利用MCS-51芯片及相關芯片設計數(shù)字鐘

1、1 緒論電子鐘已成為人們日常生活中必不可少的物品，廣泛用于個人、家庭以及車站、影院、辦公室等公共場所，給人們的生活、學習、工作帶來了極大的方便。隨著電子技術的發(fā)展，人們已不再滿足于鐘表原先最簡單的報時，希望出現(xiàn)一些新的功能，諸如日歷的顯示、鬧鐘的非接觸式止鬧、秒表功能、重要日期倒計時顯示等，以帶來更大的方便，而所有這些，又都是以數(shù)字化的電子時鐘為基礎的。因此，研究數(shù)字電子鐘及其擴展應用，有著非?，F(xiàn)實的意義和實用價值。單片機是指將微處理器、一定容量的RAM和ROM以及I/O口、定時器等電路集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。89C51單片機是一種低功耗、高性能的，它采用CMOS工藝和高密度非易失性

2、存儲器（NURAM）技術，其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MCS-51兼容；片內的Flash ROM允許在系統(tǒng)內改編程序或用常規(guī)的NURAM編程器來編程。因此，89C51是一種功能強、靈活性高，而且價格合理的單片機，可以方便的利用AT89C51定時器和6位7段數(shù)碼管，設計一個電子時鐘。顯示格式位 “XX XX XX”,從左向右分別是：時、分、秒。1.1 設計目的利用MCS-51芯片及相關芯片設計數(shù)字鐘。1.2 設計內容1)硬件設計設計數(shù)字鐘的電路原理圖，用PROTEUS繪制硬件電路。制作實物。2)軟件設計(1)時、分、秒的設置及顯示;(2)畫出程序框圖;(3)調試與分析。用PROTEUS仿真。2 硬件

3、設計2.1 設計的總體思路硬件系統(tǒng)主要由單片機最小應用系統(tǒng)、LED數(shù)碼管顯示模塊、晶振模塊、按鍵模塊等組成。在使用單片機的過程中必定會使用單片機的最小系統(tǒng)，由于我購買的單片機內部沒有晶振，所以設計了外接的晶振模塊。鑒于本次課程設計要求制作數(shù)字鐘，所以使用了六位7段數(shù)碼管來顯示“XX XX XX”,從左向右分別是：時、分、秒。除了能上電復位，還設計了用三個按鍵實現(xiàn)時、分、秒的調制，使用方便靈活。2.2 單片機最小系統(tǒng)對51系列單片機來說,單片機+晶振電路+復位電路,便組成了一個最小系統(tǒng)。見圖2.1。圖2.12.3 晶振模塊在AT89C51芯片內部有一個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL

4、1（19腳），輸出端為引腳XTAL2（18腳）。而在芯片內部，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。見圖2.2。圖2.22.4 按鍵模塊用三個按鍵實現(xiàn)對時分秒的設置，其中一個按鍵實現(xiàn)對時分秒的控制，接P1.4口，另外兩個按鍵接單片機的P1.5和P1.6口實現(xiàn)加一和減一的功能。2.5 LED數(shù)碼管顯示模塊本次課程設計由于要顯示時、分、秒，所以采用廣泛使用的數(shù)碼管動態(tài)顯示接口。動態(tài)驅動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的

5、公共極COM增加位選通控制電各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是哪個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通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)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，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)，不會有閃爍感，動態(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

6、/O端口，而且功耗更低。將數(shù)碼管的位選信號接P2口的六個位，段選信號接P0口的八個位。再通過Keil軟件以及51C語言編程實現(xiàn)數(shù)字鐘的功能。本系統(tǒng)利用6位LED數(shù)碼管顯示時間，共陰極結構，當要顯示某個數(shù)字時只要將數(shù)字所對應的引腳送入低電平。2.6 硬件連接圖通過對設計電路的各個模塊的分析，可以用PROTEUS繪制硬件電路。如圖2.3所示。圖2.32.7制作實物（見附錄A）3 軟件設計單片機最主要的功能是通過程序來實現(xiàn)各種功能，有了硬件的描述，再加上軟件的編程，通過不斷的調試與修改程序就能實現(xiàn)本次課程設計的目的。3.1 程序流程圖系統(tǒng)總的流程圖，見圖3.1。圖3.13.2 調試與分析由于在焊接實

7、物之前，我大量查閱了資料，弄明白了此次課程設計任務的基本原理，對原理有了基本的認識后，就開始了焊接工作。雖然焊接花費了我大量的時間，但是在焊好以后上電時，所有的數(shù)碼管都亮，說明焊接連線沒有短路情況。硬件連接好以后就是軟件編程，但是編寫程序中遇到了挺多問題，比如：編寫程序是沒有消除抖動。在同學的幫助下，使得數(shù)碼管能正常實現(xiàn)數(shù)字鐘的功能。3.3 源程序（見附錄B）4 心得與結論本次課程設計以AT89C51為核心部件，實現(xiàn)時間的設置功能。通過六位7段數(shù)碼管顯示可方便地校對時間，利用Keil軟件編程完成時鐘的功能。通過實物的焊接以及軟件的仿真和編寫程序基本完成了數(shù)字電子鐘的功能，盡量做到了硬件電路簡單

8、穩(wěn)定，減小電磁干擾和其它環(huán)境干擾，充分發(fā)揮了軟件編程的優(yōu)點，減小了因器件精度不夠引起的誤差。由于時間有限和本身知識水平的局限，我認為此次設計還有需要改進和提高的地方，例如選用更高精度的元器件，硬件電路更加精確穩(wěn)定等。參考文獻1 楊文龍.單片機原理及應用M.西安電子科技大學出版社，1993.2 李朝青.單片機原理及接口技術M.北京航空航天大學出版社，2003.3 胡漢才.單片機原理及系統(tǒng)設計M.清華大學出版社，2003.4 楊忠煌，黃博俊，李文昌.單芯片8051實務與應用M.中國水利水電出版社，2001.5 王守中，51單片機開發(fā)入門與典型實例M.人民郵電出版社.6 黃文梅.系統(tǒng)分析與仿真：MA

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11、每個人制作一個實物，但是大家一起討論，分析，最終調試成功，使大家的思維更加開闊；最后，感謝余老師的研究生給予我們焊接工具的支持。附錄A制作的實物照片附錄B源程序清單#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuint hhh,mmm,sss;uint status;/函數(shù)聲明 void delayMS(uint t) ; void keyprocess(unsigned char key);void display();void timer0();main() /主函數(shù) ucharsegcode=0xc0,0xf9,0

12、xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;/0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 uchar dispbit=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf;/數(shù)碼管位選碼 buffer=0,0,0,0,0,0,0,0; bit keyrel; uchar buf; uchar keyin; keyrel=1; buf=0xff; TMOD=0x01; /T0工作在方式1，16位計數(shù)器 TH0=(65536-1000)/256;/ 定時器0設置延時1ms中斷初始值 TL0=(65536-1000)%256; TR0=1; IE=0x82; /開

13、定時器0中斷 status=0; /延時函數(shù) void delayMS(uint t) / 晶振頻率12MHZ uint i; while(t-)for(i=0;i=4) status = 0; break; case 0xd0:switch(status) /按下加1鍵，3種模式下加1 case 0x01:if(hhh24) hhh+; else hhh=0; break; case 0x02:if(mmm60) mmm+; else mmm=0; break; case 0x03:if(sss0) hhh-; else hour=23; break; case 0x02:if(mmm0) mmm-; else min=59; break; case 0x03:if(sss0) sss-; else sss=59; break; break; default:break; /數(shù)碼管顯示函數(shù)void display() uchar i; /正常計時顯示 buffer0=hhh/10; / 顯示時的十位 buffer1=hhh%10 / 顯示時的個位 buf