1、基于單片機的秒表基于單片機的秒表/ /時鐘計時器設計時鐘計時器設計摘摘 要要近年來，隨著科學技術的進步和時代的開展，人們對時鐘的功能和精度提出了越來越高的要求，各種時鐘的設計也越來越重要。秒表/時鐘計時器是在一種計時器上實現(xiàn)兩種根本功能的一種器件。它廣泛應用于各種場所，同時，它以其小巧，價格低廉，走時精度高，使用方便，功能多，便于集成化，而受到廣闊消費者的喜愛。本文介紹了一種以 AT89S51 單片機為核心的秒表/時鐘計時器的設計，實時時鐘芯片 DS1302 提供實時時間，6 位 LED 動態(tài)顯示時、分、秒，并在計時過程中具有報時功能, 定時時間到時，音樂電路播放悅耳的樂曲。該數(shù)字鐘設有五個按

2、鍵: K1, K2，K3，K4 和 K5 鍵,使之具備了校時、定時功能，在設計中分別介紹了它們的工作特點、原理和使用方法，并給出了它們與單片機 AT89S51 的接口電路。單片機和集成芯片的應用使得本設計硬件電路簡化、編程方便，同時功能也更穩(wěn)定。由于單片機可以重新寫入不同程序這就便于時鐘功能的擴充和改變，同時時鐘芯片時間精確度高可以保證系統(tǒng)的精度。關鍵詞：關鍵詞：單片機；秒表；時鐘；實時時鐘芯片；動態(tài) LED 顯示；The Design Of Stopwatch/Electronic-Clock System Based On Single-Chip-MicrocomputerAbstract

3、In recent years, with the scientific progress and the development of the times, people requirements of the clock function and accuracy are more and more high. The various design of the clock also becomes increasingly important. As long as the existence of timing、counting ,the clock will be used. Mea

4、nwhile ,in daily lives, with its feature of compact, low price ,high accuracy, ease to use, multi-functional, ease of integration, the digital clock are fond of majority of consumers.This paper introduces the design of digital alarming clock ,which was based on the core of single-chip microcomputer

5、AT89S51.Real-time clock chip DS1302 provides real-time, six bit LED display hours, minutes and seconds dynamically, the clock also having the function of timekeeping in the process of timing .When timing time, the music circuit broadcast delightful music. The digital clock with five keys: the button

6、 of K1, K2, K3, K4, with these keys, the digital clock has the function of regulating & timing. This design introduces their characteristics,principles,using methods, and gives them the interface circuit with SCM AT89S51.The circuit of hardware for this design become easy and the system function bec

7、ome powerful along with MCU and integrated chip used. Because the monolithic integrated circuit may reread in different procedure this at your convenience to the clock function expansion and the change, simultaneously the Real-time clock chip precision is high may guarantee the system the precision.

8、 Keywords:SCM;Stopwatch;Clock;Real-time clock chip;Dynamic LED display;目目 錄錄引引 言言 -1第第 1 章章緒論緒論 -21.1 概述 -21.2 課題的總體設計及思路 -2第第 2 2 章章硬件電路設計硬件電路設計 -4 單片機最小系統(tǒng) -4單片機的介紹及選擇 -4 AT89S51 單片機性能與應用 -4 單片機的時鐘電路 -6 單片機的復位電路 -72.2 實時時鐘電路 -72.3 顯示電路 -8 LED 顯示的根本原理 -9 顯示電路原理圖 -9 鍵盤電路 -10 鬧鈴電路 -11第第 3 章章 系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)軟

9、件設計 -133.1 主程序流程圖 -13讀 DS1302 程序流程圖 -14 顯示程序流程圖 -14 秒表計時子程序流程圖 -14 時鐘計時子程序流程圖 -15 設定時間子程序流程圖 -15 鬧鐘子程序流程圖 -17第第 4 章章 調(diào)試調(diào)試 -18結(jié)論與展望結(jié)論與展望 -19致致 謝謝 -20參考文獻參考文獻 -21附錄附錄 A：系統(tǒng)原理圖：系統(tǒng)原理圖 -22附錄附錄 B：外文文獻及其譯文：外文文獻及其譯文 -23附錄附錄 C：主要參考文獻題錄及摘要：主要參考文獻題錄及摘要-29附錄附錄 D：程序清單：程序清單-31插圖清單插圖清單圖1-1 系統(tǒng)原理框圖 -3圖2-1 AT89S51的引腳結(jié)

10、構(gòu)圖-5圖2-2 時鐘電路-6圖2-3 復位電路-7圖2-4 DS1302引腳圖-8圖2-5 DS1302與單片機AT89S51的接口電路 -8圖2-6 數(shù)碼管引腳圖-9圖2-7 數(shù)碼管的共陰和共陽接法-9圖2-8 顯示電路-10圖2-9 鍵盤電路-11圖2-10 LM386的引腳圖-12圖2-11 鬧鈴電路-12圖3-1 主程序流程圖-13圖3-2 讀DS1302時間子程序流程圖-14圖3-3 顯示程序流程圖-14圖3-4 秒表計時子程序流程圖-15圖3-5 時鐘計時子程序流程圖-15圖3-6 設定時間子程序流程圖-16圖3-7 調(diào)時/定時子程序流程圖-16圖3-8 時鐘鬧鈴子程序流程圖-1

11、7插表清單插表清單表 2-1 P3 口的第二功能表-6引引 言言近年來隨著計算機技術的飛速開展，計算機也正式形成了通用計算機系統(tǒng)和嵌入式計算機系統(tǒng)二個分支。單片機作為最典型的嵌入式系統(tǒng)，由于其微小的體積和極低的本錢，廣泛應用于家用電器、儀器儀表、工業(yè)控制單元以及通信產(chǎn)品中，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。同時數(shù)模電技術、微電子技術也快速開展使得大量集成芯片出現(xiàn)，從而實現(xiàn)很多簡單功能代替了原來的模擬電路。這樣利用單片機、集成芯片和電子電路就可以很方便的進行設計，其中最典型、現(xiàn)在應用也很多的就是電子產(chǎn)品的設計。本設計就是利用單片機技術將秒表和時鐘兩種計時器的功能集中到一種計時裝置上，從而實現(xiàn)

12、計時器功能的集成化，使其使用起來更加方便。本設計的一大特點就是在硬件設計中采用實時時鐘芯片來實現(xiàn)計時，大大簡化了硬件電路，從而使設計更加簡便易行。本設計共分四章來進行介紹。第一章為概述，主要介紹了設計的主要內(nèi)容、總體思路及方案確實定，使大家對本系統(tǒng)有一個大致的了解。第二章為硬件設計，將方案中的各模塊分節(jié)進行介紹，并對其中的器件和芯片等的特點和應用給以分析。第三章為軟件的設計，根據(jù)硬件電路和設計要求設計軟件，包括系統(tǒng)主程序和各子程序框圖并對各程序簡單介紹，在設計的最后將附上軟件源程序.第第 1 章章 緒論緒論 概述單片微型計算機作為微型計算機的一個重要分支，它成為今天工業(yè)控制領域、通信設備、信息

13、處理以及日常生活中最廣泛使用的計算機。如數(shù)控電梯機床、交通管理系統(tǒng)、電腦、 、電子詞典和各種智能醫(yī)療器械等，其中單片機用于電子產(chǎn)品的設計是非常方便的。秒表和時鐘是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姟靡沧顝V泛的電子產(chǎn)品?，F(xiàn)在的體育及其他各種比賽非常的多，其中時間的控制是非常重要的，而秒表在時間控制中起著舉足輕重的作用；而時鐘的應用更廣泛，它不但可以告訴人們時間，還可以應用于其它一些產(chǎn)品中實現(xiàn)時間的控制，比方應用于工業(yè)控制中實現(xiàn)定時報警、家用電器定時工作等等。因此研究這兩種計時器有著非?，F(xiàn)實的意義，本設計是將這兩種計時器的功能集中于一個計時器上，使其使用更加方便。隨著計時器廣泛的應用，其無論在各種體育比賽還

14、是人們的日常生活中抑或是在其它生產(chǎn)制造領域都起到非常重要的作用，隨著各領域的開展人們應用計時器并對計時器的功能提出了更高的要求。怎樣讓計時器實現(xiàn)更多的功能很好的為人們效勞，這就要求人們在原有計時器的根底上不斷改良設計制造出更多新型多功能計時器件。本設計基于單片機的秒表/時鐘計時器的設計電路中,除了根本的單片機系統(tǒng)和外圍電路外,還需要外部的控制和顯示裝置。在單片機技術日趨成熟的今天，其靈活的硬件電路的設計和軟件的設計，讓單片機得到了廣泛的應用，幾乎是從小的電子產(chǎn)品，到大的工業(yè)控制，單片機都起到了舉足輕重的作用。單片機小的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)幾乎是所有具有可編程硬件的一個縮影，單片機的學習和研究是對微機系統(tǒng)學

15、習和研究的簡捷途徑。用單片機技術實現(xiàn)不僅具有秒表和時鐘的根本功能，還能在各種惡劣環(huán)境下工作。充分挖掘了單片機的資源和運算控制能力，具有功能多、顯示全、本錢低的特點。 課題的總體設計及思路本設計秒表/時鐘計時器的設計以單片機為控制核心，從各個控制模塊，如顯示模塊、鍵盤模塊、實時控制模塊等來實現(xiàn)硬件電路的設計。通過定時芯片來實現(xiàn)實時控制,再經(jīng)過單片機將時間數(shù)據(jù)由 LED 數(shù)碼管顯示,系統(tǒng)中通過按鍵完成秒表和時鐘計時功能的切換以及時間的調(diào)整。此外，系統(tǒng)中時鐘計時器的定時也采用按鍵來設定，當定時時間到時，系統(tǒng)中的音樂電路播放動聽的樂曲。計時器的設計方法有多種，如可用中小規(guī)模集成電路組成，也可以用專用的

16、時鐘芯片配以顯示電路及其所需要的外圍電路來組成，還可以利用單片機配以專用時鐘芯片來實現(xiàn)。這些方法都各有特點，其中利用單片機進行設計的時鐘編程靈活，便于時鐘功能的擴充，精確度也很高。本設計采用的就是最后一種方法。即以單片機為核心，時鐘芯片計時，鍵盤設定、校正時間，數(shù)碼管顯示相應時間來進行設計的。因此時鐘系統(tǒng)中我們需設計較好的單片機的最小系統(tǒng)、顯示電路、鍵盤電路和時鐘芯片與單片機的接口電路。經(jīng)過以上簡單的分析可以得到本系統(tǒng)設計的原理方框圖如圖 1-1 所示單片機最小系統(tǒng)顯示電路鍵盤電路時鐘電路鬧鈴電路圖 1-1 系統(tǒng)原理框圖本系統(tǒng)的設計采用的是常用的模塊分析法，即將系統(tǒng)分為幾個子模塊分別設計。主要

17、分為五個大模塊設計，即單片機最小系統(tǒng)模塊、時鐘電路模塊、顯示模塊、鍵盤模塊和鬧鈴模塊，在以后的硬件電路設計中就按照以上的各模塊分別進行設計。第第 2 章章 硬件電路設計硬件電路設計設計思路和方案確定后就可進行系統(tǒng)的硬件電路設計。硬件電路是一個系統(tǒng)非常重要的局部，它設計的結(jié)果直接影響系統(tǒng)軟件設計的復雜程度和系統(tǒng)的性能指標。第1 章中已經(jīng)指出本系統(tǒng)的設計采用模塊法，將系統(tǒng)分為單片機最小系統(tǒng)、時鐘電路、顯示電路和鍵盤電路四個子模塊，本章將對各模塊分別進行設計介紹。系統(tǒng)的總原理圖將在附錄里給出 單片機最小系統(tǒng)單片機的最小系統(tǒng)是指單片機能正常工作所必需的最小組成局部，主要包括單片機及其時鐘電路和對其進行

18、復位的復位電路及電源電路。因此需選擇適宜單片機、設計時鐘電路和復位電路以保證單片機的工作。 單片機的選擇及介紹單片機雖然種類繁多但不管哪種其內(nèi)部結(jié)構(gòu)都大同小異，都是把中央處理器CPU、隨機存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器以及 I/O 口電路等主要微型機部件集成在一個芯片上，使單片機向著穩(wěn)定可靠、體積小、功能強、速度快和價格廉的方向開展。單片機的典型代表是 MCS-51 系列單片機，后來又以其的技術核心為主導生產(chǎn)出很多功能更好的單片機，例如 ATMEL 公司推出的 AT89 系列單片機1。ATMEL 公司將 Flash 存儲器技術與 MCS-51 核相結(jié)合，形成了 F

19、lash 單片機 AT89系列。AT89 系列單片機和 MCS-51 單片機在內(nèi)部功能、引腳以及指令系統(tǒng)方面完全兼容。由于 AT89 系列單片機繼承了 MCS-51 的原有功能，內(nèi)部含有大量的 Flash 存儲器，又增加了新的功能，如看門狗定時器 WDT、ISP 及 SPI 串行接口技術等，因此在電子產(chǎn)品開發(fā)及智能化儀器儀表中有著廣泛的應用，是目前取代 MCS-51 系列單片機的主流芯片之一。AT89S 系列是在 AT89C 系列的根底上增加一些特別的功能部件組成的。AT89S51、52 是 2003 年 ATMEL 推出的新型品種，除了完全兼容 8051 外，還多了 ISP編程和看門狗功能。

20、根據(jù)本課題的特點，我們選用 AT89S51。 AT89S51 單片機性能與應用AT89S51 是一個低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準 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 存儲單元，功能強大的微型計算機的 AT89S51 可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89S51 具有如下特點：40 個引腳；4k B

21、ytes Flash 片內(nèi)程序存儲器；128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器RAM ；32 個外部雙向輸入/輸出I/O口；5 個中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷；2 個 16 位可編程定時計數(shù)器；2 個全雙工串行通信口；看門狗WDT電路；片內(nèi)時鐘振蕩器 此外，AT89S51 設計和配置了振蕩頻率可為并可通過軟件設置省電模式?？臻e模式下，CPU 暫停工作，而 RAM 定時計數(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位。同時該芯片還具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應不同產(chǎn)品的需求。看門狗WDT電路

22、主要是實現(xiàn)復位功能.當單片機運行出現(xiàn)死循環(huán)時,看門狗WDT電路可以起保護功能,實現(xiàn)復位作用.AT89S51 單片機作為控制部件. 該型號單片機一共有 40 個引腳,有雙腳直插式和方形封裝方式，可用于不同的場合。本次采用的是雙列直插式，其引腳結(jié)構(gòu)圖如圖功能 2-1 所示。下面對這些引腳的功能加以說明2。12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RSTP3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3

23、.5/T1P3.6/WRP3.7/RDXTAL1XTAL2VssP2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7PSENALEEAVccP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7圖 2-1 AT89S51 的引腳結(jié)構(gòu)圖1、I/O 口線P0 口8 位、漏極開路的雙向 I/O 口。P1 口8 位、準雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻。P2 口8 位、準雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻。P3 口8 位、準雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻。P3 口還具有第二功能，第二功能見表 2-1。2、控制信號線RST復位輸入信號，高電平有效。EA/Vpp外部程序存儲器訪問

24、允許信號/編程電壓輸入端。PSEN片外程序存儲器讀選通信號，低電平有效。ALE/PROG低字節(jié)地址鎖存信號/編程脈沖輸入端。 3、電源和外部晶振引腳 Vcc電源電壓輸入引腳。GND電源地。XTAL1、XTAL2外部晶振引腳。以上就是關于本設計中用的單片機 AT89S51 的特性、引腳功能的簡單介紹。表 2-1 P3 口的第二功能表 引腳 替代功能說明 RXD 串行數(shù)據(jù)接受 TXD 串行數(shù)據(jù)發(fā)送 0INT 外部中斷 0 申請 1INT 外部中斷 1 申請 T0 定時器 0 外部事件計數(shù)輸入 T1 定時器 1 外部事件計數(shù)輸入 WR 外部 RAM 寫選通 RD 外部 RAM 讀選通 單片機的時鐘電

25、路 時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作所需的時鐘信號，單片機本身就如同一個復雜的同步時序電路，為了保證同步工作，電路應在唯一的時鐘信號控制下，嚴格的按規(guī)定時序工作。單片機內(nèi)含振蕩器電路，但晶體振蕩器和電容在片外，由引腳 XTAL1 和 XTAL2 接入片內(nèi)。XTAL1 為振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生電路的輸入，XTAL2 為反相放大器的輸出。時鐘電路的接法有二種：當使用片內(nèi)振蕩器時，片外振蕩源和電容與 XTAL1 和 XTAL2 的接法如圖 2-2 的 a所示。當使用晶體諧振器時，C1、C2=3010pF 當使用陶瓷諧振器時 C1、C2=4010pF。C1 和 C2 雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小影響

26、振蕩器電路的穩(wěn)定性和快速性，通常選在 20pF 到 30pF。在設計電路板時，晶振和電容等應盡可能的靠近芯片，以減小分布電容，保證振蕩器振蕩的穩(wěn)定性。當使用外部振蕩器信號時，外部始終信號接入 XTAL1 引腳，XTAL2 引腳懸空，如圖3-2 的 b所示。對外部時鐘信號的占空比沒有要求，但上下電平持續(xù)時間應不短于20ms。本次設計采用圖 3-2 的 a中的時鐘電路的接法，晶振取3。 XTAL2XTAL1GNDGND（a）NC外部振蕩器信號XTAL2XTAL1GNDGND（b） 圖 2-2 時鐘電路2.1.4 單片機的復位電路 復位是單片機的初始化操作，其主要功能是把PC初始化為0000 H，使

27、單片機從0000 H單元開始執(zhí)行程序，除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當由于程序進行出錯或操作出錯使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復位鍵以重新啟動。因此熟悉單片機的復位狀態(tài)非常必要。通過MGS-51單片機的復位引腳RST引腳(9)加上持續(xù)兩個機器周期(即24個振蕩周期)的高電平,即可使器件復位，只要RST一直保持高電平，那么CPU就一直處于復位狀態(tài)。當RST由高變低后復位結(jié)束，CPU從初始狀態(tài)開始工作。單片機的復位都是靠外部電路實現(xiàn)的，分為上電自動復位和手動按鍵復位。如圖2-3所示。 上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的，其電路如圖2-3(a)所示。這樣，只要電源VCC的上升

28、時間不超過1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的復位初始化。上電復位電路的特點是很方便，當有電源接通給單片機時，此電路就可以自動產(chǎn)生復位信號。 除上電自動復位以外，在系統(tǒng)運行時有時還需要在不關閉電源的情況下對單片機進行復位操作，此時，一般是通過一個手動復位按鈕4，如圖2-3(b)所示。在需要復位時只要按一下復位按鈕即可使單片機復位。按鍵復位電路的特點就是上電以后，可以隨時通過按鍵來發(fā)出復位信號。該電路除具有上電復位功能外。這對系統(tǒng)的可控性是很有幫助的。在本次設計中采用手動復位。 VccVccRSTVss22uF1KAT89S51VccVccRSTVss22uF1KAT89S5

29、1R2200R1RSTa上電復位電路 b手動復位電路圖2-3 復位電路 實時時鐘電路本次設計的基于單片機的秒表/時鐘計時器所使用的時鐘芯片是DS1302，下面將主要介紹該芯片的用法。 DS1302內(nèi)含有一個實時時鐘/日歷和31B態(tài)RAM，通過簡單的SPI串行接口與單片機進行通信。可提供秒、分、時、日期、月、年的信息，每月和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整，可采用24或12小時格式5。DS1302與單片機之間能采用SPI同步串行的方式進行通信，僅需用復位、數(shù)據(jù)和時鐘三根I/O口線。主要指標如下： 內(nèi)含31B數(shù)據(jù)存儲器。 工作電壓：2.05.5V。 工作電流：在低壓2.0V時，小于300nA。 串行SPI三線

30、接口方式。 8引腳DIP或SOIC表貼封裝。 DS1302引腳順序如圖2-4所示： X1、X2：32.768KHz晶振引腳。 GND：地。 RST：復位引腳。 I/O：數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。 SCLK：串行時鐘。 VCC1,VCC2:電源，VCC1可接后備電池。實時芯片DS1302與單片機AT89S51的連接電路如圖2-5所示：VCC2X1X2GND1234RSTI/OSCLKVcc15678圖2-4 DS1302引腳圖P3.3P3.2P3.420 VssVcc21Vcc30EA12345678Vcc2X1X2GNDVcc1SCLKI/ORSTC0C16pF6pFVccDS1302圖2-5 DS

31、1302與單片機AT89S51的連接電路 顯示電路顯示電路是整個電路的輸出局部，顯示電路有LED數(shù)碼管顯示和LCD液晶顯示。本次設計采用的是LED數(shù)碼管顯示。在單片機系統(tǒng)中，LED數(shù)碼管顯示是反映系統(tǒng)輸出和操作輸入的有效器件。數(shù)碼管具備數(shù)字接口，可以很方便地和單片機系統(tǒng)連接，數(shù)碼管的體積小、重量清，并且功耗低，是一種理想的顯示單片機數(shù)據(jù)輸出的器件。2 LED 顯示的根本原理LEDLight Emitting Diode是發(fā)光二極管的縮寫，LED 顯示器是由發(fā)光二極管構(gòu)成的，所以在顯示器前面冠以“LED。LED 顯示器在單片機技術中的使用非常普遍。LED 顯示原理：通常所說的 LED 顯示器由

32、7 個發(fā)光二極管組成，因此也稱為七段LED 顯示器，其排列形狀如圖 2-6 所示。此外，顯示器中還有一個圓點型發(fā)光二極管在圖中以 dp 表示 ，用以表示小數(shù)點。通過七段發(fā)光二極管亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字、字母以及其它符號6。LED 顯示器中的發(fā)光二極管共有兩種連接方法見圖 2-7： 共陽極接法：把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極。使用時公共陽極接+5v。這樣陰極端輸入低電平的段發(fā)光二極管就導通點亮，而輸入高點平的那么不亮。 共陰極接法：把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極。使用時公共陰極接地，這樣輸入高電平的段發(fā)光二極管就導通點亮，而輸入低點平的那么不亮。dpabcdefgcGN

33、DdegfGNDa b符號和引腳R 8abcdefgdp共陰極R 8abcdefgdp+5V共陽極圖 2-6 數(shù)碼管引腳圖 圖 2-7 數(shù)碼管的共陰和共陽接法 顯示電路原理圖在單片機應用系統(tǒng)中，顯示器顯示常用兩種方法：靜態(tài)顯示和動態(tài)掃描顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個顯示器都要占用單獨的具有鎖存功能的 I/O 接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時，再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種方法單片機中 CPU 的開銷小。可以提供單獨鎖存的 I/O 接口電路很多，這里采用串并轉(zhuǎn)換電路 74LS164，單片機串行口方式 0 為移位存放器方式

34、，外接 6 片 74LS164 作為 6 位 LED 顯示器的靜態(tài)顯示接口。74LS164 為 TTL 單向 8 位移位存放器，可實現(xiàn)串行輸入，并行輸出。其中A、B第 1、2 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并接。T第 8 腳為時鐘輸入端，可連接到串行口的 TXD 端。每一個時鐘信號的上升沿加到 T 端時，移位存放器移一位，8 個時鐘脈沖過后，8 位二進制數(shù)全部移入 74LS164 中。R第 9 腳為復位端，當 R=0 時，移位存放器各位復 0，只有當 R=1 時，時鐘脈沖才起作用。Q1Q8第 3-6 和 10-13 引腳并行輸出端分別接LED 顯示器

35、的 hga 各段對應的引腳上。在給出了 8 個脈沖后，最先進入 74LS164 的第一個數(shù)據(jù)到達了最高位，再來一個脈沖，第一個脈沖就會從最高位移出7。 顯示電路原理圖如圖2-8所示。195 P1.4P1.5P1.620Vss21Vcc30VccGNDVccABCLK/CRGND1412892223242526272829VccP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EAALEPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0Vcc4*4.7kVcc4*4.7kabcdefgdpabcdefgdpc1c2c3c4c1c2VccQ1Q2Q3Q4Q5Q6

36、P1.0P1.1P1.2P1.3P1.7RXD/P3.0TXD/P3.1INT0/P3.2INT1/P3.3T0/P3.4T1/P3.5WR/P3.6RD/P3.7XTAL1XTAL21234678910111213141516171831323334353637383940圖 2-8 顯示電路 鍵盤電路計時器需要用到按鍵對其控制，如調(diào)整時間、設置鬧鐘時間等。本次設計的秒表/時鐘計時器是一個既可以進行正常執(zhí)行時鐘功能又能作為秒表進行倒計時操作的計時裝置，鍵盤的功能主要是秒表和時鐘功能的切換、調(diào)整時間、設定時間。用四個按鍵就可以滿足要求。單片機使用的鍵盤可分為獨立式和矩陣式兩種，獨立式實際上就是

37、一組相互獨立的按鍵，這些按鍵可直接與單片機的 I/O 口連接，即每個按鍵獨占一條口線，接口簡單，對鍵盤數(shù)目不多的設計可用這種鍵盤。矩陣式鍵盤也稱行列式鍵盤，鍵盤上的鍵按行列組成矩陣，在行列的交點上都對應有一個鍵，故鍵的數(shù)目較多8。矩陣式鍵盤還有專用的鍵盤接口芯片，其可以完成鍵盤的掃描、鍵的識別、產(chǎn)生閉合鍵的鍵碼以及排除多鍵、串鍵和去抖動等功能，鍵盤接口芯片可以與單片機結(jié)合設計出很好的鍵盤，在需要很多鍵盤的設計中應用該種鍵盤比擬好。本設計中用到的四個按鍵，可采用獨立鍵盤實現(xiàn)。四個按鍵分別獨立與單片機的I/O 口相接，由于對單片機正常工作時其口線輸入一般為高電平較好，那么可以設計按鍵電路使按鍵不按

38、下時輸入單片機 I/O 口的數(shù)據(jù)是高電平，按鍵按下時輸入的是低電平，即在鍵盤電路中低電平有效。當有鍵按下時輸入單片機一個低電平單片機處理，沒有鍵按下時單片機正常工作。圖 2-9 是本設計的鍵盤電路。P3.2 到.P3.5 是單片機的 I/O 口，S1 到 S4 是四個獨立按鍵。1S1：秒表和時鐘功能切換鍵。2S2：校準時間鍵，校準后確實認鍵，在復位后的待機狀態(tài)下，用于啟 動設定時間參數(shù)。3S3：校準時間時，用于對時位、分位、秒位進行+1操作。4S4：定時確認鍵，用來確定鬧鐘設定的時間?；蚴亲鳛槊氡硎褂脮r的啟動、暫停和復位鍵。5P1.4P1.5P1.66720 VssVcc21Vcc30EAVc

39、c12345S1S2S3S41234P1.0P1.1P1.2P1.3RP5AT89S51圖 2-9 鍵盤電路2.5 鬧鈴電路鬧鈴是時鐘的一個重要功能，其響鈴時可用蜂鳴器和揚聲器來實現(xiàn)，為了使其響鈴效果更好這里采用揚聲器播放音樂來實現(xiàn)其鬧鈴功能。要使揚聲器能在整點報時必須要有音頻放大器來驅(qū)動揚聲器才能工作。在這里采用LM386音頻放大器9。LM386是美國國家半導體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，為使外圍元件最少，電壓增益內(nèi)置為20。但在1腳和8腳之間增加一只外接電阻和電容，便可將電壓增益調(diào)為任意值，直至200。輸入端以地為參考，同時輸出端電壓為電源電壓的一半，在5V電源電壓下，它的靜態(tài)功耗僅為24m

40、W,使得LM386特別適用于電池供電的場合。LM386的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式。引腳圖如圖2-10所示。引腳2為反相輸入端，3為同相輸入端；引腳5為輸出端；引腳6和4分別為電源和地；引腳1和8為電壓增益設定端；對增益要求不高時可以去掉不接，此時的增益內(nèi)置為20。使用時在引腳7和地之間接旁路電容，通常取547F。工作穩(wěn)定后，該管腳電壓值約等于電源電壓的一半，在器件上電、掉電時的噪聲就是由該偏置電壓的瞬間跳變所致，工作穩(wěn)定后，該管腳電壓值約等于電源電壓的一半。增大這個電容的容量，能減緩直流基準電壓的上升、下降速度，可有效抑制噪聲10。它的電子特性如下：1.靜態(tài)功耗低，約為4mA，可

41、用于電池供電；：412V或518V。LM386-1和LM386-3的電源電壓為412V，LM386-4的電源電壓為518V；范圍為：20200； ； 在這里的采用增益為20的電路，其輸入端與單片機的P3.7口相連，輸出端接內(nèi)阻為8歐姆的揚聲器，那么報時器的連接圖如圖2-11所示。GAITINPUTINPUTGNDGAINBYPASSVccOUTPUT12345678LM386圖2-10 LM386的引腳圖10K10K32478165LM3860.0047uF47uFMICRO+5VP3.7圖2-11 鬧鈴電路第第 3 章章 系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)軟件設計 基于單片機系統(tǒng)的設計一般包括系統(tǒng)硬件設計和系

42、統(tǒng)軟件設計二局部，上一章已經(jīng)對系統(tǒng)硬件進行了設計，本章將根據(jù)系統(tǒng)硬件電路和設計要求設計系統(tǒng)的軟件。軟件也可模塊化設計，將軟件系統(tǒng)分為主程序和幾個子程序設計即主程序、中斷子程序、X5045 初始化子程序、DS1302 初始化子程序、鍵盤設定時間子程序、顯示子程序，本章主要對各程序設計流程圖并簡單介紹各程序的原理。語言編程采用匯編語言，系統(tǒng)的匯編語言程序?qū)⒃诟戒浿薪o出。3.1 主程序流程圖 程序的執(zhí)行是從主程序開始的，主程序是軟件設計的總體框架，因此主程序流程圖的設計決定了程序編寫的好壞。主程序的功能主要是讀 DS1302 的時間將時間數(shù)據(jù)送到 LED 顯示，當有按鍵按下時，將引發(fā)外部中斷，程序會

43、調(diào)用相應的中斷子程序。如當 S1 按下時，計時器由時鐘模式轉(zhuǎn)換到秒表計時模式，此時會調(diào)用秒表計時中斷子程序執(zhí)行秒表計時功能，在 LED 上將顯示秒表時間；當按鍵 S1 未被按下或被再次按下時為時鐘工作模式，將調(diào)用時鐘計時程序并執(zhí)行與其相關的子程序，在 LED 上將顯示時鐘時間并進行校時、定時功能。其流程圖如圖 3-1 所示。開 始初 始 化S1是否按下？讀DS1302的時間YN運行秒表計時程序運行時鐘計時程序調(diào)用秒表計時顯示子程序調(diào)用時鐘顯示子程序圖 3-1 主程序流程圖3.2 讀 DS1302 子程序流程圖本節(jié)的主要功能是讀取 DS1302 的數(shù)據(jù)11，其流程圖如圖 3-2 所示。 顯示程序

44、流程圖在從 DS1302 讀出時間后要在 LED 上顯示，本設計中時鐘初值設計為 12 點 00 分 00秒，秒表初值定為 00 分 00 秒 00，采用 LED 動態(tài)顯示，其流程圖如 3-3 所示：取時間低位顯 示開 始初 始 化取時間高位顯 示顯示完？顯 示NY返 回開 始秒地址送R0設置長度地址寫入DS1302讀DS1302時間存相應單元地址指針加1秒、分、時讀完？返回YN圖 3-2 讀 DS1302 時間子程序流程圖 圖 3-3 顯示程序流程圖 秒表計時子程序流程圖 當按鍵 S1 按下時 P1.0 引腳處有低電平脈沖，計時器進入秒表計時功能，調(diào)用秒表計時子程序，其程序流程圖如 3-4

45、所示12： 3.5 時鐘計時子程序流程圖當按鍵 S1 未被按下或被再次按下時，該計時器將執(zhí)行時鐘計時功能，其流程圖如下列圖 3-5 所示：運行秒表計時百分秒位+11秒到？秒位+1；百分秒位清零60秒到？分位+1；秒位清零100分鐘到？分位清零返 回YNYNYN運行時鐘計時秒位+160秒到？分位+1秒位清零60分到？小時+1分位清零24時到？時位清零返 回YNNYNY圖 3-4 秒表計時子程序流程圖 圖 3-5 時鐘計時子程序流程圖3.6 設定時間子程序流程圖定時間子程序的主要功能是通過鍵盤掃描判斷是否有校時或定時鍵按下，從而進行校時或定時。其流程圖如圖3-6所示。調(diào)時子程序流程圖如圖3-7所示

46、 ： 中 斷子程序S2按下？YNYNS4按下？調(diào)用調(diào)時子程序調(diào)用定時子程序返 回按S4確認按S2確認圖3-6 設定時間子程序流程圖中斷服務子程序分位調(diào)整？分 位 加 11小時到？分 位 清 零小 時 位 清 零小時位調(diào)整？小 時 位 加 124小時到？返 回NYYYNNYN圖 3-7 調(diào)時/定時子程序流程圖 時鐘鬧鈴子程序流程圖 時鐘的鬧鈴功能是通過此程序來實現(xiàn)的。定時后將定時時間送緩沖單元暫存，然后將它的時、分、秒分別與時鐘時間的時、分、秒進行比擬，假設比擬結(jié)果都相等，那么鬧鈴響，否那么返回繼續(xù)比擬，直至完全相等鬧鈴響。返 回設置定時時間存暫存器時鐘時間與定時時間比較小時相等？分鐘相等？秒鐘

47、相等？鬧 鈴 響YNNYYN圖3-8 時鐘鬧鈴子程序流程圖第第 4 章章 調(diào)試調(diào)試單片機應用系統(tǒng)的調(diào)試，包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，是一個很重要的步驟。在調(diào)試過程中要不斷地找出其中的錯誤，并進行現(xiàn)場解決，然后再重復，直至系統(tǒng)可以正常運行為止。系統(tǒng)的硬件調(diào)試與軟件調(diào)試是分不開的，許多硬件故障是在調(diào)試軟件時才被發(fā)現(xiàn)和糾正的。通常是先排除系統(tǒng)中明顯的硬件故障后再和軟件結(jié)合起來調(diào)試。一、硬件調(diào)試一、硬件調(diào)試第一步：在沒通電之前，先用萬用表檢查線路的正確性，并核對元器件的型號、規(guī)格是否符合要求。特別注意電源的正負極以及電源之間是否有短路，并重點檢查地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線是否存在相互間的短路或其他信號線

48、的短路。晶體振蕩器和電容應盡可能靠近單片機芯片安裝，以減少寄生電容，更好是保證振蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。在本系統(tǒng)中我們都進行了仔細的檢查，所以此步驟不會發(fā)生故障，這一步如果檢查不細通電后可能會造成不可想象的后果，所以這一步也至關重要。第二步：通電后檢查各器件引腳的電位，仔細測量各點電位是否正常，尤其應注意單片機的插座上的各點電位，假設有高壓，將有可能損壞單片機仿真器。同樣，如果電壓過低就沒有能力驅(qū)動其負載。第三步：在斷電的情況下，除單片機以外，用仿真插頭將所連接電路與單片機仿真器的仿真接口相連，為軟件調(diào)試做好準備。二、軟件調(diào)試二、軟件調(diào)試該系統(tǒng)的軟件調(diào)試，是把程序輸入單片機，然后連接單片機仿真器

49、進行模擬調(diào)試，在調(diào)試時程序應該以模塊的形式進行調(diào)試，這樣可以方便解決軟件的問題，進行及時修改，最后再將調(diào)試好的小段程序連接在一起進行整體調(diào)試，當整個程序都沒錯誤時，軟件調(diào)試已經(jīng)成功。程序調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決的方法：1程序調(diào)試時假設發(fā)現(xiàn)無法運行出結(jié)果，應首先檢查各個子程序是否有錯誤，如有錯要改正，如果沒有錯誤應檢查單片機與仿真器的連接是否有問題。2程序中的跳轉(zhuǎn)指令的運用很重要，為保險起見，都用 LJMP,我們就遇到過跳轉(zhuǎn)指令用錯程序無法正常運行的現(xiàn)象。當用 JNZ 指令時，跳轉(zhuǎn)范圍比擬少，這時要用一個標號中轉(zhuǎn)。3編程時要注意，在程序開始時，要寫入各定時器中斷的入口地址。4編程過程中要注意加注釋

50、或分割線，否那么，在程序過長時容易變得很亂，不便于查找或更改。結(jié)論與展望結(jié)論與展望經(jīng)過一個學期的時間完成了基于單片機的秒表、時鐘計時器的設計，本系統(tǒng)是基于單片機及其接口技術、計算機技術、微電子技術綜合應用的設計。系統(tǒng)的設計主要包括單片機最小、實時時鐘芯片的選取，鍵盤電路和顯示電路的設計，各芯片與單片機接口電路的設計等。在系統(tǒng)設計中查閱了大量相關的中文和外文資料以及各芯片的廠家技術資料手冊，借鑒了很多前人成熟的經(jīng)驗。通過本次設計可以總結(jié)出：首先單片機的廣泛應用使現(xiàn)在的電子產(chǎn)品設計越來越方便，功能越來越好，集成度也越來越高。通過對單片機的重新編程可以很方便改變時鐘的功能。其次單片機和微電子等技術是

51、密切相關的，它們?nèi)绾螒脤⒅苯訉υO計結(jié)果產(chǎn)生影響，應用不同的元器件和設計方法可以使時鐘的設計結(jié)果截然不同，時鐘的性能也將有差異。同時在本設計中應用的元器件都是集成的，特別是單片機和實時時鐘芯片 DS1302 的應用，使該設計只要稍加修改就可以很方便的開發(fā)出其它基于單片機的時鐘。從本次設計也可以初步預測到以后計時器的開展狀況：首先，隨著很多性能更好新材料的應用、設計方法的不斷完善、大規(guī)模集成電路的開展以及驅(qū)動技術的進步，計時器的開展會很快，系統(tǒng)性能更穩(wěn)定、精度更高而且功能也更多，性價比更高。其次，隨著顯示器件，如液晶顯示器件性能的拓寬，傳統(tǒng)的機械時鐘顯示形式也將演變成高清晰度的顯示方式。最后，未

52、來計時器的功能將會大大的拓展。使用單片機以軟件方式驅(qū)動芯片，不但可以通過改變編程方法實現(xiàn)不同的功能，而且還可以方便靈活地控制時間的運行狀態(tài)以滿足不同用戶的要求。計時器的功能使用軟件方法進行設計，這樣既簡化了電路也降低了本錢。致致 謝謝本設計是在彭超老師的悉心指導下完成的。四年來，老師創(chuàng)造了屢次學習和交流的時機，提供了良好的實驗環(huán)境和學習環(huán)境，并且在學習、生活等各方面，老師都給了無微不至的關心。彭老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、淵博的學識，使我在完成論文期間少走了許多彎路。在此向尊敬的彭老師表示最衷心的感謝。本設計能夠及時完成還得到了眾多老師和同學的幫助，系統(tǒng)的硬件設計得到同學指點，軟件設計得到了同學的幫助

53、。其他師兄弟妹們對論文的撰寫也都提出了不少珍貴的意見和建議。技術細節(jié)問題的解決更離不開網(wǎng)上那些不知名的熱情網(wǎng)友的大力支持與幫助。在生活上特別離不開室友提供的幫助。在此，對他們并表示最衷心的感謝。最后，感謝父母給予精神上的鼓勵和生活上的關心，我唯有以更出色的成績來回報他們。感謝其他關心和幫助過我所有人。 楊 靜 2008 年 6 月 5 日參考文獻參考文獻1 付家才.單片機控制工程實踐技術M. 北京：化學工業(yè)出版社，2004.32 向繼文，廖立新.基于 AT89S51 的電子鐘系統(tǒng)設計J.機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2007，202：62-633J.長春大學學報，2004，144：36-39J.中文核心

54、期刊?微計算機信息?，2005，219-2：136-1375 M.北京：人民郵電出版社，20067 楊將新等 單片機程序設計及應用從根底到實踐M 電子工業(yè)出版社 20068 馮育長主編.單片機設計與實例分析.西安：西安電子科技大學 200791011 楊振江，等.流行單片機實用子程序及應用實例.西安：西安電子科技大學出版社200212 王振宇.基于單片機設計的多功能定時器J.貴州教育學院 200513 曹巧媛.單片機原理與應用M.北京：電子工業(yè)出版社，200214 程小東等.電氣工程專業(yè)英語實用教程M.北京：清華大學出版社，200615 樓然苗等.51 系列單片機設計實例M.北京：北京航空航天

55、大學出版社，200616 王幸之等.AT89 系列單片機原理與接口技術M.北京：北京航空航天大學出版社200417 劉瑞新.單片機原理及應用教程M.北京：機械工業(yè)出版社，200318 余永權(quán).ATMEL89 系列單片機應用技術M.北京：北京航空航天大學出版社，200219 周航慈.單片機程序設計根底M.北京：北京航空航天大學出版社，199720 ATMEL.8-bit Microcontroller with 8K Bytes AT89C51，1999附錄附錄 A A 系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)原理圖123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:9-Ju

56、n-2008 Sheet of File:H:楊楊楊楊yu.ddbDrawn By:C2104C3104C4104+5V12CON2123456789RE14.7K390R390R390RP1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL 118XTAL 219VSS20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE30EA31

57、P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC40U1AT89S51390R390R390R390R390R+5v+5v+5v+5vAD1IN504832.768XTAL 1XTAL 211.0592MC1115PC1215PC1315PC1415PNC1X12X23GND4RST5I/O6SCL K7VDD8U2DIS302+5VE110uFR92K+5VSCL KIORSTRESTLEDALEDBLEDCLEDDLEDELEDFLEDGLEDHLEDALEDBLEDCLEDDLEDELEDFLEDGLEDHLE DALE DBLE D

58、CLE DDLE DELE DFLE DGLE DHP1.5P1.6P1.7RESTSCL KIORSTCOM1COM2COM3COM4COM5COM6Q29012Q39012Q49012+5V+5V+5V+5VQ59012Q69012+5V+5V+5VR62KR52KR12KR22KR32KR42KCOM5COM6COM1COM2COM3COM412345RE34.7K+5V1122334455667788991010U3IDC10+5VP1.5P1.6P1.7RESTQ1PNP1K1K2K3K4 10k10k0.0047uFLM38647uFMICRO+5V+-P3.712345674.7

59、KRE214A1B2CLK3/CR4GND5U274LS164R10R11R12R13R14R15R16R17+5VP0.0P0.1P0.1P0.0R10R11R12R13R14R15R16R17A11B7D2C4G5F10E1GP3COM512COM68L2A11B7C4D2E1E10G5GP3COM112COM28COM39COM46L1附錄附錄 B B 外文文獻及其譯文外文文獻及其譯文The Electronic Clock System Design Based On AT89S510 Introductions The electronic clock has become the

60、essential item in peoples daily life and widely applies in many places such as families, stations, wharves, theaters, offices and so on. It brings enormous convenience for peoples life, studies and works 1.This system uses AT89S51 monolithic integrated circuit as the master control chip and the soli