基于数码管的电子时钟设计

基于数码管的电子时钟设计内容摘要：

逻辑门电路。 对 P3 口写入 “1”，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。 作输 入端时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流。 P3 口除了作为一般的 I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能。 P3 口还接收一些用于 Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 RST：复位输入。 当振荡器工作时， RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。 WDT 溢出将使该引脚输出高电平，设置 SFR AUXR 的 DISRT0位（地址 8EH）可打开或关闭该功能。 DIRT0 位缺省为 RESET 输出高电平打开状态。 ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时， ALE（地址锁存允许 ）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。 即使不访问外部存储器， ALE 仍以时钟振荡频率的 1/6 输出固定的正脉冲信号，因此可对外输出时钟或用以定时目的。 要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。 对 Flash 存储器编程期间，该引脚还用于出入编程脉冲（ 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，单片机执行外部程序时，应设置 ALE 无效。 /PSEN：程序储存允许（ /PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51 由外部程序存储器取指令（或数据） 使，每个机器周期两次 /PSEN 有效，即输出两个脉冲。 当访问外部数据存储器。 没有两次有效的 /PSEN 信号。 EA/VPP：外部访问允许。 欲使 CPU 仅访问外部程序存储器（地址为0000H—FFFFH）， EA 端必须保持低电平（接地）。 需注意的是：如果加密位 LB1被编程，复位时内部会锁存 EA 端状态。 如 EA 端为高电平（接 VCC 端）， CPU则执行内部程序存储器中的指令。 Flash 存储器编程时，该引脚加上 +12V的编程电压 VPP。 6 单片机系统电路包含晶振和复位两部 分，如图 23所示。 图 23 单片机系统电路 在图 23 的复位部分，单片机的 9 脚（ RST)是硬件复位功端，当该端持续 4个周期输入高电平即可实现复位，复位后单片机的各状态都将回复初始状态，其中 K5 为复位键，按下此键就可以使单片机恢复到初始值。 晶振电路部分，此电路在加电大约延迟 10sm 后正当器起振，在 XTAL2 引脚产生幅值为 3V的正弦时钟信号，其振荡频率主要由石英晶振的频率决定。 电容 C C2 起到两个作用，一是帮助振荡器起振，二是对振荡器的频率进行微调，值都为 33pF。 图中 X1 为石英晶振。 按键电路设计 设计用了 3 个按键 K K K3，分别 表示设定键、暂停键、加键，其中设定键是对时、分、秒的选择键，而加键是对时或分或秒的调节，两者结合从而达到调节时间的目的。 电路如图 24 所示： 7 图 24 按键设计电路 蜂鸣器电路设计 当单片机检测到整点的时候，例如 010000 时，单片机系统应能发发出信号使蜂鸣器发出“嘀、嘀、嘀”的声音，同时一个发光二极管闪烁。 用 I/O 口很容易实现该功能。 本设计的蜂鸣器电路是实现整点报时。 本设计中选用压电式蜂鸣器。 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器、共鸣器和外壳组成。 当接通电源后（ ~15V 直流工作电压），多谢振荡器起震，输出 ~ 的音频信号。 阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发生。 购买市售的压电式蜂鸣器，用一根 I/O 口线驱动蜂鸣器发声，约需 10mA 的驱动电流，可用 7406 或 7407 低电平驱动，也可以用一个晶体管驱动，如图 25所示： 图 25 蜂鸣器设计电路图 LED 数码管显示电路 我们常用的 LED 数码管有七段式和八段式，相对于七段 式来说八段式多了一个小数点其他的基本相同。 本设计中我们选用的是八段式 LED数码管。 所谓八段就是数码管里有八个小的 LED 发光二极管，通过控制不同的 LED 二极管的亮灭来显示不同的字形。 数码管是一种把多个 LED 显示段集成在一起的显示设备。 有两种类型，一种是共阳极，一种是共阴极。 共阳极就是把多个 LED 显示段的阳极接在一起，又称为公共端。 共阴型就是把多个 LED 显示段的阴极连接在一起，即为公共 端。 其中，共阳极的公共端接 +5V电源，共阴极公共端接地。 如图 25 所示。 8 （ a）外观图 （ b）共阳极等效电路 （ c）共阴极等效电路 图 26 LED 数码管 一个八段数码管称为一位，多个数码管并列在一起可构成多为数码管，它们的段选线（即 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dp）连载一起，各自的公共端为位选线。 显示时都是从段选线送入编码，选中哪个位选线，那个数码管就会被点亮。 数码管的八段对应一个字节的八位， a 对应最低位， dp 对应最高位。 例如，显示字符0，共阴极数码管字符编号为 00111111，即 0x3f；共阳极数码管字符编号为11000000，即 0xc0。 可以看出两个编码的各位正好相 反。 本设计中选用的是共阳极的数码管，表 21 中为各字符的编号。 表 21 数码管字型与字段关系表 显示 字符 g f e d c b a 字型码 共阴极 共阳极 0 0 1 1 1 1 1 1 3FH C0H 1 0 0 0 0 1 1 0 06H F9H 2 1 0 1 1 0 1 1 5BH A4H 3 1 0 0 1 1 1 1 4FH B0H 4 1 1 0 0 1 1 0 66H 99H 5 1 1 0 1 1 0 1 6DH 92H 6 1 1 1 1 1 0 1 7DH 82H 7 0 0 0 0 1 1 1 07H F8H 8 1 1 1 1 1 1 1 7FH 80H 9 1 1 0 1 1 1 1 6FH 90H A 1 1 1 0 1 1 1 77H 88H B 1 1 1 1 1 0 0 7CH 83H C 0 1 1 1 0 0 1 39H C6H D 1 0 1 1 1 1 0 5EH A1H 数码管的显示方法可分为静态显示和动态显示，在本设计中采用的是动态显示，其原理：各个数码管的相同端连接在一起，共同占用 8 位段引管线：每位数码管的阳极连接在一起组成公共端。 依次给出各个数 码管公共端加有效信号，在此同时给出该数码管加有效的数据信号，显示就会清晰显示出 来。 本设计选取的是 7SEGMPX8CABLUE 共阳极的多位数码管，如图 27 所示。 9 图 27 显示电路设计 由 以上各部分电路模块的设计思路，以及进一步修改得到如图 28 所示的由 AT89C51 芯片和 74HC573 等元件组成的电路图，按钮开关从上到下依次设定、暂停、加、确认等功能。 此外，该电路还可以实现整点报时，同时发光二极管闪烁的功能。 图 28 总体设计电路图 10 第三章 控制系统的软件设计 软件的设计主要包括三个部分：主程序、显示子程序、中断服务组程序。 主程序设计功能主要是选择定时器工作方式，流程图如图 31 所示，程序见附录一。 图 31 主程序框图 中断服务组程序设每个机器周期的长度是 12 个振荡周期。 实验系统的晶振是，所以定时常数的设置可按以下方法计算： 机器周期 =12247。 ＝ ，程序见附录一。 显示子 程序 设计功能：扫描 8。