基于8051单片机的数字钟[附图+源码+中英文文献]

1摘要用单片机做一个数字钟是单片机应用中的一个典型例子.本设计充分利用8051单片机的4个I/O口，外加两片74LS07作数码管驱动电路，12位数码管的片选信号由74LS138译码器提供，采用动态显示。为增加驱动能力，又在数码管的阴极端加9013驱动管。我们设计出的电子钟采用24小时制计时，其中添加了整点报时，半点报时和闹铃提示功能。另外为了需要，我们还添加了秒表功能。关键词：单片机最小系统动态显示译码器电子钟ABSTRACTItisatypicalexampletomakeadigitalclockwiththeMCU.ThisdesignmakesagooduseoftheI/Oredirections，Andweusetwopiecesof74ls07asthedriversfortheLED,twopiecesof74ls138astheencoders.Wedesplaythetimeindynamicmathod.Forthepurposeofimprovingtheabilityofdriving,weaddthe9013asthedriverfortheLED.Theworkwedesignuse24hourformat,weaddaalarm,sotheclockcanremindusatthetimewesetahead.Moreoverforthesakeofdemand,westilladdthestop-watchfunction.Keywords：theMinimumsystemdrivedynamicdisplayencoder2引言当今，计算机技术带来了科研和生产的许多重大飞跃，微型计算机的应用已渗透到生产、生活的各个方面。其中单片微型计算机虽然问世不久，然而体积小、价廉、功能强，其销售额以每年近80%的速率增长。他的性能不断提高，适用范围愈来愈宽，在计算机应用领域已占有日益重要的地位。单片微型计算机简称单片机，又成为控制器。他是在一块半导体上，集成了CPU、ROM、RAM、I/O接口、定时器/计数器、中断系统等功能部件，构成了一台完整的数字计算机。单片机在生产生活中的许多方面得到广泛的应用，例如，生活中五彩变幻的霓虹灯，手机通信，温度检测，流量控制等都涉及到单片机。单片机的应用结束了计算机专业人员“垄断”计算机系统开发与应用的时代，他既给各种专业人员、特别是许多工程技术人员带来了学习和掌握计算机技术的紧迫性，同时也带来了可能性，因为组成计算机应用系统变得容易、“平凡”，增强了人们进入这一领域的信心单片机的历史非常短暂，然而发展十分迅猛。自1971年美国Intel公司首先研制出4位单片机4004以来，他的发展可粗略划分为四个阶段：第一阶段1971～1976年，属萌芽阶段。发展了各种4位单片机，多用于家用电器、计算器、高级玩具。第二阶段1976～1980年，为初级8位机阶段，发展了各种中、低档8位单片机，典型的如MCS-48系列单片机，片内含多个8位并行I/O接口、一个8位定时器/计数器，不带串行接口，其功能可以满足一般工业控制和智能化仪器仪表等的需要。第三阶段1982～1983年，高级8位机阶段，发展了高性能的8位单片机，例如MCS-51系列单片机，它带有串行I/O接口和多个16位定时器/计数器，具有多级中断功能。这一阶段进一步拓宽了单片机的应用范围，使之能用于智能终端、局部网络接口，并挤入了个人计算机领域。第四阶段1983年以后，16位单片机阶段。发展了MCS-96系列等16位单片机。功能很强，价格却迅速下降。片内有A/D转换器；可快速输入、输出；可用于电机控制；网络通信能力有显著提高。二、单片机的特点单片机的集成度很高，他将微型计算机的主要部件都集成在一块芯片上，具有下列特点：1.体积小、重量轻、价格便宜、耗电少；32.根据工程环境要求设计，且许多功能部件集成在芯片内部，其信号通道受外界影响小，故可靠性高，抗干扰性能优于采用一般的CPU3.控制功能强，运行速度快。其结构组成与指令系统都着重满足工控要求，又极丰富的条件分支指令，有很强的位处理功能和I/O口逻辑操作功能。4.片内存储器的容量不可能很大；引脚也嫌少，I/O引脚常不够用，且兼第二功能，第三功能但存储器和I/O口都易于扩展用单片及制作数字钟是单片机的一个典型应用。通过设计制作一个多功能数字钟，我们可以充分了解单片机的工作原理，学会如何用单片机实现数据的处理，设备的控制等。制作一个数字中虽然简单，但你它涉及到的内容却很广泛，在本设计中，我们用到了键盘控制，需要加接键盘；用到了定时中断功能和电平触发外部中断功能；用到了显示模块，显示时间;另外还涉及单个口的操作。另外单片机工作还需要软件支持，所以程序的编写，调试也是制作数字钟的一个重要的方面出于实验室条件和经济条件的影响，作者没有在数字钟上加上过多的功能，不过也实现了数字时钟的基本功能，如计时功能、整点报时功能，闹铃功能，调时功能和秒表功能等4第一章单片机制作数字钟的原理以8051为主芯片制作多功能数字钟的方案中，时钟信号主要由8051单片机的定时器/计数器来提供，对时间进行设置和进行闹铃设置主要用到单片机的外部中断。外部控制电路及显示电路都用到了他的I/O口，在本章我们主要介绍一下关于8051单片机定时器/计数器、中断源及中断系统以及8051的I/O口的特性及应用1.1主芯片8051的硬件资源1.1.1单片机的概念单片机（microcontroller，又称微控制器）是在一块硅片上集成了各种部件的微型计算机。这些部件包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时器/计数器和多种I/O接口电路。图1-1是8051单片机的基本结构图8051单片机的结构特点有以下几点：●8位CPU；●片内振荡器及时钟电路；●32根I/O线；●外部存储器ROM和RAM，寻址范围各64KB；●两个16位的定时器/计数器；●5个中断源，2个中断优先级●全双工串行口●布尔处理器2.定时器/计数器58051内部有两个16位可编程定时器/计数器，记为T0和T1。16位是指他们都是由16个触发器构成，故最大计数模值为216-1。可编程是指他们的工作方式由指令来设定，或者当计数器来用，或者当定时起来用，并且计数（定时）的范围也可以由指令来设置。这种控制功能是通过定时器方式控制寄存器TMOD来完成的如果需要，定时器在计到规定的定时值是可以向CPU发出中断申请，从而完成某种定式的控制功能。在计数状态下同样也可以申请中断。定时器控制寄存器TCON用来负责定时器的启动、停止以及中断管理在定时工作时，时钟由单片机内部提供，即系统时钟经过12分频后作为定时器的时钟。技术工作时，时钟脉冲由TO和T1输入3.中断系统8051的中断系统允许接受五个独立的中断源，即两个外部中断申请，两个定时器/计数器中断以及一个串行口中断。外部中断申请通过INTO和INT1（即P3.2和P3.3）输入，输入方式可以使电平触发（低电平有效），也可以使边沿触发（下降沿有效）。两个定时器中断请求是当定时器溢出时向CPU提出的，即当定时器由状态1转为全零时提出的。第五个中断请求是由串行口发出的，串行口每发送完一个数据或接收完一个数据，就可提出一次中断请求1.1.28051的芯片引脚如图1-2所示VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏极开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。6P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（记时器0外部输入）P3.5T1（记时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。7/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。1.1.3使用I/O口的注意事项⑴P1,P2,P3口的输出缓冲器可驱动4个LSTTL电路。对于HCMOS芯片单片机的I/O口，在正常情况下，可任意由TTL或NMOS电路驱动。HMOS及CMOS性的单片机I/O口有集电极开路或漏极开路的输出来驱动时，不必外加上拉电阻⑵对于74LS系列，CD4000系列以及一些大规模集成电路芯片（如8155，8253，8259等），都可以和MCS-51系列单片机直接接口。具体使用时，可以查阅有关器件手册或参考典型电路⑶对一些线性组件，特别是应用键盘、码盘、LED显示器等输入/输出设备时，应当尽量增加驱动部分的容量，否则，单片机将提供不出足够的驱动电流供给负载使用1.28051中断系统所谓中断，是指当计算机执行正常程序时，系统中出现某些急需处理得异常情况和特殊情球，CPU暂停执行现行程序，转去对随机发生地更紧迫事件进行处理；处理完毕后，CPU自动返回原来的程序继续执行。中断允许软件设计不需要关心系统其他部分定时要求，算术程序不需要考虑隔几个指令检查I/O设备是否需要服务。相反，算术程序编写时好像有无限的时间作算术运算而无其他工作在进行。若其它事件需要服务时，则通过中断告诉系统。8051单片机有5个中断源，有两个中断优先级，每个中断源的优先级可以编程控制。中断允许受到CPU开中断和中断源开中断的两极控制。1.2.1中