題目：51單片機之電子時鐘專業(yè)：網(wǎng)絡工程年級:2009學號：20091204048姓名：湯貫洋指導教師：于雷單片機電子時鐘的設計1.單片機介紹數(shù)字電子鐘具有走時準確，一鐘多用等特點，在生活中已經(jīng)得到廣泛的應用。雖然現(xiàn)在市場上已有現(xiàn)成的電子鐘集成電路芯片,價格便宜、使用也方便,但是人們對電子產(chǎn)品的應用要求越來越高，數(shù)字鐘不但可以顯示當前的時間，而且可以顯示期、農(nóng)歷、以及星期等，給人們的生活帶來了方便.另外數(shù)字鐘還具備秒表和鬧鐘的功能,且鬧鐘鈴聲可自選，使一款電子鐘具備了多媒體的色彩.單片機具有體積小、功能強可靠性高、價格低廉等一系列優(yōu)點,不僅已成為工業(yè)測控領域普遍采用的智能化控制工具，而且已滲入到人們工作和和生活的各個角落,有力地推動了各行業(yè)的技術改造和產(chǎn)品的更新?lián)Q代，應用前景廣闊。時鐘電路在計算機系統(tǒng)中起著非常重要的作用，是保證系統(tǒng)正常工作的基礎.在一個單片機應用系統(tǒng)中，時鐘有兩方面的含義：一是指為保障系統(tǒng)正常工作的基準振蕩定時信號,主要由晶振和外圍電路組成,晶振頻率的大小決定了單片機系統(tǒng)工作的快慢;二是指系統(tǒng)的標準定時時鐘,即定時時間，它通常有兩種實現(xiàn)方法：一是用軟件實現(xiàn),即用單片機內(nèi)部的可編程定時/計數(shù)器來實現(xiàn),但誤差很大，主要用在對時間精度要求不高的場合;二是用專門的時鐘芯片實現(xiàn)，在對時間精度要求很高的情況下,通常采用這種方法,典型的時鐘芯片有：DS1302，DS12887，X1203等都可以滿足高精度的要求。AT89S51是一個低功耗,高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4kBytesISP（In—systemprogrammable)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引腳結構，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFlash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，4kBytesFlash片內(nèi)程序存儲器，128bytes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0Hz并可通過軟件設置省電模式.空閑模式下，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.本文主要介紹用單片機內(nèi)部的定時/計數(shù)器來實現(xiàn)電子時鐘的方法，本設計由單片機AT89S51芯片和LED數(shù)碼管為核心,輔以必要的電路，構成了一個單片機電子時鐘.2．關于電子時鐘2。1電子時鐘簡介1957年，Ventura發(fā)明了世界上第一個電子表，從而奠定了電子時鐘的基礎，電子時鐘開始迅速發(fā)展起來?，F(xiàn)代的電子時鐘是基于單片機的一種計時工具，采用延時程序產(chǎn)生一定的時間中斷，用于一秒的定義，通過計數(shù)方式進行滿六十秒分鐘進一，滿六十分小時進一，滿二十四小時小時清零.從而達到計時的功能，是人民日常生活補課缺少的工具。2。2電子時鐘的基本特點現(xiàn)在高精度的計時工具大多數(shù)都使用了石英晶體振蕩器,由于電子鐘、石英鐘、石英表都采用了石英技術，因此走時精度高，穩(wěn)定性好，使用方便，不需要經(jīng)常調試，數(shù)字式電子鐘用集成電路計時時，譯碼代替機械式傳動，用LED顯示器代替指針顯示進而顯示時間，減小了計時誤差，這種表具有時、分、秒顯示時間的功能，還可以進行時和分的校對，片選的靈活性好。2。3電子時鐘的原理該電子時鐘由89C51，BUTTON，六段數(shù)碼管等構成，采用晶振電路作為驅動電路，由延時程序和循環(huán)程序產(chǎn)生的一秒定時，達到時分秒的計時，六十秒為一分鐘,六十分鐘為一小時，滿二十四小時為一天。而電路中唯一的一個控制鍵卻擁有多種不同的功能,按下又松開，可以實現(xiàn)屏蔽數(shù)碼管顯示的功能，達到省電的目的；直接按下不松開,則可以通過按鍵實現(xiàn)分鐘的累加，每按一次分鐘加一；而連續(xù)兩次按下按鍵不放松，則可實現(xiàn)小時的調節(jié)，同樣每按一次小時加一.4.方案論證4．1數(shù)字時鐘方案數(shù)字時鐘是本設計的最主要的部分。根據(jù)需要，可利用兩種方案實現(xiàn)。本方案完全用軟件實現(xiàn)數(shù)字時鐘。原理為：在單片機內(nèi)部存儲器設三個字節(jié)分別存放時鐘的時、分、秒信息.利用定時器與軟件結合實現(xiàn)1秒定時中斷，每產(chǎn)生一次中斷，存儲器內(nèi)相應的秒值加1；若秒值達到60,則將其清零，并將相應的分字節(jié)值加1；若分值達到60，則清零分字節(jié)，并將時字節(jié)值加1；若時值達到24,則將十字節(jié)清零。該方案具有硬件電路簡單的特點.但由于每次執(zhí)行程序時，定時器都要重新賦初值，所以該時鐘精度不高。而且,由于是軟件實現(xiàn)，當單片機不上電,程序不執(zhí)行時，時鐘將不工作。4.2數(shù)碼管顯示方案動態(tài)顯示。所謂動態(tài)顯示就是一位一位的輪流點亮各個位,對于顯示器的每一位來說，每隔一段時間點亮一次。利用人的視覺暫留功能可以看到整個顯示，但必須保證掃描速度足夠快,字符才不閃爍.顯示器的亮度既與導通電流有關，也于點亮時間與間隔時間的比例有關.調整參數(shù)可以實現(xiàn)較高穩(wěn)定度的顯示。動態(tài)顯示節(jié)省了I/O口，降低了能耗。從節(jié)省I/O口和降低能耗出發(fā)5系統(tǒng)設計5。1．1計時方案利用AT89S51單片機內(nèi)部的定時/計數(shù)器進行中斷時，配合軟件延時實現(xiàn)時、分、秒的計時。該方案節(jié)省硬件成本，且能使讀者在定時/計數(shù)器的使用、中斷及程序設計方面得到鍛煉與提高，對單片機的指令系統(tǒng)能有更深入的了解，從而對學好單片機技術這門課程起到一定的作用。5。1.2控制方案AT89S51的P0口和P2口外接由八個LED數(shù)碼管(LED8～LED1）構成的顯示器,用P0口作LED的段碼輸出口，P2口作八個LED數(shù)碼管的位控輸出線，P1口外接四個按鍵A、B、C構成鍵盤電路。AT89S51是一種低功耗，高性能的CMOS8位微型計算機.它帶有8KFlash可編程和擦除的只讀存儲器（EPROM）,該器件采用ATMEL的高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)上標準的80C51和80C52的指令系統(tǒng)及引腳兼容，片內(nèi)Flash集成在一個芯片上，可用與解決復雜的問題，且成本較低。簡易電子鐘的功能不復雜，采用其現(xiàn)有的I/O便可完成,所以本設計中采用此的設計方案。5.1.3具體設計分析利用單片機（AT89S51）制作簡易電子時鐘，由六個LED數(shù)碼管分別顯示小時十位、小時個位、分鐘十位、分鐘個位、秒鐘十位、秒鐘個位。結合本設計實驗來說，要求顯示的時間為時,分,秒,并且都用兩位數(shù)碼管來實現(xiàn)顯示。因此,具體設計程序時，應盡可能多用一些子程序與數(shù)據(jù)暫寄存器單元.本程序設計中，在主程序之外,可以設置時間值處理子程序，時間值顯示前的處理子程序，按鍵情況掃描子程序,1S定時中斷子程序以及5ms延時消除按鍵抖動子程序等多個小型的子程序。另外,可以設置一些數(shù)據(jù)單元作為數(shù)據(jù)寄存器.用28H，2AH,2BH和2CH地址單元分別作為顯示位數(shù)的掃描指針值寄存器，時寄存器，分寄存器和秒寄存器，再用20H地址單元作為顯示寄存器系統(tǒng)框圖5.2模塊設計5。2.1芯片分析5。2。1.1AT89S51芯片選用的AT89S51與同系列的AT89C51在功能上有明顯的提高，最突出是的可以實現(xiàn)在線的編程。用于實現(xiàn)系統(tǒng)的總的控制。其主要功能列舉如下：1、為一般控制應用的8位單片機2、晶片內(nèi)部具有時鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至33MHz）3、內(nèi)部程式存儲器（ROM）為4KB4、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（RAM）為128B5、外部程序存儲器可擴充至64KB6、外部數(shù)據(jù)存儲器可擴充至64KB7、32條雙向輸入輸出線，且每條均可以單獨做I/O的控制8、5個中斷向量源9、2組獨立的16位定時器10、1個全雙工串行通信端口11、8751及8752單芯片具有數(shù)據(jù)保密的功能12、單芯片提供位邏輯運算指令AT89S51各引腳功能介紹：VCC：ATAT89S51電源正端輸入,接+5V.VSS：電源地端。XTAL1：單芯片系統(tǒng)時鐘的反向放大器輸入端。XTAL2：系統(tǒng)時鐘的反向放大器輸出端，一般在設計上只要在XTAL1和XTAL2上接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以動作了，此外可以在兩個引腳與地之間加入一個20PF的小電容，可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定，避免噪聲干擾而死機.RESET:AT89S51的重置引腳，高電平動作,當要對晶片重置時,只要對此引腳電平提升至高電平并保持兩個機器周期以上的時間，AT89S51便能完成系統(tǒng)重置的各項動作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器之內(nèi)容均被設成已知狀態(tài)，并且至地址0000H處開始讀入程序代碼而執(zhí)行程序。EA/Vpp："EA"為英文”ExternalAccess”的縮寫,表示存取外部程序代碼之意，低電平動作，也就是說當此引腳接低電平后，系統(tǒng)會取用外部的程序代碼（存于外部EPROM中）來執(zhí)行程序.因此在8031及8032中,EA引腳必須接低電平，因為其內(nèi)部無程序存儲器空間。如果是使用8751內(nèi)部程序空間時，此引腳要接成高電平。此外，在將程序代碼燒錄至8751內(nèi)部EPROM時，可以利用此引腳來輸入21V的燒錄高壓(Vpp）。ALE/PROG:ALE是英文”AddressLatchEnable"的縮寫,表示地址鎖存器啟用信號.ATAT89S51可以利用這支引腳來觸發(fā)外部的8位鎖存器（如74LS373）,將端口0的地址總線（A0～A7）鎖進鎖存器中，因為ATAT89S51是以多工的方式送出地址及數(shù)據(jù)。平時在程序執(zhí)行時ALE引腳的輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率的1/6,因此可以用來驅動其他周邊晶片的時基輸入。此外在燒錄8751程序代碼時,此引腳會被當成程序規(guī)劃的特殊功能來使用。PSEN：此為"ProgramStoreEnable"的縮寫，其意為程序儲存啟用，當8051被設成為讀取外部程序代碼工作模式時（EA=0),會送出此信號以便取得程序代碼，通常這支腳是接到EPROM的OE腳。ATAT89S51可以利用PSEN及RD引腳分別啟用存在外部的RAM與EPROM，使得數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器可以合并在一起而共用64K的定址范圍。PORT0（P0。0～P0。7）:端口0是一個8位寬的開路電極（OpenDrain)雙向輸出入端口，共有8個位，P0.0表示位0，P0。1表示位1，依此類推。其他三個I/O端口(P1、P2、P3）則不具有此電路組態(tài),而是內(nèi)部有一提升電路，P0在當作I/O用時可以推動8個LS的TTL負載。如果當EA引腳為低電平時（即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)存儲器），P0就以多工方式提供地址總線（A0~A7）及數(shù)據(jù)總線（D0～D7）.設計者必須外加一個鎖存器將端口0送出的地址鎖住成為A0～A7，再配合端口2所送出的A8~A15合成一組完整的16位地址總線,而定位地址到64K的外部存儲器空間.PORT2(P2.0～P2。7）：端口2是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，每一個引腳可以推動4個LS的TTL負載，若將端口2的輸出設為高電平時，此端口便能當成輸入端口來使用。P2除了當作一般I/O端口使用外，若是在ATAT89S51擴充外接程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，也提供地址總線的高字節(jié)A8~A15，這個時候P2便不能當作I/O來使用了。PORT1(P1。0～P1。7）:端口1也是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口,其輸出緩沖器可以推動4個LSTTL負載，同樣地，若將端口1的輸出設為高電平,便是由此端口來輸入數(shù)據(jù)。如果是使用8052或是8032的話，P1。0又當作定時器2的外部脈沖輸入腳，而P1.1可以有T2EX功能，可以做外部中斷輸入的觸發(fā)引腳。PORT3（P3。0～P3。7）：端口3也具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動4個TTL負載,同時還多工具有其他的額外特殊功能,包括串行通信、外部中斷控制、計時計數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)容的讀取或寫入控制等功能。其引腳分配如下：P3。0:RXD，串行通信輸入。P3。1：TXD，串行通信輸出。P3.2：INT0,外部中斷0輸入。P3.3：INT1，外部中斷1輸入。P3.4：T0,計時計數(shù)器0輸入。P3.5:T1,計時計數(shù)器1輸入.P3.6：WR：外部數(shù)據(jù)存儲器的寫入信號。P3.7：RD,外部數(shù)據(jù)存儲器的讀取信號。5.2.1.274LS47芯片說明74LS47是BCD—7段數(shù)碼管譯碼器/驅動器，74LS47的功能用于將BCD碼轉化成數(shù)碼塊中的數(shù)字,通過它解碼，可以直接把數(shù)字轉換為數(shù)碼管的顯示數(shù)字，從而簡化了程序。74LS47譯碼器原理：

譯碼為編碼的逆過程。它將編碼時賦予代碼的含義“翻譯”過來。實現(xiàn)譯碼的邏輯電路成為譯碼器。譯碼器輸出與輸入代碼有唯一的對應關系。74LS47是輸出低電平有效的七段字形譯碼器，它在這里與數(shù)碼管配合使用，下表列出了74LS47的真值表，表示出了它與數(shù)碼管之間的關系。輸入輸出顯示數(shù)字符號LTRBIA3A2A1A0BIRBOabcdefg

110000100000010

1X0001110011111

1X0010100100102

1X0011100001103

1X0100110011004

1X0101101001005

1X0110111000006

1X0111100011117

1X1000100000008

1X1001100011009

XXXXXX01111111熄滅

10000001111111熄滅

0XXXXX10000000874LS138芯片說明74HC138:74LS138為3線－8線譯碼器,共有54/74S138和54/74LS138兩種線路結構型式，其74LS138工作原理如下:

當一個選通端(G1)為高電平，另兩個選通端（/(G2A)和/(G2B）)為

低電平時,可將地址端（A、B、C）的二進制編碼在一個對應的輸出端以低

電平譯出.74LS138的作用：

利用G1、/(G2A)和/（G2B)可級聯(lián)擴展成24線譯碼器；若外接一個反

相器還可級聯(lián)擴展成32線譯碼器。

若將選通端中的一個作為數(shù)據(jù)輸入端時，74LS138還可作數(shù)據(jù)分配器74LS138與74HC的引腳圖用與非門組成的3線—8線譯碼器74LS138無論從邏輯圖還是功能表我們都可以看到74LS138的八個輸出引腳，任何時刻要么全為高電平1—芯片處于不工作狀態(tài)，要么只有一個為低電平0，其余7個輸出引腳全為高電平1。如果出現(xiàn)兩個輸出引腳同時為0的情況，說明該芯片已經(jīng)損壞。71LS138有三個附加的控制端、和。當、時,輸出為高電平（S＝1），譯碼器處于工作狀態(tài)。否則，譯碼器被禁止，所有的輸出端被封鎖在高電平,如表3。3.5所示。這三個控制端也叫做“片選”輸入端，利用片選的作用可以將多篇連接起來以擴展譯碼器的功能.3線-8線譯碼器74LS138的功能表帶控制輸入端的譯碼器又是一個完整的數(shù)據(jù)分配器。在圖3。3。8電路中如果把作為“數(shù)據(jù)"輸入端（同時），而將作為“地址"輸入端，那么從送來的數(shù)據(jù)只能通過所指定的一根輸出線送出去。這就不難理解為什么把叫做地址輸入了。例如當＝101時，門的輸入端除了接至輸出端的一個以外全是高電平，因此的數(shù)據(jù)以反碼的形式從輸出,而不會被送到其他任何一個輸出端上。5.2。2晶振電路右圖所示為時鐘電路原理圖，在AT89S51芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器,其輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2.而在芯片內(nèi)部,XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調電容,從而構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器.時鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過觸發(fā)器進行二分頻之后,才成為單片機的時鐘脈沖信號.圖3晶振電路5.2。3復位電路單片機復位的條件是：必須使RST/VPD或RST引（9）加上持續(xù)兩個機器周期（即24個振蕩周期）的高電平.例如，若時鐘頻率為12MHz，每機器周期為1μs,則只需2μs以上時間的高電平，在RST引腳出現(xiàn)高電平后的第二個機器周期執(zhí)行復位。單片機常見的復位如圖所示。電路為上電復位電路，它是利用電容充電來實現(xiàn)的。在接電瞬間,RESET端的電位與VCC相同,隨著充電電流的減少，RESET的電位逐漸下降。只要保證RESET為高電平的時間大于兩個機器周期，便能正常復位。該電路除具有上電復位功能外,若要復位，只需按圖中的RESET鍵,此時電源VCC經(jīng)電阻R1、R2分壓，在RESET端產(chǎn)生一個復位高電平。5.2.4數(shù)碼顯示模塊設計數(shù)碼管的引腳圖數(shù)碼管是一種把多個LED顯示段集成在一起的顯示設備。有兩種類型，一種是共陽型，一種是共陰型.共陽型就是把多個LED顯示段的陽極接在一起，又稱為公共端。共陰型就是把多個LED顯示段的陰極接在一起，即為公共商.陽極即為二極管的正極，又稱為正極,陰極即為二極管的負極，又稱為負極.通常的數(shù)碼管又分為8段，即8個LED顯示段，這是為工程應用方便如設計的，分別為A、B、C、D、E、F、G、DP，其中DP是小數(shù)點位段。而多位數(shù)碼管，除某一位的公共端會連接在一起,不同位的數(shù)碼管的相同端也會連接在一起。即,所有的A段都會連在一起，其它的段也是如此，這是實際最常用的用法。數(shù)碼管顯示方法可分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。靜態(tài)顯示就是數(shù)碼管的8段輸入及其公共端電平一直有效.動態(tài)顯示的原理是，各個數(shù)碼管的相同段連接在一起,共同占用8位段引管線；每位數(shù)碼管的陽極連在一起組成公共端。利用人眼的視覺暫留性，依次給出各個數(shù)碼管公共端加有效信號，在此同時給出該數(shù)碼管加有效的數(shù)據(jù)信號，當全段掃描速度大于視覺暫留速度時，顯示就會清晰顯示出來。數(shù)碼管的引腳圖系統(tǒng)采用動態(tài)顯示方式，用P0口來控制LED數(shù)碼管的段控線，而用P2口來控制其位控線。動態(tài)顯示通常都是采用動態(tài)掃描的方法進行顯示，即循環(huán)點亮每一個數(shù)碼管，這樣雖然在任何時刻都只有一位數(shù)碼管被點亮,但由于人眼存在視覺殘留效應，只要每位數(shù)碼管間隔時間足夠短，就可以給人以同時顯示的感覺。按鍵模塊時間計數(shù)電路由秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器、時個位和時十位計數(shù)器及星期計數(shù)器電路構成,其中秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器為60進制計數(shù)器，時個位和時十位計數(shù)器為24進制計數(shù)器。6控制系統(tǒng)的軟件設計基本的程序流程應該是：在主程序中檢測各個時間按鈕是否有動作若有，就儲存并修改相關的的時間寄存器的值，若沒有,就繼續(xù)檢測。在計時子程序中將各時間寄存器的值逐個加1，每加一次就要檢查是否已超過顯示的上限值,這樣在后面就便于處理，在掃描顯示子程序中，將掃描位數(shù)指針與20H相加，從而得到相應的顯示數(shù)據(jù)；將數(shù)據(jù)從P1口輸出到數(shù)碼管上去顯示，當然還有定時中