1、三門峽職業(yè)技術學院?？粕厴I(yè)設計（論文）題目：基于at89c51單片機的數(shù)字鐘設計 院 校： 三門峽職業(yè)技術學院 系 部： 信 息 工 程 系 專 業(yè)： 計算機應用技術 （嵌入式方向）姓 名： 學 號： 指導老師： 日 期： 摘 要近年來隨著計算機在社會領域的滲透和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機的應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的系統(tǒng)，越來越廣泛地應用于自動控制，智能化儀器，儀表，數(shù)據(jù)采集，軍工產(chǎn)品以及家用電器等各個領域，單片機往往是作為一個核心部件來使用，在根據(jù)具體硬件結構，以及針對具體應用對象特點的軟件結合

2、，以作完善。本次設計中以單片機的發(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譯碼器的工作原理和與，led連接的方法。本次做的數(shù)字鐘是以單片機（at89c51）為核心，結合相關的元器件（共陰極led數(shù)碼顯示器、bcd-鎖存/7段譯碼/驅(qū)動器74ls245等），再配以相應的軟件，是它具有時，分，秒顯示的功能，并且時，分，秒還可以調(diào)整。此次設計電子數(shù)字鐘是為了了解電子數(shù)字鐘的原理，從而學會制作電子數(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習與掌握單片機原理與使用方

3、法。關鍵詞：單片機；at89c51；共陰極led數(shù)碼顯示器；74ls245譯碼器目錄摘 要2目錄3第一章 數(shù)電字子鐘的背景、意義、應用4第二章 單片機制作數(shù)字鐘的原理52.1 主芯片8051的硬件資源52.1.1單片機的概念52.1.2 8051的芯片引腳62.1.3 使用i/o口的注意事項82.2 8051中斷系統(tǒng)92.2.1 中斷源92.2.2 中斷的控制102.2.3 中斷響應112.3 單片機定時/計數(shù)器在數(shù)字鐘的使用112.3.1與t/c有關的特殊功能寄存器122.3.2 定時器/計數(shù)器的初始化13第三章系統(tǒng)硬件電路的設計143.1 單片機的基本結構143.2 74ls245 引腳圖

4、及功能：163.4硬件電路的設計原則18第四章軟件程序的設計204.1 軟件程序內(nèi)容204.2 軟件流程圖214.2.1 系統(tǒng)軟件設計流程圖214.3 定時程序設計244.3.1實時時鐘實現(xiàn)的基本方法：244.3.2 實時時鐘程序設計步驟：24第5章 結論與展望255.1 結論255.2 單片機的發(fā)展趨勢26附錄：27參考文獻33第一章 數(shù)電字子鐘的背景、意義、應用 20世紀末，電子技術獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。 時間對人們來說總是那么

5、寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當前的時間。忘記了要做的事情，當事情不是很重要的時候，這種遺忘無傷大雅。但是，一旦重要事情，一時的耽誤可能釀成大禍。目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進一步向著cmos化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。下面是單片機的主要發(fā)展趨勢。單片機應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)設計思想和設計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機通過軟件方法來實現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術也稱為微控制技術，是傳統(tǒng)控制技術的一次革命。單片機模塊中最常見的是數(shù)字鐘，數(shù)字鐘是一種用數(shù)

6、字電路技術實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更更長的使用壽命，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?由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應用,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、定時開關烘箱、通斷動力設備、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)

7、字化為基礎的。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應用，有著非?，F(xiàn)實的意義。 數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪校罕夭豢缮俚谋匦杵?，廣泛用于個人家庭以及車站、碼頭、劇場、辦公室等公共場所，給人們的生活、學習、工作、娛樂帶來極大的方便。由于數(shù)字集成電路技術的發(fā)展和采用了先進的石英技術，使數(shù)字鐘具有走時準確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點，它還用于計時自動報時及自動控制的領域。第二章 單片機制作數(shù)字鐘的原理以8051為主芯片制作多功能數(shù)字鐘的方案中，時鐘信號主要由8051單片機的定時器/計數(shù)器來提供，對時間進行設置和進行鬧鈴設置主要用到單片機的外部中斷。外部控制電路及顯示電路都用到了他的i/o口，在本章我們主要介紹一下關于

8、8051單片機定時器/計數(shù)器、中斷源及中斷系統(tǒng)以及8051的i/o口的特性及應用2.1 主芯片8051的硬件資源2.1.1單片機的概念單片機（microcontroller，又稱微控制器）是在一塊硅片上集成了各種部件的微型計算機。這些部件包括中央處理器cpu、數(shù)據(jù)存儲器ram、程序存儲器rom、定時器/計數(shù)器和多種i/o接口電路。圖1-1是8051單片機的基本結構圖8051單片機的結構特點有以下幾點： 8位cpu； 片內(nèi)振蕩器及時鐘電路； 32根i/o線； 外部存儲器rom和ram，尋址范圍各64kb； 兩個16位的定時器/計數(shù)器； 5個中斷源，2個中斷優(yōu)先級 全雙工串行口 布爾處理器2.定時

9、器/計數(shù)器8051內(nèi)部有兩個16位可編程定時器/計數(shù)器，記為t0和t1。16位是指他們都是由16個觸發(fā)器構成，故最大計數(shù)模值為2-1?？删幊淌侵杆麄兊墓ぷ鞣绞接芍噶顏碓O定，或者當計數(shù)器來用，或者當定時起來用，并且計數(shù)（定時）的范圍也可以由指令來設置。這種控制功能是通過定時器方式控制寄存器tmod來完成的如果需要，定時器在計到規(guī)定的定時值是可以向cpu發(fā)出中斷申請，從而完成某種定式的控制功能。在計數(shù)狀態(tài)下同樣也可以申請中斷。定時器控制寄存器tcon用來負責定時器的啟動、停止以及中斷管理在定時工作時，時鐘由單片機內(nèi)部提供，即系統(tǒng)時鐘經(jīng)過12分頻后作為定時器的時鐘。技術工作時，時鐘脈沖由to和t1輸

10、入3.中斷系統(tǒng)8051的中斷系統(tǒng)允許接受五個獨立的中斷源，即兩個外部中斷申請，兩個定時器/計數(shù)器中斷以及一個串行口中斷。外部中斷申請通過into和int1（即p3.2和p3.3）輸入，輸入方式可以使電平觸發(fā)（低電平有效），也可以使邊沿觸發(fā)（下降沿有效）。兩個定時器中斷請求是當定時器溢出時向cpu提出的，即當定時器由狀態(tài)1轉(zhuǎn)為全零時提出的。第五個中斷請求是由串行口發(fā)出的，串行口每發(fā)送完一個數(shù)據(jù)或接收完一個數(shù)據(jù)，就可提出一次中斷請求2.1.2 8051的芯片引腳如圖1-2所示vcc：供電電壓。gnd：接地。p0口：p0口為一個8位漏極開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。當p1口的管腳第一次

11、寫1時，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在fiash編程時，p0 口作為原碼輸入口，當fiash進行校驗時，p0輸出原碼，此時p0外部必須被拉高。p1口：p1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗時，p1口作為第八位地址接收。p2口：p2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個ttl門電流，當p2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且

12、作為輸入。并因此作為輸入時，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。p3口：p3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門電流。當p3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。p3口也可作為at89c51的一些

13、特殊功能口，如下表所示：p3.0 rxd（串行輸入口）p3.1 txd（串行輸出口）p3.2 /int0（外部中斷0）p3.3 /int1（外部中斷1）p3.4 t0（記時器0外部輸入）p3.5 t1（記時器1外部輸入）p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）p3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。rst：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持rst腳兩個機器周期的高電平時間。ale/prog：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信

14、號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時， ale只有在執(zhí)行movx，movc指令是ale才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止，置位無效。/psen：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/psen有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/psen信號將不出現(xiàn)。/ea/vpp：當/ea保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。

15、注意加密方式1時，/ea將內(nèi)部鎖定為reset；當/ea端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。xtal2：來自反向振蕩器的輸出。2.1.3 使用i/o口的注意事項 p1,p2,p3口的輸出緩沖器可驅(qū)動4個lsttl電路。對于hcmos芯片單片機的i/o口，在正常情況下，可任意由ttl或nmos電路驅(qū)動。hmos及cmos性的單片機i/o口有集電極開路或漏極開路的輸出來驅(qū)動時，不必外加上拉電阻 對于74ls系列，cd4000系列以及一些大規(guī)模集成電路芯片（如8155，8253，

16、8259等），都可以和mcs-51系列單片機直接接口。具體使用時，可以查閱有關器件手冊或參考典型電路 對一些線性組件，特別是應用鍵盤、碼盤、led顯示器等輸入/輸出設備時，應當盡量增加驅(qū)動部分的容量，否則，單片機將提供不出足夠的驅(qū)動電流供給負載使用2.2 8051中斷系統(tǒng)所謂中斷，是指當計算機執(zhí)行正常程序時，系統(tǒng)中出現(xiàn)某些急需處理得異常情況和特殊情球，cpu暫停執(zhí)行現(xiàn)行程序，轉(zhuǎn)去對隨機發(fā)生地更緊迫事件進行處理；處理完畢后，cpu自動返回原來的程序繼續(xù)執(zhí)行。中斷允許軟件設計不需要關心系統(tǒng)其他部分定時要求，算術程序不需要考慮隔幾個指令檢查i/o設備是否需要服務。相反，算術程序編寫時好像有無限的時間

17、作算術運算而無其他工作在進行。若其它事件需要服務時，則通過中斷告訴系統(tǒng)。8051單片機有5個中斷源，有兩個中斷優(yōu)先級，每個中斷源的優(yōu)先級可以編程控制。中斷允許受到cpu開中斷和中斷源開中斷的兩極控制。2.2.1 中斷源中斷源是指任何引起計算機中斷的事件，一般一臺機器允許有許多個中斷源。8051系列單片機至少有5個中斷源。增加很少的硬件就可把各種硬件中斷源“線或”成為一個外部中斷輸入，然后再順序檢索一起中斷的特定源。8051單片機的5個中斷源是： 外部中斷請求0，由（p3.2）輸入； 外部中斷請求1，由（p3.3）輸入； 片內(nèi)定時器/計數(shù)器0益處中斷請求； 片內(nèi)定時器/計數(shù)器1 溢出中斷請求；

18、片內(nèi)串行口發(fā)送/接收中斷請求；為了了解每個中斷源是否產(chǎn)生了中斷請求，中斷系統(tǒng)應設置許多個中斷請求觸發(fā)器（標志位）實現(xiàn)記憶。這些中斷源請求標志位分別有特殊功能寄存器tcon和scon的相應位鎖存（1） 定時器/計數(shù)器控制寄存器tcon，它是一個八位的寄存器，各位如下表所示tf1tf0ie1it1ie0it0 it0,it1：外部中斷0、1觸發(fā)方式選擇位，由軟件設置。1是下降沿觸發(fā)，0是電平觸發(fā)。 ie0,ie1：外部終端0、1請求標志位。 tf0,tf1：定時器/計數(shù)器0、1溢出中斷請求標志。2.2.2 中斷的控制中斷的控制主要實現(xiàn)中斷的開關管理和中斷優(yōu)先級的管理。這個管理主要通過對特殊功能寄存

19、器ie和ip的編程實現(xiàn) 中斷允許寄存器ieeaet2eset1ex1et0ex0 ex0,ex1：外部終端0，1的中斷允許位。1是中斷開，0是中斷關 et0,et1：定時器/計數(shù)器0、1溢出中斷允許位。1是開中斷，0是關中斷 es：串行口中斷允許位。1是中斷開，0是中斷關 et2：定時器/計數(shù)器2溢出中斷位 ea：cpu開/關中斷控制位。1是開中斷，0是關中斷中斷優(yōu)先級寄存器ippspt1px1pt0px0若系統(tǒng)中多個中斷源同時請求中斷，則cpu按中斷源的優(yōu)先級別，由高到低分別響應。8051單片機有兩個斷優(yōu)先級：高優(yōu)先級和低優(yōu)先級。每個中斷源都可以編程為高優(yōu)先級。這可以實現(xiàn)兩級中斷嵌套。嵌套的

20、原則：一個正在執(zhí)行的中斷服務程序可以被高級的中斷請求中斷，而不能被同級或較低級的中斷請求中斷。兩級中斷通過使用ip寄存器設置，相應的位置1，則優(yōu)先級高，0則優(yōu)先級低。px0、px1：終端0、1中斷優(yōu)先級控制；pt0、pt1：定時器/計數(shù)器0、1中斷優(yōu)先級控制。ps：串行口中斷優(yōu)先級控制。8051復位時，ip被清零，5個中斷源都在同一個優(yōu)先級。這時若其中幾個中斷源同時產(chǎn)生中斷請求，則cpu按照片內(nèi)硬件優(yōu)先級鏈路的順序相應中斷，硬件優(yōu)先級由高到低的順序是：外部中斷0定時器/計數(shù)器0-外部中斷1-定時器/計數(shù)器1-串行口中斷2.2.3 中斷響應8051的cpu在每個機器周期采樣個中斷源的中斷請求標志

21、位，如果沒有上述阻止條件，則將在下一個機器周期響應被激活了的最高級中斷請求。阻止條件如下： cpu正在處理同級或更高級的中斷； 現(xiàn)行機器周期不是所執(zhí)行指令的最后一個機器周期； 正在執(zhí)行的是reti或者是訪問ie或ip的指令；cpu在中斷響應之后完成如下操作： 硬件清除相應的中斷標志位； 執(zhí)行一條硬件子程序，保護斷點，并轉(zhuǎn)向中斷服務程序入口。 結束中斷時執(zhí)行reti指令，恢復斷點，返回主程序。8051的cpu在相應中斷請求時，由硬件電路自動形成轉(zhuǎn)向與該中斷源對應的中斷的服務程序入口地址。這種方法為硬件向量中斷法。各中斷源的中斷服務程序入口地址如下：編號中斷源入口地址0外部終端00003h1定時器

22、/計數(shù)器0000bh2外部終端10013h3定時器/計數(shù)器1001bh4串行口中斷0023h各中斷服務程序入口地址僅隔8個字節(jié)，編譯器在這些地址放入無條件轉(zhuǎn)移指令，跳到服務程序的實際地址。向量中斷包括把先前的程序計數(shù)指針推入堆棧，中斷服務程序很像其他子程序。當向量中斷發(fā)生時，硬件禁止所有中斷。此時表明外部中斷或定時器溢出的標志位由硬件清除。中斷服務程序的不同分支取決于中斷源。在重新允許全局cpu中斷ea之前，必須仔細清除各種標志。標志會引起立即地重復中斷。8051對終端實際上有特殊的返回指令-reti。不是ret。reti重新允許系統(tǒng)識別其他中斷。因而，沒必要在正常使用中斷時復位ea，只要在程

23、序初始化時開中斷一次就可以了2.3 單片機定時/計數(shù)器在數(shù)字鐘的使用8051系列單片機至少有兩個16位內(nèi)部定時器/計數(shù)器。8052有三個定時器/計數(shù)器，其中連個基本定時器/計數(shù)器是定時器/計數(shù)器0和定時器/計數(shù)器1。他們既可以編程為定時器使用，也可以編程為計數(shù)器使用。若是計數(shù)內(nèi)部晶振驅(qū)動時鐘，則它是定時器；若是計數(shù)8051的輸入引腳的脈沖信號，則它是計數(shù)器。8051的t/c時加一計數(shù)的。定時器實際上也是工作在技術方式下的，只不過對固定頻率的脈沖計數(shù)；由于脈沖周期固定，由計數(shù)值可以計算出時間，有定時功能。當t/c工作在定時器時，對振蕩源12分頻的脈沖計數(shù)，即每個機器周期計數(shù)值加一，頻率加=fos

24、c/12。晶振為6mhz，計數(shù)頻率=500khz，每2us計數(shù)加一。當t/c工作在計數(shù)器時，計數(shù)脈沖來自外部脈沖輸入引腳t0或t1。當t0或t1腳上負跳變需2個機器周期，即24個振蕩周期。所以t0或t1腳輸入的計數(shù)外部脈沖的最高頻率為fosc/12。當晶振為12mhz時，最高技術頻率為500khz，高于此頻率將計數(shù)出錯。2.3.1與t/c有關的特殊功能寄存器計數(shù)寄存器th和tlt/c是16位的，計數(shù)寄存器有th高8位tl低8位構成。在特殊功能寄存器中，對應t/c0為th0和tl0；對應t/c1為th1和tl1。定時器/計數(shù)器的初始值通過th1/tl1和th0/tl0設置定時器/計數(shù)器控制寄存器

25、tcontr1tr0tr0、tr1：定時器/計數(shù)器0、1啟動控制位。1是啟動，0是停止tcon復位后清零，t/c需要受到軟件控制才能啟動計數(shù)；當計數(shù)計滿時，產(chǎn)生向高位的進位tf,即溢出中斷請求標志t/c的方式控制寄存器tmodgatec/tm1m0gatec/tm1m0 c/t：計數(shù)器或定時器選擇位。1位計數(shù)器，0位定時器 gate：門控信號。1時t/c的啟動控制受到雙重控制，即要求tr0/tr1和int0/int1同時為高；0時t/c的啟動僅受tr0/tr1控制 m1和m0：工作方式選擇位，具體見下表m1 m0方式功能0 00為13位定時器/計數(shù)器，tl存低5位，th存高8位0 11為16定

26、時器/計數(shù)器，tl存低8，th存高8位1 02常數(shù)自動裝入的8位定時器/計數(shù)器1 13僅適用于t/c0，兩個8為定時器/計數(shù)器2.3.2 定時器/計數(shù)器的初始化初始化步驟在使用8051的定時器/計數(shù)器前，應對它進行編程初始化，主要是對tcon和tmod編程，還需要計算和裝載t/c的計數(shù)初值。一般完成以下幾個步驟： 確定t/c的工作方式-編程tmod寄存器。 計算t/c中的計數(shù)初值，并裝載到th和tl。 t/c在中斷方式工作時，須開cpu中斷和源中斷-編程ie寄存器。 啟動定時器/計數(shù)器-編程tcon中tr1和tr0位計數(shù)初值的計算在定時器方式下，t/c是對機器周期脈沖計數(shù)的，如果fosc=6m

27、hz，一個機器周期為2us，則方士0 13位定時器最大時間間隔=（2-1）*2us=16.384ms；方式1 16位定時器最大時間間隔=（2-1）*2us=131.072ms；方式2 8位時器最大時間間隔=（2-1）*2us=512us若使t/c工作在定時器方式1，要求定時1ms，求計數(shù)初值。如設計數(shù)初值為x,則有（2-1）*2us=1000us x=2-500因此，th,tl可置65536-500。第三章系統(tǒng)硬件電路的設計3.1 單片機的基本結構 mcs-51單片機內(nèi)部結構: 8051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)

28、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：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。數(shù)據(jù)存儲器(ram) 8051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ram只有128個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結果或用戶定義的字型表。 圖3-1 單片機8051的內(nèi)部結構程序存儲器(rom)：80

29、51共有4096個8位掩膜rom，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。定時/計數(shù)器(rom)：8051有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。并行輸入輸出(i/o)口：8051共有4組8位i/o口(p0、 p1、p2或p3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。mcs-51的引腳說明：mcs-51系列單片機中的8031、8051及8751均采用40pin封裝的雙列直接dip結構，右圖是它們的引腳配置，40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個i/o口，中斷口線與p3口線復用?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明：mcs-51的引腳說明：mcs-

30、52系列單片機中的8031、8051及8751均采用40pin封裝的雙列直接dip結構，右圖是它們的引腳配置，40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個i/o口，中斷口線與p3口線復用。現(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明： 圖3-2 單片機的引腳pin9:reset/vpd復位信號復用腳，當8052通電，時鐘電路開始工作，在reset引腳上出現(xiàn)24個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復位。初始化后，程序計數(shù)器pc指向0000h，p0-p3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入07h，其它專用寄存器被清“0”。reset由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000h地址開始執(zhí)

31、行程序。然而，初始復位不改變ram（包括工作寄存器r0-r7）的狀態(tài)，8052的初始態(tài)。 3.2 74ls245 引腳圖及功能： 總線驅(qū)動器74ls245經(jīng)常用作三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器，74ls245為雙向三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器。單向的內(nèi)部有8個三態(tài)驅(qū)動器，分成兩組，分別由控制端1g和2g 控制； 雙向的有16個三態(tài)驅(qū)動器，每個方向8個。在控制端 g有效時(g 為低電平)，由dir端控制驅(qū)動方向：dir為“1”時方向從左到右(輸出允許)，dir為“0”時方向從右到左(輸入允許)。 74ls245的引腳圖。g0，dir0，b-a;g=0, dir=1, a-b;g=1, dir=x, x=0或者1，輸入和輸出均

32、為高阻態(tài)；高阻態(tài)的含意就是相當于沒有這個芯片74ls245是8路3態(tài) 雙向緩沖驅(qū)動,也叫做總線驅(qū)動門電路或線驅(qū)動。主要使用在數(shù)據(jù)的雙向緩沖，原來常見于51的數(shù)據(jù)接口電路，比如，早期電路中，擴展了很多的8255/8155/8251/8253/573等芯片的時候，擔心8031的數(shù)據(jù)驅(qū)動能力不足，就使用一片74ls245作為數(shù)據(jù)緩沖電路，增強驅(qū)動能力；也常見與isa卡的接口電路. 3.3七段數(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

33、 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，了解led的這些特性，對編程是很重要的，因為不同類型的數(shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。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，

34、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。3.4硬件電路的設計原則在性價比滿足應用系統(tǒng)要求的情況下，選擇更可靠，更熟悉的單片機縮短研制周期。盡可能選擇自己較為熟悉的應用電路，以提高系統(tǒng)的可靠性。單片機內(nèi)部的資源與外部的擴展資源應在滿足系統(tǒng)設計的基礎上留有余地，為進一步的升級和擴展提供方便。應充分的結合軟件方案考慮硬件的結構，通常硬件功能較完善，其相應的軟件程序就簡單，但硬件的成本較高，而功能較低，其相應的軟件就復雜，其實際常用軟件代替硬件來降低成本。整個系統(tǒng)相關的器件盡可能的做到性能相

35、匹配。充分的考慮系統(tǒng)的抗干擾性，如具有抗干擾的單片機并充分的帥選芯片與器件，在電路中采取隔離或屏蔽的措施等。更具以上的原則我們選擇我們較為熟悉的80c51單片機；為了led數(shù)碼管的顯示和和鍵盤的控制，我們也選擇了74ls245的譯碼器和#1，#2，#3號按鍵作為時鐘的參數(shù)修改加一鍵#1鍵修改時，按一下時加一#2鍵修改分，按一下分加一#3鍵修改秒，按一下秒加一時鐘硬件連接圖如下圖所示第四章軟件程序的設計4.1 軟件程序內(nèi)容 本設計的軟件程序包括主程序、中斷子程序、打鈴子程序、時鐘顯示子程序、查詢時間表切換程序和延時子程序等等。另外由于電路中有四個按鍵，還另外設計了防抖動程序來防止干擾。4.2 軟

36、件流程圖4.2.1 系統(tǒng)軟件設計流程圖 這次的數(shù)字電子鐘設計用到很多子程序，它們的流程圖如下所示。 主程序是先開始，然后啟動定時器，定時器啟動后在進行按鍵檢測，檢測完后，就可以顯示時間。開始啟動定時器按鍵檢測時間顯示圖4-1 主程序流程圖 按鍵處理是先檢測秒按鍵是否按下，秒按鍵如果按下，秒就加1；如果沒有按下，就檢測分按鍵是否按下，分按鍵如果按下，分就加1；如果沒有按下，就檢測時按鍵是否按下，時按鍵如果按下，時就加1；如果沒有按下，就把時間顯示出來。nynyny時加1顯示時間結束開始秒按鍵按下？秒加1分按鍵按下？分加1時按鍵按下？圖4-2 按鍵處理流程圖定時器中斷時是先檢測1秒是否到，1秒如果

37、到，秒單元就加1；如果沒到，就檢測1分鐘是否到，1分鐘如果到，分單元就加1；如果沒到，就檢測1小時是否到，1小時如果到，時單元就加1，如果沒到，就顯示時間。n24小時到？分單元清零，時單元加1nnnyy時單元清零時間顯示中斷返回開始一秒時間到？60秒時間到？60分鐘到？秒單元加1秒單元清零，分單元加1yy圖4-3 定時器中斷流程圖 時間顯示是先秒個位計算顯示，然后是秒十位計算顯示，再是分個位計算顯示，再然后是分十位顯示，再就是時個位計算顯示，最后是時十位顯示。4.3 定時程序設計單片機的定時功能也是通過計數(shù)器的計數(shù)來實現(xiàn)的，此時的計數(shù)脈沖來自單片機的內(nèi)部，即每個機器周期產(chǎn)生一個計數(shù)脈沖，也就是

38、每經(jīng)過1個機器周期的時間，計數(shù)器加1。如果mcs-52采用的12mhz晶體，則計數(shù)頻率為1mhz，即每過1us的時間計數(shù)器加1。這樣可以根據(jù)計數(shù)值計算出定時時間，也可以根據(jù)定時時間的要求計算出計數(shù)器的初值。mcs-51單片機的定時器/計數(shù)器具有4種工作方式，其控制字均在相應的特殊功能寄存器中，通過對特殊功能寄存器的編程，可以方便的選擇定時器/計數(shù)器兩種工作模式和4種工作方式。定時器/計數(shù)器工作在方式0時，為13位的計數(shù)器，由tlx(x=0、1)的低5位和thx的高8位所構成。tlx低5位溢出則向thx進位，thx計數(shù)溢出則置位tcon中的溢出標志位tfx.當定時器/計數(shù)器工作于方式1，為16位

39、的計數(shù)器。本設計師單片機多功能定時器，所以mcs-51內(nèi)部的定時器/計數(shù)器被選定為定時器工作模式，計數(shù)輸入信號是內(nèi)部時鐘脈沖，每個機器周期產(chǎn)生一個脈沖使計數(shù)器增1。4.3.1實時時鐘實現(xiàn)的基本方法：時鐘的最小計時單位是秒，但使用定時器的方式1，最大的定時時間也只能達到131ms。我們可把定時器的定時時間定為50ms。這樣，計數(shù)溢出20次即可得到時鐘的最小計時單位：秒。而計數(shù)20次可以用軟件實現(xiàn)。秒計時是采用中斷方式進行溢出次數(shù)的累積，計滿20次，即得到秒計時。從秒到分，從分到時是通過軟件累加并進行比較的方法來實現(xiàn)的。要求每滿1秒，則“秒”單元中的內(nèi)容加1；“秒”單元滿60，則“分”單元中的內(nèi)容

40、加1；“分”單元滿60，則“時”單元中的內(nèi)容加1；“時”單元滿24，則將時、分、秒的內(nèi)容全部清零。:4.3.2 實時時鐘程序設計步驟：（1）選擇工作方式，計算初值；（2）采用中斷方式進行溢出次數(shù)累計；（3）從秒分時的計時是通過累加和數(shù)值比較實現(xiàn)的；（4）時鐘顯示緩沖區(qū)：時鐘時間在方位數(shù)碼管上進行顯示，為此在內(nèi)部ram中要設置顯示緩沖區(qū)，共6個地址單元。顯示緩沖區(qū)從左到右依次存放時、分、秒數(shù)值；（5）主程序：主要進行定時器/計數(shù)器的初始化編程，然后反復調(diào)用顯示子程序的方法等待中斷的到來。（6）中斷服務程序：進行計時操作（7）加1子程序：用于完成對時、分、秒的加操作，中斷服務程序在秒、分、時加1時

41、共有三種條調(diào)用加1子程序，包括三項內(nèi)容：合字、加1并進行十進制調(diào)整、分字。第5章 結論與展望5.1 結論單片機多功能定時系統(tǒng)理論上能很好的達到了學校教學要求，發(fā)揮了單片機在智能化方面的應用。該系統(tǒng)的設計很好的滿足當前學校教學的需要，是一個理想的智能化的設計。它具有一個走時精確的實時鐘，可以任意設置時間，可以控制時間表的轉(zhuǎn)換，時鐘的顯示功能等?？梢酝ㄟ^按鍵操作和數(shù)字顯示。該系統(tǒng)規(guī)模小，但是功能較多，操作簡單，造價低，應用非常廣泛。該系統(tǒng)的設計為向家庭數(shù)字化方向發(fā)展又前進了一步。同時又擴大了單片機的應用領域。5.2 單片機的發(fā)展趨勢 自單片機出現(xiàn)至今，單片機技術已走過了幾十年的發(fā)展路程。縱觀幾十年

42、來單片機發(fā)展歷程可以看出，單片機技術的發(fā)展以微處理器（mpu）技術及超大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展為先導，拉動廣泛的應用領域，表現(xiàn)出比微處理器更具個性的發(fā)展趨勢：1.采用先進結構以實現(xiàn)高性能在過去的一段時間內(nèi)，單片機的指令運行速度一直在10mips以下，這對于應用在工業(yè)控制領域內(nèi)的單片機來說是足夠了，但當單片機被應用在通訊及dsp領域作為高速運算、編碼或解碼時，就會出現(xiàn)因指令運行速度不夠而限制單片機應用的情形，因此提高單片機指令運行速度已經(jīng)成為迫切需要解決的問題。2.進一步降低功耗、基于80c51的飛利浦低功率、低系統(tǒng)成本微控制器51lpc系列是業(yè)界推動單片機向低功耗方向發(fā)展的主導單片機系列之一。

43、51lpc系列單片機采用以下三種方法降低功耗：（1）使系統(tǒng)進入空閑模式，在空閑模式下，只有外圍器件在工作，任意的復位及中斷均可結束空閑模式；（2）使系統(tǒng)進入低功耗模式，在低功耗模式下，振蕩器停止工作，是功耗降到最?。?）使系統(tǒng)進入低電壓eprom操作；eprom包含了模擬電路，當vcc高于4v時，可通過軟件使這些模擬電路掉電以降低功耗，在上電情況下可使系統(tǒng)退出該模式。3.采用flash memory隨著半導體工藝技術的不斷進步，mpu的flash版本逐漸替代了原有的otp版本。flash mpu具有以下優(yōu)點：與多次可編程的窗口式eprom相比，flash mpu的成本要低得多；在系統(tǒng)編程能力以

44、及產(chǎn)品生產(chǎn)方面提供了靈活性，因為flash mpu可在編程后面再次以新代碼重新編程；可減少已編程器件的報廢和庫存；有助于生產(chǎn)廠商縮短設計周期，使終端用戶產(chǎn)品和、更具有競爭力。4.集成更多功能及兼容性目前單片機的另一個發(fā)展趨勢是在芯片上集成更多的功能。如模擬功能，包括模擬比較器、a/d和d/a轉(zhuǎn)換器等。具體表現(xiàn)在：兼容性作為設計的第一考慮；額外的新的特點是透明的；使用同一種編程器；otp使器件快速提升及標準化成為可能。5.強抗干擾能力不斷加強抗干擾能力是單片機進一步發(fā)展的必然趨勢。st microelectronics公司推出的st62系列單片機在這方面是佼佼者，其優(yōu)良的抗干擾能力使得許多大公司

45、將其應用在系統(tǒng)中的關鍵部件上。許多單片機開發(fā)商也正朝著這個方向努力。6.朝系列化、全面化方向發(fā)展各大單片機開發(fā)商在增加產(chǎn)品功能的同時效力于形成產(chǎn)品的系列化=全面化，以滿足各種控制領域的要求，這也是單片機發(fā)展的趨勢之一。日本toshba公司開發(fā)了從4位到64位的多系列單片機，日立公司也有從4.位到32位的單片機，目前還沒有哪個廠家生產(chǎn)的單片機比東芝公司的種類多。隨著單片機性能斷提高，不斷的克服和彌補自身的不足。在各種控制領域，單片機將擁有更加廣闊的使用天地。在很長的一段時間內(nèi)，它將一直是工程設計人員的首選控制芯片之一。附錄：源程序如下：s_setbitp1.0;數(shù)字鐘秒控制位m_setbitp1

46、.1;分鐘控制位h_setbitp1.2;小時控制位secondequ30hminuteequ31hhourequ32htcntequ34horg00hsjmpstartorg0bhljmpint_t0start:movdptr,#tablemovhour,#0;初始化movminute,#0movsecond,#0movtcnt,#0movtmod,#01hmovth0,#(65536-50000)/256;定時50毫秒movtl0,#(65536-50000)mod 256movie,#82hsetbtr0;*;判斷是否有控制鍵按下,是哪一個鍵按下a1:lcalldisplayjnbs_set,s1jnbm_set,s2jnbh_set,s3ljmpa1s1:lcalldelay;去抖動jbs_set,a1incsecond;秒值加1mova,secondcjnea,#60,j0;判斷是否加到60秒movsecond,#0ljmpk1s2:lcalldelayjbm_set,a1k1:incminute;分鐘值加1mova,minutecjnea,#60,j1;判斷