基于51單片機數(shù)字時鐘的設計(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 重新執(zhí)行被中斷的主程序。 MCS51 單片機的定時器 /計數(shù)器 MCS51 單片機共有兩個可編程的定時器 /計數(shù)器，分別稱定時器 /計數(shù)器 0 和定時器 /計數(shù)器 1。它們都是十六位加法計數(shù)結(jié)構(gòu)，分別由 TH0（地址 8CH）和 TL0（地址 8AH）及 TH1（地址 8DH）和 TL1（地址 8BH）兩個 8 位計數(shù)器組成。這四個計數(shù)器均屬專用寄存器之列。 MCS51 的每個定時器 /計數(shù)器都具有定時和計數(shù)兩種功能。 1. 計數(shù)功能 所謂計數(shù)是指對外部事件進行計數(shù)。外 部事件的發(fā)生以輸入脈沖表示，因此計數(shù)功能的實質(zhì)就是對外來脈沖進行計數(shù)。 2. 定時功能 定時功能也是通過計數(shù)器的計數(shù)來實現(xiàn)的。 不過此時的計數(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。也就是每個機器周期計數(shù)器加 1。由于一個機器周期等于 12 個振蕩脈沖周期，因此計數(shù)頻率為振蕩頻率的 1/12。 定時器 /計數(shù)器提供給用戶使用的有：八位計數(shù)器 TH 和 TL，以及有關的控制位。這些內(nèi)容只能以軟件方法使用。 /計數(shù)器的四種工作方式 1. 定時工作方式 0 方式 0 是 13 位計數(shù) 結(jié)構(gòu)的工作方式，其計數(shù)器由 TH0全部 8 位和 TL0的低 5位構(gòu)成。當 TL0的低 5 位計數(shù)溢出時，向 TH0進位，而全部 13 位計數(shù)溢出時，則向計數(shù)溢出標志位 TF0進位。 在方式 0 下，當為計數(shù)工作方式時，計數(shù)值的范圍是： 1～ 8192（ 213） 基于單片 機數(shù)字鐘的設計 7 當為定時工作方式時，定時時間的計算公式為： （ 213－計數(shù)初值）晶振周期 12 或 （ 213－計數(shù)初值）機器周期 其時間單位與晶振周期或機器周期相同（ ?s）。 2. 定時工作方式 1 方式 1 是 16 位計數(shù)結(jié)構(gòu)的工 作方式，計數(shù)器由 TH0全部 8 位和 TL0全部 8位構(gòu)成。 當為計數(shù)工作方式時，計數(shù)值的范圍是： 1～ 65536（ 216） 當為定時工作方式時，定時時間計算公式為： （ 216－計數(shù)初值）晶振周期 12 或 （ 216－計數(shù)初值）機器周期 3. 定時工作方式２ 工作方式 2 是自動重新加載工作方式。在這種工作方式下，把 16 位計數(shù)器分為兩部分，即以 TL作計數(shù)器，以 TH 作預置寄存器，初始化時把計數(shù)初值分別裝入 TL 和 TH 中。 當計數(shù)溢出后，不是 像前兩種工作方式那樣通過軟件方法，而是由預置寄存器 TH 以硬件方法自動給計數(shù)器 TL 重新加載。變軟件加載為硬件加載。 初始化時， 8 位計數(shù)初值同時裝入 TL0和 TH0中。當 TL0計數(shù)溢出時，置位TF0，同時把保存在預置寄存器 TH0中的計數(shù)初值自動加載 TL0，然后 TL0重新計數(shù)。如此重復不止。這不但省去了用戶程序中的重裝指令，而且也有利于提高定時精度。但這種工作方式下是 8 位計數(shù)結(jié)構(gòu)，計數(shù)值有限，最大只能到 255。 這種自動重新加載工作方式非常適用于循環(huán)定時或循環(huán)計數(shù)應用，例如用于產(chǎn)生固定脈寬的脈沖，此 外還可以作串行數(shù)據(jù)通信的波特率發(fā)送器使用。 基于單片 機數(shù)字鐘的設計 8 第 3 章 數(shù)字鐘原理圖元件清單及設計方案 時鐘電路原理圖 A7 A7A6 A6A5 A5A4 A4A3 A3A2 A2A1 A1A0 A0S7B7B6B5B4B3B2B1B0S6S5S4S3S2S1S0B0B1B2B3B4B5B6B7S0S1S2S3S4S5S6S7X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 1S E C O N DM I N U T EH O U RA02B018A13B117A24B216A35B315A46B414A57B513A68B612A79B711CE19A B / B A1U27 4 L S 2 4 5RE T 圖 31 時鐘電路原理 圖 基于單片 機數(shù)字鐘的設計 9 圖 31所示為時鐘電路原理圖，在 AT89C52芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳 XTAL1，輸出端為引腳 XTAL2。而在芯片內(nèi)部， XTAL1和 XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。時鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過觸發(fā)器進行二分頻之后，才成為單片機的時鐘 脈沖信號。 單片機最小系統(tǒng) 單片機最小系統(tǒng) ,或者稱為最小應用系統(tǒng) ,是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)。對 51系列單片機來說 ,最小系統(tǒng)一般應該包括：單片機、晶振電路、復位電路。下面給出一個 51單片機的最小系統(tǒng)電路圖。如圖 32 圖 32 最小系統(tǒng)電路圖 復位電路 :由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成，由圖并結(jié)合 電容電壓不能突變 的性質(zhì)可以知道，當系統(tǒng)一上電， RST 腳將會出現(xiàn)高電平，并且，這個高電平持續(xù)的時間由電路的 RC 值來決定。典型的 51 單片機當 RST 腳的高電平持續(xù)兩個機器周 上就將復位，所以，適當組合 RC 的取值就可以保證可靠的復位。一般教科書推薦 C 取 10u， R取 。當然也有其他取法的，原則就是要讓 RC 組合可以在基于單片 機數(shù)字鐘的設計 10 RST 腳上產(chǎn)生不少于 2個機周期的高電平。至于如何具體定量計算，可以參考電路分析相關書籍。 晶振電路 :典型的晶振取 (因為可以準確地得到 9600波特率和19200波特率，用于有串口通訊的場合 )/12MHz(產(chǎn)生精確的 uS 級時歇 ,方便定時操作 ) 特別注意 :對于 31腳 (EA/Vpp),當接高電平時 ,單片機在復位后從內(nèi)部 ROM的 0000H開始執(zhí)行 。當接低電平時 ,復位后直接從外部 ROM的 0000H開始執(zhí)行 .這一點是初學者容易忽略的。 顯示器工作原理 系統(tǒng)采用動態(tài)顯示方式，用 P0口來控制 LED數(shù)碼管的段控線，而用 P2口來控制其位控線。動態(tài)顯示通常都是采用動態(tài)掃描的方法進行顯示，即循環(huán)點亮每一個數(shù)碼管， 這樣雖然在任何時刻都只有一位數(shù)碼管被點亮，但由于人眼存在視覺殘留效應，只要每位數(shù)碼管間隔時間足夠短，就可以給人以同時顯示的感覺 。 元件清單 數(shù)字鐘元件清單如表 1所示： 表 1 電子鐘元器件清單 元件名稱 規(guī)格型號 數(shù)量（個） 單片機 AT89c51 1 晶振 1 電容 30pF 2 電容 22μ F 1 按鍵 BUTTON 4 排阻 RESPACK8/10K 1 鎖存器 74ls245 2 液晶顯示 7SEGMPX6CC 1 設計方案與實現(xiàn) 基于單片 機數(shù)字鐘的設計 11 本課題采用軟件程序設計的方案 ,利用 MCS— 51內(nèi)部的定時 /計數(shù)器進行中斷定時， LED 數(shù)碼顯示器和按鍵，配合軟件延時實現(xiàn)時、分、秒的計時。運用串行通信方式且計時不占用 CPU時間 ,能夠充分利用好 CPU。 二、 軟件流程及儲器地址分配： 本電子鐘的軟件流程可分為以下幾個功能模塊 ? 主程序 : 初始化與按鍵監(jiān)控 . ? 計時子程序 : 為定時器 1 中斷服務子程序 ,完成刷新計時緩沖區(qū)的功能 ? 時間設置 : 由按鍵輸入設置當前時間 . ? 顯示 : 完成 6 位動態(tài)顯示 . ?按鍵掃描 : 判斷是否有鍵按下 ,并取鍵號 . （ 6）其它輔助子程序 ,如按鍵設置、顯示、延時等 三、 完成功能： ? 時間顯示 : 上電后 ,系統(tǒng)自動進入時鐘顯示 ,從 00:00:00 開始計時 ,此時可以設定當前時間 . ? 時間調(diào)整 : 按下 k1 鍵 ,系統(tǒng)停止計時 ,進入設定狀態(tài) ,系統(tǒng)保持原有顯示 ,等待鍵入當前時間 ,按下 k2， k3 鍵可以順序設置時、分 ,并在相應數(shù)碼管上顯示設置值 ,直至 6 位設置完畢 .放開 k4 開始計時顯示 . 74LS245 介紹 引腳圖 基于單片 機數(shù)字鐘的設計 12 74LS245 說明 74LS245 是我們常用的芯片，用來驅(qū)動 led 或者其他的設備 ,用法很簡單如上圖 ,這里簡單的給出一些資料，他是 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=“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)。 AT89C51 介 紹 引腳功能介紹 3 引腳結(jié)構(gòu)（圖 21）與并行 I/O 口 基于單片 機數(shù)字鐘的設計 13 基于單片 機數(shù)字鐘的設計 14 主電源引腳（ 2根） (1) VCC:電源輸入，接 +5V 電源 （ 2） GND：接地線 外接晶振引腳（ 2根） (1) XTAL1：片內(nèi)晶振電路的輸入端 （ 2） XTAL2：片內(nèi)晶振電路的輸出端 控制引腳（ 4根） (1) RST/VPP：復位引腳，引腳上出現(xiàn) 2個機器周期的高電平將使單片機復位。 基于單片 機數(shù)字鐘的設計 15 （ 2） ALE/PROG：地址所存允許信號。 （ 3） PSEN：外部存儲器讀選通訊信號。 （ 4） EA/VPP：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。 ： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口： P0口為一個 8位漏級開路雙向 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