基于單片機(jī)的比賽用計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的比賽用計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)沈陽(yáng)航空航天大學(xué)2010年6月摘要隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、電力、電子、智能樓宇等行業(yè)，微型計(jì)算機(jī)作為嵌入式控制系統(tǒng)的主體與核心，代替了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的常規(guī)電子線(xiàn)路。單片機(jī)自20世紀(jì)70年代問(wèn)世以來(lái)，以其極高的性能價(jià)格比，受到人們的重視和關(guān)注。而51單片機(jī)是各單片機(jī)中最為典型和最有代表性的一種。本次設(shè)計(jì)以AT89S51、DS1302芯片為核心，輔以必要的外圍電路，設(shè)計(jì)了一個(gè)多功能的電子計(jì)時(shí)器，該系統(tǒng)由5V直流電源供電，采用六位LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示，并能準(zhǔn)確顯示時(shí)、分；兩個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間的設(shè)置。軟件方面采用匯編語(yǔ)言編程。整個(gè)電子計(jì)時(shí)器系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間的顯示、調(diào)時(shí)、定時(shí)報(bào)警、計(jì)時(shí)和復(fù)位等功能，具有硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、工作可靠、流程清晰等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞AT89S51DS1302計(jì)時(shí)器ABSTRACTWITHRAPIDDEVELOPMENTOFELECTRONICTECHNOLOGY,CONTROLSYSTEMSBASEDONSINGLECHIPHASBEENWIDELYUSEDININDUSTRY,AGRICULTURE,ELECTRICITY,ELECTRONICS,INTELLIGENTBUILDINGS,ETC,EMBEDDEDMICROCOMPUTERCONTROLSYSTEMASACORESUBJECTAND,INSTEADOFTHETRADITIONALCONTROLSYSTEMOFCONVENTIONALELECTRONICCIRCUITSSCM70YEARSSINCETHEINCEPTIONOFTHE20THCENTURY,WITHITSHIGHPERFORMANCEANDLOWCOST,BYTHEPEOPLESATTENTIONANDCONCERNTHESCM51SCMISTHEMOSTTYPICALANDMOSTREPRESENTATIVEONETHEDESIGNAT89S51,DS1302CHIPASTHECORE,SUPPLEMENTEDBYTHENECESSARYPERIPHERALCIRCUITS,DESIGNEDAMULTIFUNCTIONELECTRONICTIMER,WHICHCONSISTSOF5VDCPOWERSUPPLYITUSEOFSIXLEDDIGITALTUBETOBEDISPLAYEDWITHADYNAMICSCANNING,THROUGHTHELEDCANBEMOREACCURATETIMEINHOURSTWOSIMPLEKEYSTOACHIEVETHEADJUSTMENTOFTHETIMESOFTWAREUSINGASSEMBLYLANGUAGEPROGRAMMINGCOMPLETIONOFTHEENTIREELECTRONICTIMERSYSTEMCANDISPLAYTHETIME,TRANSFERTIME,TIMEALARM,TIMEANDRESETANDOTHERFUNCTIONS,HAVESOMEADVANTAGESABOUTSIMPLEHARDWARECONSTRUCTION,LOWCOST,RUNNINGDEPENDABLE,DISTINCTTECHNOLOGICALPROCESS,ETCKEYWORDSAT89S51DS1302TIMER目錄1緒論111課題背景1111計(jì)時(shí)器的發(fā)展歷史1112計(jì)時(shí)器的種類(lèi)與應(yīng)用212課題任務(wù)及要求313課題內(nèi)容及安排32核心芯片簡(jiǎn)介421DS1302時(shí)鐘芯片4211DS1302引腳功能與內(nèi)部結(jié)構(gòu)4212DS1302的控制字5213DS1302的復(fù)位引腳5214DS1302的數(shù)據(jù)輸入輸出6215DS1302的寄存器622單片機(jī)概述723AT89S51系列單片機(jī)8231AT89S51芯片的引腳及特點(diǎn)8232AT89S51的主要性能參數(shù)12233AT89S51的新功能133設(shè)計(jì)方案1431FPGA設(shè)計(jì)方案1432NE555時(shí)基電路設(shè)計(jì)方案1433單片機(jī)設(shè)計(jì)方案154軟硬件設(shè)計(jì)1741硬件電路設(shè)計(jì)17411單片機(jī)AT89S51外圍電路設(shè)計(jì)17412DS1302與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)18413顯示電路設(shè)計(jì)19414復(fù)位電路設(shè)計(jì)21415報(bào)警電路設(shè)計(jì)22416鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì)2342軟件設(shè)計(jì)245調(diào)試運(yùn)行2751系統(tǒng)的調(diào)試2752軟件調(diào)試問(wèn)題及解決2753焊接的問(wèn)題及解決296課題總結(jié)30參考文獻(xiàn)32致謝33附錄元件清單34附錄硬件電路圖35附錄程序清單361緒論近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，生活水平的不斷提高，在當(dāng)今社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)如此激烈的大環(huán)境下，時(shí)間對(duì)與人們來(lái)說(shuō)是越來(lái)越重要了，把握住了時(shí)間，就相當(dāng)于把握住了機(jī)會(huì)，也把握住了自己的命運(yùn)。怎么才能隨時(shí)掌握時(shí)間呢當(dāng)然，計(jì)時(shí)器的產(chǎn)生解決了這一難題，隨著人類(lèi)對(duì)計(jì)時(shí)器的不斷探索和改進(jìn)，使得大家能夠更便捷更準(zhǔn)確的掌握時(shí)間，計(jì)時(shí)器慢慢走進(jìn)了我們生活的各個(gè)角落。本文闡述的數(shù)字鐘計(jì)時(shí)器是日常生活中不可或缺的一個(gè)重要元素，廣泛應(yīng)用于家庭、個(gè)人以及車(chē)站、醫(yī)院、機(jī)場(chǎng)、比賽場(chǎng)館等公共場(chǎng)所，在完善服務(wù)的同時(shí)也給我們帶來(lái)了許多方便。11課題背景進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，社會(huì)快速的發(fā)展改變了我們的生活節(jié)奏，在這快節(jié)奏的生活圈里，人們不斷的強(qiáng)迫自己去適應(yīng)并趕上發(fā)展的腳步。計(jì)時(shí)器的發(fā)展可以說(shuō)是日新月異，早期的計(jì)時(shí)器普遍功能單一，性能不穩(wěn)定。隨著單片機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展，之前的一些問(wèn)題將會(huì)被一一解決。這對(duì)于計(jì)時(shí)器的發(fā)展來(lái)說(shuō)，將是一次飛躍性的突破。目前，單片機(jī)的使用已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。選擇單片機(jī)作為計(jì)時(shí)器的控制模塊，將在以往計(jì)時(shí)器的原有功能上增加一些附加的功能，用途更廣泛，效率更高，而且穩(wěn)定性高，有很好的保障性。111計(jì)時(shí)器的發(fā)展歷史有關(guān)鐘表計(jì)時(shí)器的發(fā)展歷史，大致可以分為三個(gè)演變階段一、從大型鐘向小型鐘演變；二、從小型鐘向袋表過(guò)渡；三、從袋表向腕表發(fā)展。每一階段的發(fā)展都是和當(dāng)時(shí)的技術(shù)發(fā)明分不開(kāi)的。早在14世紀(jì)中期，歐洲的英、法等國(guó)的高大建筑物上出現(xiàn)了報(bào)時(shí)鐘，鐘的動(dòng)力來(lái)源于用繩索懸掛重錘，利用地心引力產(chǎn)生的重力作用。15世紀(jì)末、16世紀(jì)初出現(xiàn)了鐵制發(fā)條，使鐘有了新的動(dòng)力來(lái)源，也為鐘的小型化創(chuàng)造了條件。1583年，意大利人伽利略建立了著名的等時(shí)性理論，也就是鐘擺的理論基礎(chǔ)。1656年，荷蘭的科學(xué)家惠更斯應(yīng)用伽利略的理論設(shè)計(jì)了鐘擺，第二年，在他的指導(dǎo)下年輕鐘匠科斯勒制造成功了第一個(gè)擺鐘。1675年，他又用游絲取代了原始的鐘擺，這樣就形成了以發(fā)條為動(dòng)力、以游絲為調(diào)速機(jī)構(gòu)的小型鐘，同時(shí)也為制造便于攜帶的袋表提供了條件。18世紀(jì)期間發(fā)明了各種各樣的擒縱機(jī)構(gòu)，為袋表的進(jìn)一步產(chǎn)生與發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。19世紀(jì)后半葉，在一些女性的手鐲上裝上了小袋表,作為裝飾品。那時(shí)人們只是把它看成是一件首飾，還沒(méi)有完全認(rèn)識(shí)到它的實(shí)用價(jià)值。直到人類(lèi)歷史進(jìn)入20世紀(jì)，隨著鐘表制作工藝水平的提高以及科技和文明的巨大變革，才使得腕表地位的確立有了可能。20世紀(jì)初，護(hù)士為了掌握時(shí)間就把小袋表掛在胸前，人們已經(jīng)很注重它的實(shí)用性，要求方便、準(zhǔn)確、耐用。我國(guó)的鐘表的發(fā)展已經(jīng)有三千多年的歷史了，到了十九世紀(jì)末期，我國(guó)造鐘工藝達(dá)到了一個(gè)嶄新的水平。1875年由上海“美利華”作坊制造的南京鐘，屏風(fēng)式樣，鐘面鍍金，鐫刻花紋，以造型古樸典雅、民族風(fēng)格鮮明和報(bào)時(shí)清脆、走時(shí)準(zhǔn)確而聞名于海內(nèi)外，曾于1903年在巴拿馬國(guó)際博覽會(huì)上獲特別獎(jiǎng)。112計(jì)時(shí)器的種類(lèi)與應(yīng)用計(jì)時(shí)器，是利用特定的原理來(lái)測(cè)量時(shí)間的裝置。計(jì)時(shí)器的種類(lèi)包括電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、電火花計(jì)時(shí)器、堅(jiān)持計(jì)時(shí)器、停車(chē)計(jì)時(shí)器、反應(yīng)計(jì)時(shí)器、放大計(jì)時(shí)器以及等等。其中電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器最為常見(jiàn)。電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是一種使用交流電源的計(jì)時(shí)儀器，其工作電壓是46V，電源的頻率是50HZ，它每隔002S打一次點(diǎn)。電火花計(jì)時(shí)器是利用火花放電在紙帶上打出小孔而顯示出點(diǎn)跡的計(jì)時(shí)儀器，使用220V交流電壓，當(dāng)頻率為50HZ時(shí)，它每隔002S打一次點(diǎn)，電火花計(jì)時(shí)器工作時(shí)，指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)所受到的阻力比較小，試驗(yàn)誤差比電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的要小。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)時(shí)器的種類(lèi)也逐步多樣化，應(yīng)用在城市的各個(gè)角落，適用于不同人群的生活和工作需要。無(wú)論是個(gè)人使用還是在公共場(chǎng)合使用，計(jì)時(shí)器的產(chǎn)生和發(fā)展都給我們帶來(lái)了越來(lái)越多的方便。12課題任務(wù)及要求本次設(shè)計(jì)要求完成一個(gè)基于單片機(jī)的比賽用計(jì)時(shí)器的電路設(shè)計(jì)。主要采用AT89S51單片機(jī)與時(shí)鐘芯片DS1302為核心芯片，利用鍵盤(pán)控制LED數(shù)碼管等元件來(lái)顯示北京時(shí)間，以及一個(gè)24秒違例的報(bào)警功能。并可以用按鍵來(lái)調(diào)試時(shí)間，對(duì)其進(jìn)行一定范圍內(nèi)的大小調(diào)控，并能實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、暫停、復(fù)位等附加功能。具體要求為（1）分計(jì)時(shí)能實(shí)現(xiàn)099分和059秒任意調(diào)整，具有啟動(dòng)、暫停和復(fù)位功能。（2）秒計(jì)時(shí)能實(shí)現(xiàn)099秒任意調(diào)整，具有復(fù)位、啟動(dòng)、暫停功能。（3）報(bào)警24秒違例自動(dòng)聲、光報(bào)警、終場(chǎng)自動(dòng)聲響。（4）時(shí)鐘能顯示北京時(shí)間和日期。13課題內(nèi)容及安排本文對(duì)比賽用計(jì)時(shí)器單元的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，共分六章。第1章簡(jiǎn)要介紹了整個(gè)課題的研究背景、目的、意義及整個(gè)任務(wù)的要求安排；第2章是對(duì)AT89S51單片機(jī)等核心芯片的詳細(xì)介紹；第3章具體介紹了本次課題的相關(guān)設(shè)計(jì)方案；第4章闡述了本次課題的軟硬件設(shè)計(jì)，包括顯示電路設(shè)計(jì)，單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)以及報(bào)警電路設(shè)計(jì)。第5章針對(duì)硬件調(diào)試、軟件調(diào)試進(jìn)行了具體的分析和說(shuō)明。2核心芯片簡(jiǎn)介21DS1302時(shí)鐘芯片DS1302是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的時(shí)鐘芯片，它可以對(duì)年、月、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓寬達(dá)2555V。時(shí)鐘可工作在24小時(shí)格式或12小時(shí)（AM/PM）格式。DS1302與單片機(jī)的接口使用同步串行通信，僅用3條線(xiàn)與之相連接。可采用一次傳送一個(gè)字節(jié)或突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)318的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級(jí)產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源后備電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。211DS1302引腳功能與內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS1302的引腳功能如表21所示，外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖21所示表21DS1302引腳功能表引腳號(hào)引腳名稱(chēng)功能1VCC2主電源2、3X1、X2振蕩源，外接32768HZ晶振4GND地線(xiàn)5RST復(fù)位/片選線(xiàn)6I/O串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端（雙向）7SCLK串行時(shí)鐘輸入端8VCC1后備電源圖21DS1302管腳圖及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖212DS1302的控制字DS1302的控制字節(jié)如圖22所示765432101RAMCKA4A3A2A1A0RAMK圖22DS1302控制字節(jié)的含義控制字節(jié)的最高有效位（位7）必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫(xiě)入到DS1302中。位6如果為0，則表示存取日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù)位5至位1指示操作單元的地址最低有效位（位0）如為0表示要進(jìn)行寫(xiě)操作，為1表示進(jìn)行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開(kāi)始輸出。213DS1302的復(fù)位引腳通過(guò)把輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。輸入有兩種功能RSTRST首先，接通控制邏輯，允許地址命令序列送入移位寄存器；其次，提供了終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初RST始化，允許對(duì)DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過(guò)程中置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，并且I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在VCC25V之前，必RST須保持低電平。只有在SCLK為低電平時(shí)，才能將RST置為高電平。214DS1302的數(shù)據(jù)輸入輸出在控制指令字輸入后的下一個(gè)SCLK時(shí)鐘的上升沿時(shí)數(shù)據(jù)被寫(xiě)入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開(kāi)始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個(gè)SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位0位至高位7，數(shù)據(jù)讀寫(xiě)時(shí)序如圖23所示圖23數(shù)據(jù)讀寫(xiě)時(shí)序215DS1302的寄存器DS1302共有12個(gè)寄存器，其中有7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式。其日歷、時(shí)間寄存器及其控制字見(jiàn)表22。此外，DS1302還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時(shí)鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關(guān)的寄存器等。時(shí)鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫(xiě)除充電寄存器外的所有寄存器的內(nèi)容。DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類(lèi)，一類(lèi)是單個(gè)RAM單元，共31個(gè)，每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè)8位的字節(jié)，其命令控制字為C0HFDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫(xiě)操作；再一類(lèi)為突發(fā)方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性讀寫(xiě)所有的RAM的31個(gè)字節(jié)，命令控制字為FEH（寫(xiě)）、FFH（讀）。76541076543210ADTI/OBYE2DTI/OBYERCR/WI/OSTCLK表22DS1302的日歷、時(shí)鐘寄存器及其控制字命令字各位內(nèi)容寄存器名寫(xiě)操作讀操作取值范圍76543210秒寄存器80H81H0059CH10SECSEC分寄存器82H83H0059010MINMIN時(shí)寄存器84H85H0112或002312/24010HRHR日寄存器86H87H0128,29,30,310010DATEDATE月寄存器88H89H011200010MMONTH22單片機(jī)概述單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。盡管它的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線(xiàn)系統(tǒng)。單片機(jī)是將中央處理器，隨機(jī)存儲(chǔ)器。只讀存儲(chǔ)器，定時(shí)器芯片和I/O接口電路集成于一個(gè)芯片上的微控制器。單片機(jī)是依據(jù)程序指令運(yùn)行，并且可以通過(guò)輔助工具對(duì)程序進(jìn)行修改。通過(guò)不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能。早期的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因?yàn)楹?jiǎn)單可靠而性能不錯(cuò)獲得了很大的好評(píng)。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開(kāi)始出現(xiàn)了16位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢(xún)r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大的提高。隨著INTELI960系列特別是后來(lái)的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng)。而傳統(tǒng)的8位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的32位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過(guò)300MHZ，性能直追90年代中期的專(zhuān)用處理器。目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車(chē)的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開(kāi)單片機(jī)。更不用說(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專(zhuān)用設(shè)備的智能化管理及過(guò)程控制等領(lǐng)域。在單片機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用歷史中，MCS51系列單片機(jī)已經(jīng)得到科技界和工業(yè)界廣大用戶(hù)最廣泛的認(rèn)可。目前，許多生產(chǎn)出的單片機(jī)產(chǎn)品采用了多種創(chuàng)新技術(shù)，產(chǎn)品的性能和可靠性都有了極大地改進(jìn)和提高，但這些單片機(jī)產(chǎn)品大都采用了8051的核心技術(shù)作為其內(nèi)核，例如美國(guó)ATMEL公司研發(fā)的AT89系列、ADI公司的ADUC系列、PHILIPS公司研發(fā)的80C51系列、MOTOROLA公司推出的M68HC05系列等。本次設(shè)計(jì)采用的是ATMEL公司推出的AT89系列的單片機(jī)。23AT89S51系列單片機(jī)AT89S51美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4KBYTESISPINSYSTEMPROGRAMMABLE的可反復(fù)擦寫(xiě)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)MCS51指令系統(tǒng)及AT89C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFLASH存儲(chǔ)單元。單片機(jī)AT89S51強(qiáng)大的功能可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性?xún)r(jià)比的解決方案。231AT89S51芯片的引腳及特點(diǎn)AT89S51芯片的引腳結(jié)構(gòu)如圖24所示圖24AT89S51引腳圖（1）功能特性概括AT89S51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能40個(gè)引腳、4KBYTESFLASH片內(nèi)程序存儲(chǔ)器、128BYTES的隨機(jī)存取數(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)數(shù)據(jù)指針、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(mén)狗（WDT）電路、片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。此外，AT89S51可降至0HZ的靜態(tài)邏輯操作,并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行通信口、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。（2）管腳說(shuō)明VCC供電電壓。GND接地。P0口P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線(xiàn)復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”時(shí)，被定義為高阻輸入。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線(xiàn)分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線(xiàn)復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在FLASH編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。P1口P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)吸收或輸出電流4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí),因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流I。IL在FLASH編程和程序校驗(yàn)期間，P1接收低8位地址。部分端口還有第二功能，如表23所示表23P1口部分引腳第二功能端口引腳第二功能P15MOSI用于ISP編程P16MISO用于ISP編程P17SCK用于ISP編程P2口P2口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)吸收或輸出電流4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí),因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流I。IL在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器例如執(zhí)行MOVXDPTR指令時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)寄存器例如執(zhí)行MOVXRI指令時(shí)，P2口線(xiàn)上的內(nèi)容也即特殊功能寄存器SFR區(qū)中P2寄存器的內(nèi)容,在整個(gè)訪問(wèn)期間不改變。在FLASH編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和其它控制信號(hào)。P3口P3口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的雙向8位I/O口，P3口的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)吸收或輸出電流4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)P3口寫(xiě)“1”時(shí)，它們被內(nèi)部的上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入口使用時(shí)，被外部信號(hào)拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流I。ILP3口除了作為一般的I/O口線(xiàn)外,更重要的用途是它的第二功能，如表24所示P3口還接收一些用于FLASH閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。表24P3口引腳第二功能端口引腳第二功能P30RXD串行輸入口P31TXD串行輸出口P32外中斷00INTP33外中斷11P34T0定時(shí)/計(jì)數(shù)器0P35T1定時(shí)/計(jì)數(shù)器1P36外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通WRP37外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通DRST復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)間將使單片機(jī)復(fù)位。WDT溢出將使該引腳輸出高電平,設(shè)置SFRAUXR的DISRTO位地址8EH可打開(kāi)或關(guān)閉該功能。DISRTO位缺省為RESET輸出高電平打開(kāi)狀態(tài)。ALE/當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE地址鎖存允許輸出脈PROG沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部寄存器,ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號(hào),因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。值得注意的是每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。對(duì)FLASH存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖。PROG如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器SFR區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后,只要一條MOVX和MOVC指令才會(huì)激活A(yù)LE。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高,單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE無(wú)效。程序存儲(chǔ)允許輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào),當(dāng)PSENPSENAT89S51由外部程序存儲(chǔ)器取指令或數(shù)據(jù)時(shí),每個(gè)機(jī)器周期兩次有效,即輸出PSEN兩個(gè)脈沖。當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),沒(méi)有兩次有效的信號(hào)。PSENEA/VPP外部訪問(wèn)允許。欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000HFFFFH），EA端必須保持低電平接地。需要注意的是如果加密位LB1被編程,復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端保持高電平接VCC端，CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。FLASH存儲(chǔ)器編程期間，該引腳用于施加12V編程電壓（VPP）。XTAL1反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入端。XTAL2反向振蕩放大器器的輸出端。（3）晶體振蕩器特性AT89S51中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別為該反向放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)反向放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。外接石英晶體或陶瓷諧振器及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外接電容C1、C2雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性。如果使用石英晶體，電容應(yīng)該使用30PF10PF。還可以使用外部時(shí)鐘。這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接X(jué)TAL1端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2應(yīng)懸空。由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過(guò)一個(gè)2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的,所以外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒(méi)有特殊要求,但最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。232AT89S51的主要性能參數(shù)（1）與MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容；（2）4K字節(jié)在系統(tǒng)可編程（ISP）FLASH閃速存儲(chǔ)器；（3）1000次擦寫(xiě)周期；（4）4055V的工作電壓范圍；（5）全靜態(tài)工作模式0HZ33HZ；（6）三級(jí)程序加密；（7）128X8字節(jié)的內(nèi)部RAM；（8）32個(gè)雙向可編程I/O口線(xiàn)；（9）2個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器；（10）6個(gè)中斷源；（11）全雙工UART串行通道；（12）低功耗空閑和掉電模式；（13）中斷可從空閑模式喚醒系統(tǒng)；（14）看門(mén)狗（WDT）及雙數(shù)據(jù)指針；（15）掉電標(biāo)識(shí)和快速編程特性；（16）靈活的在系統(tǒng)編程（ISP字節(jié)或頁(yè)寫(xiě)模式）。233AT89S51的新功能AT89S51兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)及AT89C51引腳結(jié)構(gòu)，它相對(duì)于AT89C51增加的新功能包括ISP在線(xiàn)編程功能，這個(gè)功能的優(yōu)勢(shì)在于改寫(xiě)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；最高工作頻率為33MHZ，AT89C51的極限工作頻率是24M，所以AT89S51具有更高工作頻率，從而具有了更快的計(jì)算速度；具有雙工UART串行通道；內(nèi)部集成看門(mén)狗計(jì)時(shí)器，不再需要像AT89C51那樣外接看門(mén)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)；全新的加密算法，這使得對(duì)于AT89S51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；兼容性方面向下完全兼容51全部字系列產(chǎn)品。比如8051、AT89C51等早期MCS51產(chǎn)品。3設(shè)計(jì)方案電子計(jì)時(shí)器可以通過(guò)純硬件實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)軟硬件結(jié)合實(shí)現(xiàn)，根據(jù)電子時(shí)鐘里的核心部件秒信號(hào)的產(chǎn)生原理，通常有以下三種形式31FPGA設(shè)計(jì)方案現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FIELDPROGRAMMABLEGATEARRAY，F(xiàn)PGA），是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的一種可編程邏輯器件，是目前數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要硬件基礎(chǔ)。FPGA在結(jié)構(gòu)上由邏輯功能塊排列為陣列，并由可編程的內(nèi)部連線(xiàn)連接這些功能塊，來(lái)實(shí)現(xiàn)一定的邏輯功能?？删幊踢壿嬈骷脑O(shè)計(jì)過(guò)程是利用EDA開(kāi)發(fā)軟件和編程工具對(duì)器件進(jìn)行開(kāi)發(fā)的過(guò)程。由于EDA技術(shù)擁有系統(tǒng)的模擬和仿真功能，可讀性、可重復(fù)性、可測(cè)性非常好，所以利用EDA開(kāi)發(fā)FPGA是目前比較流行的方式。當(dāng)然，有時(shí)根據(jù)需要，也會(huì)應(yīng)用MAXPLUS開(kāi)發(fā)集成環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)。正因?yàn)镕PGA在設(shè)計(jì)過(guò)程中方便、快捷，而且FPGA技術(shù)功能強(qiáng)大，能夠應(yīng)用其制作諸如基代碼發(fā)生器、數(shù)字頻率計(jì)、電子琴、電梯控制器、自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)、多功能波形發(fā)生器、步進(jìn)電機(jī)定位控制系統(tǒng)、電子時(shí)鐘等。應(yīng)用FPGA能夠?qū)r(shí)鐘設(shè)計(jì)為為四種類(lèi)型全局時(shí)鐘、門(mén)控時(shí)鐘、多級(jí)邏輯時(shí)鐘和波動(dòng)式時(shí)鐘。多時(shí)鐘系統(tǒng)能夠包括上述四種時(shí)鐘類(lèi)型的任意組合。32NE555時(shí)基電路設(shè)計(jì)方案555定時(shí)器是美國(guó)SIGNETICS公司1972年研制的用于取代機(jī)械式定時(shí)器的中規(guī)模集成電路，因輸入端設(shè)計(jì)有三個(gè)5K的電阻而得名。目前，流行的產(chǎn)品主要有4種BJT兩個(gè)555，556（含有兩個(gè)555）；CMOS兩個(gè)7555，7556（含有兩個(gè)7555）。555定時(shí)器是一種數(shù)字與模擬混合型的集成電路，應(yīng)用廣泛。成本較低，外加電阻、電容等元件就可以構(gòu)成多諧振蕩器、單穩(wěn)電路、施密特觸發(fā)器等，常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測(cè)量及自動(dòng)控制等領(lǐng)域。采用NE555時(shí)基電路或其他振蕩電路產(chǎn)生秒脈沖信號(hào)，作為秒加法電路的時(shí)鐘信號(hào)或微處理器的外部中斷輸入信號(hào)，可構(gòu)成電子鐘。由555構(gòu)成的秒脈沖發(fā)生器電路見(jiàn)圖31。輸出的脈沖信號(hào)V0的頻率F為CR2/4311（31）可通過(guò)調(diào)節(jié)公式31中的3個(gè)參數(shù)，使輸出V0的頻率為精確的1HZ。123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE9JUN2008SHEETOFFILEH業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)555業(yè)業(yè)業(yè)DDBDRAWNBYRDIS7THR6TRIG2GND1CVOLT5R4VCC8Q3555CCRVCCV012圖31基于的秒脈沖發(fā)生器采用555定時(shí)器設(shè)計(jì)電子時(shí)鐘，成本低，容易實(shí)現(xiàn)。但是受芯片引腳數(shù)量和功能限制，不容易實(shí)現(xiàn)電子時(shí)鐘的多功能性。33單片機(jī)設(shè)計(jì)方案單片機(jī)是微型機(jī)的一個(gè)主要分支，它在結(jié)構(gòu)上的最大特點(diǎn)使把CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)器和多種輸入/輸出接口電路集成在一塊超大規(guī)模集成電路芯片上。就其組成和功能而言，一塊單片機(jī)芯片就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)。單片機(jī)的應(yīng)用非常廣泛，其具有集成度高、體積小、可靠性高、性?xún)r(jià)比優(yōu)異、控制功能強(qiáng)、低功耗、低電壓以及便于生產(chǎn)等特點(diǎn)。在智能儀表、機(jī)電一體化、實(shí)時(shí)控制、分布式多機(jī)系統(tǒng)以及人們的生活中均有用武之地。單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過(guò)軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)了。這種用軟件代替硬件的控制技術(shù)，是對(duì)生產(chǎn)控制技術(shù)的一次革命。利用單片機(jī)的智能性，可方便地實(shí)現(xiàn)具有智能的電子鐘設(shè)計(jì)。單片機(jī)均具有時(shí)鐘振蕩系統(tǒng)，利用系統(tǒng)時(shí)鐘借助微處理器的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器可實(shí)現(xiàn)電子鐘功能。然而系統(tǒng)時(shí)鐘誤差較大，電子鐘的積累誤差也可能較大，所以可以通過(guò)誤差修正軟件加以修正，或者在設(shè)計(jì)中加入高精度時(shí)鐘日歷芯片，以精確時(shí)間。另外很多功能不同的單片機(jī)是兼容的，這就更便于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的多功能性。電子鐘計(jì)時(shí)器具有顯示直觀、讀取方便、精度高等優(yōu)點(diǎn)，在計(jì)時(shí)中廣泛使用。本設(shè)計(jì)用單片機(jī)組成電子鐘計(jì)時(shí)器，力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能穩(wěn)定為目標(biāo)。設(shè)計(jì)中包括硬件電路的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)。其硬件電路主要有主控制器，計(jì)時(shí)與顯示電路和啟動(dòng)、暫停和復(fù)位電路等。主控制器采用單片機(jī)AT89S51，顯示電路采用共陰極LED數(shù)碼管顯示計(jì)時(shí)時(shí)間。利用AT89S51單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)和計(jì)數(shù)的原理，使其能精確計(jì)時(shí),利用中斷系統(tǒng)使其能實(shí)現(xiàn)開(kāi)始暫停的功能。本設(shè)計(jì)要求顯示北京時(shí)間和日期，所以需要用到六位七段數(shù)碼管來(lái)顯示。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖32所示控制按鈕AT89S51單片機(jī)控制器六位數(shù)碼管位驅(qū)動(dòng)圖32系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4軟硬件設(shè)計(jì)41硬件電路設(shè)計(jì)該設(shè)計(jì)的硬件電路由主控部分單片機(jī)AT89S51、計(jì)時(shí)部分（實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302）、顯示部分（八段數(shù)碼管）、等部分組成。各部分之間相互協(xié)作，構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的有機(jī)整體，實(shí)現(xiàn)數(shù)字時(shí)鐘的功能。各部分的硬件電路設(shè)計(jì)如下。設(shè)計(jì)總電路圖見(jiàn)附錄二。411單片機(jī)AT89S51外圍電路設(shè)計(jì)單片機(jī)AT89S51作為主控芯片，控制整個(gè)電路的運(yùn)行。單片機(jī)外圍需要一個(gè)復(fù)位電路，復(fù)位電路的功能是系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤消復(fù)位信號(hào)。為可靠起見(jiàn)，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)，以防電源開(kāi)關(guān)或電源插頭分合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。該設(shè)計(jì)采用含有二極管的復(fù)位電路，復(fù)位電路可以有效的解決電源毛刺和電源緩慢下降（電池電壓不足）等引起的問(wèn)題，在電源電壓瞬間下降時(shí)可以使電容迅速放電，一定寬度的電源毛刺也可令系統(tǒng)可靠復(fù)位。復(fù)位電路的設(shè)計(jì)圖如圖41示圖41單片機(jī)復(fù)位電路圖AT89S51具有在系統(tǒng)可編程功能，可以很方便的改寫(xiě)單片機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)的程序不需要把芯片中從工作環(huán)境中剝離，把AT89S51ISP下載口接入電路，可使電路實(shí)現(xiàn)該功能。AT89S51需要接入一個(gè)普通12MHZ晶振，為其提供穩(wěn)定的時(shí)鐘脈沖。該設(shè)計(jì)中有6個(gè)八段數(shù)碼顯示管LED，所以，在單片機(jī)AT89S51外圍需要接入6個(gè)三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼顯示管。此外，單片機(jī)外圍需要接入3個(gè)開(kāi)關(guān)，用來(lái)調(diào)整時(shí)鐘。單片機(jī)外圍電路的設(shè)計(jì)圖如圖42所示圖42AT89S51外圍電路圖412DS1302與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)時(shí)鐘芯片DS1302與單片機(jī)AT89S51的接口是由3條線(xiàn)來(lái)完成的，單片機(jī)AT89S51的P10控制DS1302的復(fù)位輸入端，P11用來(lái)作為DS1302輸入時(shí)鐘SCLK控制端，P12與時(shí)鐘芯片的數(shù)據(jù)傳輸端相連。DS1302接標(biāo)準(zhǔn)32768KHZ石英晶振。DS1302與單片機(jī)的接口電路如圖43所示圖43DS1302與AT89S51連接圖413顯示電路設(shè)計(jì)1LED結(jié)構(gòu)與原理常用的LED顯示器共有7段、8段和“米”字段三種顯示形式，8段比7段多了一個(gè)小數(shù)點(diǎn)DP段，如圖44A所示。這種顯示器有共陽(yáng)極和共陰極兩種結(jié)構(gòu)，如圖44B和44C所示。共陰極LED顯示器所有發(fā)光二極管的陰極連在一起，通常此共陰極接地。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段顯示。同樣，共陽(yáng)極LED顯示器的發(fā)光二極管所有陽(yáng)極連接在一起，通常此共陽(yáng)極接正電壓，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陰極接低電平時(shí)，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，相應(yīng)的段顯示。由此可以看出，二者原理不同但功能相同。圖44LED顯示原理圖其中圖44B為共陰極結(jié)構(gòu)。即把8個(gè)發(fā)光二極管陰極連在一起。這時(shí)如果需要點(diǎn)亮AG中的任何一盞燈，則只需要在相應(yīng)端輸入高電平即可；輸入低電平則截止。比如我們現(xiàn)在要顯示數(shù)字“3”，則只要在對(duì)應(yīng)的A、B、C、D、G段送入高電平，在其他端送入低電平即可，點(diǎn)亮為“3”。圖44C為共陽(yáng)極結(jié)構(gòu)。其顯示端輸入低電平有效，高電平截止。本設(shè)計(jì)采用共陰極數(shù)碼顯示管做顯示電路，所以只要數(shù)碼管的A、B、C、D、E、F、G、H引腳為高電平，那么其對(duì)應(yīng)的二極管就會(huì)發(fā)光，使數(shù)碼顯示管顯示09的編碼見(jiàn)表41。表41共陰極數(shù)碼顯示管字型代碼共陰極代碼字型共陰極代碼03FH56DH106H67DH25BH707H34FH87FH466H96FH2LED顯示器顯示方式點(diǎn)亮LED顯示器有兩種方式一是靜態(tài)顯示；二是動(dòng)態(tài)顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示器顯示某一個(gè)字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截止。如圖45所示為4位靜態(tài)LED顯示器電路。所謂動(dòng)態(tài)顯示就是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器掃描，對(duì)于顯示器每一位而言，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。在同一時(shí)刻只有一位數(shù)碼管在工作點(diǎn)亮，利用人眼的視覺(jué)暫留效應(yīng)和發(fā)光二極管熄滅時(shí)的余輝效應(yīng)，看到的卻是多個(gè)字符“同時(shí)”圖45位靜態(tài)LED顯示器電路顯示。顯示器亮度既與點(diǎn)亮?xí)r的導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。調(diào)整電流和時(shí)間參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。動(dòng)態(tài)顯示器的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省硬件資源，成本較低。但在控制系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，要保證數(shù)碼管正常顯示，CPU必需每隔一段時(shí)間執(zhí)行一次顯示子程序，占用CPU的大量時(shí)間，降低了CPU的工作效率，同時(shí)顯示亮度較靜態(tài)顯示器低。本設(shè)計(jì)為動(dòng)態(tài)顯示，時(shí)間顯示選用6個(gè)共陰八段數(shù)碼管LED，其電路如圖46所示圖46八段共陰數(shù)碼管LED414復(fù)位電路設(shè)計(jì)單片機(jī)的第9腳RST為硬件復(fù)位端，只要將該端持續(xù)4個(gè)機(jī)器周期的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，復(fù)位后單片機(jī)的各狀態(tài)都恢復(fù)到初始化狀態(tài)，其電路如圖47所示圖47復(fù)位電路按鍵以及電解電容C3、電阻R2構(gòu)成按鍵及上電復(fù)位電路。由于單片機(jī)是高電平復(fù)位，所以當(dāng)按鍵RESET1按下時(shí)候，單片機(jī)的9腳RESET管腳處于高電平，此時(shí)單片機(jī)處于復(fù)位狀態(tài)。當(dāng)上電后，由于電容的緩慢充電，單片機(jī)的9腳電壓逐步由高向低轉(zhuǎn)化，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，單片機(jī)的9腳處于穩(wěn)定的低電平狀態(tài)，此時(shí)單片機(jī)上電復(fù)位完畢，系統(tǒng)程序從0000H開(kāi)始執(zhí)行。值得注意的是，在設(shè)計(jì)當(dāng)中使用到了硬件復(fù)位和軟件復(fù)位兩種功能，由上面的硬件復(fù)位后的各狀態(tài)可知寄存器及存儲(chǔ)器的值都恢復(fù)到了初始值，而前面的功能介紹中提到了倒計(jì)時(shí)時(shí)間的記憶功能，該功能的實(shí)現(xiàn)的前提條件就是不能對(duì)單片機(jī)進(jìn)行硬件復(fù)位，所以設(shè)定了軟復(fù)位功能。軟復(fù)位實(shí)際上就是當(dāng)程序執(zhí)行完畢之后，將程序指針通過(guò)一條跳轉(zhuǎn)指令讓它跳轉(zhuǎn)到程序執(zhí)行的起始地址。415報(bào)警電路設(shè)計(jì)（一）蜂鳴器的介紹1蜂鳴器的作用。蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車(chē)電子設(shè)備、電話(huà)機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。2蜂鳴器的分類(lèi)。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類(lèi)型。3蜂鳴器的電路圖形符號(hào)。蜂鳴器在電路中用字母“H”或“HA”（舊標(biāo)準(zhǔn)用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。（二）蜂鳴器的結(jié)構(gòu)原理1壓電式蜂鳴器。壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后（1515V直流工作電壓）,多諧振蕩器起振,輸出1525KHZ的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。2電磁式蜂鳴器。電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線(xiàn)圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過(guò)電磁線(xiàn)圈，使電磁線(xiàn)圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。振動(dòng)膜片在電磁線(xiàn)圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。（三）實(shí)驗(yàn)報(bào)警電路設(shè)計(jì)聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲，若能利用程序來(lái)控制單片機(jī)某個(gè)口線(xiàn)的“高”電平或低電平，則在該口線(xiàn)上就能產(chǎn)生一定頻率的矩形波，接上喇叭就能發(fā)出一定頻率的聲音，若再利用延時(shí)程序控制“高、低”電平的持續(xù)時(shí)間，就能改變輸出頻率，從而改變音調(diào)，使喇叭發(fā)出不同的聲音。本文設(shè)計(jì)如圖48所示。圖中單片機(jī)的17腳輸出具有復(fù)合功能，此處用到了單片機(jī)17腳的IO端口功能，單片機(jī)通過(guò)內(nèi)部定時(shí)器的操作實(shí)現(xiàn)交替變換的波形輸出驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。圖48報(bào)警電路設(shè)計(jì)416鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì)鍵盤(pán)是人與單片機(jī)打交道的主要設(shè)備。關(guān)于鍵盤(pán)硬件電路的設(shè)計(jì)方法也可以在文獻(xiàn)和書(shū)籍中找到，配合各種不同的硬件電路，這些書(shū)籍中一般也提供了相應(yīng)的鍵盤(pán)掃描程序。站在系統(tǒng)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)的立場(chǎng)上來(lái)看，僅僅完成鍵盤(pán)掃描，讀取當(dāng)前時(shí)刻的鍵盤(pán)狀態(tài)是不夠的，還有不少問(wèn)題需要妥善解決，否則，人們?cè)诓僮麈I盤(pán)就容易引起誤操作和操作失控現(xiàn)象。在單片機(jī)應(yīng)用中鍵盤(pán)用得最多的形式是獨(dú)立鍵盤(pán)及矩陣鍵盤(pán)。它們各有自己的特點(diǎn)，其中獨(dú)立鍵盤(pán)硬件電路簡(jiǎn)單，而且在程序設(shè)計(jì)上也不復(fù)雜，一般用在對(duì)硬件電路要求不高的簡(jiǎn)單電路中；矩陣鍵盤(pán)與獨(dú)立鍵盤(pán)有很大區(qū)別，首先在硬件電路上它要比獨(dú)立鍵盤(pán)復(fù)雜得多，而且在程序算法上比它要煩瑣，但它在節(jié)省端口資源上有優(yōu)勢(shì)得多，因此它更適合于多按鍵電路。其次就是消除在按鍵過(guò)程中產(chǎn)生的“毛刺”現(xiàn)象。這里采用最常用的方法，即延時(shí)重復(fù)掃描法，延時(shí)法的原理為因?yàn)椤懊獭泵}沖一般持續(xù)時(shí)間短，約為幾MS，而我們按鍵的時(shí)間一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這個(gè)時(shí)間，所以當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到有按鍵動(dòng)靜后再延時(shí)一段時(shí)間這里我們?nèi)?0MS后再判斷此電平是否保持原狀態(tài)，如果是則為有效按鍵，否則無(wú)效。在本次設(shè)計(jì)中采用了獨(dú)立鍵盤(pán)的方式，共使用了5個(gè)按鍵進(jìn)行控制，這5個(gè)按鍵分別與單片機(jī)AT89S51中的P30P34這5個(gè)I/O口相連。其中K1為菜單切換鍵，K2為數(shù)字加鍵，K3為數(shù)字減鍵，K4為啟動(dòng)計(jì)時(shí)及復(fù)位鍵，K5為中斷鍵。具體按鍵設(shè)計(jì)如圖49所示圖49搶答按鍵及調(diào)整按鍵按鍵的觸點(diǎn)在閉合和斷開(kāi)時(shí)均會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，這時(shí)觸點(diǎn)的邏輯電平是不穩(wěn)定的，如不妥善處理，將會(huì)引起按鍵命令的錯(cuò)誤執(zhí)行或重復(fù)執(zhí)行?，F(xiàn)在一般均用軟件延時(shí)的方法來(lái)避開(kāi)抖動(dòng)階段，這一延時(shí)過(guò)程一般大于5MS，例如取1020MS。如果監(jiān)控程序中的讀鍵操作安排在主程序（后臺(tái)程序）或鍵盤(pán)中斷（外部中斷）子程序中，則該延時(shí)子程序便可直接插入讀鍵過(guò)程中。如果讀鍵過(guò)程安排在定時(shí)中斷子程序中，就可省去專(zhuān)門(mén)的延時(shí)子程序，利用兩次定時(shí)中斷的時(shí)間間隔來(lái)完成抖動(dòng)處理。42軟件設(shè)計(jì)軟件任務(wù)分析和硬件電路設(shè)計(jì)結(jié)合進(jìn)行，哪些功能由硬件完成，哪些任務(wù)由軟件完成，在硬件電路設(shè)計(jì)基本定型后，也就基本上決定下來(lái)了。軟件任務(wù)分析環(huán)節(jié)是為軟件設(shè)計(jì)做一個(gè)總體規(guī)劃。從軟件的功能來(lái)看可分為兩大類(lèi)一類(lèi)是執(zhí)行軟件，它能完成各種實(shí)質(zhì)性的功能，如測(cè)量，計(jì)算，顯示，打印，輸出控制和通信等，另一類(lèi)是監(jiān)控軟件，它是專(zhuān)門(mén)用來(lái)協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系，在系統(tǒng)軟件中充當(dāng)組織調(diào)度角色的軟件。這兩類(lèi)軟件的設(shè)計(jì)方法各有特色，執(zhí)行軟件的設(shè)計(jì)偏重算法效率，與硬件關(guān)系密切，千變?nèi)f化。軟件任務(wù)分析時(shí)，應(yīng)將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個(gè)執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義和接口定義（輸入輸出定義）。在各執(zhí)行模塊進(jìn)行定義時(shí)，將要牽扯到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)類(lèi)型問(wèn)題也一并規(guī)劃好。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以監(jiān)控程序了。首先根據(jù)系統(tǒng)功能和鍵盤(pán)設(shè)置選擇一種最適合的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)。相對(duì)來(lái)講，執(zhí)行模塊任務(wù)明確單純，比較容易編程，而監(jiān)控程序較易出問(wèn)題。軟件任務(wù)分析的另一個(gè)內(nèi)容是如何安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊。整個(gè)系統(tǒng)軟件可分為后臺(tái)程序（背景程序）和前臺(tái)程序。后臺(tái)程序指主程序及其調(diào)用的子程序，這類(lèi)程序?qū)?shí)時(shí)性要求不是太高，延誤幾十MS甚至幾百M(fèi)S也沒(méi)關(guān)系，故通常將監(jiān)控程序（鍵盤(pán)解釋程序），顯示程序和打印程序等與操作者打交道的程序放在后臺(tái)程序中執(zhí)行；而前臺(tái)程序安排一些實(shí)時(shí)性要求較高的內(nèi)容，如定時(shí)系統(tǒng)和外部中斷（如掉電中斷）。也可以將全部程序均安排在前臺(tái)，后臺(tái)程序?yàn)椤笆瓜到y(tǒng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)”，以利于系統(tǒng)節(jié)電和抗干擾。根據(jù)以上設(shè)計(jì)思想，本系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖410所示系統(tǒng)初始化模塊按鍵模塊時(shí)間調(diào)節(jié)日期調(diào)節(jié)顯示切換啟動(dòng)暫停數(shù)碼顯示模塊圖410軟件總體結(jié)構(gòu)1時(shí)間調(diào)節(jié)模塊通過(guò)按鍵可以控制分計(jì)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)099分和059秒任意調(diào)整。還可以控制秒計(jì)時(shí)，能實(shí)現(xiàn)099秒任意調(diào)整。2日期調(diào)節(jié)模塊通過(guò)按鍵可以對(duì)顯示的年、月、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行調(diào)節(jié)。3顯示切換模塊通過(guò)一個(gè)按鍵可以任意選擇所要顯示的效果，可以對(duì)顯示日期，顯示24秒倒計(jì)時(shí)以及顯示分秒時(shí)間計(jì)時(shí)任意進(jìn)行調(diào)換。4啟動(dòng)暫停模塊第一次按此按鍵的時(shí)候，顯示的數(shù)字都停止，再次按下去的時(shí)候就又重新啟動(dòng)了。程序清單見(jiàn)附錄III。5調(diào)試運(yùn)行51系統(tǒng)的調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，而且兩者是密不可分的。我們?cè)O(shè)計(jì)好的硬件電路和軟件程序，只有經(jīng)過(guò)聯(lián)合調(diào)試，才能驗(yàn)證其正確性；軟硬件的配人情況以及是否達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，也只有經(jīng)過(guò)調(diào)試，才能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并加以解決、完善，最終開(kāi)發(fā)成實(shí)用產(chǎn)品。硬件調(diào)試分單元電路調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試，單元電路試驗(yàn)在硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)進(jìn)行，這里的調(diào)試只是將其制成印刷電路板后試驗(yàn)電路是否正確，并排除一些加工工藝性錯(cuò)誤（如錯(cuò)線(xiàn)、開(kāi)路、短路等）。這種調(diào)試可單獨(dú)模擬進(jìn)行，也可通過(guò)開(kāi)發(fā)裝置由軟件配合進(jìn)行。硬件聯(lián)機(jī)調(diào)試則必須在系統(tǒng)軟件的配合下進(jìn)行。軟件調(diào)試一般包括分塊調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試兩個(gè)階段。程序的分塊調(diào)試一般在單片機(jī)開(kāi)發(fā)裝置上進(jìn)行，可根據(jù)所調(diào)程序功能塊的入口參量初值編制一個(gè)特殊的程序段，并連同被調(diào)程序功能塊一起在開(kāi)發(fā)裝置上運(yùn)行；也可配合對(duì)應(yīng)硬件電路單獨(dú)運(yùn)行某程序功能塊，然后檢查是否正確，如果執(zhí)行結(jié)果與預(yù)想的不一致，可以通過(guò)單步運(yùn)行或設(shè)置斷點(diǎn)的方法，查出原因并加以改正，直到運(yùn)行結(jié)果正確為止。這時(shí)該程序功能塊已調(diào)試完畢，可去掉附加程序段。其它程序功能塊可按此法進(jìn)行調(diào)試。程序聯(lián)機(jī)調(diào)試就是將已調(diào)試好的各程序功能塊按總體結(jié)構(gòu)聯(lián)成一個(gè)完整程序，在所研制的硬件電路上運(yùn)行。從而試驗(yàn)程序整體運(yùn)行的完整性、正確性和與硬件電路的配合情況。在聯(lián)調(diào)中可能會(huì)有某些支路上的程序、功能塊因受條件制約而得不到相應(yīng)的輸入?yún)?shù)，這時(shí)，調(diào)試人員應(yīng)創(chuàng)造條件進(jìn)行模擬調(diào)試。在聯(lián)調(diào)中如發(fā)現(xiàn)硬件問(wèn)題也應(yīng)及時(shí)修正，直到單片機(jī)系統(tǒng)的軟件、硬件全部調(diào)試成功為止。系統(tǒng)調(diào)試完成后，還要進(jìn)行一段時(shí)間的試運(yùn)行，從而檢驗(yàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力，驗(yàn)證系統(tǒng)功能是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，是否達(dá)到預(yù)期的效果。52軟件調(diào)試問(wèn)題及解決首先對(duì)所用軟件及使用方法介紹如下1、KEIL是德國(guó)開(kāi)發(fā)的一個(gè)51單片機(jī)開(kāi)發(fā)軟件平臺(tái)，最開(kāi)始只是一個(gè)支持C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的編譯器軟件。后來(lái)隨著開(kāi)發(fā)人員的不斷努力以及版本的不斷升級(jí)，使它已經(jīng)成為了一個(gè)重要的單片機(jī)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，不過(guò)KEIL的界面并不是非常復(fù)雜，操作也不是非常困難，很多工程師的開(kāi)發(fā)的優(yōu)秀程序都是在KEIL的平臺(tái)上編寫(xiě)出來(lái)的?？梢哉f(shuō)它是一個(gè)比較重要的軟件，熟悉他的人很多很多，用戶(hù)群極為龐大，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)偉福等廠家軟件用戶(hù)群，操作有不懂的地方只要找相關(guān)的書(shū)看看，到相關(guān)的單片機(jī)技術(shù)論壇問(wèn)問(wèn)，很快就可以掌握它的基本使用了。2、總調(diào)，即應(yīng)用軟件的鏈接調(diào)試，程序固化，軟、硬件結(jié)合的應(yīng)用系統(tǒng)軟硬件聯(lián)合仿真系統(tǒng)由一個(gè)硬件執(zhí)行環(huán)境和一個(gè)軟件執(zhí)行環(huán)境組成，通常軟件環(huán)境和硬件環(huán)境都有自己的除錯(cuò)和控制界面，KEIL與PROTEUS的整合調(diào)試可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的總調(diào)，在該系統(tǒng)中，KEIL作為軟件調(diào)試界面，PROTEUS作為硬件仿真和調(diào)試界面，下面說(shuō)一下如何在KEIL中調(diào)用PROTEUS進(jìn)行MCU外圍器件的仿真。安裝KEIL與PROTEUS。把安裝PROTEUSMODELS目錄下VDM51DLL文件復(fù)制到KEIL安裝目錄的C51BIN目錄中。修改KEIL安裝目錄TOOLSINI文件，在C51字段加入TDRV5BINVDM51DLL“PROTEUSVSMMONITOR51DRIVER“,保存。（注意不一定要用TDRV5，根據(jù)原來(lái)字段選用一個(gè)不重復(fù)的數(shù)值就可以了。引號(hào)內(nèi)的名字隨意）3、打開(kāi)PROTEUS，畫(huà)出相應(yīng)電路，在PROTEUS的DEBUG菜單中選中USEREMOTEDEBUGMONITOR。4、在KEIL中編寫(xiě)程序。5、進(jìn)入KEIL的PROJECT菜單OPTIONFORTARGET工程名。在DEBUG選項(xiàng)中右欄上部的下拉菜單選中PROTEUSVSMMONITOR51DRIVER。6、在KEIL中進(jìn)行DEBUG，同時(shí)在PROTEUS中查看直觀的結(jié)果（如LCD顯示，