F于單片機(jī)的電子數(shù)碼時(shí)鐘顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、一 選題背景現(xiàn)今，高精度的計(jì)時(shí)工具大多數(shù)都使用了石英晶體振蕩器。由于電子鐘、石英、石英鐘都采用了石英技術(shù)，因此走時(shí)精度高、穩(wěn)定性好、使用方便，不需要經(jīng)常調(diào)校。數(shù)字式電子鐘用集成電路計(jì)時(shí)時(shí)，譯碼代替機(jī)械式傳動(dòng)，用LED 顯示器代替顯示器代替指針顯示進(jìn)而顯示時(shí)間，減小了計(jì)時(shí)誤差，這種表具有時(shí)、分、秒顯示時(shí)間的功能，還可以進(jìn)行時(shí)和分的校對(duì)，片選的靈活性好。時(shí)鐘電路在計(jì)算機(jī)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(chǔ)。在一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，時(shí)鐘有兩方面的含義：一是指為保障系統(tǒng)正常工作的基準(zhǔn)振蕩定時(shí)信號(hào)，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(jī)系統(tǒng)工作的快慢；二是指系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)時(shí)鐘

2、，定時(shí)時(shí)間，它通常有兩種實(shí)現(xiàn)方法：一是用軟件實(shí)現(xiàn)，即用單片機(jī)內(nèi)部的可編程定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)；二是用專門的時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)主要用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)電子時(shí)鐘的方法。二 方案論證為了實(shí)現(xiàn)LED 顯示器的數(shù)字顯示，可以采用靜態(tài)顯示法和動(dòng)態(tài)顯示法，由于靜態(tài)顯示法需要數(shù)據(jù)鎖存器等硬件，接口復(fù)雜一些，考慮時(shí)鐘顯示只有六位，且系統(tǒng)沒有其它復(fù)雜的處理任務(wù)，所以決定采用動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)LED 的顯示。單片機(jī)采用易購的AT89C52系列，這樣單片機(jī)可具有足夠的空余硬件資源實(shí)現(xiàn)其它的擴(kuò)充功能，如考慮到要使用電池供電的話可采用LV 系列單片機(jī)。三 系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程 1電路組成及工作原理1.1 時(shí)間顯示功能

3、顯示時(shí)、分、秒。 1.2 時(shí)間和鬧鐘設(shè)置功能可以通過鍵盤的任意設(shè)定、修改顯示時(shí)間和鬧鐘時(shí)間。 1.3 工作原理設(shè)計(jì)原理主要利用AT89C51單片機(jī)，由單片機(jī)的P0口控制數(shù)碼管的位顯示， P2口控制數(shù)碼管的段顯示，P1口與按鍵相接用于時(shí)間的校正。在設(shè)計(jì)中引入兩個(gè)電源電路，一個(gè)是外部電源系統(tǒng)產(chǎn)生+5V電壓，用于給CPU 及顯示電路提供工作電壓，這是數(shù)字時(shí)鐘正常工作時(shí)的總電壓。另一個(gè)是備用電源，當(dāng)外部電源關(guān)斷時(shí)由它提供工作電壓使CPU 繼續(xù)工作，利用單片機(jī)的空閑方式降低功耗，數(shù)碼管不顯示但能使計(jì)時(shí)保持正常，不會(huì)造成掉電時(shí)計(jì)時(shí)清零的現(xiàn)象。針對(duì)內(nèi)外兩個(gè)電源情況又加入了MC34064電壓檢測(cè)電路，用于時(shí)實(shí)

4、判斷是哪各電源在工作。整個(gè)系統(tǒng)工作時(shí)，秒信號(hào)產(chǎn)生器是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基信號(hào)，它直接決定計(jì)時(shí)系統(tǒng)的精度，將標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)送入“秒計(jì)數(shù)器”，“秒計(jì)數(shù)器”采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒發(fā)出一個(gè)“分脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將作為“分計(jì)數(shù)器”的時(shí)鐘脈沖。“分計(jì)數(shù)器”也采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分鐘，發(fā)出一個(gè)“時(shí)脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將被送到“時(shí)計(jì)數(shù)器”。“時(shí)計(jì)數(shù)器”采用24進(jìn)制計(jì)時(shí)器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)一天24小時(shí)的累計(jì)。顯示電路將“時(shí)”、“分”、“秒”計(jì)數(shù)器的輸出，通過六個(gè)七段LED 顯示器顯示出來。校時(shí)電路是直接加一個(gè)脈沖信號(hào)到時(shí)計(jì)數(shù)器或者分計(jì)數(shù)器或者秒計(jì)數(shù)器來對(duì)“時(shí)”、“分”、“秒”顯示數(shù)字進(jìn)行校對(duì)調(diào)整。2 硬件框圖

5、圖2-1 電子數(shù)碼時(shí)鐘的硬件框圖2.1 單片機(jī)單片機(jī)是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力(如算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理 的微處理器(CPU，隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM，只讀程序存儲(chǔ)器(ROM，輸入輸出電路(I/O口 ，可能還包括定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行通信口(SCI，顯示驅(qū)動(dòng)電路(LCD或LED 驅(qū)動(dòng)電路 ，脈寬調(diào)制電路(PWM，模擬多路轉(zhuǎn)換器及A/D轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊單塊芯片上，構(gòu)成一個(gè)最小然而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這些電路能在軟件的控制下準(zhǔn)確、迅速、高效地完成程序設(shè)計(jì)者事先規(guī)定的任務(wù)。單片機(jī)采用AT89C51 型，它是一種帶4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)的低電壓、

6、高性能CMOS8位微處理器，該器件采用ATMEL 高密度非易失性存儲(chǔ)器制造技術(shù)與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS 51指令集和輸出管腳相兼容，由于將多功能8位CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL 的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 2.2 時(shí)間顯示電路由于AT89C51 單片機(jī)I/ O 口有限，采用可編程的并行I/ O 口芯片8155 進(jìn)行擴(kuò)展，單片機(jī)中通常用七段LED 構(gòu)成字型“8”。另外，還有一個(gè)小數(shù)點(diǎn)發(fā)光二極管以顯示小數(shù)位。這種顯示器有共陰和共陽兩種，發(fā)光二極管的陽極連在一起的（公共端）稱為共陽極顯示器，陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。一位

7、顯示器由8個(gè)發(fā)光二極管組成，其中，7個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成字型“8”的各個(gè)筆劃（段） a-g，另一個(gè)小數(shù)點(diǎn)為dp 發(fā)光二極管。當(dāng)在某段發(fā)光二極管上施加一定的正向電壓時(shí)，該段筆畫即亮；不加電壓則暗。為了保護(hù)各段LED 不被損壞，需外加限流電阻。由于共陽極連接需加驅(qū)動(dòng)，故在這里我采用的是共陰極連接。表2-1共陰極7 段LED 顯示字型編碼表顯示字符 共陰極段選碼 顯示字符 共陰極段選碼 0 3FH 5 6DH 1 06H 6 7DH 2 5BH 7 07H 3 4FH 8 7FH 466H 9 6FH “滅”（黑）00HLED 顯示器有靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式兩種。靜態(tài)顯示就是當(dāng)顯示器顯示某個(gè)字符時(shí)，

8、相應(yīng)的段恒定的導(dǎo)通或截止，直到顯示另一個(gè)字符為止。LED 顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時(shí)，各位的共陰極接地；若為共陽極則接+5V電源。每位的段選線分別與一個(gè)8位鎖存器的輸出口相連，顯示器中的各位相互獨(dú)立，而且各位的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)鎖存的輸出將維持不變。正因?yàn)槿绱耍o態(tài)顯示器的亮度較高。這種顯示方式編程容易，管理也較簡單，但占用I/O口線資源較多。因此，在顯示位數(shù)較多的情況下，一般都采用動(dòng)態(tài)顯示方式。由于所有6位段皆由一個(gè)I/O口控制。因此，在每一瞬間6位LED 會(huì)顯示相同的字符。要想每位顯示不同的字符，就必須采用掃描方法流點(diǎn)亮各位LED ，即在每一瞬間只使某一位顯示字符。在此瞬間，段選控制I

9、/O口輸出相應(yīng)字符段選碼（字型碼），而位選則控制I/O口在該顯示位送入選通電平（因?yàn)長ED 為共陰，故應(yīng)送低電平），以保證該位顯示相應(yīng)字符。如此輪流，使每位分時(shí)顯示該位應(yīng)顯示字符。 2.3 時(shí)間、鬧鐘設(shè)置電路由于時(shí)間的設(shè)置只需四個(gè)按鍵(秒、分、時(shí)、鬧鐘時(shí)間設(shè)置啟動(dòng) ，電路簡單，所以可以采用獨(dú)立式按鍵來實(shí)現(xiàn)。 2.4 鬧鐘電路當(dāng)時(shí)間與設(shè)置鬧鐘時(shí)間相等時(shí)，通過I/ O 口控制繼電器接通鬧鐘實(shí)現(xiàn)。 2.5 復(fù)位電路采用按鈕電平復(fù)位電路Vcc 圖2-2 按鈕電平復(fù)位電路2.6 按鍵工作模塊按鍵按照結(jié)構(gòu)原理可分為兩類，一類是觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵，如機(jī)械式開關(guān)、導(dǎo)電橡膠式開關(guān)等；另一類是無觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵，如電氣

10、式按鍵，磁感應(yīng)按鍵等。前者造價(jià)低，后者壽命長。目前，微機(jī)系統(tǒng)中最常見的是觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵。按鍵按照接口原理可分為編碼鍵盤與非編碼鍵盤兩類，這兩類鍵盤的主要區(qū)別是識(shí)別鍵符及給出相應(yīng)鍵碼的方法。編碼鍵盤主要是用硬件來實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵的識(shí)別，非編碼鍵盤主要是由軟件來實(shí)現(xiàn)鍵盤的定義與識(shí)別。獨(dú)立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路，其特點(diǎn)是每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根I/O口線，每個(gè)按鍵的工作不會(huì)影響其它I/O口線的狀態(tài)。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個(gè)按鍵必須占用一根I/O口線，因此，在按鍵較多時(shí)，I/O口線浪費(fèi)較大。獨(dú)立式按鍵的典型應(yīng)用如圖所示。 圖2-3 獨(dú)立式鍵盤的結(jié)構(gòu)獨(dú)立式按鍵的軟件常采用查詢

11、式結(jié)構(gòu)。先逐位查詢每根I/O口線的輸入狀態(tài)，如某一根I/O口線輸入為低電平，則可確認(rèn)該I/O口線所對(duì)應(yīng)的按鍵已按下，然后，再轉(zhuǎn)向該鍵的功能處理程序。 2.7 電源電路部分在各種電子設(shè)備中，直流穩(wěn)壓電源是必不可少的組成部分，它是電子設(shè)備唯一能量來源，它的設(shè)計(jì)思路是根據(jù)我們以前學(xué)過的模電電子技術(shù)，要想得到我們所要的+5V輸出電壓，就需將交流220V 的電壓經(jīng)過變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個(gè)部分。3 軟件設(shè)計(jì)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，其流程圖如下： 圖2-4 軟件設(shè)計(jì)流程圖3.1 初始化參數(shù)設(shè)置包括數(shù)據(jù)堆棧區(qū)、定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器的初始化、8155 芯片的初始化及時(shí)間和顯示數(shù)據(jù)的初始化設(shè)置。包括對(duì)TM

12、OD 、TCON 以及根據(jù)定時(shí)時(shí)間對(duì)時(shí)間初值的設(shè)置。設(shè)電子鐘采用中斷定時(shí)100ms ，fosc = 6MHZ，采用T0 方式1 ， 則X = 2 -100ms2us = 15536 = 3CB0H，則TH0 = 3CH，TL0 = 0BOH。8155 對(duì)單片機(jī)來講是一個(gè)外部接口芯片，它與外部RAM 的操作方法一樣。即：MOV DPTR ， #addr16MOV A ， #03HMOVX DPTR ，A3.2 鍵盤設(shè)置子程序這里主要介紹秒設(shè)置子程序的部分代碼。KEY ：JB KEY- S ，M- SET；秒設(shè)置鍵按下嗎？如沒按下則判斷分設(shè)置鍵是否壓下LCALL DELAYJB KEY- S ，M

13、- SETINCDATA S；如秒設(shè)置鍵壓下，則秒單元加1MOV A ，DATA - SCJNE A ， # 60 ，DATA - S；秒單元= 60 ，；則清0MOV DATA - S ， #00HS - DIS：MOV A ，DATA - SLCALL HEX- BCD；調(diào)用BCD 碼轉(zhuǎn)換子程序MOV 69H，AMOV 6AH，BS - REP ：LCALL DISJNB KEY- S ，S - REP ；待秒設(shè)置鍵釋放M- SET： ；分設(shè)置鍵判斷程序略其中KEY- S ，DATA - S 需在主程序中用偽指令定義后，才能使用。3.3 顯示子程序采用動(dòng)態(tài)掃描的方式和查表程序可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)間

14、的顯示。3.4 控制子程序作用是判斷時(shí)間是否與設(shè)置的鬧鐘時(shí)間是否相等，如相等則開啟鬧鐘。3.5 中斷定時(shí)子程序這是電子時(shí)鐘的核心，在這里主要介紹一下秒單元的定時(shí)過程，其中5FH 存放100ms 單元的數(shù)值。CLOCK ：PUSH ACC ；參數(shù)入棧保護(hù)PUSH PSWCLR TR0MOV TL0，#0B0H；定時(shí)參數(shù)重新設(shè)置MOV TH0，#03CHSETB TR0INC 5FHMOV A ，5FHCJNE A ，#10，F(xiàn)K ；100ms 單元內(nèi)容= 10 ，則秒單元加1MOV 5FH ，#00H；100ms 單元內(nèi)容清0MOV A ，DATA - SADD A ，#01H；秒單元加1MOV

15、 DATA S，ACJNE A ，#60，F(xiàn)K ；秒單元內(nèi)容 = 60，則秒單元清0MOV DATA S，#00H *（分、時(shí)單元定時(shí)過程略）FK ：POP PSW；出棧，退出中斷子程序POP ACCRETI3.6 系統(tǒng)總程序*led顯示單片機(jī)定時(shí)鬧鈴程序*變量地址分配*Hour EQU 3AH；小時(shí)計(jì)數(shù)器的地址Minute EQU 3BH；分鐘計(jì)數(shù)器的地址Second EQU 3CH；秒計(jì)數(shù)器的地址P1Val EQU 3DH；數(shù)碼管位驅(qū)動(dòng)值的地址ClockMode BIT 20H.0；模式（正常走時(shí)/鬧時(shí)）設(shè)置寄存器地址，值為0時(shí)正常走時(shí)，為1時(shí)鬧時(shí)設(shè)定AlarmOnOff BIT 20H.

16、1；鬧鐘開啟/關(guān)閉標(biāo)志，為0關(guān)閉，為1開啟AlarmTimeOn BIT 20H.2；此位為1時(shí)表示鬧時(shí)時(shí)間到DispHour EQU 21H； 小時(shí)顯示寄存器的地址DispMinute EQU 22H； 分鐘顯示寄存器的地址DispSecond EQU 23H； 秒顯示寄存器的地址AlarmHour EQU 2EH； 鬧時(shí)小時(shí)計(jì)數(shù)器的地址AlarmMinute EQU 2FH； 鬧時(shí)分鐘計(jì)數(shù)器的地址k1 BIT P3.2； 鬧鐘設(shè)置鍵k2 BIT P3.3； 小時(shí)設(shè)置鍵k3 BIT P3.5； 分鐘設(shè)置鍵；*程序開始*ORG 0000HAJMP MainORG 0BHAJMP TimeInt

17、ORG 0020HMain ： MOV SP，#70HMOV 39H，#14HMOV Hour，#12MOV Minute，#00MOV Second，#00MOV AlarmHour，#06MOV AlarmMinute，#00CLR ClockModeCLR AlarmTimeOnSETB p1.7MOV TMOD，#00000001BMOV TH0，#03CHMOV TL0，#0B0HMOV IE， #82HSETB TR0L1： JB K1，CheckMinuteKeyLCALL DelayJB K1，CheckMinuteKeySETB ClockModeLCALL AlarmSet

18、CheckMinuteKey ： JB K3，CheckHourKeyMOV A，MinuteADD A，#1MOV Minute，A ；CJNE A，#60，NotOver1MOV Minute，#0NotOver1： JNB K3，$CheckHourKey ： JB K2，CheckAlarmMOV A，HourADD A，#1MOV Hour，ACJNE A，#24，NotOver2MOV Hour，#0NotOver2： JNB K2，$CheckAlarm ： JNB AlarmTimeOn，ToReturnLCALL LOOPToReturn ：AJMP L1*定時(shí)器Timer0

19、中斷服務(wù)程序*TimeInt ： MOV TH0，#03CHMOV TL0，#0B0HPUSH ACCPUSH PSWSETB RS0CLR RS1DJNZ 39H，NotoneSecondMOV 39H，#14HLCALL ClockLCALL ConvertoBufferNotoneSecond ： LCALL ScanDisplayPOP PSWPOP ACCRETIScanDisplay ： MOV R1，#30HMOV R4，#11111110BMOV A，R4PLAY ： MOV P2，AMOV A，R1MOV DPTR，#TABMOVC A，A+DPTRMOV P0，ALCALL

20、 DelayINC R1MOV A，R4RL AJNB ACC.6，LD1MOV R4，AAJMP PLAYLD1： RETTAB ： DB 0C0H，0F9H ，0A4H ，0B0H ，99H ，92H ，82H ，0F8H ，80H ，90H ，0FFH ；共陽段碼表 "0""1""2" "3""4""5""6""7" "8""9""不亮"Clock ： MOV A，Sec

21、ondADD A，#1MOV Second，ACJNE A，#3CH，NotOverFlowMOV Second，#0MOV A，MinuteADD A，#1MOV Minute，ACJNE A，#3CH，NotOverFlowMOV Minute，#0MOV A，HourADD A，#1MOV Hour，ACJNE A，#18H，NotOverFlowMOV Hour，#0NotOverFlow ： JNB AlarmOnOff，NotAlarmMOV A，MinuteCJNE A，AlarmMinute ，NotAlarmMOV A，HourCJNE A，AlarmHour ，NotAla

22、rmSETB AlarmTimeOnNotAlarm ：RETConvertoBuffer ： MOV R1，#30HJB ClockMode，DispAlarmSetMOV A，Second ；MOV DispSecond，A ；MOV A，Minute ；MOV Dispminute，A ；MOV A，Hour ；MOV DispHour，AAJMP ConvertDispAlarmSet ： JB AlarmOnOff，AlarmOnMOV DispSecond，#00HAJMP NextAlarmOn ： MOV DispSecond，#11Next ： MOV A，AlarmMinu

23、teMOV Dispminute，AMOV A，AlarmHourMOV DispHour，AConvert ： MOV A，DispSecondMOV B，#10DIV ABMOV R1，BINC R1MOV R1，AINC R1MOV A，DispMinuteMOV B，#10DIV ABMOV R1，BINC R1MOV R1，AINC R1MOV A，DispHourMOV B，#10DIV ABMOV R1，BINC R1MOV R1，ARET*鬧時(shí)設(shè)置子程序*AlarmSet ： JNB K1，$LCALL DelayCheckArmMinuteKey ： JB K3，CheckA

24、rmHourKeyCL1： SETB AlarmOnOffMOV A，AlarmMinuteADD A，#1MOV AlarmMinute，ACJNE A，#60，ArmNotOver1MOV AlarmMinute，#0ArmNotOver1： JNB K3，$CheckArmHourKey ： JB K2，AlarmSetEndSETB AlarmOnOffMOV A，AlarmHourADD A，#1MOV AlarmHour，ACJNE A，#24，ArmNotOver2MOV AlarmHour，#0ArmNotOver2： JNB K2，$JB K3，AlarmSetEndACALL CL1AlarmSetEnd ： JB K1，AlarmSetJNB K1，$CLR ClockModeRET*鬧時(shí)服務(wù)子程序*LOOP ： CLR P1.7ACALL Delay1SETB P1.7JB K1，LOOPJNB K1，$CLR AlarmOnOffCLR AlarmTimeOnAlarmReturn ： RET*延時(shí)子程序*DELAY1： MOV R3，#15LOOP1： MOV R5，#90NOPLOOP2： DJNZ R5，LOOP2