基于單片機的多功能電子時鐘系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)計算機科學(xué)和技術(shù)專業(yè)

基于單片機的多功能電子時鐘系統(tǒng)設(shè)計摘要：多功能電子時鐘除了具有時鐘的功能外還可以包含對環(huán)境溫度檢測的功能。溫度是一種很常見的基本參數(shù)。在很多生產(chǎn)領(lǐng)域中及日常生活中，對溫度的測量及控制始終占據(jù)著極其重要的作用。目前，典型的溫度檢測控制系統(tǒng)由模擬式溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換電路和各種單片機組成。由于模擬式溫度傳感器輸出的模擬信號必須經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后才能與單片機等微處理器接口進行讀寫的操作，所以硬件電路會比較復(fù)雜，成本較高。而以DS18B20為代表的新型單線總線數(shù)字式溫度傳感器集溫度測量和A/D轉(zhuǎn)換于一體，這類傳感器可以直接輸出數(shù)字量，同時與單片機接口電路結(jié)構(gòu)非常簡單，可以廣泛用于距離遠、節(jié)點分布多的場合，具有較強推廣應(yīng)用價值。關(guān)鍵字：電子時鐘；環(huán)境溫度檢測；DS18B20目錄引言- 3 -1.電子時鐘- 3 -11電子時鐘的研究背景- 3 -1.2數(shù)字電子時鐘的發(fā)展趨勢- 4 -2.設(shè)計方案- 5 -2.1系統(tǒng)的設(shè)計思路- 5 -2.2 AT89S51單片機簡介- 5 -3.硬件系統(tǒng)設(shè)計- 7 -3.1系統(tǒng)框架設(shè)計- 7 -3.2模塊設(shè)計- 7 -3.2.1單片機系統(tǒng)電路- 7 -3.2.2復(fù)位電路- 8 -3.2.3晶振電路- 9 -3.2.4數(shù)碼管顯示驅(qū)動電路- 9 -3.2.5定時報時電路設(shè)計- 10 -4軟件系統(tǒng)設(shè)計- 11 -4.1軟件系統(tǒng)- 11 -4.2系統(tǒng)設(shè)計的源程序- 12 -5.單片機知識- 13 -5.1單片機的定義- 13 -5.2單片機的應(yīng)用領(lǐng)域- 14 -5.3單片機結(jié)構(gòu)- 14 -5.3.1單片機存儲器- 15 -5.3.2程序儲存空間- 15 -5.3.3數(shù)據(jù)儲存空間- 15 -6.數(shù)碼管簡介- 15 -6.1數(shù)碼管的分類- 15 -6.1.1靜態(tài)顯示驅(qū)動- 16 -6.1.2動態(tài)顯示驅(qū)動- 16 -6.1.3數(shù)碼管使用的電流與電壓- 16 -6.2軟件設(shè)計的流程- 17 -7.電子時鐘的仿真- 17 -7.1單片機調(diào)試仿真軟件- 17 -7.2電子時鐘的仿真- 18 -7.3整機的仿真與調(diào)試- 19 -6結(jié)語- 20 -參考文獻- 21 -引言近代以來，科技的快速發(fā)展，不可否認(rèn)，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品以及各種高科技產(chǎn)品幾乎滲透到了社會的各個領(lǐng)域，這有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度以及綜合科技水平的提高，但產(chǎn)品更新?lián)Q代的頻率也越來越大。多功能電子鐘不管在性能還是在樣式亦或是用途上都發(fā)生了重大的變化，許多電子鐘都已具備電子萬年歷、電子秒表、溫度檢測等功能。1.電子時鐘11電子時鐘的研究背景1957年，Ventura發(fā)明了世界第一個電子表，從而奠定了電子時鐘的基礎(chǔ)，電子時鐘開始迅速發(fā)展起來?，F(xiàn)代的電子時鐘是基于單片機的一種計時工具，采用延時程序產(chǎn)生一定的時間中斷，用于一秒的定義，通過計數(shù)方式進行滿六十秒分鐘進一，滿六十分，小時進一，滿二十四小時，小時位清零。從而達到計時的功能。傳統(tǒng)的數(shù)字電子時鐘采用了較多的分立元器件，不僅占用了很大的空間而且利用率也比很低。隨著系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜度的不斷提高，用傳統(tǒng)時鐘系統(tǒng)設(shè)計方法很難滿足設(shè)計需求。同時單片機在多功能數(shù)字鐘中的應(yīng)用已是非常普遍的。多功能電子時鐘除了具有時鐘的功能外還可以包含對環(huán)境溫度檢測的功能，溫度是一種最基本的環(huán)境參數(shù)。目前，典型的溫度檢測控制系統(tǒng)由模擬式溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換電路和各種單片機組成。以DS18B20為線總線數(shù)字式溫度傳感器集溫度測量和A/D轉(zhuǎn)換于一體，這類傳感器可以直接輸出數(shù)字量，同時與單片機接口電路結(jié)構(gòu)非常簡單，可以廣泛用于距離遠、節(jié)點分布多的場合具有較強推廣應(yīng)用價值。數(shù)字電子時鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對時，分，秒數(shù)字顯示的裝置，廣泛用于個人家庭，車站，碼頭辦公室等公共場所，成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡谋匦杵?，由于?shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用，數(shù)字時鐘的精度遠遠超過老式鐘表，鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。例如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動啟閉路燈、定時開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備、甚至各種定時電器的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字時鐘及擴大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實的意義。1.2數(shù)字電子時鐘的發(fā)展趨勢數(shù)字電子時鐘，自從它發(fā)明的那天起就成為人類的朋友，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來極大的方便。但隨著時間的推移，社會的進步，人們對時間計量的精度要求越來越高，應(yīng)用越來越廣，可以說時間的準(zhǔn)確已成為各行各業(yè)安全運行的基礎(chǔ)。電子時鐘的設(shè)計方法有多種，可用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘，也可以利用專用的電子鐘芯片配以顯示電路及其所需要的外圍電路組成電子鐘，還可以利用對單片機編程來實現(xiàn)電子鐘。其中，利用單片機實現(xiàn)的電子時鐘具有硬件結(jié)構(gòu)簡單、編程靈活、便于功能擴展等特點。由單片機作為數(shù)字鐘的核心控制器，可以通過它的時鐘信號實現(xiàn)計時功能，將其時間數(shù)據(jù)經(jīng)單片機輸出，利用顯示器顯示出來。智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器）是上世紀(jì)90年代中期問世的。此類傳感器是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動測試技術(shù)的結(jié)晶。21世紀(jì)后，智能溫度傳感器毫無疑問正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及高安全性等高科技的方向迅速發(fā)展，開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制更先進的單片測溫系統(tǒng)已是刻不容緩，在日常生活和自動控制系統(tǒng)中，我們時常會遇到對時間和溫度實時監(jiān)控的需求。這就給具有多種功能的時鐘提供了市場，也有了市場開發(fā)的前景。本文給出了一種基于單片機實現(xiàn)帶溫度檢測的電子時鐘的設(shè)計方法和實現(xiàn)過程。2.設(shè)計方案2.1系統(tǒng)的設(shè)計思路本次設(shè)計完成電子時鐘年、月、日、時、分、秒的顯示及環(huán)境溫度測量等功能的基礎(chǔ)上完成定時鬧鐘的功能。由于DS12887時鐘芯片內(nèi)含一個鋰電池，所以斷電情況可以運行十年以上不丟失數(shù)據(jù)，重新上電后不用校正時鐘。硬件電路包括單片機最小系統(tǒng)電路、DS12887實時時鐘芯片電路模塊、LCD1602液晶顯示模塊、按鍵模塊、DS18B20溫度傳感器模塊、蜂鳴器報警電路模塊；軟件部分主要通過c程序的編程實現(xiàn)對時鐘芯片進行時間數(shù)據(jù)的讀和寫，然后通過液晶顯示程序?qū)r間顯示出來，通過按鍵操作實現(xiàn)功能的轉(zhuǎn)換和屏幕的切換。設(shè)計中結(jié)合硬件、軟件的分步調(diào)試，達到要求。20世紀(jì)末，電子技術(shù)發(fā)展極為迅速，隨之現(xiàn)代電子產(chǎn)品和多種高科產(chǎn)品便在社會多個領(lǐng)域中得以應(yīng)用，這對于社會生產(chǎn)力以及信息化程度的發(fā)展與提高是非常有效的，但產(chǎn)品更新?lián)Q代的頻率也越來越快。隨著科技的發(fā)展社會的進步和全球化競爭的日益激烈，對于數(shù)字鐘，人們有著越來越高的要求，人們已經(jīng)不再滿足于傳統(tǒng)時鐘。多功能電子鐘在用途已經(jīng)樣式中都出現(xiàn)了極大的變化，大部分電子鐘都已具備電子鬧鐘、電子秒表、溫度檢測等功能。同時單片機在多功能數(shù)字鐘中的應(yīng)用已是非常普遍的。我們常常會在日常生活中，以及自動控制系統(tǒng)中碰到需要實時監(jiān)控溫度以及時間的情況。這使得多種功能時鐘得到廣闊的發(fā)展市場。本文便將以單片機為基礎(chǔ)的對于帶溫度檢測電子時鐘進行設(shè)計以及實現(xiàn)的方式進行提供。2.2 AT89S51單片機簡介AT89S51具備的功耗較低，CMOS8位單片機具備較高性能，片內(nèi)具備4kBytesISP(In-systemprogrammable)能夠?qū)lash只讀程序存儲器進行1000次的反復(fù)擦鞋，器件選擇的是由ATMEL公司的89C51引腳結(jié)構(gòu)以及兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，其實通過非易失性存儲技術(shù)已經(jīng)高密度制造的，芯片內(nèi)對于ISPFlash存儲單元以及通用8位中央處理器進行了集成，微型計算機AT89S51有著強大功能，能夠?qū)⑿詢r比非常高的解決方案向多數(shù)嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中進行提供。AT89S51主要特點如下：具備引腳40個，隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）128bytes片內(nèi)程序存儲器4kBytesFlash，中斷優(yōu)先級5個2層中斷嵌套中斷，看門狗（WDT）電路，外部雙向輸入/輸出（I/O）口有32個，16位可編程定時計數(shù)器2個，片內(nèi)時鐘振蕩器以及全雙工串行通信口2個。同時，AT89S51在設(shè)計以及配置上對于振蕩頻率可為0Hz，同時能夠借助軟件來對省電模式進行設(shè)置。處于空閑模式中，CPU工作暫停，能夠繼續(xù)工作的有外中斷系統(tǒng)、串行口以及RAM定時計數(shù)器，掉電模式對于振蕩器進行凍結(jié)，并對RAM數(shù)據(jù)進行保存，對于其他功能，芯片會進行停職，知道硬件復(fù)位或者是激活外中斷。此外改芯片有三種封裝形式，一是PLCC，二是PDIP，三是TQFP，以此來對不同產(chǎn)品的需要給以滿足。其特性主要就是可編程FLASH存儲器為4K字節(jié)，三級程序存儲器能進行鎖定保密，MCS-51和8031CPU可兼容，工作是全靜態(tài)的，可編程I/O線有32條，中斷源有6個，內(nèi)部RAM128*8位，片內(nèi)時鐘電路和振蕩器，掉電已經(jīng)閑置模式功耗低，串行通道可編程，定時器/計數(shù)器是兩個16位的。相較于89C51，89S51的功能主要有一下幾點增加：一是較大的提高了其性能，同時又很多功能增加，但是價格卻比89C51還要低。二是33MHz的工作頻率，89C51只具備24M的極限工作頻率，而S51的工作頻率更高，進而對計算速度給以提升。三是ISP在線編程功能，改功能可對單片機存儲器中的程序給以改寫，卻保證芯片不被在工作環(huán)境中剝離，改功能應(yīng)用方便且非常強大。四是具備電源關(guān)閉標(biāo)識。五是存在雙工UART串行通道。六是具備雙數(shù)據(jù)指示器。七是具備全新加密算法，這邊無法解密89S51，這極大的增強了程序保密性，進而使得知識產(chǎn)權(quán)被保密而不會受到侵犯。八是能夠向下對51全部字系列產(chǎn)品進行兼容，如89C51等。這就是指全部網(wǎng)絡(luò)教程已經(jīng)教科書中的程序，都能夠正常運行在89S51中，這邊是向下兼容。九是看門狗計時器能夠在內(nèi)部集成，不用再對89C51進行外接看門狗計時器單元電路。3.硬件系統(tǒng)設(shè)計3.1系統(tǒng)框架設(shè)計3.2模塊設(shè)計3.2.1單片機系統(tǒng)電路AT89S51有40引腳，雙列直插（DIP）封裝，所用引腳功能如下：一是VCC在運行中+5V。二是XTAL1是振蕩器反相放大器和其內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。三是GND接地。四是RST-進行復(fù)位輸入，進行晶振工作時，RST引腳中對于具備2個機器周期以上的高電平給以作用，促進單片機復(fù)位。該引腳會受到WDT溢出的影響將高電平進行輸出，對SFTAUXR的DISRTO位（地址8EH）進行設(shè)置則能夠?qū)υ摴δ芙o以關(guān)閉或是打開。DISRTO位缺省是REST輸出高電平打開。五是XTAL2，是振蕩器反相放大器輸出端。六是無自鎖開關(guān)，（S2P3.7）開關(guān)與相應(yīng)引腳P3.7進行連接，按下開關(guān)，引腳是低電平0，在斷開時，引腳具備高電平1。六是P1口,P2口P1，P2是8位雙向I/O口具備內(nèi)部上拉電阻。運行過程中借助P1口對驅(qū)動電路給以控制，向數(shù)碼管進行數(shù)據(jù)輸送，對于相應(yīng)段碼給以顯示，為使得功耗減少，并使得功耗減少，并對最大電流給以限制，并將一限流電阻進行加入。P2.0P2.7口對于數(shù)碼管位選給以控制，進而讓數(shù)據(jù)被六個數(shù)碼管進行輪流顯示，其為0的時候?qū)θ龢O管導(dǎo)通給以位選，為1時對三極管截止進行位選。七是EA/VPP，片外程序存儲器對于信號是允許訪問的。如果讓CPU只對于外部程序存儲器進行訪問，則EA必須對于低電平進行保持，若是EA是高電平，那么CPU會對內(nèi)部程序存儲器的指令159電子技術(shù)。3.2.2復(fù)位電路不管是對哪種類型單片機給以應(yīng)用，其是對單片機復(fù)位電路的相關(guān)設(shè)計進行涉及的，單片機復(fù)位電路的設(shè)計質(zhì)量對于整個系統(tǒng)工作的可靠性有著直接影響。多數(shù)用戶在進行單片機系統(tǒng)設(shè)計的時候，在成功調(diào)試實驗室之后，現(xiàn)場會有“程序走飛”、“死機”等出現(xiàn)，主要原因就是單片機不可靠的復(fù)位電路設(shè)計。復(fù)位電路具備的基本功能是，系統(tǒng)進行上電時，要對復(fù)位信號進行提供，待電源穩(wěn)定之后，對復(fù)位信號進行撤銷。為保證可靠性，穩(wěn)定電源之后進行復(fù)位信號的撤銷藥經(jīng)過一定時間才可，為使得電源插頭已經(jīng)電源開關(guān)分合過程中的抖動被引起而對復(fù)位進行影響。選定單片機復(fù)位電路參數(shù)的時候藥保證正當(dāng)穩(wěn)定之后具備大于2個機器周期的高電平持續(xù)時間。主要具備泗忠單片機復(fù)位電路類型，一是積分型復(fù)位電路；二是看門狗型復(fù)位電路；三是比較器型復(fù)位電路；四是微分型復(fù)位電路。3.2.3晶振電路XTAL1對反向放大器進行輸入，XTAL2進行輸出。反相放大器能夠?qū)ζ瑑?nèi)振蕩器進行配置。這在陶瓷震蕩已經(jīng)晶振蕩中都可使用。若是對外部時鐘源驅(qū)動器件進行使用，則不用連接XTAL1。強有余向內(nèi)部時鐘信號進行輸入，藥借助一個二分頻觸發(fā)器來實現(xiàn)，這就使得對外部時鐘信號的脈寬不具備要求，不過藥對于脈沖高低電平的寬度進行保證。C1,C2在是電時幫助晶振起振。3.2.4數(shù)碼管顯示驅(qū)動電路數(shù)碼管點亮田：段選和位選。 圖表示的是數(shù)碼管引腳圖，每位段碼線（a,b,c,d,e,f,g,dp）是與1個8位鎖村器的輸出分別連接，通過AT89S51對于09十個數(shù)據(jù)給以控制組合，如果其對于1進行顯示，則b,c引腳將高電平進行輸送，這個時候數(shù)碼管會對1進行顯示。因為各位段碼線是并聯(lián)，相較于8位I/O口輸出段碼，其顯示是相同的。當(dāng)數(shù)碼管正常工作時必須接上拉電阻，數(shù)碼管點亮一般要510mA的電流，po輸出電流不到1mA，同時上拉電阻起到一個限流的作用。顯示多位LED的是，是為保證電路得以簡化，并對成本進行降低，從而對資源進行計生，把全部N位段選碼進行并聯(lián)，被一片74HC595進行控制。因為全部LED段選碼都是74HC595并行來對輸出口給以控制的，所以，所有瞬間，N位LED會對相同字符進行顯示。藥對不同字符進行顯示，需要選擇掃描方法，也就是所有瞬間都對一位顯示字符進行使用。此時74HC595并行出口將相應(yīng)字段符選碼給以輸出，位選對于I/O口進行控制，在該顯示位將選通電平進行輸送，進而使得該位對于相應(yīng)字符進行顯示。這樣循環(huán)，保證所有位分時對于應(yīng)顯示字符給以顯示。因為74HC595能夠進行鎖存，所以串行輸入段選碼具備一定時間，所以不能夠進行延時，進而使得視覺暫留效果得以形成。PNP型三極管集電極同數(shù)碼管公共端進行連接，如果P2口所對應(yīng)的引腳將低電平進行輸出時，三極管會導(dǎo)通，對應(yīng)數(shù)碼管對于數(shù)據(jù)進行顯示。在處于一個時刻時，多位LED中對于字符顯示的只有選通的那1位，其他5位處于滅火的。這個時候僅需要保持下一位位選線保持選通狀態(tài)，其他個位位選線則保持關(guān)閉狀態(tài)，對藥顯示的字符段碼藥在段碼線上進行輸出，這個時候?qū)τ谙鄳?yīng)字符僅由選通位進行顯示，其他位是保持熄滅的。這樣進行循環(huán)，便能夠保證對于要顯示的字符進行顯示。這些字符雖然是出現(xiàn)在不同時刻，但是只有一位在同一時刻進行顯示，其他位是熄滅的，不過因為存在人眼視覺暫留以及LED余暉的作用，使得每位只要對顯示間隔保證足夠短便可，進而便能夠?qū)Χ辔煌瑫r亮的假象出現(xiàn)，進而使得同時顯示被實現(xiàn)。3.2.5定時報時電路設(shè)計該電路使用的發(fā)聲報時聲源是無源蜂鳴器，對于P1.3口延時翻轉(zhuǎn)電平會有驅(qū)動波形產(chǎn)生，以此來驅(qū)動蜂鳴器。借助于對延時時間進行改變來對方波占功比進行改變，從而獲取對蜂鳴器進行驅(qū)動的方波信號。這便使得蜂鳴器進行報時的時候，不會存在不同音調(diào)的報時聲。4軟件系統(tǒng)設(shè)計4.1軟件系統(tǒng)4.2系統(tǒng)設(shè)計的源程序包括主程序、中斷子程序、顯示子程序、判斷按鍵和調(diào)時設(shè)置程序、等待按鍵抬起程序、報時子程序、延時子程序.用單片機AT89C51設(shè)計一個多功能電子時鐘能實現(xiàn)時分秒顯示，能定時報時，還有調(diào)整時間的功能。單片機AT89C51的P0口接數(shù)碼管的7段，P2口接數(shù)碼管的位選。P3.0-P3.4接按鍵，P1.3接蜂鳴,數(shù)碼管是一個八位一體共陰的，時間初始值00：00：00；#include<reg52.h>/包含51單片機寄存器定義的頭文件unsignedcharTab=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,;/段碼共陰unsignedcharport8=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f;unsignedcharint_time;/中斷次數(shù)計數(shù)變量電子技術(shù)160unsignedcharsecond;/秒計數(shù)變量unsignedcharminute;/分鐘計數(shù)變量unsignedcharhour;/小時計數(shù)變量unsignedcharsecond0;/秒計數(shù)變量unsignedcharminute0;/分鐘計數(shù)變量unsignedcharhour0;unsignedcharflag;sbitk0=P30;sbitk1=P31;sbitk2=P32;sbitk3=P33;sbitk4=P34;sbitring=P13;5.單片機知識5.1單片機的定義單片機從外觀上看，只是一塊小小的芯片，但它包含了一個完整的計算機系統(tǒng)。芯片當(dāng)中有CPU、內(nèi)存、內(nèi)部與外部總線系統(tǒng)。除此之外，像通訊接口、實時時鐘和定時器等設(shè)備也都集中在了單片機上。為了滿足實際應(yīng)用需要，它需要被做的越來越小，當(dāng)它越來越精簡的時候，人們稱它為微控制器。它最早的用途是在工業(yè)控制方面，當(dāng)初僅僅是包含主機CPU的芯片，而且是作為專用處理器。通過一代又一代的科學(xué)家發(fā)明創(chuàng)造，大量的外圍設(shè)備和CPU可以集中在了一個芯片中，我們能夠?qū)⑺惭b到復(fù)雜的控制設(shè)備當(dāng)中，精簡的芯片模式大大減少了體積，更符合一些對體積要求嚴(yán)格的設(shè)備的應(yīng)用。不斷地發(fā)展讓單片機與專用處理器成為了兩個名詞，例如最早Z80系列處理器。單片機技術(shù)發(fā)展迅速，作為電子工程領(lǐng)域中典型的代表，它可以被設(shè)計出各種功能應(yīng)用到對應(yīng)的嵌入式系統(tǒng)中。正因為單片機技術(shù)對實際操作動手能力的要求很高，我們不僅僅要深入理解單片機知識，更要通過不斷地實驗，不斷地實踐研究，才能更進一步地學(xué)習(xí)單片機。1.2單片機的分類為了適應(yīng)實際，單片機有許許多多的種類，結(jié)合它的成本，我們將它分為了各種用途的單片機。首先是我們將要用到的51系列，單片機4K字節(jié)的一次性程序儲存器。能在用戶板上就能下載程序的ISP單片機，省去了編程器。雙向I/O口，RISC結(jié)構(gòu)，CMOS互補推免輸出電路的PIC謝列單片機，支持在線調(diào)試。管腳型號兼容對應(yīng)51系列的AVR型號單片機，它跟上述單片機相比性能高了許多，提高了速度但是功耗卻很低。完全兼容51子系列的AT85S52單片機，和AVR一樣的低功耗性能高，可以在8K字節(jié)系統(tǒng)中編程。1.3單片機的特點針對應(yīng)用的對象，升級的單片機加強了它的功能性，提高了單片機可靠性的發(fā)展。它的主要特點有以下幾個：（1）系列多，型號全；（2）高性能，高容量，高性價比；（3）提升集成精簡程度；（4）高效率。5.2單片機的應(yīng)用領(lǐng)域在發(fā)展迅速的科技領(lǐng)域中，單片機的地位是毋庸置疑的，是許多設(shè)計發(fā)明的基礎(chǔ)裝置。日常生活中，人們的衣食住行，都存在單片機的身影。在我們出行時用的交通工具中，汽車火車飛機等的控制系統(tǒng)是以單片機為核心的。在我們工作中，少不了用到計算機，計算機中更是缺少不了單片機，它組成了計算機核心的大腦和肢干，當(dāng)我們生病時，所要用到的醫(yī)療設(shè)備智能儀器等，做家務(wù)時用到的洗衣機，娛樂時用到的游戲機攝像機電動玩具等，大到國家最為先進的超級計算機，小到我們轉(zhuǎn)賬用的銀行卡，都離不開單片機。單片機的應(yīng)用范圍有：家用電器，智能儀器儀表，計算機網(wǎng)絡(luò)，通信領(lǐng)域，醫(yī)療設(shè)備，大型電器中的模塊，工業(yè)控制。我們采用的方案是經(jīng)過重重試驗的，具有明顯的優(yōu)勢，這種設(shè)計的廣闊擴展性具有深遠的意義。從經(jīng)濟上來講，我們利用仿真系統(tǒng)，可以節(jié)省大量的成本，時間也大大縮短了，具有極高效率。仿真用Proteus軟件，進行虛擬實驗。我們在PC端上搭建硬件電路，完成電路分析，系統(tǒng)調(diào)試，輸出顯示的設(shè)計。用Keill軟件編制程序，完成編譯和仿真，完成軟件設(shè)計。當(dāng)上述兩步完成時，我們將在PC上看到我們要的結(jié)果,效果達到以后再設(shè)計PCB，完成調(diào)試。2MCS-51單片機簡介5.3單片機結(jié)構(gòu)我們所采用的是美國因特爾公司生產(chǎn)的51系列單片機MCS-51。相對于系列更新之前的單片機具有集成率更高的優(yōu)點，同樣大小的芯片上增加了更多的電路元件和指令，多達111條。由于它的優(yōu)越性迄今為止，它仍然是單片機應(yīng)用中的主流。而51系列又分為8031,8051,8751等系列2。而8031、8051及8751都為雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，用40Pin封裝，具有40個引腳，引腳中包括正電源、地線以及外置適應(yīng)震蕩器的時鐘線各兩根。共有32個I/O端口，分成了四組8位，其中斷口線與P3口線復(fù)用。另外，8051的復(fù)位方式很特殊，自動復(fù)位和手動復(fù)位它都支持。5.3.1單片機存儲器單存儲器的設(shè)計方式并不完全一樣，主要分為兩種：程序與數(shù)據(jù)存儲器分開、程序與數(shù)據(jù)存儲器額融合。在科技界中，前一種被稱為哈佛結(jié)構(gòu)，后一種被稱為普林斯頓結(jié)構(gòu)。而我們用的是哈佛結(jié)構(gòu)的51系列單片機。5.3.2程序儲存空間程序儲存空間可以根據(jù)它的區(qū)間分類，在0000H0FFFH區(qū)間中可以分為兩種：內(nèi)部和外部。區(qū)分方式中重點是單片機中引腳31所接的電平。高電平時是內(nèi)部儲存器，低電平時是外部儲存器。在>0FFFH區(qū)間中，程序存儲空間只能被映射為外部程序存儲器。高于這個區(qū)間的，不管高低電平都是外部儲存空間3。5.3.3數(shù)據(jù)儲存空間內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器256字節(jié)被分為高128字節(jié)和低128字節(jié)，我們通常所說的能輸入輸出數(shù)據(jù)的RAM區(qū)指得是低128字節(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器。這部分儲存期容量雖小但功能強大可以分為三塊工作區(qū)域。在較低的128字節(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器，從最低的32個字節(jié)00H地址1FH包括4個工作寄存器組，每組有8個工作寄存器。八個工作寄存器每個組被命名為從R0到R7。每個時間點，CPU運行都只用一組工作寄存器。這組寄存器的確定時根據(jù)高128字節(jié)來決定的，更確切地說，其中的程序狀態(tài)字寄存器（PSW）中第3位（RS0）和第4位（RS1）的數(shù)據(jù)決定。我們可以給出工作寄存器在內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器中的地址映射。6.數(shù)碼管簡介6.1數(shù)碼管的分類數(shù)碼管可以根據(jù)多種方式分類，從段數(shù)來講，可以分為，七段數(shù)碼管、八段數(shù)碼管。從顯示字?jǐn)?shù)，分為1，2，4位等數(shù)碼管。還有按照發(fā)光二極管連接方式，分為將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極的共陽極數(shù)碼管和將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極的共陰極數(shù)碼管。6.1.1靜態(tài)顯示驅(qū)動靜態(tài)驅(qū)動，又被稱作直流驅(qū)動。當(dāng)單片機端口I/O進行驅(qū)動，只對應(yīng)單一的數(shù)碼管段碼。這樣的話雖然編程不復(fù)雜，顯示的亮度也更勝一籌。但是端口就太多了。6.1.2動態(tài)顯示驅(qū)動動態(tài)顯示幣靜態(tài)顯示要更好一些，所以它應(yīng)用的更廣泛一些。它將數(shù)碼管顯示器上的每個數(shù)字的筆畫都用英文字母所代表，并且是同步的。其中數(shù)碼管公共集每個位置都各自獨立控制，在字碼形成時，通過公共集就會控制哪一個數(shù)碼管顯形?？偟脕碇v就是，通過分時輪流控制，各個數(shù)碼管公共集I/O端口就會受控顯示。顯示時，亮度時間有限，只有12s。我們結(jié)合人體學(xué)，利用人腦視覺的反應(yīng)延遲，讓人們的印象感覺不到閃爍，趨于靜止，也就是我們將要看到一組穩(wěn)定的數(shù)字顯示。它的顯而易見，就是節(jié)省了I/O端口，并且高效的顯示了我們需要的結(jié)果。6.1.3數(shù)碼管使用的電流與電壓簡單來講，靜態(tài)電流1015mA足以使用，而動態(tài)時要求平均電流為45mA，峰值限制在5060mA；而電壓使用時區(qū)分就要用到數(shù)碼管的顏色，紅用1.9v，綠用2.1v。4電子時鐘的設(shè)計4.1可實現(xiàn)功能（1）顯時：六位數(shù)字分別顯示時分秒以及星期。（2）設(shè)時：可任意設(shè)定，以年月日方式顯時。（3）鬧鐘：同顯時。（4）以下為具體介紹：一般情況下，我們的時鐘顯示的就是時間，也就是顯時功能，這是時鐘的初始狀態(tài)。如果我們想要實現(xiàn)其它功能就要通過設(shè)置的按鍵來實現(xiàn)。當(dāng)我們需要調(diào)整或者查看正確的時間時，首先要進入時間調(diào)整的界面，這需要按0鍵，我們按123的順序查看時間以及調(diào)整時間。調(diào)時間時按按0開始，同時按0結(jié)束。當(dāng)數(shù)碼管閃爍時，摁按鍵開始調(diào)整：1加一分鐘/一小時，2則減去一分鐘/一小時7。6.2軟件設(shè)計的流程首先，我們設(shè)定，以1Hz為秒計時器的標(biāo)準(zhǔn)。然后，秒和分以及時之間的進位輸出信號關(guān)系要確定好，即秒進分分進時。這其中，我們將要解決一個問題就是，如果要顯時完全的時間，會有一個很大的電流，有燒斷電路板的危險。為了斷絕這個威脅，我們采用掃描電路減小電流，就是要每個數(shù)碼管的顯示時間分別開來，依然利用眼睛的視覺延遲來事先，只要少于24Hz的頻率，就不會造成時間閃爍看不清的問題同時解決了電流過大的威脅。具體控制電路。7.電子時鐘的仿真7.1單片機調(diào)試仿真軟件首先，我們需要了解調(diào)試仿真軟件中源文件的輸入：Keil軟件中，存在一個文本編輯器源程序?qū)⒂盟鼇砭庉?。這個操作十分簡單，畢竟是專業(yè)軟件。編輯器的打開在File-New中。然后，我們需要創(chuàng)建一個新的工程，打開方式為Project-Newuvisionproject-ATMEL-AT89C51-OK。剛開始操作可能不熟練，我們還需要較好的英文基礎(chǔ)，但是孰能生巧，我們每一步都在不斷的學(xué)習(xí)當(dāng)中。這里需要注意一個問題，建立的工程容易丟失，要將他放在顯而易見的位置，不然后期工作無法順利進行。然后，上面建立的工程要加上輸入的源文件代碼。加入的方式：選擇SourceGroup1，位于左側(cè)窗口子目錄，然后使用右鍵快捷菜單，選擇AddFileGroup（SourceGroup1）。接下來在加入文件對話框中查找文件，就是我們儲存匯編編程程序的文件，添加時注意將文件類型為:AsmSourcfile(*.a*;*.src),不然源文件無法顯時出來。確定選擇源文件時按Add或者雙擊。仿真還需要用到一款軟件，就Proteus。適用于Windows操作系統(tǒng)，能實現(xiàn)各種集成電路分析模擬器分析以及實物仿真。它的功能強大在于把單片機與SPICB分析合二為一。為了做出最好的電子時鐘設(shè)計，就要穩(wěn)妥起見用最好的仿真軟件，而它，就是世界上最先進最完美的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與仿真平臺。不管是數(shù)字電路，模擬電路，又或者是微控制系統(tǒng)，外設(shè)的混合電路系統(tǒng)等等等的仿真以及調(diào)試PCB設(shè)計，它都能達到目前最完美最嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊笮Ч?。最重要的是它的仿真和調(diào)試都是實時的，這在同類仿真工具中是唯一的。另外，為了更好地完成仿真，還需要另外一款軟件，那就是KeilC5luVision2，它的編譯和仿真環(huán)境是首屈一指的。它不僅支持C語言的程序代碼設(shè)計輸入，還支持其它諸如PLM，匯編等語言的程序輸入。還有，在編程過程中，由于它的界面簡單易操作，并不用我們復(fù)雜的去再學(xué)習(xí)怎么用，減少了仿真時間，提高了效率。更重要的是，它的仿真電路和微處理器仿真可以同時進行，在虛擬的原理模型圖上進行編程調(diào)試，還能夠通過顯而易見的方式比如電機，LED等實時看到效果。并且能夠配合系統(tǒng)配置的示波器邏輯分析儀等虛擬儀器為電子設(shè)計的仿真奠定了堅實的基礎(chǔ)完美的開發(fā)環(huán)境。7.2電子時鐘的仿真首先，選擇仿真的元器件，這是個非常重要的問題，因為器件如果是壞的，那么仿真根本不可能實現(xiàn)應(yīng)有的效果，或者選擇的元器件雖然是完好無損的但不太合適的，放著那結(jié)果也不會達到理想狀態(tài)。選擇到完全合適的元器件后，還要在keil中進行程序的編寫測試，如果編寫測試合格，我們就可以進行仿真了。另外，在編程過程中，可以用仿真軟件仿真調(diào)試功能對程序進行適當(dāng)?shù)男薷?，使編程結(jié)構(gòu)更為合理。在仿真的過程，調(diào)試的步驟當(dāng)中，需要注意的問題有：（1）程序和振蕩電路中晶體頻率要保持時間基準(zhǔn)一致。（2）為了保持仿真精度，在處理中斷問題時，要扣除計時單元中中斷服務(wù)程序用的時間。（3）數(shù)碼管的發(fā)光時間要進行多次調(diào)試，保證顯時效果，避免閃爍現(xiàn)象9。然后我們將用proteus軟件繪制出電子時鐘電路原理圖并且多次檢查錯誤。原理圖核心部位是驅(qū)動芯片MAX7219，八段的數(shù)碼管顯示屏包括四個按鍵、時鐘芯片DS1302、蜂鳴器等是重要組成部分。另外，單片機的晶振電路和單片機的復(fù)位電路也在電路圖中詳細的繪制出來。各器件介紹：DS1302出產(chǎn)自美國達拉斯公司，它的高性能讓行業(yè)人員都嘆為觀止，而它的低功耗更是給增加了一些色彩。并且它自帶RAM的實時時鐘，它具有完善的計時能力，非常規(guī)的計時功能，這點從它有閏年補時功能可以看出。另外，它的通信方式很獨特，三線接口和核心單片機芯片同步通信，時鐘信號的傳送十分高效率，同時可以傳送多個字節(jié)并且是以突發(fā)方式，同樣，RAM數(shù)據(jù)也可以10。這款軟件經(jīng)過了多次升級，最近一次的升級增加了主電源/后背電源雙電源引腳，這個改變能夠避免后背電源電量的缺少問題11；MAX7219出產(chǎn)自美信公司，這款顯示驅(qū)動芯片同樣很特別，它的串行輸入和輸出是共陰極數(shù)碼管。一片MAX7219可驅(qū)動8個7段數(shù)字LED和LED條線圖形顯示器以及64個分立的LED發(fā)光二級管。該芯片的三線串行接口傳輸率很高，高達10MHz，任何微處理器都能夠使用，給它一個電阻，它可以設(shè)置所有的LED段電流。它的串聯(lián)方式兼容度高，支持獨特的7219串聯(lián)方式。它的MCU控制數(shù)碼管數(shù)量更多，僅通過三線端口就可以。應(yīng)用介紹：89c51單片機是電子時鐘的CPU，源程序的加載電路的控制數(shù)據(jù)的輸入輸出等都屬于單片機部分。MAX7219連接單片機和數(shù)碼管。顯時設(shè)備雖然只有一個數(shù)碼管，但是我們選擇了較高端的數(shù)碼管。按鍵調(diào)整或輸入時間日期。DS1302是系統(tǒng)中的計時芯片，它對年月日時分秒等的計時，蜂鳴器起鬧鐘揚聲功能。單片機的晶振電路和復(fù)位電路屬于電路部分，是信號數(shù)據(jù)的傳輸13。7.3整機的仿真與調(diào)試調(diào)試是個比較復(fù)雜的過程，需要一定的耐心。將編寫好的源程序嵌入Keil軟件中后，開始檢查錯誤與調(diào)試的反復(fù)循環(huán)過程，直至調(diào)試成功。調(diào)試圖如下：6結(jié)語文章所提供的基于單片機芯片的多功能時鐘能夠?qū)崿F(xiàn)較多的功能，例如設(shè)計鬧鐘、秒表計時、倒計時功能，這些將是我們要開發(fā)與研究的主要內(nèi)容，快速發(fā)展的科技讓很多功能得以實現(xiàn)，這也是單片機的本身屬性，這將為未來的發(fā)展提供無限的可能。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步和發(fā)展，多功能電子鐘在性能、樣式、用途上都發(fā)生著重大的變化，許多電子鐘都已具備電子鬧鐘、電子秒表、溫度檢測等功能。同時單片機在多功能數(shù)字鐘中的應(yīng)用已是非常普遍的。AT89S51功耗較低，具備CMOS8位單擊片的性能較高，其片內(nèi)具備4kBytesISP(In-systemprogrammable)能夠進行1000次的反復(fù)擦寫Flash只讀程序存儲器，在多數(shù)嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中，AT89S51能夠?qū)⑿詢r比較高的解決方案進行提供。本文中將以單片機為基礎(chǔ)的對帶溫度檢測的電子時鐘的相關(guān)設(shè)計以及實現(xiàn)進行完成。其借助于C語言通過AT89S51單片機來實現(xiàn)編程的，其對于設(shè)計要求進行了滿足，因為收到設(shè)計者知識水平的限制，對于該設(shè)計是能夠繼續(xù)完善和優(yōu)化的，進而對于“智能”時鐘在根本上實現(xiàn)。參考文獻1周昌七.桌面電子時鐘制作J.電大理工,2016（11）：27-282彭小軍.用單片機實現(xiàn)電子時鐘J.新余高專學(xué)報,2019（4）:73陳同洲,郭華帥電子時鐘仿真及FPGA實現(xiàn)J中國傳媒大學(xué)學(xué)報，2019（3）：210-2154吳鎮(zhèn)宇片上時鐘系統(tǒng)的研究與的設(shè)計C2018年5李建忠.單片機原理及應(yīng)用M.西安電子科技大學(xué)出版社，2018年6顏學(xué)超.一種實時時鐘芯片的設(shè)計D.2016年7翟玉文,徐宏亮,趙巖.實用多功能電子時鐘設(shè)計D.吉林化工學(xué)院學(xué)報，2017（1）8簡寧.電子時鐘仿真實現(xiàn)J.企業(yè)科技與發(fā)展,2015（16）9徐得波,葛廣英.單片機動態(tài)可調(diào)電子時鐘系統(tǒng)M.自然科學(xué),2014（9）10戴勇,劉斌儒.基于AVR單片機Mega16的電子時鐘的設(shè)計D.國外電子元器件,2018（7）11何翠萍,劉曉剛，周功海單片機控電子時鐘的設(shè)計J.煤礦現(xiàn)代化，2017（1）12黃仁欣單片機原理與應(yīng)用技術(shù)第二版M.北京:清華大學(xué)出版社,2018.13趙嘉蔚.單片機原理與接口技術(shù)M.北京:清華大學(xué)出版社,2018.14李朝青.單片機原理與接口技術(shù)M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2015.15童詩白,華成英模擬電子基礎(chǔ)技術(shù)M.北京:高等教育出版社，2018.16鄭峰.51單片機應(yīng)用系統(tǒng)典型模塊開發(fā)大全M.北京:中國鐵道出版社,2018.17鄒顯圣.基于AT89C51單片機數(shù)字時鐘的研究J.機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新,2019,22(05):61-62.18曾力，劉煒，曹龍.基于AT89C51單片機的數(shù)字時鐘設(shè)計與仿真J.信息通信,2017(10):4-5.19李娜,楊杰,牛曉飛.基于單片機的簡易數(shù)字電子鐘設(shè)計J.河北北方學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版).2016,30(06):15-18.20劉翠玲,呂娣,叢俊玲.基于AT89S51單片機數(shù)字電子鐘設(shè)計與實現(xiàn)J.信息系統(tǒng)工程,2015(12):16-1- 21 -