數字鐘基于51單片機匯編語言設計51單片機數字時鐘(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 RST/VPP(9 腳 )：復位引腳，引腳上出現 2 個機器周期的高電平將使單片機復位。 LE/PROG(30腳 )：地址鎖存允許信號。 9 PSEN(29角 )：外部存儲器讀選通信號。 EA/Vpp(31角 )：程序存儲器的內外部選通，接低電平從外部 程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內部程序存儲器讀指令。 AT89C51芯片的內存結構 MCS51單片機包含中央處理器、程序存儲器 (ROM)、數據存儲器 (RAM)、定時 /計數器、并行接口、串行接口和中斷系統等幾大單元及數據總線、地址總線和控制總線等三大總線，現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位數據寬度的處理器，能處理 8位二進制數據或代碼， CPU負責控制、指揮和調度整個單元系統協調的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。 數據存儲器 (RAM) AT89C51芯片內部有 128個 8位用戶數據存儲單元和 128個專用寄存器單元，它們是統一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數據，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數據，所以，用戶能使用的 RAM只有 128個，可存放讀寫的數據，運算的中間結果或用戶定義的字型表。 程序存儲器 (ROM) 單片機內部的程序寄存器一般為 1K~64K 字節，通常是只讀存儲器，因為單片機應用系統大多數是專用系統，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 丟失從而提高系統的可靠性；另外，只讀存儲器集成度高、成本低。根據單片機內部程序存儲器 10 類型的不同有可分為下列產品： （ 1） ROM行單片機：內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，且可以反復擦除和寫入。 （ 3） FLASH Memory 型單片機：內部含有 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。 定時 /計數器 1）定時器方式寄存器： TMOD 2）定時器控制寄存器： TCON 3）計數寄存器： TH0、 TL0； TH TL1。可用于設定計數初值。 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，規定高電平為 +5V，低電平為 0V。 單片機在啟動時都需要復位，以使 CPU及系統各部件處于確定的初始狀態，并從初態開000H 0FFFH 程序存儲器 0FFFH 0000H 60KB 外部ROM 64KB 外部 RAM 4KB 內部 EA=1 4KB 外部 EA=0 專用寄存器 內部RAM FFFFH 1000H 0FFFH 0000H FFH 80H 7FH 00H 內部數據存儲器 外部數據存儲器 圖 4 AT89C51 芯片 程序存儲器結構 11 始工作。 89 系列單片機的復位信號是從 RST 引腳輸入到芯片內的施密特觸發器中的。當系統處于正常工作狀態時，且振蕩器穩定后，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 就可以響應并將系統復位。單片機系統的復位方式有：手動按鈕復位和上電復位。 手動按鈕復位 手動按鈕復位需要 人為在復位輸入端 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十毫秒，所以，完全能夠滿足復位的時間要求。 上電復位 AT89C51芯片的上電復位電路，只要在 RST復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，由于在 RST端內部有一個下拉電阻，故可將外部電阻去掉，而將外接電容減至 22μ F。上電復位的工作過程是在加電時， 復位電路通過電 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端的高電平持續時間取決于電容的充電時間。為了保證系統能夠可靠地復位， 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，由于內部電路的限制作用，這個負電壓將不會對器件產生損害 。另外，在復位期間，端口引腳處于隨機狀態，復位后，系統將端口置為全“ l”態。如果系統在上電時得不到有效的復位，則程序計數器 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 12 的位置開始執行程序。 時鐘電路 單片機要不斷的從程序存儲器中取出指令并執行，這些執行步驟是按節拍進行的，時鐘電路就是提供 CPU 運行節拍的電路。 AT89C51的時鐘電路可以由內部或外部兩種方式產生。AT89C51 內部具有一個振蕩電路，內部方式就是利用該電路在 和 接晶振 和電容 C C2構成并聯諧振電路，使內部震蕩產生自激振蕩如圖所示。晶振頻率可選擇 ，電容可選則 15100PF，以對時鐘頻率起微調作用。 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拍進行，步調得到同意 .描述MCS51系列單片機的時序單位有 4中，即時鐘周期 .狀態周期，機器周期和指令周期。 時鐘周期 P:既振蕩周期，是 MCS51 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=。 狀態周期 S：連續兩個振蕩周期為一個狀 態周期。 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個狀態周期（ 12個振蕩周期）構成。 指令周期：執行一條指令所需要的時間。 MCS51的指令周期一般需要 1 或 2個機器周期，乘，除法指令為 4個機器周期。若采用上例鐘 12MHZ的晶振，則執行一條指令相應地需要 1us， 2us或 4us。晶振頻率越高，指令執行的速度越快。 13 數碼管使用條件： a、段及小數點上加限流電阻。 b、使用電壓：段：根據發光顏 色決定； 小數點：根據發光顏色決定。 c、使用電流：靜態：總電流 80mA（每段 10mA）；動態：平均電流 45mA 峰值電流 100mA。 上面這個只是七段數碼管引腳圖，其中共陽極數碼管引腳圖和共陰極的是一樣的。 LED 數碼管根據 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碼管的內部電路，它們的發光原理是一樣的，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段發光，此時，數碼管顯示將顯示數字“ 1”。而將 a、 b、d、 e和 g段都接上正電源，其它引腳懸空，此時數碼管將顯示“ 2”。其它字符的顯示原理類同。 表 4： 數碼管顯示 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH 7DH 07H 7FH 6FH 驅動器 74LS245芯片 74LS245是我們常用的芯片，用來 驅動 led或者其他的設備，它是 8 路同相三態雙向總線收發器，可雙向傳輸數據。 74LS245還具有雙向三態功能，既可以輸出，也可以輸入數據。 當 8051單片機的 P0口總線負載達到或超過 P0 14 最大負載能力時，必須接入 74LS245等總線驅動器。 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（發送）；當 CE為高電平時， A、 B均為高阻態。 由于 P2口始終輸出地址的高 8位，接口時 74LS245的三態控制端 1G和 2G接地 ， P2口與驅動器輸入線對應相連。 P0 口與 74LS245 輸入端相連 ,E 端接地，保證數據線暢通。 8051的 /RD和 /PSEN相與后接 DIR，使得 RD且 PSEN有效時， 74LS245輸入（ ← D1），其它時間處于輸出（ → D1）。 三、單片機數字時鐘的程序設計 、 C語言 單片機的應用首先要考慮的是它的開發平臺，也即我們常說的開發環境。由于 INTEL公司的 MCS51系列較早進入我國，事實上已形成了工業標準， MCS51的單片機應用場合隨處可見，它的軟件資源相 當豐富，硬件的支持也很完善，價廉物美的開發器材隨處可取。現階段，國內的大部分單片機開發工程技術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，必須十分了解所用單片機的硬件結構，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，調試不便等等。隨著國內單片機開發環境的完善，開發技術水平不斷提高，現在已有相當的開發器材支持高級語言的使用和調試，為單片機的開發應用提供了更好的物質條件。高級語言 （如 C語言）具有開發周期短，易于識讀，容易移植，也便于初學著掌握。誠然，高級語言也有它不足之處，就是高級語言產生的代碼過長，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 MCS51 上的 C語言的代碼長度，如果未加上人工優化條件，也可做到最優匯編程序水平的 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。 C 語言 C語言是目前世界上流行 、使用最廣泛的高級程序設計語言。 C語言對操作系統和系統使用程序以及需要對硬件進行操作的場合，用 C語言明顯優于其它 15 高級語言