數(shù)字鐘基于51單片機匯編語言設(shè)計

1、51單片機數(shù)字時鐘課程設(shè)計報告專 業(yè)：電氣工程及自動化 班 級：08電氣技師本科班 姓 名： 指導(dǎo)教師： 西 安 工 程 技 師 學(xué) 院二一一年十二月二十八日目 錄前言摘要一、單片機數(shù)字時鐘設(shè)計的概述11.1設(shè)計目的11.2題目描述11.3單片機基礎(chǔ)知識11.4 MCS-51單片機介紹及分類31.5數(shù)字鐘基本原理3二、單片機數(shù)字時鐘的硬件系統(tǒng)42.1單片機最小系統(tǒng)的電路原理42.2 MCS-51單片機AT89C51芯片介紹52.2.1 AT89C51芯片引腳功能介紹5 AT89C51芯片的內(nèi)存結(jié)構(gòu)6復(fù)位電路8時鐘震蕩電路92.3七段數(shù)碼管的引腳圖及使用102.4 驅(qū)動器74LS245芯片11三

2、、單片機數(shù)字時鐘的程序設(shè)計123.1系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境、匯編語言12系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境12匯編語言123.2數(shù)字時鐘設(shè)計的思路及流程14主程序14定時中斷（走時）子程序流程15按鍵調(diào)試子程序163.3定時器、計數(shù)器功能163.4中斷系統(tǒng)功能18四、數(shù)字時鐘系統(tǒng)的仿真及運行194.1 WAVE6000仿真軟件介紹194.2程序設(shè)計及運行結(jié)果214.2.1數(shù)字時鐘源程序214.2.2Wave6000仿真程序運行調(diào)試結(jié)果254.2.3 Proteus仿真電路運行調(diào)試結(jié)果25五、心得體會26六、參考文獻28前 言隨著生活水平的提高，人們越來越追求人性化的事物，傳統(tǒng)的時鐘已不能滿足人們的需求。現(xiàn)代的數(shù)字鐘不僅需要數(shù)

3、字電路技術(shù)而且需要模擬電路技術(shù)和單片機技術(shù)，增加了數(shù)字鐘的功能。其電路可以由實時時鐘模塊、環(huán)境溫度檢測模塊、人機接口模塊、報警模塊等部分組成。利用軟件編程盡量做到硬件電路簡單穩(wěn)定，減小電磁干擾和其他環(huán)境干擾，充分發(fā)揮軟件編程的優(yōu)點，減小因元器件精度不夠引起的誤差，但是數(shù)字鐘還是可以改進和提高如選用更精密的元器件。但與機械式時鐘相比已經(jīng)具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對、時、分、秒，數(shù)字顯示的計時裝置，廣泛用于個人家庭，車站， 碼頭辦公室等公共場所，成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?，由于?shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的

4、廣泛應(yīng)用，使得數(shù)字鐘的精度，遠遠超過老式鐘表， 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動起閉路燈、定時開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備、甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實的意義。摘 要近年來隨著計算機在社會領(lǐng)域的滲透和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機的應(yīng)用正在不斷地走向深入，由于它具有功能強，體積小，功耗低，價格便宜，工作可靠，使用方便等特點，因此特別適合于與控制有關(guān)的系統(tǒng)，越來越廣泛地應(yīng)用于自動控制，智能化儀器，儀表，數(shù)據(jù)采集，軍

5、工產(chǎn)品以及家用電器等各個領(lǐng)域，單片機往往是作為一個核心部件來使用，在根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應(yīng)用對象特點的軟件結(jié)合，以作完善。本次設(shè)計中以單片機的發(fā)展過程和發(fā)展方向為背景，介紹了單片機的輸入輸出的工作原理和操作方法，中斷的工作原理和操作方法，74LS245驅(qū)動器的工作原理和與LED連接的方法。本次做的數(shù)字鐘是以單片機（AT89C51）為核心，結(jié)合相關(guān)的元器件（共陰極LED數(shù)碼顯示器、驅(qū)動器74LS245等），再配以相應(yīng)的軟件，是它具有時，分，秒顯示的功能，并且時，分，秒還可以調(diào)整。此次設(shè)計電子數(shù)字鐘是為了了解電子數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會制作電子數(shù)字鐘。而且通過電子數(shù)字鐘的制作進一步的了解各

6、種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實用方法。通過它可以進一步學(xué)習(xí)與掌握單片機原理與使用方法。關(guān)鍵詞：單片機 AT89C51 共陰極LED數(shù)碼顯示器 74LS245譯碼器一、單片機數(shù)字時鐘設(shè)計的概述1.1設(shè)計目的1、利用所學(xué)過的知識，初步分析單片計算機控制系統(tǒng)的能力；2、利用單片機定時器制作數(shù)字時鐘并可以實現(xiàn)時鐘的控制；3、綜合運用本專業(yè)方向所學(xué)知識，構(gòu)成以單片機為核心控制系統(tǒng)的能力；4、單片計算機控制系統(tǒng)實時軟件的設(shè)計、 編制與調(diào)試的能力；5、單片計算機控制系統(tǒng)中模擬部件以及常規(guī)傳感部件的使用、調(diào)試的能力；6、掌握數(shù)碼管動態(tài)顯示方法。7、學(xué)習(xí)AT89C51芯片管腳及其功能。8、單片計算機

7、控制系統(tǒng)綜合調(diào)整及性能測試的能力；9、實驗結(jié)果分析、總結(jié)及撰寫技術(shù)報告的能力。1.2題目描述1、掌握單片機最小系統(tǒng)的電路原理圖；2、熟知單片機的工作原理；3、小組共同編輯、編譯軟件；4、調(diào)試要求：（1）數(shù)碼管顯示當前的時間值；（2）時間精度為1秒，由秒個位數(shù)碼管變化體現(xiàn)；（3）閃爍顯示時鐘；（4）調(diào)試數(shù)字時鐘；（5）四個按鈕，K1用作“秒”的設(shè)定；K2用作“分”的設(shè)定；K3用作“時”的設(shè)定；K4用作復(fù)位設(shè)定；1.3單片機基礎(chǔ)知識所謂單片機，通俗的來講，就是把中央處理器CPU（Central Processing Unit），存儲器（memory），定時器，I/O（Input/Output）接口

8、電路等一些計算機的主要功能部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機。單片機又稱為“微控制器MCU”。中文“單片機”的稱呼是由英文名稱“Single Chip Microcomputer”直接翻譯而來的。單片機的主要分類：1、按應(yīng)用領(lǐng)域可分為：家電類，工控類，通信類，個人信息終端類等等；2、按通用性可分為：通用型和專用型。通用型單片機的主要特點是：內(nèi)部資源比較豐富，性能全面，而且通用性強，可履蓋多種應(yīng)用要求。所謂資源豐富就是指功能強。性能全面通用性強就是指可以應(yīng)用在非常廣泛的領(lǐng)域。通用型單片機的用途很廣泛，使用不同的接口電路及編制不同的應(yīng)用程序就可完成不同的功能。小到家用電器儀器儀表，大到機器設(shè)

9、備和整套生產(chǎn)線都可用單片機來實現(xiàn)自動化控制。專用型單片機的主要特點是：針對某一種產(chǎn)品或某一種控制應(yīng)用而專門設(shè)計的，設(shè)計時已使結(jié)構(gòu)最簡，軟硬件應(yīng)用最優(yōu)，可靠性及應(yīng)用成本最佳。專用型單片機用途比較專一，出廠時程序已經(jīng)一次性固化好，不能再修該的單片機。例如電子表里的單片機就是其中的一種。其生產(chǎn)成本很低。在我們的這個網(wǎng)上課堂中，介紹的是MCS-51系列單片機，MCS-51單片機也是一種通用單片機，其結(jié)構(gòu)及原理對所有的單片機都適用。3、按總線結(jié)構(gòu)可分為總線型和非總線型。如我們常常見到的89C51單片機就是總線結(jié)構(gòu)，在后面講解單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)時，我們就可以看到，89C51單片機內(nèi)部有數(shù)據(jù)總線，地址總線，還

10、有控制總線（WR，RD，EA，ALE等）。89C2051單片機，就是一種非總線型的。其外部的引腳很少，可使成本降低。（1）單片機特點：1）受集成度限制，片內(nèi)存儲器容量較小，一般內(nèi)ROM：8KB以下；2）內(nèi)RAM：256KB以內(nèi)；3）可靠性高；4）易擴展；5）控制功能強；6）易于開發(fā)。（2）單片機的發(fā)展過程：1971年intel 公司研制出世界上第一個4位的微處理器；1973年intel 公司研制出8位的微處理器8080；1976年intel 公司研制出MCS-48系列8位的單片機，這也是單片機的問世。80年代初，intel 公司在MCS-48單片機基礎(chǔ)上，推出了MCS-51單片機。1.4MCS

11、-51單片機介紹及分類MCS-51是指由美國INTEL公司生產(chǎn)的一系列單片機的總稱，這一系列單片機包括了好些品種，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的產(chǎn)品，該系列其它單片機都是在8051的基礎(chǔ)上進行功能的增、減、改變而來的，所以人們習(xí)慣于用8051來稱呼MCS51系列單片機。INTEL公司將MCS51的核心技術(shù)授權(quán)給了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051為核心的單片機，當然，功能或多或少有些改變，以滿足不同的需求，其中89C51就是這幾年在我國非常流行的單片機，它是由美國ATMEL公司開發(fā)生產(chǎn)的。以后我們將用89C51、89S51來完

12、成一系列的實驗。MCS-51系列單片機分為兩大系列，即51子系列與52子系列。51子系列：基本型，根據(jù)片內(nèi)ROM的配置，對應(yīng)的芯片為8031、8051、8751、8951。52子系列：增強型，根據(jù)片內(nèi)ROM的配置，對應(yīng)的芯片為8032、8052、8752、8952。這兩大系列單片機的主要硬件特性如 表1：片內(nèi)ROM模式ROM大小RAM大小尋址范圍I/O特性中斷源數(shù)量無ROMEPROM計數(shù)器并行口8031805187514KB128B64KB2*164*8580C3180C5187C514KB128B64KB2*164*858032805287528KB256B64KB3*164*8680C32

13、80C5287C528KB256B64KB3*164*86上表中可以看到，8031、8031、8032、80C32片內(nèi)是沒有ROM的，對應(yīng)著上表看，我們可以發(fā)現(xiàn)，51系列的單片機的RAM大小為128B，52系列的RAM大小為256B，51系列的計數(shù)器為兩個16位的，52系列的計數(shù)器為三個16位計數(shù)器。51系列的中斷源為5個，52系列的中斷源為6個。1.5數(shù)字鐘基本原理它是利用單片機的內(nèi)部的定時/計數(shù)器工作與定時方式，對機器周期計數(shù)形成基準時間（如10ms）然后用另外一個計數(shù)器或軟件計數(shù)的形式對基準時間進行計數(shù)形成秒（如對10ms計數(shù)100次），“秒”計數(shù)60次形成“分”，“分”計數(shù)60次形成“

14、時”，“時”計數(shù)24次形成“天”并清零，然后通過譯碼器，數(shù)碼管把他們的內(nèi)容在相應(yīng)的位置顯示出來。在具體的設(shè)計時定時器采用中斷方式工作，對時鐘的形成在終中斷序中實現(xiàn)，在主程序只是對定時/計數(shù)器的定義初始化，調(diào)用顯示程序和控制程序的初始化。另外為了使用的方便，也設(shè)計了按鍵，可以通過按鍵對時分秒進行調(diào)整，這樣程序就加了按鍵程序。二、單片機數(shù)字時鐘的硬件系統(tǒng)2.1單片機最小系統(tǒng)的電路原理51單片機最小系統(tǒng)復(fù)位電路的極性電容C1的大小直接影響單片機的復(fù)位時間，一般采用1030uF，51單片機最小系統(tǒng)容值越大需要的復(fù)位時間越短。晶振Y1也可以采用6MHz或者11.0592MHz，在正常工作的情況下可以采用

15、更高頻率的晶振，51單片機最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直接影響單片機的處理速度，頻率越大處理速度越快。起振電容C2、C3一般采用1533pF，并且電容離晶振越近越好，晶振離單片機越近越好。P0口為開漏輸出，作為輸出口時需加上拉電阻，阻值一般為10k。設(shè)置為定時器模式時，加1計數(shù)器是對內(nèi)部機器周期計數(shù)（1個機器周期等于12個振蕩周期，即計數(shù)頻率為晶振頻率的1/12）。計數(shù)值N乘以機器周期Tcy就是定時時間t。設(shè)置為計數(shù)器模式時，外部事件計數(shù)脈沖由T0或T1引腳輸入到計數(shù)器。在每個機器周期的S5P2期間采樣T0、T1引腳電平。當某周期采樣到一高電平輸入，而下一周期又采樣到一低電平時，則計數(shù)器加1，更新的

16、計數(shù)值在下一個機器周期的S3P1期間裝入計數(shù)器。由于檢測一個從1到0的下降沿需要2個機器周期，因此要求被采樣的電平至少要維持一個機器周期。當晶振頻率為12MHz時，最高計數(shù)頻率不超過1/2MHz，即計數(shù)脈沖的周期要大于2 ms。 2.2 MCS-51單片機AT89C51芯片介紹單片機AT89C51引腳功能介紹根據(jù)初步設(shè)計方案的分析，設(shè)計一個數(shù)字時鐘的應(yīng)用系統(tǒng)，以MCS-51系列單片機AT89C51芯片為基礎(chǔ)，它將CPU、RAM、ROM、定時器/計數(shù)器和多功能部件集成在一塊芯片上，在我國應(yīng)用非常廣泛。AT89C51芯片是40引腳雙列直插式封裝芯片，如下圖。其中有些管腳具有兩種功能。這40根引腳中

17、包括電源引腳2根、外接晶振引腳2根、IO引腳32根、控制信號引腳4根。1、電源類引腳VCC(40腳)：接+5V電源正端。 VSS(20腳)：接地端。2、時鐘類引腳XTAL1(19腳) 和XTAL2(18腳)：接外部石英晶體的一端。P0口(3932腳)：P0.0P0.7統(tǒng)稱為P0口。P1口(18腳)：P1.0P1.7統(tǒng)稱為P1口，可作為準雙向I/O口使用。P2口(2128腳)：P2.0P2.7統(tǒng)稱為P2口，一般可作為準雙向I/O口使用。P3口(1017腳)：P3.0P3.7統(tǒng)稱為P3口。表3 P3.0口的第二功能：口線功能描述P3.0RXD (串行數(shù)據(jù)輸入線)P3.1TXD （串行數(shù)據(jù)輸出線）P

18、3.2INT0 （外部中斷0輸入引腳）P3.3INT1 （外部中斷1輸入引腳）P3.4 T0 （定時器/計數(shù)器0的外部輸入引腳）P3.5 T1 定時器/計數(shù)器0的外部輸入引腳）P3.6 WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號引腳）P3.7 RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號引腳）3、控制引腳RST/VPP(9腳)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個機器周期的高電平將使單片機復(fù)位。 LE/PROG(30腳)：地址鎖存允許信號。PSEN(29角)：外部存儲器讀選通信號。EA/Vpp(31角)：程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲器讀指令。 AT89C51芯片的內(nèi)存結(jié)構(gòu)MC

19、S-51單片機包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、定時/計數(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，現(xiàn)在我們分別加以說明：1、中央處理器中央處理器(CPU)是整個單片機的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。2、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)AT89C51芯片內(nèi)部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個專用寄存器單元，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，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的RA

20、M只有128個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。3、程序存儲器(ROM)單片機內(nèi)部的程序寄存器一般為1K64K字節(jié)，通常是只讀存儲器，因為單片機應(yīng)用系統(tǒng)大多數(shù)是專用系統(tǒng)，一旦研制成功，其軟件也就定性，程序固化到只讀存儲器，用只讀存儲器作為程序存儲器，掉電以后程序不會丟失從而提高系統(tǒng)的可靠性；另外，只讀存儲器集成度高、成本低。根據(jù)單片機內(nèi)部程序存儲器000H0FFFH程序存儲器0FFFH0000H60KB外部ROM64KB外部RAM4KB內(nèi)部EA=14KB外部EA=0專用寄存器內(nèi)部RAMFFFFH1000H0FFFH0000HFFH80H7FH00H內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器 外部數(shù)據(jù)存

21、儲器圖4 AT89C51芯片程序存儲器結(jié)構(gòu)類型的不同有可分為下列產(chǎn)品：（1）ROM行單片機：內(nèi)部具有工廠掩膜變成的只讀程序儲存器ROM。這種單片機是定制的，用戶是不能修改ROM中代碼的。（2）EPROM型單片機：內(nèi)部具有EPROM型程序存儲器，對于有窗口的EPROM型單片機，可以通過紫外線擦除器擦除EPROM中的程序，用編程工具把新的程序代碼寫入EPROM，且可以反復(fù)擦除和寫入。（3）FLASH Memory型單片機：內(nèi)部含有FLASH Memory型程序存儲器，用戶可以用編程器對FLASH Memory存儲器快速整體擦除和逐個字節(jié)寫入，這種單片機價格也低、使用方便，是目前最流行的單片機。4、

22、定時/計數(shù)器1）定時器方式寄存器：TMOD2）定時器控制寄存器：TCON3）計數(shù)寄存器：TH0、TL0；TH1、TL1?？捎糜谠O(shè)定計數(shù)初值。5、并行輸入輸出(I/O)口：單片機有32個I/O口，P0，P1，P2，P3口。單片機是一種數(shù)字芯片，對于單片機的操作，從某種意義上講就是對單片機I/O口進行操作，使其按程序規(guī)定輸出高低電平或者檢測I/O口電平，51單片機采用的是TTL電平，規(guī)定高電平為+5V，低電平為0V。復(fù)位電路單片機在啟動時都需要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。89系列單片機的復(fù)位信號是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當系統(tǒng)處于正常工作狀

23、態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個高電平并維持2個機器周期(24個振蕩周期)以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。1、手動按鈕復(fù)位手動按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上加入高電平。一般采用的辦法是在RST端和正電源Vcc之間接一個按鈕。當人為按下按鈕時，則Vcc的+5V電平就會直接加到RST端。手動按鈕復(fù)位的電路如所示。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復(fù)位的時間要求。2、上電復(fù)位AT89C51芯片的上電復(fù)位電路，只要在RST復(fù)位輸入引腳上接一電容至Vcc端，下接一個電阻到地即可。對于CMOS型單片機，由

24、于在RST端內(nèi)部有一個下拉電阻，故可將外部電阻去掉，而將外接電容減至22F。上電復(fù)位的工作過程是在加電時，復(fù)位電路通過電 容加給RST端一個短暫的高電平信號，此高電平信號隨著Vcc對電容的充電過程而逐漸回落，即RST端的高電平持續(xù)時間取決于電容的充電時間。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位，RST端的高電平信號必須維持足夠長的時間。上電時，Vcc的上升時間約為10ms，而振蕩器的起振時間取決于振蕩頻率，如晶振頻率為10MHz，起振時間為1ms；晶振頻率為1MHz，起振時間則為10ms。在上圖的復(fù)位電路中，當Vcc掉電時，必然會使RST端電壓迅速下降到0V以下，但是，由于內(nèi)部電路的限制作用，這個負電壓將

25、不會對器件產(chǎn)生損害。另外，在復(fù)位期間，端口引腳處于隨機狀態(tài)，復(fù)位后，系統(tǒng)將端口置為全“l(fā)”態(tài)。如果系統(tǒng)在上電時得不到有效的復(fù)位，則程序計數(shù)器PC將得不到一個合適的初值，因此，CPU可能會從一個未被定義的位置開始執(zhí)行程序。時鐘震蕩電路1、時鐘電路單片機要不斷的從程序存儲器中取出指令并執(zhí)行，這些執(zhí)行步驟是按節(jié)拍進行的，時鐘電路就是提供CPU運行節(jié)拍的電路。AT89C51的時鐘電路可以由內(nèi)部或外部兩種方式產(chǎn)生。AT89C51內(nèi)部具有一個振蕩電路，內(nèi)部方式就是利用該電路在XTAL.1和XTAL.2兩引腳之間外接晶振和電容C1、C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，使內(nèi)部震蕩產(chǎn)生自激振蕩如圖所示。晶振頻率可選擇1.2-

26、10MHZ，電容可選則15-100PF，以對時鐘頻率起微調(diào)作用。2、CPU時序的周期單位通過之中振蕩電路，單片機的每一步工作都按照一定的節(jié)拍進行，步調(diào)得到同意.描述MCS-51系列單片機的時序單位有4中，即時鐘周期.狀態(tài)周期，機器周期和指令周期。時鐘周期P:既振蕩周期，是MCS-51系列單片機的最小時序單位.例如:若時鐘頻率F=12MHZ，則時鐘周期=1/F=0.0833us。狀態(tài)周期S：連續(xù)兩個振蕩周期為一個狀態(tài)周期。機器周期：單片機完成某種基本操作的時間稱為機器周期。一個機器周期由6個狀態(tài)周期（12個振蕩周期）構(gòu)成。指令周期：執(zhí)行一條指令所需要的時間。MCS-51的指令周期一般需要1或2個

27、機器周期，乘，除法指令為4個機器周期。若采用上例鐘12MHZ的晶振，則執(zhí)行一條指令相應(yīng)地需要1us，2us或4us。晶振頻率越高，指令執(zhí)行的速度越快。2.3七段數(shù)碼管的引腳圖及使用數(shù)碼管使用條件：a、段及小數(shù)點上加限流電阻。b、使用電壓：段：根據(jù)發(fā)光顏色決定； 小數(shù)點：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）；動態(tài)：平均電流 4-5mA 峰值電流 100mA。上面這個只是七段數(shù)碼管引腳圖，其中共陽極數(shù)碼管引腳圖和共陰極的是一樣的。LED數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽兩類，右圖是共陰和共陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同

28、而已。將多只LED的陰極連在一起即為共陰式，而將多只LED的陽極連在一起即為共陽式。以共陰式為例，如把陰極接地，在相應(yīng)段的陽極接上正電源，該段即會發(fā)光。當然，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，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，此時數(shù)碼管將顯示“2”。其它字符的顯示原理類同。表4： 數(shù)碼管顯示01234567893FH06H5BH4FH66H6DH7DH07H7FH6FH2.4 驅(qū)動器74LS245芯片74LS245是我們常用的芯片，用來驅(qū)動led或者其他的設(shè)備

29、，它是8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)。74LS245還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。當8051單片機的P0口總線負載達到或超過P0最大負載能力時，必須接入74LS245等總線驅(qū)動器。當片選端CE低電平有效時，DIR（AB/BA）=“0”，信號由 B 向 A 傳輸（接收）；DIR=“1”，信號由 A 向 B 傳輸（發(fā)送）；當CE為高電平時，A、B均為高阻態(tài)。由于P2口始終輸出地址的高8位，接口時74LS245的三態(tài)控制端1G和2G接地，P2口與驅(qū)動器輸入線對應(yīng)相連。P0口與74LS245輸入端相連,E端接地，保證數(shù)據(jù)線暢通。8051的/RD和/PSEN相與后接DIR，

30、使得RD且PSEN有效時，74LS245輸入（P0.1D1），其它時間處于輸出（P0.1D1）。三、單片機數(shù)字時鐘的程序設(shè)計3.1系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境、匯編語言系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境單片機的應(yīng)用首先要考慮的是它的開發(fā)平臺，也即我們常說的開發(fā)環(huán)境。由于INTEL公司的MCS-51系列較早進入我國，事實上已形成了工業(yè)標準，MCS-51的單片機應(yīng)用場合隨處可見，它的軟件資源相當豐富，硬件的支持也很完善，價廉物美的開發(fā)器材隨處可取?，F(xiàn)階段，國內(nèi)的大部分單片機開發(fā)工程技術(shù)人員還是普遍使用匯編語言編寫程序。匯編語言有其缺陷性，但它編寫的代碼最小，最直接，效率也最高，所以還深得用戶接受。但是，它有著固有的缺陷，必須十分了解所

31、用單片機的硬件結(jié)構(gòu)，程序編寫困難，代碼難以理解，不易于識讀，難于移植，排錯困難，編寫程序花的時間相當多，調(diào)試不便等等。隨著國內(nèi)單片機開發(fā)環(huán)境的完善，開發(fā)技術(shù)水平不斷提高，現(xiàn)在已有相當?shù)拈_發(fā)器材支持高級語言的使用和調(diào)試，為單片機的開發(fā)應(yīng)用提供了更好的物質(zhì)條件。高級語言（如C語言）具有開發(fā)周期短，易于識讀，容易移植，也便于初學(xué)著掌握。誠然，高級語言也有它不足之處，就是高級語言產(chǎn)生的代碼過長，對于早期單片機不大的ROM來說，可是非常突出的矛盾，另外它的運行速度太慢，對于本來主頻不高的單片機是致命的弱點。但現(xiàn)在這方面的研制工作也取得了較大的進展，高級語言的弱點也已被較大的克服，象MCS-51上的C語言

32、的代碼長度，如果未加上人工優(yōu)化條件，也可做到最優(yōu)匯編程序水平的120%150%，這也相當可觀了。可以說相當于中等匯編程序員的水平。3.1.2匯編語言匯編語言(Assembly Language)是面向機器的程序設(shè)計語言。匯編語言是一種功能很強的程序設(shè)計語言,也是利用計算機所有硬件特性并能直接控制硬件的語言。“匯編語言”作為一門語言，對應(yīng)于高級語言的編譯器，需要一個“匯編器”、來把匯編語言原文件匯編成機器可執(zhí)行的代碼，我們一般使用偉福6000匯編器。同樣的匯編器如MASM, TASM等等，為我們寫匯編程序提供了很多類似于高級語言的特征，比如結(jié)構(gòu)化、抽象等。在這樣的環(huán)境中編寫的匯編程序，有很大一部

33、分是面向匯編器的偽指令，已經(jīng)類同于高級語言?，F(xiàn)在的匯編環(huán)境已經(jīng)如此高級，即使全部用匯編語言來編寫windows的應(yīng)用程序也是可行的，但這不是匯編語言的長處。匯編語言的長處在于編寫高效且需要對機器硬件精確控制的程序。 在匯編語言中，用助記符(Memoni)代替操作碼，用地址符號(Symbol)或標號(Label)代替地址碼。這樣用符號代替機器語言的二進制碼，就把機器語言變成了匯編語言。因此匯編語言亦稱為符號語言。使用匯編語言編寫的程序，機器不能直接識別，要由一種程序?qū)R編語言翻譯成機器語言，這種起翻譯作用的程序叫匯編程序，匯編程序是系統(tǒng)軟件中語言處理系統(tǒng)軟件。匯編語言編譯器把匯編程序翻譯成機器語

34、言的過程稱為匯編。 匯編語言比機器語言易于讀寫、調(diào)試和修改，同時具有機器語言全部優(yōu)點。但在編寫復(fù)雜程序時，相對高級語言代碼量較大，而且匯編語言依賴于具體的處理器體系結(jié)構(gòu)，不能通用，因此不能直接在不同處理器體系結(jié)構(gòu)之間移植。 1、匯編語言的特點: （1）面向機器的低級語言，通常是為特定的計算機或系列計算機專門設(shè)計的。 （2）保持了機器語言的優(yōu)點，具有直接和簡捷的特點。 （3）可有效地訪問、控制計算機的各種硬件設(shè)備，如磁盤、存儲器、CPU、I/O端口等。 （4）目標代碼簡短，占用內(nèi)存少，執(zhí)行速度快，是高效的程序設(shè)計語言。 （5）經(jīng)常與高級語言配合使用，應(yīng)用十分廣泛。 2、匯編語言的應(yīng)用: （1）7

35、0%以上的系統(tǒng)軟件是用匯編語言編寫的。 （2）某些快速處理、位處理、訪問硬件設(shè)備等高效程序是用匯編語言編寫的。 （3）某些高級繪圖程序、視頻游戲程序是用匯編語言編寫的。 3、匯編語言是我們理解整個計算機系統(tǒng)的最佳起點和最有效途徑：人們經(jīng)常認為匯編語言的應(yīng)用范圍很小，而忽視它的重要性。其實匯編語言對每一個希望學(xué)習(xí)計算機科學(xué)與技術(shù)的人來說都是非常重要的，是不能不學(xué)習(xí)的語言。所有可編程計算機都向人們提供機器指令，通過機器指令人們能夠使用機器的邏輯功能。所有程序，不論用何種語言編制，都必須轉(zhuǎn)成機器指令，運用機器的邏輯功能，其功能才能得以實現(xiàn)。機器的邏輯功能，軟件系統(tǒng)功能構(gòu)筑其上，硬件系統(tǒng)功能運行于下。

36、匯編語言直接描述機器指令，比機器指令容易記憶和理解。通過學(xué)習(xí)和使用匯編語言，能夠感知、體會、理解機器的邏輯功能，向上為理解各種軟件系統(tǒng)的原理，打下技術(shù)理論基礎(chǔ)；向下為掌握硬件系統(tǒng)的原理，打下實踐應(yīng)用基礎(chǔ)。 學(xué)習(xí)匯編語言，向上可以理解軟件，向下能夠感知硬件，是我們理解整個計算機系統(tǒng)的最佳起點和最有效途徑。3.2數(shù)字時鐘設(shè)計的思路及流程主程序主程序是先開始，系統(tǒng)初始化、定時器初始化，脈沖基時開始跑秒后進行按鍵檢測。若沒有按鍵設(shè)置，顯示當前時間；若有按鈕按下，按鍵調(diào)時，檢測完后，時間設(shè)置完成？系統(tǒng)初始化定時器初始化啟動脈沖跑秒是否按設(shè)置鍵？按鈕設(shè)置時間圖1 主程序流程圖時加1顯示當前時間時加1時加1

37、就可以顯示更新后的時間。定時中斷（走時）子程序流程定時器中斷時，先檢測50ms脈沖是否計數(shù)20次，計數(shù)到20次，秒就加1；如果沒計滿60，就返回顯示時間，如果秒計滿60秒，就清零秒，給分加1；檢測分鐘，如果沒計滿60，繼續(xù)計時，返回顯示時間，如果滿60，就清零分鐘，給小時加1；檢測小時，如果沒計滿24，就繼續(xù)計時，返回顯示時間，如果計滿24，就清零，給秒加1，顯示時間。脈沖溢滿20?秒+1=60？分+1=60？分清零,時加1時+1=24？時清零中斷返回圖2定時中斷（走時）子程序流程圖秒清零,分加1秒加1定時中斷口按鍵調(diào)時子程序：按鍵調(diào)試程序，是檢測是否有按鍵按下：（1）如果秒按鍵按下，就給秒加

38、1；（2）如果分按鍵按下，就給分加1；（3）如果小時按鍵按下，就給小時加1；（4）如果沒有按鍵按下，時鐘就顯示當前時間。秒加1分加1時加1圖3按鍵調(diào)時子程序流程圖啟動脈沖跑秒是否有按鍵按下？顯示當前時間秒按鍵按下？分按鍵按下？時按鍵按下？顯示更新后時間3.3定時器、計數(shù)器功能定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)從下面定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)圖中我們可以看出，16位的定時/計數(shù)器分別由兩個8位專用寄存器組成，即：T0由TH0和TL0構(gòu)成；T1由TH1和TL1構(gòu)成。其訪問地址依次為8AH-8DH。每個寄存器均可單獨訪問。這些寄存器是用于存放定時或計數(shù)初值的。此外，其內(nèi)部還有一個8位的定時器方式寄存器TMOD和一個8位

39、的定時控制寄存器TCON。這些寄存器之間是通過內(nèi)部總線和控制邏輯電路連接起來的。TMOD主要是用于選定定時器的工作方式；TCON主要是用于控制定時器的啟動停止，此外TCON還可以保存T0、T1的溢出和中斷標志。當定時器工作在計數(shù)方式時，外部事件通過引腳T0（P3.4）和T1（P3.5）輸入。定時計數(shù)器的原理 16位的定時器/計數(shù)器實質(zhì)上就是一個加1計數(shù)器，其控制電路受軟件控制、切換。當定時器/計數(shù)器為定時工作方式時，計數(shù)器的加1信號由振蕩器的12分頻信號產(chǎn)生，即每過一個機器周期，計數(shù)器加1，直至計滿溢出為止。顯然，定時器的定時時間與系統(tǒng)的振蕩頻率有關(guān)。因一個機器周期等于12個振蕩周期，所以計數(shù)

40、頻率fcount=1/12osc。如果晶振為12MHz，則計數(shù)周期為：T=1/（12106）Hz1/12=1s這是最短的定時周期。若要延長定時時間，則需要改變定時器的初值，并要適當選擇定時器的長度（如8位、13位、16位等）。當定時器/計數(shù)器為計數(shù)工作方式時，通過引腳T0和T1對外部信號計數(shù)，外部脈沖的下降沿將觸發(fā)計數(shù)。計數(shù)器在每個機器周期的S5P2期間采樣引腳輸入電平。若一個機器周期采樣值為1，下一個機器周期采樣值為0，則計數(shù)器加1。此后的機器周期S3P1期間，新的計數(shù)值裝入計數(shù)器。所以檢測一個由1至0的跳變需要兩個機器周期，故外部事年的最高計數(shù)頻率為振蕩頻率的1/24。例如，如果選用12M

41、Hz晶振，則最高計數(shù)頻率為0.5MHz。雖然對外部輸入信號的占空比無特殊要求，但為了確保某給定電平在變化前至少被采樣一次，外部計數(shù)脈沖的高電平與低電平保持時間均需在一個機器周期以上。3.4中斷系統(tǒng)功能CPU暫時中止其正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行請求中斷的那個外設(shè)或事件的服務(wù)程序，等處理完畢后再返回執(zhí)行原來中止的程序, 叫做中斷。 MCS-51單片機的中斷系統(tǒng)簡單實用，其基本特點是：有5個固定的可屏蔽中斷源，3個在片內(nèi)，2個在片外，它們在程序存儲器中各有固定的中斷入口地址，由此進入中斷服務(wù)程序；5個中斷源有兩級中斷優(yōu)先級，可形成中斷嵌套；2個特殊功能寄存器用于中斷控制和條件設(shè)置的編程。5個中斷源的符

42、號、名稱及產(chǎn)生的條件如下。INT0：外部中斷0，由P32端口線引入，低電平或下跳沿引起。INT1：外部中斷1，由P33端口線引入，低電平或下跳沿引起。T0：定時器計數(shù)器0中斷，由T0計滿回零引起。T1：定時器計數(shù)器l中斷，由T1計滿回零引起。TIRI：串行IO中斷，串行端口完成一幀字符發(fā)送接收后引起。（1）外部中斷請求源：即外中斷0和1，經(jīng)由外部引腳引入的，在單片機上有兩個引腳，名稱為INT0、INT1，也就是P3.2、P3.3這兩個引腳。在內(nèi)部的TCON中有四位是與外中斷有關(guān)的。MCS-51 的中斷系統(tǒng) IT0：INT0觸發(fā)方式控制位，可由軟件進和置位和復(fù)位，IT0=0，INT0為低電平觸發(fā)

43、方式，IT0=1，INT0為負跳變觸發(fā)方式。IE0：INT0中斷請求標志位。當有外部的中斷請求時，這位就會置1（這由硬件來完成），在CPU響應(yīng)中斷后，由硬件將IE0清0。中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下圖：IT1、IE1的用途和IT0、IE0相同。（2）內(nèi)部中斷請求源TF0：定時器T0的溢出中斷標記，當T0計數(shù)產(chǎn)生溢出時，由硬件置位TF0。當CPU響應(yīng)中斷后，再由硬件將TF0清0。TF1：與TF0類似。四、數(shù)字時鐘系統(tǒng)運行及仿真4.1 WAVE6000仿真軟件介紹1、單片機仿真功能在線仿真時，開發(fā)系統(tǒng)應(yīng)能將在線仿真器中的單片機完整地出借給目標系統(tǒng)，不占用目標系統(tǒng)單片機的任何資源，使目標系統(tǒng)在聯(lián)機仿真和脫機運

44、行時的環(huán)境（工作程序、使用的資源和地址空間）完全一致，實現(xiàn)完全的一次性仿真。單片機的資源包括：片上的CPU、RAM、SFR、定時器、中斷源、I/O口以及外部可擴充的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器地址空間。這些資源應(yīng)允許目標系統(tǒng)充分自由地使用，不應(yīng)受到任何限制，使目標系統(tǒng)能根據(jù)單片機固有的資源特性進行硬件和軟件的設(shè)計。2、模擬功能在開發(fā)目標系統(tǒng)的過程中，單片機的開發(fā)系統(tǒng)允許用戶使用它內(nèi)部的RAM存儲器和輸入輸出來替代目標系統(tǒng)中的ROM程序存儲器、RAM數(shù)據(jù)存儲器和輸入輸出，使用戶在目標系統(tǒng)樣機還未完全配置好以前，便可以借用開發(fā)系統(tǒng)提供的資源進行軟件的開發(fā)。在研制目標系統(tǒng)開始的初級階段，目標程序還未生成，

45、此時用戶編寫的程序必須存放在開發(fā)系統(tǒng)RAM存儲器內(nèi)，以便于對程序進行調(diào)試和修改。開發(fā)系統(tǒng)所能出借的可作為目標系統(tǒng)程序存儲器的RAM，我們常稱之為仿真RAM，開發(fā)系統(tǒng)中仿真RAM容量和地址映射應(yīng)和目標機系統(tǒng)完全一致。3、調(diào)試功能開發(fā)系統(tǒng)對目標系統(tǒng)軟、硬件的調(diào)試功能強弱，將直接關(guān)系到開發(fā)的效率。性能優(yōu)良的單片機開發(fā)系統(tǒng)應(yīng)具有下列調(diào)試功能：（1）運行控制功能開發(fā)系統(tǒng)應(yīng)能使用戶有效地控制目標程序的運行，以便檢查程序運行的結(jié)果，對存在的硬件故障和軟件錯誤進行定位。1）單步運行：能使CPU從任意的程序地址開始執(zhí)行一條指令后停止運行。2）斷點運行：允許用戶任意設(shè)置斷點條件，啟動CPU從規(guī)定地址開始運行后，當

46、碰到斷點條件（程序地址和指定斷點地址符合或者CPU訪問到指定的數(shù)據(jù)存儲器單元等條件）符合以后停止運行。3）全速運行：能使CPU從指定地址開始連續(xù)地全速運行目標程序。4）跟蹤運行：類似單步運行過程，但可以跟蹤到子程序中運行。（2）目標系統(tǒng)狀態(tài)的讀出修改功能當CPU停止執(zhí)行目標系統(tǒng)的程序后，允許用戶方便地讀出或修改目標系統(tǒng)資源的狀態(tài)，以便檢查程序運行的結(jié)果、設(shè)置斷點條件以及設(shè)置程序的初始參數(shù)?？晒┯脩糇x出/修改的目標系統(tǒng)資源包括：1）程序存儲器（開發(fā)系統(tǒng)中的仿真RAM存儲器或目標機中的程序存儲器）；2）單片機中片內(nèi)資源（工作寄存器、特殊功能寄存器、I/O口、RAM數(shù)據(jù)存儲器、位單元）；3）系統(tǒng)中擴

47、展的數(shù)據(jù)存儲器、I/O口。（3）跟蹤功能高性能的單片機開發(fā)系統(tǒng)具有邏輯分析儀的功能，在目標程序運行過程中，能跟蹤存儲目標系統(tǒng)總線上的地址、數(shù)據(jù)和控制信號的狀態(tài)變化，跟蹤存儲器能同步地記錄總線上的信息，用戶可以根據(jù)需要顯示跟蹤存儲器搜集到的信息，也可以顯示某一位總線狀態(tài)變化的波形。使用戶掌握總線上狀態(tài)變化的過程，對各種故障的定位特別有用，可大大提高工作效率。4.2程序設(shè)計及運行結(jié)果4.2.1數(shù)字時鐘源程序K1BITP1.0;秒按鍵設(shè)定K2BITP1.1;分按鍵設(shè)定K3BITP1.2;小時控設(shè)定SECONDEQU30H ;定義秒為30HMIN EQU31H ;定義分為31HHOUREQU32H ;

48、定義時為32HORG00HSJMPSTARTORG0BHLJMPTIMERSTART: ;開始MOV DPTR,#TABLE ;顯示初始值MOV HOUR,#0 ;時清零MOV MIN,#0 ;分清零MOV SECOND,#0 ;秒清零MOV R6,#0 ;初始脈沖清零MOV TMOD,#01H ;定時器工作方式1MOV TH0,#(65536-50000)/256 ;定時50毫秒MOV TL0,#(65536-50000)/256MOV IE,#82HSETBTR0TIMER: ;定時器中斷服務(wù)程序MOVTH0,#(65536-50000)/256 ;初脈沖50msMOVTL0,#(6553

49、6-50000)/256INCR6 ;脈沖加1MOVA,R6CJNE A,#20,EXIT;脈沖計滿20次INCSECOND ;秒加1MOVR6,#0 ;脈沖清零MOVA,SECONDCJNE A,#60,EXIT ;秒滿60，返回顯示INCMIN ;分加1MOVSECOND,#0 ;秒清零MOVA,MINCJNE A,#60,EXIT ;分滿60，返回顯示INCHOUR ;時加1MOVMIN,#0 ;分清零MOVA,HOURCJNE A,#24,EXIT ;時滿24，返回顯示MOVHOUR,#0 ;時清零MOVMIN,#0 ;分清零MOVSECOND,#0 ;秒清零MOVR6,#0 ;脈沖清

50、零EXIT:RETIKEY: ;秒、分、時的按鍵設(shè)置LCALL DISPLAY ;顯示當前更新時間JNBK1,ADD_SECOND ;按一下，秒加1JNBK2,ADD_MIN ;按一下，分加1JNBK3,ADD_HOUR ;按一下，時加1LJMP KEY ;若無按鍵按下，返回按鍵設(shè)置KEYADD_SECOND: ;秒按鍵，子程序LCALLDELAY;延時子程序，去抖動JBK1,KEY ;若K1=1，則跳轉(zhuǎn)到KEYINCSECOND;秒值加1MOVA,SECOND ;秒的值傳入ACJNE A,#60,J0;判斷是否加到60秒MOVSECOND,#0 ;秒清零LJMP MIN ;跳轉(zhuǎn)到分ADD_MIN: ;分按鍵，子程序LCALL DELAY ;延時子程序，去抖動JB K2,KEY ;若K2=1，則跳轉(zhuǎn)到KEYINCMIN ;分鐘值加1MOVA,MINCJNE A,#