基于51单片机的电子时钟设计与制作设计

基于51单片机的电子时钟设计与制作设计内容摘要：

器、安全监测系统、空气调节系统和冷冻保鲜系统等，都采用了单片机构成的专用系统。 与通用计算机相比，这些系统由于比较封闭，可以更有效地防止病毒和电磁干扰等，可靠性更高。 （ 4）工业自动化 在工业控制和机电一体化控制系统 中，除了采用工控计算机外，很多都是以单片机为核心的单片机和多机系统。 （ 5）智能仪表与集成智能传感器 目前在各种电气测量仪表中普遍采用了单片机应用系统来代替传统的测量系统，使得测量系统具有存储、数据处理、查询及联网等智能功能。 将单片机和传感器相结合，可以构成新一代的智能传感器。 它将传感器变换后的物理量作进一步的变化和处理，使其成为数字信号，可以远距离传输并与计算机接口。 （ 6）现代交通与航空航天领域 通常应用于电子综合显示系统、动力监控系统、自动驾驶系统、通信系统以及运行监视系统等。 这些 领域对体积、功耗、稳定性和实时性的要求往往比商用系统还要高，因此采用单片机系统更加重要。 8 单片机的结构 MCS52单片机内部结构 8052单片机包含中央处理器、程序存储器 (ROM)、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。 1. 中央处理器 [3]： 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。 2． 数据存储器 (RAM) 8052 内部有 128 个 8位用户数据存储单元和 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，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，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。 如图 1 图 1 单片机 8052 的内部结构 3． 程序存储器 (ROM)： 8052 共有 4096 个 8 位掩膜 ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。 4． 定时 /计数器： 8052 有 两个 16位的可编程定时 /计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。 9 5． 并行输入输出 (I/O)口： 8052 共有 4组 8 位 I/O 口 (P0、 P P2 或 P3)，用于对外部数据的传输。 6． 全双工串行口： 8052 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，也可以当同步移位器使用。 7． 中断系统： 8052 具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时 /计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有 2 级的优先级别选择。 8． 时钟电路： 8052 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 8052 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，即哈佛 (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 MCS52系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品 16 位的MCS96 系列单片机则采用普林斯顿结构。 下图 2 是 MCS52 系列单片机的内部结构示意图。 图 2 MCS52 系列单片机的内部结构 10 MCS52的引脚说明 MCS52系列单片机中的 803 8051 及 8751 均采用 40Pin 封装的双列直接DIP 结构，右图是它们的引脚配置， 40 个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根， 4组 8位共 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。 如图 3 图 3 单片机的引脚图 P0 端口 []： P0 是一个 8 位漏极开路型双向 I/O 端口，端口置 1（对端口写 1）时作高阻抗输入端。 作为输出口时能驱动 8个 TTL。 对内部 Flash 程序存储器编程时，接收指令字节。 校验程序时输出指令字节，要求外接上拉电阻。 在访问外部程序和外部数据存储器时， P0 口是分时转换的地址 (低 8 位 )/数据总线，访问期间内部的上拉电阻起作用。 P1 端口 [－ ]： P1 是一个带有内部上拉电阻的 8位双向 I/0 端口。 输出时可驱动 4 个 TTL。 端口置 1 时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。 对内部 Flash 程序存储器编程时，接收低 8 位地址信息。 P2 端口 [－ ]： P2 是一个带有内部上拉电阻的 8位双向 I/0 端口。 输出时可驱动 4 个 TTL。 端口置 1 时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。 对内部 Flash 程序存储器编程时，接收高 8 位地址和控制信息。 在访问外部程序和 16 位外部数据存储器时， P2 口送出高 8 位地址。 而在访问 8位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。 11 P3 端口 [— ]：是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/0 端口。 输出时可驱动 4个 TTL。 端口置 1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。 对内部 Flash 程序存储器编程时，接控制信息。 除此之外 P3 端口还用于一些专门功能，见表 1。 P3 引脚 兼用功能 串行通讯输入（ RXD） 串行通讯输出（ TXD） 外部中断 0（ INT0） 外部中断 1（ INT1） 定时器 0 输入 (T0) 定时器 1 输入 (T1) 外部数据存储器写选通 WR 外部数据存储 器写选通 RD 表 1 P3 端口引脚兼用功能表 Pin 9: RESET 复位信号复用脚，当 8052通电，时钟电路开始工作，在 RESET引脚上出现 24 个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， P0P3 输出口全部为高电平，堆栈指 针 写入 07H，其它专用寄存器被清 “0”。 RESET 由高电平下降为低电平后，系统即从 0000H 地址开始执行程序。 然而，初始复位不改变 RAM（包括工作寄存器 R0R7）的状态， 8052的初始态。 Pin30: ALE/ 当访问外部程序器时， ALE(地址锁存 )的输出用于锁存地址的低位字节。 而访问内部程序存储器时， ALE 端将有一个 1/6 时钟频率的正脉冲信号，这个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。 更有 一个特点，当访问外部程序存储器， ALE 会跳过一个脉冲。 对 Flash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲 （ PROG）。 如有必要，可通过对特殊功能寄存器（ SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。 该位置位后，只有一 条 MOVX 和 MOVC 指令才能将 ALE 激活。 此外，该引脚会被微 拉高，单片机执行外部程序时，应设置 ALE 禁止位无效。 Pin29: 当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号， PC 的 16位地址数据将出现在 P0 和 P2 口上，外部程序存储器则把指令数据放到 P0口上，由 CPU 读入并执行。 12 Pin31: EA/Vpp程序存储器的内外部选通线， 8051 和 8751 单片机，内置有4kB 的程序存储器，当 EA 为高电平并且程序地址小于 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，则不管地址大小，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。 硬件设计 硬件设计的原则 在性价比满足应用系统要求的情况下，选择更可靠，更熟悉的单片机缩短研制周期。 尽可能选择自己较为熟悉的应用电路，以提高系统的可靠性。 单片机内部的资源与外部的扩展资源 应在满足系统设计的基础上留有余地，为进一步的升级和扩展提供方便。 应充分的结合软件方案考虑硬件的结构，通常硬件功能较完善，其相应的软件程序就简单，但硬件的成本较高，而功能较低，其相应的软件就。