shí)50ms）掃描得到1 s，然后1秒計(jì)數(shù)60次即為1分，1分計(jì)數(shù)60此即為1時(shí)，1時(shí)計(jì)數(shù)24次即為1日，以此在數(shù)碼管上輸出顯示。當(dāng)長(zhǎng)按K1超過1秒時(shí)，即進(jìn)入調(diào)整當(dāng)前數(shù)碼管顯示的日期和時(shí)間。當(dāng)消

34、除鍵盤抖動(dòng)后所掃描到準(zhǔn)確的按鍵脈沖后，數(shù)碼管顯示進(jìn)入調(diào)整日期和時(shí)間的狀態(tài)。此時(shí)若短按K1可增加年，短按K2可減小年，長(zhǎng)按K2可連續(xù)減小年，若長(zhǎng)按K1超過0.5秒，則可以對(duì)月進(jìn)行調(diào)整，以此類推可對(duì)日進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)前可調(diào)整的是哪兩位，這兩位就會(huì)不斷地閃爍，而其他的一直在顯示。調(diào)整完日后長(zhǎng)按K1超過0.5秒即可退出調(diào)整時(shí)間模式。由于每次調(diào)整日期的時(shí)候會(huì)關(guān)閉定時(shí)器T0，所以此時(shí)應(yīng)按下K1不超過1秒切換到時(shí)間顯示，用上述方法對(duì)時(shí)間進(jìn)行修正即可準(zhǔn)確運(yùn)行。若在時(shí)間顯示模式下按下K1不超過1秒，可切換到省電模式，定時(shí)器不會(huì)關(guān)閉，走時(shí)正常而數(shù)碼管關(guān)閉不顯示。省電模式下按下K1即可喚醒數(shù)碼管并進(jìn)入日期顯示模式。3.

35、5 按鍵掃描電路3.5.1 按鍵掃描原理 當(dāng)程序完成初始化后，電子鐘的程序會(huì)在不同的程序段對(duì)P3.0和P3.1兩個(gè)輸入口進(jìn)行循環(huán)的掃描，如果按鍵沒有按下，P3.0和P3.1會(huì)保持高電平，如果開關(guān)按下，則該口電平會(huì)被拉低。當(dāng)檢測(cè)到電平的變化時(shí)，程序會(huì)進(jìn)行判斷來選擇相應(yīng)的分支結(jié)構(gòu)繼續(xù)執(zhí)行。3.5.2 按鍵工作方式按鍵的開關(guān)狀態(tài)通過一定的電路轉(zhuǎn)換為高、低電平狀態(tài)。按鍵閉合過程在相應(yīng)的I/O端口形成一個(gè)負(fù)脈沖。閉合和釋放過程都要經(jīng)過一定的過程才能達(dá)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(dòng)。抖動(dòng)持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短常與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般在5-10ms之間。為了避免CPU多次處理按鍵

36、的一次閉合，應(yīng)采用措施消除抖動(dòng)。本文采用的是獨(dú)立式按鍵，直接用I/O口線構(gòu)成單個(gè)按鍵電路，每個(gè)按鍵占用一條I/O口線，每個(gè)按鍵的工作狀態(tài)不會(huì)產(chǎn)生相互影響。對(duì)按鍵的判斷與處理模塊是電子鐘程序設(shè)計(jì)的核心，主要是接收“按鍵掃描模塊”傳遞過來的值，對(duì)不同的按鍵能夠結(jié)合當(dāng)前的狀態(tài)做出不同的處理與反饋，并且對(duì)各個(gè)狀態(tài)從屬分類。3.5.3按鍵定義本電子鐘為了節(jié)約資源采用了兩個(gè)按鍵進(jìn)行控制，分別是K1和K2鍵。在日期顯示模式下：短按K1可切換到時(shí)間顯示模式，長(zhǎng)按K1可切換到日期調(diào)整模式。在日期調(diào)整模式下：短按K1可增加日期，長(zhǎng)按K1可切換調(diào)整年或月或日最后退出日期調(diào)整模式。短按K2可減小日期，長(zhǎng)按K2可連續(xù)減

37、小時(shí)間。在時(shí)間顯示模式下：短按K1可切換到省電模式，長(zhǎng)按K1可切換到時(shí)間調(diào)整模式。在時(shí)間調(diào)整模式下：短按K1可增加時(shí)間，長(zhǎng)按K1可以切換調(diào)整時(shí)或分或秒最后退出時(shí)間調(diào)整模式。短按K2可減小時(shí)間，長(zhǎng)按K2可連續(xù)減小時(shí)間。在省電模式下：按下K1可切換到日期顯示模式。3.6 復(fù)位電路AT89S51單片機(jī)的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位引腳RST通過一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。上電復(fù)位：上電復(fù)位電路時(shí)一種簡(jiǎn)單的復(fù)位電路，只要在RST復(fù)位引腳接一個(gè)電容到VCC，接一

38、個(gè)電阻到地就可以了。上電復(fù)位是指在給系統(tǒng)上電時(shí)，復(fù)位電路通過電容加到RST復(fù)位引腳一個(gè)短暫的電平信號(hào)，這個(gè)復(fù)位信號(hào)隨著VCC對(duì)電容的充電過程而回落，所以RST引腳復(fù)位的高電平維持時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間。為了保證系統(tǒng)安全可靠的復(fù)位，RST引腳的高電平信號(hào)必須維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間。圖11 復(fù)位電路如上圖所示，上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。只要VCC的上升時(shí)間不超過1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。3.7 電源電路電源使用實(shí)驗(yàn)室提供的5V電源或由電腦USB口或手機(jī)充電器引出的5V直流電源。四 數(shù)字鐘的軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)內(nèi)容本系統(tǒng)的主程序主要完成在定時(shí)器的初始化和日期、時(shí)間、

39、省電三種模式之間的切換工作。而年月日，時(shí)分秒的設(shè)定則是在兩個(gè)不同的子程序中完成的。而時(shí)間的順序加減則是在T0中斷程序中完成的。T1中斷程序的作用主要是控制當(dāng)前調(diào)整位的閃爍標(biāo)志位的置位和復(fù)位。除此之外還有一些子程序，如：加1子程序（可對(duì)時(shí)分秒年月日存儲(chǔ)單元的值增加1），清零程序（對(duì)年、時(shí)、分、秒存儲(chǔ)單元清零），置一程序（對(duì)月、日存儲(chǔ)單元置1），兩種顯示模式和兩種設(shè)置模式所對(duì)應(yīng)的四個(gè)顯示程序，閏年二月及大小月判斷程序，延時(shí)程序。4.1.1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元功能的劃分05H調(diào)整模式的標(biāo)志67H68H年單元的高低位20H調(diào)整5、4號(hào)位的標(biāo)志6AH6BH日臨時(shí)存儲(chǔ)單元21H調(diào)整3、2號(hào)位的標(biāo)志6CH6DH月

40、臨時(shí)存儲(chǔ)單元22H調(diào)整1、0號(hào)位的標(biāo)志6EH-6FH年臨時(shí)存儲(chǔ)單元23H5、4號(hào)位是否顯示的標(biāo)志70H71H秒單元的高低位24H3、2號(hào)位是否顯示的標(biāo)志72H73H分單元的高低位25H1、0號(hào)位是否顯示的標(biāo)志74H75H時(shí)單元的高低位26H年月日高位為0的標(biāo)志76H77H分臨時(shí)存儲(chǔ)單元28H延時(shí)循環(huán)次數(shù)178H79H時(shí)臨時(shí)存儲(chǔ)單元29H延時(shí)循環(huán)次數(shù)2R1顯示數(shù)據(jù)首地址50H2月日期最大值R2閃動(dòng)延時(shí)循環(huán)次數(shù)52H是否為閏年的標(biāo)志R3日期的十六進(jìn)制的十進(jìn)制顯示51H大小月的標(biāo)志位R4中斷T0循環(huán)20次為1s53H-54H年份的高低兩位R5控制字位初值58H-59H日最大值的高低位R7顯示單元清零

41、循環(huán)次數(shù)63H64H日單元的高低位其他65H66H月單元的高低位4.1.2 計(jì)時(shí)功能的實(shí)現(xiàn)與中斷服務(wù)程序時(shí)間的運(yùn)行依靠定時(shí)T0中斷子程序?qū)r(shí)鐘單元數(shù)值進(jìn)位調(diào)整來實(shí)現(xiàn)的。計(jì)數(shù)器T0 打開后，進(jìn)入計(jì)時(shí)，滿50 毫秒后，對(duì)定時(shí)器初值校正后重裝定時(shí)。中斷20次，滿一秒后秒進(jìn)位，滿60 秒后即為1 分鐘，分鐘單元進(jìn)位，60 分到了后，時(shí)單元進(jìn)位，24 小時(shí)滿后，天單元進(jìn)位。這樣然后根據(jù)進(jìn)率，得到年、月、日、時(shí)、分、秒存儲(chǔ)單元的值，并經(jīng)查表譯碼后，通過掃描程序送LED 中逐位掃描顯示出來，實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘計(jì)時(shí)功能。時(shí)間調(diào)整時(shí)的閃爍是靠T1中斷子程序來完成的，當(dāng)30ms后顯示標(biāo)志置1,30ms后置0，以此來完成顯示

42、。4.2 數(shù)字鐘流程圖4.2.1主程序流程圖：開始初始化時(shí)鐘各存儲(chǔ)單元清零定時(shí)器、中斷初始化調(diào)用日期顯示子程序K1是否按下YYN跳轉(zhuǎn)到日期調(diào)整程序調(diào)用時(shí)間顯示程序YK2是否按下YN跳轉(zhuǎn)到時(shí)間調(diào)整程序跳轉(zhuǎn)到關(guān)閉顯示子程序K2是否按下關(guān)閉顯示N4.2.2T0中斷子程序流程圖：T0中斷程序開始保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)并關(guān)中斷中斷響應(yīng)時(shí)間修正是否到60s秒清零，送分鐘單元地址，調(diào)用加一子程序是否到1s是否到60分分清零，送小時(shí)單元地址，調(diào)用加一子程序月是否到最大值月置1，送年單元地址，調(diào)用加一子程序送秒單元地址，調(diào)用加一子程序YYYYYN年是否到最大值年清零將數(shù)據(jù)從臨時(shí)單元轉(zhuǎn)移到各個(gè)單元YY中斷返回是否到24h小時(shí)清

43、零，送日單元地址，調(diào)用加一子程序NNNNNN日是否到最大值日置1，送月單元地址，調(diào)用加一子程序日是否到最大值日置1，送月單元地址，調(diào)用加一子程序4.2.3 T0加1子程序流程圖：加1子程序開始低位加1后與高位合成BCD碼存入R3將R3中的內(nèi)容按高四位低四位分別存儲(chǔ)在高低位單元加1子程序返回4.2.4 閏年大小月判斷子程序流程圖：閏年大小月判斷程序開始NNNN是2月嗎？Y是大月嗎？是閏年嗎？YYY當(dāng)前月最大值為30當(dāng)前月最大值為31當(dāng)前月最大值為28當(dāng)前月最大值為29閏年大小月判斷程序返回4.2.5 顯示子程序流程圖：查字位輸出字位、字形初始化顯示程序開始到第六位了嗎？字位左移，字形指針加1查字

44、形輸出顯示程序返回4.2.6 閃爍顯示子程序流程圖：閃爍顯示開始字位、字形初始化N字形指向時(shí)的高位YLED12標(biāo)志為1N字形指向分的高位YYYYYNLED34標(biāo)志為1嗎？嗎？NNN字位左移兩位字形指針加2字形指向秒的高位LED56標(biāo)志為1嗎？嗎？N查字形輸出字位左移，字形指針加1到第六位了嗎？Y閃爍顯示返回4.2.7 T1中斷服務(wù)程序流程圖：重裝初值T1中斷程序開始NNNNN到6次了？YYYYY閃爍標(biāo)志為1嗎調(diào)時(shí)標(biāo)志為1LED12標(biāo)志置1，其余LED標(biāo)志位清零調(diào)分標(biāo)志為1嗎LED12標(biāo)志置1，其余LED標(biāo)志位清零調(diào)秒標(biāo)志為1嗎LED12標(biāo)志置1，其余LED標(biāo)志位清零·閃爍標(biāo)志位取反L

45、ED標(biāo)志位全部清零T1中斷程序返回4.2.8時(shí)間調(diào)整程序流程圖：時(shí)間調(diào)整程序開始跳回主程序中的調(diào)用關(guān)閉顯示程序循環(huán)延時(shí)1sYY按鍵釋放了NN所有閃爍標(biāo)志清零，關(guān)T0開T2閃爍和調(diào)時(shí)標(biāo)志置1K1按下？K2按下？按鍵釋放了延時(shí)0.5s小時(shí)減1減到最小值了變?yōu)?3時(shí)小時(shí)加1加到最大值了變?yōu)?0時(shí)NNNNYYYYYYYK1按下？K2按下？按鍵釋放了延時(shí)0.5s分鐘減1減到最小值了變?yōu)?9分分鐘加1加到最大值了變?yōu)?0分閃爍和調(diào)時(shí)標(biāo)志置1NNNNK1按下？K2按下？按鍵釋放了延時(shí)0.5s秒鐘減1減到最小值了變?yōu)?9秒秒鐘加1加到最大值了變?yōu)?0秒閃爍和調(diào)時(shí)標(biāo)志置1NNNNYYYYY所有標(biāo)志清零，關(guān)閉定時(shí)

46、器T1，開啟定時(shí)器T0跳回主程序的調(diào)用時(shí)間顯示循環(huán)注：日期調(diào)整程序流程圖與時(shí)間調(diào)整程序流程圖基本相同，在此省略，共五種模式構(gòu)成以下循環(huán)：日期顯示模式時(shí)間顯示模式省電模式日期調(diào)整模式時(shí)間調(diào)整模式4.3 數(shù)字鐘程序; 中斷入口程序 ; ORG 0000H ;程序執(zhí)行開始地址 LJMP START ;跳到標(biāo)號(hào)START執(zhí)行 ORG 0003H ;外中斷0中斷程序入口 RETI ;外中斷0中斷返回 ORG 000BH ;定時(shí)器T0中斷程序入口 LJMP INTT0 ;跳至INTTO執(zhí)行 ORG 0013H ;外中斷1中斷程序入口 RETI ;外中斷1中斷返回 ORG 001BH ;定時(shí)器T1中斷程序入

47、口 LJMP INTT1 ;跳至INTT1執(zhí)行; 主 程 序 ; START: MOV R0,#63H ;清63H-84H共21個(gè)內(nèi)存單元 MOV R7,#15H ; R7的值為21，表示做21次清零 CLEARDISP: MOV R0,#00H ;把R0所指的單元清零 INC R0 ;R0指向下一個(gè)單元 DJNZ R7,CLEARDISP ;判斷R7是否減到0，若沒有繼續(xù)執(zhí)行清零循環(huán) MOV 62H,#02H MOV 61H,#00H MOV TMOD,#11H ;設(shè)T0、T1為16位定時(shí)器 MOV TL0,#0B0H ;50MS定時(shí)初值（T0計(jì)時(shí)用） MOV TH0,#3CH ;50MS定

48、時(shí)初值 MOV TL1,#0B0H ;50MS定時(shí)初值（T1閃爍定時(shí)用） MOV TH1,#3CH ;50MS定時(shí)初值 SETB EA ;總中斷開放 SETB ET0 ;允許T0中斷 SETB TR0 ;開啟T0定時(shí)器 MOV R4,#14H ;1秒定時(shí)用初值（50MS×20） START1: LCALL DISPLAY2 ;調(diào)用日期顯示子程序 JNB P3.0,DATA1 ;P3.0口為0時(shí)轉(zhuǎn)入日期調(diào)整程序 SJMP START1 ;P3.0口為1時(shí)跳回START1 DATA1: LJMP REVERSE ;轉(zhuǎn)到日期調(diào)整程序REVERSE START2: LCALL DISPLAY

49、 ;調(diào)用時(shí)間顯示子程序 JNB P3.0,SETMM1 ;P3.0口為0時(shí)轉(zhuǎn)入時(shí)間調(diào)整程序 SJMP START2 ;P3.0口為1時(shí)跳回START2 SETMM1:LJMP SETHH ;轉(zhuǎn)到時(shí)間調(diào)整子程序; 1秒計(jì)時(shí)程序 ;T0中斷服務(wù)程序 INTT0: PUSH ACC ;累加器入棧保護(hù) PUSH PSW ;狀態(tài)字入棧保護(hù) CLR ET0 ;關(guān)T0中斷允許 CLR TR0 ;關(guān)閉定時(shí)器T0 MOV A,#0B7H ;中斷響應(yīng)時(shí)間同步修正 ADD A,TL0 ;低8位初值修正 MOV TL0,A ;重裝初值（低8位修正值） MOV A,#3CH ;高8位初值修正 ADDC A,TH0 ; MOV TH0,A ;重裝初值（高8位修正值） SETB TR0 ;開啟定時(shí)器T0 DJNZ R4, OUTT0 ;20次中斷未到中斷退出 ADDSS: MOV R4,#14H ;20次中斷到（1秒）重賦初值 MOV R0,#71H ;指向秒計(jì)時(shí)