基于單片機(jī)的數(shù)字鐘設(shè)計研究

劉賓 趙艷東

（青島科技大學(xué)自動化與電子工程學(xué)院 266042）

基于單片機(jī)的數(shù)字鐘設(shè)計研究

劉賓 趙艷東

（青島科技大學(xué)自動化與電子工程學(xué)院 266042）

本文基于AT89C51單片機(jī)的最小系統(tǒng)，進(jìn)行了數(shù)字鐘的設(shè)計。通過多功能數(shù)字鐘的設(shè)計思路，詳細(xì)講述了系統(tǒng)的具體實現(xiàn)過程。在此次設(shè)計中，電路具有顯示時間的其本功能，還可以實現(xiàn)對時間的調(diào)整。

單片機(jī)；最小系統(tǒng)；數(shù)字鐘

1 最小系統(tǒng)設(shè)計

1.1 電源引腳

工作電壓為5V，另有AT89LV51工作電壓則是2.7-6V，引腳功能一樣。

1.2 外接晶體引腳

XTAL1是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應(yīng)直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。內(nèi)部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率可以在1～24MHz內(nèi)選擇。電容取30PF左右。系統(tǒng)的時鐘電路設(shè)計是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。AT89單片機(jī)內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為22μF。在焊接刷電路板時，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。

1.3 復(fù)位

在振蕩器運行時，有兩個機(jī)器周期（24個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腿時，將使單片機(jī)復(fù)位，只要這個腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后P0－P3口均置1引腳表現(xiàn)為高電平，程序計數(shù)器和特殊功能寄存器SFR全部清零。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為ROM的00H處開始運行程序。復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個機(jī)器周期的S5P2，由復(fù)位電路采樣一次。復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式，此電路系統(tǒng)采用的是上電與按鈕復(fù)位電路。當(dāng)時鐘頻率選用6MHz時，C取22μF，Rs約為200Ω，Rk約為1K。復(fù)位操作不會對內(nèi)部RAM有所影響。

1.4 輸入輸出引腳

她大概不會成為科學(xué)家，我卻決定繼續(xù)給她或買或借“科學(xué)小實驗”“趣味數(shù)學(xué)”——一切都是本性，父母想力挽狂瀾，恐怕不現(xiàn)實。但推波助瀾，總歸是可以的。她盡情發(fā)揮自我，而我負(fù)責(zé)小小修正。

（1）P0端口[P0.0-P0.7]P0是一個8位漏極開路型雙向I/O端口，端口置1（對端口寫1）時作高阻抗輸入端。作為輸出口時能驅(qū)動8個TTL。

對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時，接收指令字節(jié)；校驗程序時輸出指令字節(jié)，要求外接上拉電阻。

在訪問外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲器時，P0口是分時轉(zhuǎn)換的地址（低8位）/數(shù)據(jù)總線，訪問期間內(nèi)部的上拉電阻起作用。

（2）P1端口[P1.0－P1.7]P1是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時可驅(qū)動4個TTL。端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。

對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時，接收低8位地址信息。

（3）P2端口[P2.0－P2.7]P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時可驅(qū)動4個TTL。端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時，接收高8位地址和控制信息。

在訪問外部程序和16位外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口送出高8位地址。而在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時其引腳上的內(nèi)容在此期間不會改變。

（4）P3端口[P3.0－P3.7]P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時可驅(qū)動4個TTL。端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。

對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時，接控制信息。除此之外P3端口還用于一些專門功能。

2 LED顯示電路

顯示器普遍地用于直觀地顯示數(shù)字系統(tǒng)的運行狀態(tài)和工作數(shù)據(jù)，按照材料及產(chǎn)品工藝，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的顯示器有：發(fā)光二極管LED顯示器、液晶LCD顯示器、CRT顯示器等。LED顯示器是現(xiàn)在最常用的顯示器之一。

發(fā)光二極管（LED）由特殊的半導(dǎo)體材料砷化鎵、磷砷化鎵等制成，可以單獨使用，也可以組裝成分段式或點陣式LED顯示器件（半導(dǎo)體顯示器）。分段式顯示器（LED數(shù)碼管）由7條線段圍成8字型，每一段包含一個發(fā)光二極管。外加正向電壓時二極管導(dǎo)通，發(fā)出清晰的光。只要按規(guī)律控制各發(fā)光段亮、滅，就可以顯示各種字形或符號。LED數(shù)碼管有共陽、共陰之分。

顯示電路顯示模塊需要實時顯示當(dāng)前的時間，即時、分、秒，因此需要6個數(shù)碼管，另需兩個數(shù)碼管來顯示橫。采用動態(tài)顯示方式顯示時間，硬件連接如下圖所示，時的十位和個位分別顯示在第一個和第二個數(shù)碼管，分的十位和個位分別顯示在第四個和第五個數(shù)碼管，秒的十位和個位分別顯示在第七個和第八個數(shù)碼管，其余數(shù)碼管顯示橫線。LED顯示器的顯示控制方式按驅(qū)動方式可分成靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式兩種。

數(shù)碼管使用條件：

（1）段及小數(shù)點上加限流電阻；

（2）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；

（3）使用電流：靜態(tài)：總電流80mA（每段10mA）；動態(tài)：平均電流4～5mA峰值電流100mA。

數(shù)碼管使用注意事項說明：

（1）數(shù)碼管表面不要用手觸摸，不要用手去弄引角；

（2）焊接溫度：260℃；焊接時間：5s；

（3）表面有保護(hù)膜的產(chǎn)品，可以在使用前撕下來。

3 鍵盤控制電路

該設(shè)計需要校對時間，所以用三個按鍵來實現(xiàn)。按khour來調(diào)節(jié)小時的時間，按kmin來調(diào)節(jié)分針的時間，按ksec來調(diào)節(jié)秒的時間。

當(dāng)用手按下一個鍵時，往往按鍵在閉合位置和斷開位置之間跳幾下才穩(wěn)定到閉合狀態(tài)的情況；在釋放一個鍵時，也回會出現(xiàn)類似的情況。這就是抖動。抖動的持續(xù)時間隨鍵盤材料和操作員而異，不過通?？偸遣淮笥?0ms。很容易想到，抖動問題不解決就會引起對閉合鍵的識別。用軟件方法可以很容易地解決抖動問題，這就是通過延遲10ms來等待抖動消失，這之后，在讀入鍵盤碼。

TP368.1

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1004-7344（2016）07-0280-01

2016-2-25