利用51單片機(jī)4個(gè)數(shù)碼管設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)時(shí)器要求在數(shù)碼管上顯示的數(shù)據(jù)從0開始每1秒鐘加1

沒有定時(shí)器的不過有數(shù)字鐘的你可以參考下其中可有有用的摘要本題給出基于單片機(jī)的數(shù)字中的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)由單片機(jī)作為核心控制器，通過頻率計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，將實(shí)時(shí)時(shí)間經(jīng)由單片機(jī)輸出到顯示設(shè)備——數(shù)碼管上顯示出來，并通過鍵盤來實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、停止、復(fù)位和調(diào)整時(shí)間的功能。關(guān)鍵詞: 單片機(jī)、數(shù)字鐘、AT89S52、LED1 引言在單片機(jī)技術(shù)日趨成熟的今天，其靈活的硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件的設(shè)計(jì)，讓單片機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用，幾乎是從小的電子產(chǎn)品，到大的工業(yè)控制，單片機(jī)都起到了舉足輕重的作用。單片機(jī)小的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)幾乎是所有具有可編程硬件的一個(gè)縮影，可謂是“麻雀雖小，五臟俱全”?，F(xiàn)在是一個(gè)知識(shí)爆炸的新時(shí)代。新產(chǎn)品、新技術(shù)層出不窮，電子技術(shù)的發(fā)展更是日新月異?？梢院敛豢鋸埖恼f，電子技術(shù)的應(yīng)用無處不在，電子技術(shù)正在不斷地改變我們的生活，改變著我們的世界。在這快速發(fā)展的年代，時(shí)間對(duì)人們來說是越來越寶貴，在快節(jié)奏的生活時(shí)，人們一旦遇到重要的事情而忘記了時(shí)間，這將會(huì)帶來很大的損失，因此我們需要一個(gè)計(jì)時(shí)系統(tǒng)來提醒這些忙碌的人。 然而，隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)時(shí)鐘的要求也越來越高，傳統(tǒng)的時(shí)鐘已不能滿足人們的需求。多功能數(shù)字鐘不管在性能上還是在樣式上都發(fā)生了質(zhì)的變化，如電子鬧鐘、數(shù)字鬧鐘等等。 單片機(jī)在多功能數(shù)字鐘中的應(yīng)用已是非常普遍的，基于單片機(jī)的數(shù)字鐘給人們帶來了極大的方便?，F(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，石英表，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)，譯碼代替機(jī)械式傳動(dòng)，用LED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。本文利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字時(shí)鐘計(jì)時(shí)功能的主要內(nèi)容，其中AT89S52是核心元件同時(shí)采用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示“時(shí)”，“分”，“秒”的現(xiàn)代計(jì)時(shí)裝置。與傳統(tǒng)機(jī)械表相比，它具有走時(shí)精確，顯示直觀等特點(diǎn)。它的計(jì)時(shí)周期為24小時(shí)，顯滿刻度為“23時(shí)59分59秒”，另外具有校時(shí)功能，斷電后有記憶功能，恢復(fù)供電時(shí)可實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)同步等特點(diǎn)。2 方案論證2.1 方案一數(shù)字鐘采用FPGA作為主控制器。由于FPGA具有強(qiáng)大的資源，使用方便靈活，易于進(jìn)行功能擴(kuò)展，特別是結(jié)合了EDA，可以達(dá)到很高的效率。此方案邏輯雖然簡(jiǎn)單一點(diǎn)，但是一塊FPGA的價(jià)格很高，對(duì)于做電子鐘來說有一點(diǎn)浪費(fèi)，而且FPGA比較難掌握，本設(shè)計(jì)中不作過多研究，也不采用此方案。2.2 方案二數(shù)字鐘由幾種邏輯功能不同的CMOS數(shù)字集成電路構(gòu)成，共使用了10片數(shù)字集成電路，其原理圖如圖2.1所示。它是由秒信號(hào)發(fā)生器時(shí)基電路、小時(shí)分鐘計(jì)數(shù)器及譯碼和驅(qū)動(dòng)顯示電路3部分組成，其基本工作過程是:時(shí)基電路產(chǎn)生精確周期的脈沖信號(hào)，經(jīng)過分頻器作用給后面的計(jì)數(shù)器輸送1HZ的秒信號(hào)，最后由計(jì)數(shù)器及驅(qū)動(dòng)顯示單元按位驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管時(shí)間顯示，但是這樣設(shè)計(jì)的電路比較復(fù)雜，使用也不靈活，而且價(jià)格比較高，故不采用此方案。圖2.1 方案二原理示意圖2.3 方案三AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。它具有串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。基于AT89S52單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制，外圍電路比較簡(jiǎn)單，成本比較低，此系統(tǒng)控制靈活能很好地滿足本課題的基本要求和擴(kuò)展要求，因此選用該方案。其硬件框圖如圖2.2所示，原理圖見附錄圖6.1。圖2.2 數(shù)字鐘硬件框圖2.4 電路組成及工作原理本文數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)原理主要利用AT89S52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220V交流電經(jīng)過整流、濾波后產(chǎn)生+5V電壓，用于給單片機(jī)及顯示電路提供工作電壓。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。在本設(shè)計(jì)中，24小時(shí)時(shí)鐘顯示、秒表的設(shè)計(jì)和顯示都是依靠單片機(jī)中的定時(shí)器完成。使用定時(shí)器T0產(chǎn)生1s的中斷，在中斷程序中完成每一秒數(shù)字的變化，并在主程序中動(dòng)態(tài)顯示該字符。其功能框圖如圖2.3所示。圖2.3 秒表外中斷的功能示意圖數(shù)字鐘的電路設(shè)計(jì)主要功能是提供單片機(jī)和外部的LED顯示、273地址鎖存和片選以及外部存儲(chǔ)器2764的接口電路，此外還需要設(shè)計(jì)相關(guān)的LED驅(qū)動(dòng)電路。1電路原理和器件選擇本實(shí)例相關(guān)的關(guān)鍵部分的器件名稱及其在數(shù)字鐘電路中的主要功能:89S52:單片機(jī)，控制LED的數(shù)據(jù)顯示。LED1--LED6:用于顯示單片機(jī)的數(shù)據(jù)，其中三個(gè)采用7段顯示用于顯示時(shí)、分、秒的十位，另三個(gè)采用8段顯示用于顯示時(shí)、分、秒的個(gè)位。74LS273:鎖存器，LED顯示擴(kuò)展電路中的段碼和位碼使用了兩片74LS273，上升沿鎖存。74LS02:與非門，與單片機(jī)的讀寫信號(hào)一起使用，選中外部的74LS273，決定LED的字段和字位的顯示內(nèi)容。7407:驅(qū)動(dòng)門電路，提供數(shù)碼管顯示的驅(qū)動(dòng)電流。74LS04:非門，對(duì)單片機(jī)的片選信號(hào)取反，并和讀寫信號(hào)一起使用，決定74LS273的片選。L1--L4:發(fā)光二極管，通過單片機(jī)的P1.4--P1.7控制，用以顯示秒表和時(shí)鐘的時(shí)間變化。BUZZER:揚(yáng)聲器，在程序規(guī)定的情況下，發(fā)出聲音，提示計(jì)時(shí)完畢。74LS373:地址鎖存器，將P0口的地址和數(shù)據(jù)分開，分別輸入到2764的數(shù)據(jù)和地址端口。2764:EPROM，為單片機(jī)提供外部的程序存儲(chǔ)區(qū)。開關(guān)K0、K1、K2分別調(diào)整秒、分、時(shí)。按鍵RESET:在復(fù)位電路中，起到程序復(fù)位的作用。按鍵PULSE:提供單脈沖，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)外部脈沖的計(jì)數(shù)功能，利用單脈沖實(shí)現(xiàn)相應(yīng)位加1。2地址分配和連接P2.7:和寫信號(hào)一起組成字位口的片選信號(hào)，字位口的對(duì)應(yīng)地址位8000HP2.6:和寫信號(hào)一起組成字段口的片選信號(hào)，字段口的對(duì)應(yīng)地址位4000HD0--D7:單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線，LED顯示的內(nèi)容通過D0--D7數(shù)據(jù)線從單片機(jī)傳送到LEDP2.0--P2.5:單片機(jī)的P2口，和2764的高端地址線相連，決定2764中的存儲(chǔ)單元的地址。P1.4--P1.7:單片機(jī)的P1口，和反光二極管L1--L4相連，通過單片機(jī)的P1.4--P1.7控制，用以顯示秒表和時(shí)鐘的時(shí)間變化。3功能簡(jiǎn)介L(zhǎng)ED顯示模塊與單片機(jī)的連接中，對(duì)LED顯示模塊的讀寫和字位、字段通道的選擇是通過單片機(jī)的P2.6、P2.7口完成。其中，P2.6、P2.7口的片選信號(hào)需要和讀寫信號(hào)做一定的邏輯操作，以保證字位和字段選擇的正確性。外部存儲(chǔ)器2764是通過74LS373和單片機(jī)相連，并且通過P2口的相關(guān)信號(hào)線進(jìn)行地址的分配。地址范圍為0000H--1FFFH。3 各電路設(shè)計(jì)和論證3.1電源電路設(shè)計(jì)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，它不僅為系統(tǒng)提供多路電壓源，還直接影響到系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)和抗干擾性能。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)過二極管全波整流、電容濾波、7805穩(wěn)壓輸出穩(wěn)定的5V直流電壓為整個(gè)電路提供電源。圖3.1 電源電路圖4個(gè)IN4004組成橋式整流電路，電容104uf用于濾波，LM7805將經(jīng)過整流濾波的電壓穩(wěn)定在5V輸出。3.2 晶體振蕩器51系列單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘電路其核心時(shí)一個(gè)反相放大器，但并沒有形成時(shí)鐘的振蕩信號(hào)，因此必須外接諧振器才能形成振蕩。如何用這個(gè)內(nèi)部放大器，可以根據(jù)不同的場(chǎng)合做出不同的選擇。這樣就對(duì)應(yīng)了單片機(jī)時(shí)鐘產(chǎn)生的不同方式:若采用這個(gè)放大器，產(chǎn)生振蕩即為內(nèi)部方式；若采用外部振蕩輸入，即為外部方式。方案一、內(nèi)部方式如果在51單片機(jī)的XTAL1和XTAL2引腳之間外接晶體諧振器，便會(huì)產(chǎn)生自激振蕩，即可在內(nèi)部產(chǎn)生與外加晶體同頻率的振蕩時(shí)鐘。最常見的內(nèi)部方式振蕩圖如圖3.2所示。圖3.2 晶體振蕩電路不同單片機(jī)最高工作頻率不一樣，如AT89C51的最高工作頻率為24MHZ，AT89S51的最高工作頻率可達(dá)33MHZ。由于制造工藝的改進(jìn)，現(xiàn)在單片機(jī)的工作頻率范圍正向兩端延伸，可達(dá)40MHZ以上。振蕩頻率越高表示單片機(jī)運(yùn)行的速度越快，但同時(shí)對(duì)存儲(chǔ)器的速度和印刷電路板的要求也就越高。頻率太高有時(shí)反而會(huì)導(dǎo)致程序不好編寫如延時(shí)程序。一般來說，不建議使用很高頻率的晶體振蕩器。51系列的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)一般都選用頻率為6～12MHZ的晶振。這個(gè)電路對(duì)C1、C2的值沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小多少會(huì)影響振蕩器的穩(wěn)定性、振蕩器頻率的高低、起振的快速性等。一般外接晶體時(shí)，C1、C2的值通常選為20～100PF。晶體振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度和頻率的精確度決定了數(shù)字鐘計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確程度，通常采用石英晶體構(gòu)成振蕩器電路。一般說來，振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)的精度也就越高。在此設(shè)計(jì)中，信號(hào)源提供1HZ秒脈沖，它是采用晶體分頻得到的。AT89S52單片機(jī)有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的反相放大器，XTAL1和XTAL2分別是放大器的輸入、輸出端。石英晶體和陶瓷諧振器都可以用來一起構(gòu)成自激振蕩器。從外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2可以不接，而從XTAL1接入，由于外部時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過二分頻觸發(fā)后作為外部時(shí)鐘電路輸入的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒有其它要求，最長(zhǎng)低電平持續(xù)時(shí)間和最少高電平持續(xù)時(shí)間等還是要符合要求的。反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，兩端連接石英晶體及兩個(gè)電容形成穩(wěn)定的自激振蕩器。電容通常取30PF左右。振蕩頻率范圍是1.2～12MHz。晶體振蕩器的振蕩信號(hào)從XTAL2端輸出到片內(nèi)的時(shí)鐘發(fā)生器上。時(shí)鐘發(fā)生器為二分頻器。向CPU提供兩相時(shí)鐘信號(hào)P1和P2。每個(gè)時(shí)鐘周期有兩個(gè)節(jié)拍相P1和P2，CPU就以兩相時(shí)鐘P1和P2為基本節(jié)拍指揮AT89S52單片機(jī)各部件協(xié)調(diào)工作。在本次設(shè)計(jì)中取石英晶體的振蕩頻率為11.0592MHz。另外在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，晶振、電容等均應(yīng)盡量靠近單片機(jī)芯片，以減小分布電容，進(jìn)一步保證振蕩器的穩(wěn)定性。方案二、外部方式在較大規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)中可能會(huì)用到多個(gè)單片機(jī)，為保證各單片機(jī)之間時(shí)鐘信號(hào)的同步，應(yīng)當(dāng)引入唯一的公用外部脈沖信號(hào)作為各單片機(jī)的共同的振蕩脈沖，也就是要采用外部方式，外部振蕩信號(hào)直接引入XTAL1和XTAL2引腳。由于HMOS、CHMOS單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘進(jìn)入的引腳不同，因此外部振蕩信號(hào)的接入方式也不一樣。所以不選用此方案。3.3 校時(shí)電路當(dāng)數(shù)字鐘走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，需要校正時(shí)間。校時(shí)控制電路實(shí)現(xiàn)對(duì)“秒”、“分”、“時(shí)”的校準(zhǔn)。其電路圖如圖3.3所示:圖3.3 校時(shí)電路3.4 譯碼顯示電路譯碼電路的功能是將“秒”、“分”、“時(shí)” 計(jì)數(shù)器中每個(gè)計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)8421碼，翻譯成七段或八段數(shù)碼管能顯示十進(jìn)制數(shù)所要求的電信號(hào)，然后再經(jīng)數(shù)碼管把相應(yīng)的數(shù)字顯示出來。譯碼器采用74LS248譯碼/驅(qū)動(dòng)器。顯示器采用七段共陰極數(shù)碼管。顯示部分是整個(gè)電子時(shí)鐘最為重要的部分，共需要6位LED顯示器。采用動(dòng)態(tài)顯示方式，所謂動(dòng)態(tài)顯示方式是時(shí)間數(shù)字在LED上一個(gè)一個(gè)逐個(gè)顯示，它是通過位選端控制在哪個(gè)LED上顯示數(shù)字，由于這些LED數(shù)字顯示之間的時(shí)間非常的短，使的人眼看來它們是一起顯示時(shí)間數(shù)字的，并且動(dòng)態(tài)顯示方式所用的接口少，節(jié)省了CPU的管腳。由于端口的問題以及動(dòng)態(tài)顯示方式的優(yōu)越性，在此設(shè)計(jì)的連接方式上采用共陰級(jí)接法。顯示器LED有段選和位選兩個(gè)端口，首先說段選端，它由LED八個(gè)端口構(gòu)成，通過對(duì)這八個(gè)端口輸入的不同的二進(jìn)制數(shù)據(jù)使得它的時(shí)間顯示也不同，從而可以得到我們所要的時(shí)間顯示和溫度。但對(duì)于二十個(gè)管腳的AT89S52來說，LED八個(gè)段選管腳太多，于是我選用2764芯片來擴(kuò)展主芯片的管腳，74LS164是數(shù)據(jù)移位寄存器，還選用了74LS373作為數(shù)據(jù)緩存器。選用器件時(shí)應(yīng)注意譯碼器和顯示器的匹配，包括兩個(gè)方面:一是功率匹配，即驅(qū)動(dòng)功率要足夠大。因?yàn)閿?shù)碼管工作電流較大，應(yīng)選用驅(qū)動(dòng)電流較大的譯碼器或OC輸出譯碼器。二是邏輯電平匹配。例如，共陰極型的LED數(shù)碼管采用高電平有效的譯碼器。推薦使用的顯示譯碼器有74LS48、74LS49、CC4511。3.5 顯示電路結(jié)構(gòu)及原理1單片機(jī)中通常用七段LED構(gòu)成 “8” 字型結(jié)構(gòu)，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(yáng)兩種！發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起的公共端稱為共陽(yáng)極顯示器，陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。一位顯示器由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，另一個(gè)發(fā)光二極管為小數(shù)點(diǎn)為。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。在本設(shè)計(jì)中時(shí)、分、秒的十位采用七段顯示，個(gè)位采用八段顯示，使得更易于區(qū)分時(shí)、分、秒。2LED顯示器接口及顯示方式LED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)，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(yáng)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?，靜態(tài)顯示器的亮度較高。這種顯示方式編程容易，管理也較簡(jiǎn)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/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(zhǎng)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。在多位LED顯示時(shí)，為了簡(jiǎn)化電路，降低成本，將所有位的段選線并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位I/O口控制。而共陰共陽(yáng)極公共端分別由相應(yīng)的I/O口線控制，實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通。段選碼，位選碼每送入一次后延時(shí)2MS，因人的視覺暫留效應(yīng)，給人看上去每個(gè)數(shù)碼管總在亮。圖3.4 六位LED動(dòng)態(tài)顯示電路3.6 鍵盤部分它是整個(gè)系統(tǒng)中最簡(jiǎn)單的部分，根據(jù)功能要求，本系統(tǒng)共需三個(gè)按鍵:分別對(duì)時(shí)、分、秒進(jìn)行控制。并采用獨(dú)立式按鍵。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，如電氣式按鍵，磁感應(yīng)按鍵等。前者造價(jià)低后者壽命長(zhǎng)。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。全編碼鍵盤能夠由硬件邏輯自動(dòng)提供與鍵對(duì)應(yīng)的編碼，此外，一般還具有去抖動(dòng)和多鍵、竄鍵保護(hù)電路。這種鍵盤使用方便，但需要較多的硬件，價(jià)格較貴，一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)較少采用。非編碼鍵盤只簡(jiǎn)單地提供行和列的矩陣，其它工作均由軟件完成。由于其經(jīng)濟(jì)實(shí)用，較多地應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)中。在本套設(shè)計(jì)中由于只需要幾個(gè)功能鍵，此時(shí)，可采用獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)。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)立式按鍵的典型應(yīng)用如圖3.5 所示。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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，不宜采用。圖3.5 獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)圖3.7 復(fù)位電路復(fù)位時(shí)使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，復(fù)位后計(jì)算機(jī)就從這個(gè)狀態(tài)開始工作。在復(fù)位期間，CPU并沒有開始執(zhí)行程序，是在做準(zhǔn)備工作。無論時(shí)在計(jì)算機(jī)剛上電時(shí)、斷電后、還是系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)都需要復(fù)位。51單片機(jī)的復(fù)位條件靠外部電路實(shí)現(xiàn)。當(dāng)時(shí)鐘電路工作時(shí)，只要在單片機(jī)的RESET引腳上持續(xù)出現(xiàn)2個(gè)TP以上的高電平就可以使單片機(jī)復(fù)位。但時(shí)間過短往往使復(fù)位部可靠。為了確保復(fù)位，RESET引腳上的高電平一般要維持大約10ms以上。常見的復(fù)位電路有上電復(fù)位和按鍵復(fù)位電路。在此我們選用按鍵復(fù)位電路。1上電復(fù)位電路上電復(fù)位電路是利用電容充電來實(shí)現(xiàn)的。在接通電源的瞬間，RESET端的電位與VCC相同，都是+5V。隨著RC電路的充電，RESET的電位逐漸下降，只要保證RESET為高電平的時(shí)間大于10ms就能正常復(fù)位了。如圖3.61所示。圖3.61上電復(fù)位電路2按鍵復(fù)位電路在單片機(jī)已經(jīng)通電的情況下，只需要按下圖3.62的K鍵也可以復(fù)位，此時(shí)VCC經(jīng)過電阻Rs、Rk分壓，在RESET端產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位高電平。在圖3.62的電路中，干擾容易竄入復(fù)位端，雖然在大多數(shù)情況下不會(huì)造成單片機(jī)的錯(cuò)誤復(fù)位，但可能會(huì)引起內(nèi)部某些寄存器的錯(cuò)誤復(fù)位。這時(shí)可在RESET端接上一個(gè)去耦電容。另外有些單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的外圍芯片也需要復(fù)位，如果這些復(fù)位端的復(fù)位電平要求和單片機(jī)的復(fù)位要求一致，則可以直接與之相連。常將RC電路接施密特電路后再接入單片機(jī)的復(fù)位端。這樣系統(tǒng)可以有多個(gè)復(fù)位端，以便保證外部芯片和單片機(jī)可靠地同步復(fù)位。圖3.62 按鍵復(fù)位電路4 軟件設(shè)計(jì)4.1 程序流程程序整體設(shè)計(jì):定時(shí)模塊，顯示模塊，時(shí)間調(diào)整模塊，狀態(tài)調(diào)整模塊。1總體介紹:此部分主要介紹定時(shí)模塊，和顯示模塊。定時(shí)部分采用經(jīng)典的定時(shí)器定時(shí)。它實(shí)現(xiàn)了數(shù)字鐘的主要部分和秒表的主要部分，以及進(jìn)行定時(shí)設(shè)置。顯示模塊是實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的又一重要部分，其模塊的獨(dú)立程度直接影響到數(shù)字鐘的可視化程度。在此部分的設(shè)計(jì)中，設(shè)置專用顯示數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，與分、時(shí)及其他數(shù)據(jù)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)區(qū)別，在其中存放的是顯示段碼，而其他緩沖區(qū)存放的是時(shí)間數(shù)據(jù)。在顯示時(shí)，首先將時(shí)間十進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為顯示段碼，然后送往數(shù)碼管顯示。顯示段碼采用動(dòng)態(tài)掃描的方式。在要求改變顯示數(shù)據(jù)的類別時(shí)，只須改變指向數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的指針?biāo)赶虻氖M(jìn)制數(shù)據(jù)緩沖區(qū)即可。2時(shí)間調(diào)整:時(shí)間調(diào)整有多種方式。一、可以直接進(jìn)入相關(guān)狀態(tài)進(jìn)行有關(guān)操作，二、將調(diào)整分兩步，先進(jìn)入狀態(tài)，然后執(zhí)行操作，這兩步分別由兩個(gè)鍵控制。方式一，比較直接，設(shè)計(jì)思想也比較簡(jiǎn)單，但是，這種方式存在操作時(shí)間和控制鍵數(shù)目的矛盾。如果用比較少的鍵，那么可能會(huì)在進(jìn)入狀態(tài)后處于數(shù)據(jù)調(diào)整等待狀態(tài)，這樣會(huì)影響到顯示的掃描速度顯示部分可以采用8279芯片來控制，可以解決此問題。 當(dāng)然在這種方式下，還可以使用多個(gè)狀態(tài)鍵，每個(gè)狀態(tài)鍵，完成一個(gè)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的調(diào)整。如果采用二的方式，就不會(huì)出現(xiàn)這種情況。因?yàn)闋顟B(tài)的調(diào)整，與狀態(tài)的操作可以分別由兩個(gè)鍵控制，其狀態(tài)的調(diào)整數(shù)可以多達(dá)256個(gè)理論上，操作的完成是這樣的，一鍵控制狀態(tài)的調(diào)整，一鍵控制數(shù)據(jù)的調(diào)整。以上兩種方式的實(shí)現(xiàn)都可以采用查詢和中斷的方式。兩種方式必須注意的問題是兩者進(jìn)行相關(guān)操作的過程不能太長(zhǎng)否則會(huì)影響顯示的掃描。利用查詢的方式，方法傳統(tǒng)，對(duì)此就不作過多的討論，以下是采用中斷的方式實(shí)現(xiàn)的數(shù)字鐘的一些討論和有關(guān)問題作的一些處理?；谝陨系挠懻摽梢栽O(shè)計(jì)如下:將調(diào)整分為狀態(tài)調(diào)整和數(shù)據(jù)調(diào)整兩部分，每次進(jìn)入中斷只執(zhí)行一次操作，然后返回，這樣，就不必讓中斷處于調(diào)整等待狀態(tài)，這樣，可以使中斷的耗時(shí)很小。將定時(shí)器中斷的優(yōu)先級(jí)設(shè)置為最高級(jí)，那么中斷的方式和查詢的方式一樣不會(huì)影響到時(shí)鐘的記數(shù)。3中斷方式應(yīng)注意的問題:采用中斷的方式，最好將定時(shí)器中斷的優(yōu)先級(jí)設(shè)置為最高級(jí)，關(guān)于程序數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性應(yīng)注意兩個(gè)問題:一、在低優(yōu)先級(jí)中斷響應(yīng)時(shí)，應(yīng)在入棧保護(hù)數(shù)據(jù)時(shí)禁止高優(yōu)先級(jí)的中斷響應(yīng)。二、在入棧保護(hù)有關(guān)數(shù)據(jù)后，對(duì)中斷程序執(zhí)行有影響的狀態(tài)位，寄存器，必須恢復(fù)為復(fù)位狀態(tài)的值。例如，在用到了十進(jìn)制調(diào)整時(shí)，在中斷進(jìn)入時(shí)，需將PSW中的AC，CY位清零，否則，十進(jìn)制調(diào)整出錯(cuò)。4定時(shí)準(zhǔn)確性的討論:程序中定時(shí)器，一直處于運(yùn)行狀態(tài)，也就是說定時(shí)器是理想運(yùn)作的，其中斷程序每隔0.1秒執(zhí)行一次，在理想狀態(tài)下，定時(shí)器定時(shí)是沒有系統(tǒng)誤差的，但由于定時(shí)器中斷溢出后，定時(shí)器從0開始計(jì)數(shù)，直到被重新置數(shù)，才開始正確定時(shí)，這樣中斷溢出到中斷響應(yīng)到定時(shí)器被重新置數(shù)，其間消耗的時(shí)間就造成了定時(shí)器定時(shí)的誤差。如果在前述定時(shí)器不關(guān)的情況下，在中斷程序的一開始就給定時(shí)器置數(shù)，此時(shí)誤差最小，誤差大約為:每0.1秒，誤差7—12個(gè)機(jī)器周期。當(dāng)然這是在定時(shí)器定時(shí)剛好為0.1秒時(shí)的情況，由以上分析，如果數(shù)字鐘設(shè)計(jì)為查詢的方式或是在中斷的方式下將定時(shí)器中斷設(shè)置為最高級(jí)，我們?cè)诙〞r(shí)值設(shè)置時(shí)，可以適當(dāng)?shù)目鄢?個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間值。但如果在中斷的情況下，沒有將定時(shí)器中斷設(shè)置為最高級(jí)，那就要視中斷程序的大小，在定時(shí)值設(shè)置時(shí)，扣除相應(yīng)的時(shí)間值。5軟件消抖:消抖可以采用硬件施密特觸發(fā)器的方式如圖4.4所示，也可以采用軟件的方式。在此只討論軟件方式。軟件消抖有定時(shí)器定時(shí)，和利用延時(shí)子程序的方式。一，定時(shí)器定時(shí)消抖可以不影響顯示模塊掃描速度，其實(shí)現(xiàn)方法是:設(shè)置標(biāo)志位，在定時(shí)器中斷中將其置位，然后在程序中查詢。將其中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置為低于時(shí)鐘定時(shí)中斷，那么它就可以完全不影響時(shí)鐘定時(shí)。二，在采用延時(shí)子程序時(shí)，如果顯示模塊的掃描速度本來就不是很快，此時(shí)可能會(huì)影響到顯示的效果，一般情況下，每秒的掃描次數(shù)不應(yīng)小于50次，否則，數(shù)碼的顯示會(huì)出現(xiàn)閃爍的情況。因此，延時(shí)子程序的延時(shí)時(shí)間應(yīng)該小于20毫秒，如果采用定時(shí)器定時(shí)的方式，延時(shí)時(shí)間不影響時(shí)鐘。如果，設(shè)計(jì)時(shí)采用的是中斷的方式來完成有關(guān)操作，同樣可以采用軟件的方式來消抖，其處理思想是:中斷不能連續(xù)執(zhí)行，兩次之間有一定的時(shí)間間隔。4.1.1 系統(tǒng)主程序流程圖圖4.1 主程序流程圖4.1.2 各子程序流程圖圖4.2 時(shí)鐘調(diào)整子程序流程圖 希望可以幫到你.!