1、 modern timing devices. Compared with the traditional mechanical watch, it has a travel-time accuracy, display and intuitive and so on. It is a time period of 24 hours, substantially full-scale as 23:59:59, another time with a school function, memory function after power outages, power restoration c
2、an be realized when the time synchronization and so on.The design by the MCU AT89S51 chip and LED digital tube as the core, supplemented by the necessary circuitry to form a single chip digital clock.Key words: shrapnel machine digital clock LED digital tube display button引言 . . . . . . . 1致谢 20参考文献
3、 21附录一、源程序代码.22附录二、电路图.26引 言 近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用正在不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此特别适合于与控制有关的系统，越来越广泛地应用于自动控制，智能化仪器，仪表，数据采集，军工产品以及家用电器等各个领域，单片机往往十作为一个核心部件来使用，在根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。而通常通过单片机设计数字时钟有2种方法：一是通过单片机内部的定时器计数器。采用软件编程实现时钟计数，一般称为软时钟，这种方法硬件线路简单，程序比较复杂，系统功能一
4、般与软件有关。通常用于对时间精度要求不高的场合。二是采用时钟芯片，它的功能强大，功能不见集成在芯片内需，自动产生时钟相关功能。硬件成本较高，软件编程简单，通常对时钟精确度要求较高的场合。因此本次设计中以单片机的发展过程和发展方向为背景，介绍了单片机的输入输出的工作原理和操作方法，中断的工作原理和操作方法。74LS245的工作原理和方法，LED的内部结构。电路设计及调试过程，本次做的数字时钟十以（AT89S51）为核心，结合相关的元器件（共阴的LED数码管显示器、驱动器74LS245），在配以相应的软件，达到制作简易数字钟的目的，其硬件部分难点在于元器件的选择、布局及焊接。数字时钟的系统软件程序
5、、有：由主程序和子程序组成，主程序包含初始化参数设置，按键处理，数码管显示模块。在设计的时候、各个模块都采用子程序结构设计。在主程序调用，由于定时器计数器采用中断方式处理，因此还用辨析定时器，中断服务子程序，在定时器，计数器中断服务子程序中对时钟进行调整。1 AT89S51 芯片简介：1.1 内部结构AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP（In-system programmable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS -51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集
6、成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 AT89S51具有如下特点：40个引脚，4k B Flash片内程序存储器，128 B的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个 全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。 此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断 系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存
7、RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三 种封装形式，以适应不同产品的需求。主要功能特性： 兼容MCS-51指令系统 4KB可反复擦写（1000次）ISP Flash ROM 32个双向I/O口 4.5-5.5V工作电压 2个16位可编程定时/计数器 时钟频率0-33MHz 全双工UART串行中断口线 128x8bit内部RAM 2个外部中断源 低功耗空闲和省电模式 中断唤醒省电模式 3级加密位 看门狗（WDT）电路 软件设置空闲和省电功能 灵活的ISP字节和分页编程 双数据寄存器指针 MCS-51 单片机内部结构：89S51是M
8、CS-51系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。89S51单片机包含中央处理器，程序存储器（RAM），数据存储器（RAM），定时计数器，并行接口，串行接口和中断系统等几大单元及数据总线，地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明：1.1.1. 中央处理器：中央处理器（CPU）是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制，指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。1.1.2. 数据存储器（RAM）： 89S51内部有128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，拥
9、护只能访问，而不能用于存放蝇虎数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。89S51的内部结构 图一1. 程序存储器（ROM）：89S51共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序、原始数据或表格。2. 定时/计数器（ROM）：89S51有两个16位的可编程定时、计算器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。3. 并行输入输出（I/O）口：89S51共有8位I/O口（p0、p1、p2、p3），用于对外部数据的传输。4. 全双工串行口：89S51内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，
10、也可以当同步移位器使用。5. 中断系统：8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2个级的优先级别的选择。6. 时钟电路： 8051内置最高频率达12MHZ的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8951单片机需外置振荡电容。单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈弗（Harvard）结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿（Princeton）结构。INTEL的AT89S51系列单片机采用的是哈弗结构的形式，而后续产品16位的MCS-96系列单片机则
11、采用普林斯顿结构。1.2 89S51的引脚说明：AT89S51系列单片机中的8951采用40Pin封装的双列直接DIP结构，下图是他们的引脚配置，40个引脚，正电源个地线两根，外置适应振荡器的时钟线两根，4组8位32个I/O口，中断口线与p3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明： 图二1.2.1. Pin9：RESET/Vpd复位信号复用脚：当8951通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个小时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H，p0-p3输出口全部为高电平，堆栈指针写入0BH，其它专用寄存器被清零。RESET由高电平下降为底电平后，系
12、统即从0000H地址开始执行程序。然而，初复位步改变RAM（包括工作寄存器R0-R7）的状态，8951的初始态。8951的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，此外RESET/Vpd还是一复用脚，Vcc掉电期间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据步丢失。1.2.2. Pin30：ALE/PROG引脚：当访问外部程序时，ALE（地址锁存）的输出用于锁存地址的低字节位。而访问内部程序存储器时，ALE端将由一个1/6的时钟频率的正脉冲信号，这个脉冲信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。更由一个特点，当访问外部程序存储器，ALE会跳过也个脉冲。如果单片机时EPR
13、OM，在编程期间，PROG将用于输入编程脉冲。1.2.3. Pin31：EA/Vpp引脚：程序存储器的内外部选通线，8051和8751单片机，内置由4kB时，读取内部程序存储器指令数据，而超过4kB地址则读取外部指令数据。如EA为低电平，则部管地址大小，一律读取外部程序存储器指令。显然，对内部无程序存储器的8031，EA端必须接地。在编程时，EA/Vpp脚还需加上21V的编程电压。它体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产品和工业自动化上。而51单片机时个单片机中最为典型和最由代表的一种。这次毕业设计通过对它的学习，应用，从而达到学习、设计、开发软硬的能力。2 驱动器74LS245简介：1.
14、74LS245是我我们常用的芯片，用来驱动LED或者其它的设备，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。2. 当AT89S51单片机的P0口总线负载达到或超过P0最大负载能力时，必须接入74LS245等总线驱动器。3. 当片选端低电平有效时，DIR=0，信号由B向A传输：（接收）.DIR=1,信号由向B传输：（发送）当片为高电平时，A、B均为高阻态。4. 由于P2口始终输出地址的高8位，接口时74LS245的三态控制端/1G和/2G接地，P2口与驱动器输入线对应相连。P0口与74LS245输入端相连/E端接地，保证数据畅通。89S51的RD和PSEN相与后接DIR，使得RD或PSEN有
15、效时，74LS245输入DI到P0.1，其它时间处于输出P0.1到DI。图三3 LED数码管简介3.1 LED数码管显示器结构与原理单片机中通常用七段LED构成字型“8”，另外，还有一个小数点发光二极管以显示小数位！这种显示器有共阴和共阳两种！发光二极管的阳极连在一起的（公共端）称为共阳极显示器，阴极连在一起的称为共阴极显示器。一位显示器由8个发光二极管组成，其中，7个发光二极管构成字型“8”的各个笔划（段） a g,另一个小数点为dp发光二极管。当在某段发光二极管上施加一定的正向电压时，该段笔画即亮；不加电压则暗。为了保护各段LED不被损坏，需外加限流电阻。共阴极7段LED显示数字0 F、文
16、字、符号及小数点的编码（a段为最地位，dp点为最高位） 共阴极7 段LED显示字型编码表显示字符共阴极段选码3FH56DH106H67DH25BH707H34FH87FH466H96FH灭00H 表一3.2 LED显示器接口及显示方式 LED显示器有静态显示方式和动态显示方式两种。静态显示就是当显示器显示某个字符时，相应的段恒定的导通或截止，直到显示另一个字符为止。LED显示器工作于静态显示方式时，各位的共阴极接地；若为共阳极则接+5V电源。每位的段选线分别与一个8位锁存器的输出口相连，显示器中的各位相互独立，而且各位的显示字符一经确定，相应锁存的输出将维持不变。正因为如此，静态显示器的亮度较
17、高。这种显示方式编程容易，管理也较简单，但占用I/O口线资源较多。因此，在显示位数较多的情况下，一般都采用动态显示方式。由于所有8位段皆由一个I/O口控制，因此，在每一瞬间，8位LED会显示相 同的字符。要想每位显示不同的字符，就必须采用扫描方法流点亮各位LED，即在每一瞬间只使某一位显示字符。在此瞬间，段选控制I/O口输出相应字符段选码（字型码），而位选则控制I/O口在该显示位送入选通电平（因为LED为共阴，故应送低电平），以保证该位显示相应字符。如此轮流，使每位分时显示该位应显示字符。在多位LED显示时，为了简化电路，降低成本，将所有位的段选线并联在一起，由一个8位I/O口控制。而共阴（共
18、阳）极公共端分别由相应的I/O口线控制，实现各位的分时选通。段选码，位选码每送入一次后延时1MS，因人的视觉暂留时间为0.1S（100MS），所以每位显示的时间不能超过20MS，并保持延时一段时间，以造成视觉暂留效果，给人看上去每个数码管总在亮。这种方式称为软件扫描方式。图四上面这个只是七段数码管引脚图，其中共阳极数码管引脚图和共阴极的是一样的。3.2.1. 数码管使用条件：1. 段及小数点上加限流电阻2. 使用电压：段：根据发光颜色决定； 小数点：根据发光颜色决定3. 使用电流：静态：总电流 80mA（每段 10mA）；动态：平均电流 4-5mA 峰值电流 100mA。3.2.2. 数码管使
19、用注意事项：1. 数码管表面不要用手触摸，不要用手去弄引角2. 焊接温度：260度；焊接时间：5S3. 表面有保护膜的产品,可以在使用前撕下来。4 相关硬件的其他元器件的简介4.1 晶体振荡器简介图五石英晶体振荡器是一种高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中，以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个
20、电极上各焊一根引线接到管脚 上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。国际电工委员会（IEC）将石英晶体振荡器分为4类：普通晶体振荡（SPXO），电压控制式晶体振荡器（VCXO），温度补偿式晶体振荡（TCXO），恒温控制式晶体振荡（OCXO）。目前发展中的还有数字补偿式晶体损振荡（DCXO）微机补偿晶体振荡器（MCXO）等等。4.1.1. 晶体振荡器的应用：1. 通用晶体振荡器，用于各种电路中，产生振荡频率。2. 时钟脉冲用石英晶体谐振器，与其它元件配合产生标准脉冲信号，广泛用于数字电路中。3. 微处理器用石
21、英晶体谐振器。4. CTVVTR用石英晶体谐振器。5. 钟表用石英晶体振荡器。4.2 电子电容器的标识4.2.1. 电容器标识的方法：1. 直标法 将电容器的容量、耐压及误差直接标注在电容器的外壳上，其中误差一般用字母来表示。常见的表示误差的字母有J（5%）和K（10%）等。例如：47nJ100表示容量为47nF或0.047F，误差为5%，耐压为100V。当电容器所标容量没有单位时，在读其容量时可按如下原则：A. 容量在1-104之间时，读作皮法。470读作470pF。B. 容量大于104时，读作微法。22000读作0.022F。2. 数码法 用三位数字来表示容量的大小，单位为pF。前两位为有
22、效数字，第三位表示倍率，即乘以10I，I的聚会范围是19，其中9表示10-1。333表示33000pF或0.033F；229表示2.2pF。3. 色标法 这种表示方法与电阻器的色环表示方法类似，其颜色所代表的数字与电阻色环完全一致，单位为pF。除了以上表示方法外，电容的容量还有其他表示方法。01表示0.01F；220MFD表示220F；R22表示0.22F（用R表示小数点）。电容的种类也很多，为了区别开来，也常用几个拉丁字母来标识电容器的类别 和容量标识。4.2.2. 常用电容的几项特性：电容种类、容量范围、直流工作电压、运用频率、准确度、漏电电阻4.2.3. 电容容量的标注及使用常识：通常在
23、容量小于10000pF的时候，用pF做单位，而且用简标，如1000PF标为1010000PF标为103，大于10000pF的时候，用 uF做单位。为了简便起见，大于100pF而小于1uF的电容常常不注单位。没有小数点的，它的单位是pF，有小数点的，它的单位是uF。例如，3300 就是3300pF也可以是332，0.1就是0.1uF等。注：象刚才的简标常用于以PF为单位的电容，如1000pf就是10X102 标为10和2即102，10000当然是104了，3300则为332。电容在电路中实际要承受的电压不能超过它的耐压值。在滤波电路中，电容的耐压值不要小于交流有效值的1.42倍。使用电解电容的时
24、候，还要注意正负极不要接反。不同电路应该选用不同种类的电容。揩振回路可以选用云母、高频陶瓷电容，隔直流可以选用纸介、涤纶、云母、电解、陶瓷等电容，滤波可以选用电解电容，旁路可以选用涤纶、纸介、陶瓷、电解等电容。电容在装入电路前要检查它有没有短路、断路和漏电等现象，并且核对它的电容值。安装的时候，要使电容的标识、类别、容量、耐压等。容量单位CAPACITANCE UNIT1 Farad=1,000 Milli Farad（mF）1 mF=1,000 Micro Farad （MFD,F）1 F=1,000 Nano Farad（nF）1 nF=1,000 Pico Farad（pF）容量误差符号
25、：B C D F G H I J K M N V Z误差% 0.1 0.2 0.5 1.0 2.0 2.5 3.0 5.0 10 20 30 +20-10 +80 -204.3 电阻的选用简介电阻器（resistor）: 是用导体制成具有一定阻值的元件.电阻是导体的一种基本性质,与导体的尺寸、材料、温度有关. 4.3.1. 作用: 主要职能就是阻碍电流流过 ,应用于限流、分流、降压、分压、负载与电容配合作滤波器及阻匹配等.数字电路的输出端经常要使用“上拉”电阻和“下拉”电阻。“上拉”电阻的一端接在电路的输出端，另一端接在电源上（无论使用正电源还是负电源，叫法相同）；“下拉”电阻的一端接在电路的输出端，另一端接在参考地（GND）端。 我们知道，数字电路的输出端一般都是三极管的集电极或场效应管的漏极，也可能是三极管的发射极或场效应管的源极，为了增加使用上的灵活性，其输出端是开路的（这就是所谓的OC或OE输出端）,可直接驱动电阻性负载（可用多个电阻分压，以便得到期
