基于89C51時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)與制作

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，單片機(jī)的使用率越來(lái)越高。教學(xué)之余，為了激發(fā)學(xué)生對(duì)51單片機(jī)的學(xué)習(xí)興趣，我利用89C51制作了一款電子時(shí)鐘，經(jīng)驗(yàn)證這款電子時(shí)鐘簡(jiǎn)單實(shí)用，以至于班上的每個(gè)同學(xué)都制作一款。由于51系列單片機(jī)機(jī)展小巧、程序編寫(xiě)簡(jiǎn)、功能強(qiáng)大、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，由51單片機(jī)制作的小型智能產(chǎn)品越來(lái)越多，也是電子技術(shù)相關(guān)專業(yè)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的首選芯片（見(jiàn)圖1）。

1 電路設(shè)計(jì)流程框圖（見(jiàn)圖2）

2 基于89C51時(shí)鐘電路的方案及原理

基于89C51時(shí)鐘電路主要由主要由微處理器電路、LED數(shù)碼管顯示電路、鍵盤(pán)電路、顯示驅(qū)動(dòng)電路、時(shí)鐘模塊、電源電路等組成。89C51的管腳及技術(shù)細(xì)節(jié)可以查閱有關(guān)手冊(cè)。電路模塊的基本工作過(guò)程是：

（1）顯示電路主要由兩片74HC595和7個(gè)LED共陰紅色數(shù)碼管、LED發(fā)光二極管及限流電阻組成。74HC595是數(shù)碼管和發(fā)光二極管的顯示驅(qū)動(dòng)電路，是一種8位串行輸入、8位串行輸出或并行輸出的高速CMOS移位寄存器、8位并行輸出口具有三態(tài)輸出功能（即可被程控成高阻狀態(tài)）。顯示電路采用動(dòng)態(tài)掃描方式驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，即數(shù)碼管的陰極和陽(yáng)極都用74HC595驅(qū)動(dòng)，微處理器控制將將要顯示的內(nèi)容（7位數(shù)字段碼）快速的分時(shí)送到LED兩端。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是最大限度地降低了系統(tǒng)的硬件支出（與靜態(tài)顯示電路相比）。

（2）時(shí)鐘模塊電路DS12887是美國(guó)Dalls公司生產(chǎn)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，采用CMOS技術(shù)制成，具有內(nèi)部晶振和時(shí)鐘芯片備份鋰電池。該芯片具有良好的微處理器接口（有Motorola和Intel兩種時(shí)序可供選擇，在本系統(tǒng)中采用Intel時(shí)序）。芯片內(nèi)含128個(gè)字節(jié)RAM單元與軟件接口，其中14個(gè)字節(jié)作為時(shí)鐘和控制寄存器。114個(gè)字節(jié)為通用RAM（在本系統(tǒng)中未用），所有RAM單元都具有掉電保護(hù)功能。采用該芯片作為該系統(tǒng)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘基準(zhǔn)，是為了保證時(shí)鐘運(yùn)行的高精度。

（3）鍵盤(pán)是單片機(jī)的主要輸入設(shè)備，是時(shí)間設(shè)置和控制的人機(jī)接口。本系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了16個(gè)鍵，本系統(tǒng)中實(shí)際使用9個(gè)鍵，其余7個(gè)鍵留備系統(tǒng)擴(kuò)展用。16個(gè)按鍵的硬件連接方式是4×4矩陣。單片機(jī)對(duì)鍵盤(pán)狀態(tài)的檢測(cè)是通過(guò)動(dòng)態(tài)掃描方式進(jìn)行的。這樣做的目的是大大減少了鍵盤(pán)電路所占用的單片機(jī)端口線的數(shù)量。16個(gè)鍵的鍵值讀取占用了8根I/O口線（P2口）。如果采用靜態(tài)鍵盤(pán)方式，則需占用16根口線。另外，這個(gè)鍵盤(pán)具有連擊功能，即按下某一鍵達(dá)到一定時(shí)長(zhǎng)后，該鍵對(duì)應(yīng)的功能將得到反復(fù)執(zhí)行。利用這個(gè)連擊功能，可以快速地調(diào)整時(shí)鐘和輸入鬧鐘程序。

3 軟件編程主程序流程框圖（見(jiàn)圖3）

4 定時(shí)鬧鐘掃描子程序

該子程序的功能是：將事先編好的鬧鐘程序代碼從EEPROM中逐條讀出，并與當(dāng)前的實(shí)時(shí)時(shí)鐘進(jìn)行一次比較。若某一條鬧鐘程序的語(yǔ)句（下面有說(shuō)明）中的時(shí)間代碼與當(dāng)前的實(shí)時(shí)時(shí)鐘相同，則執(zhí)行該語(yǔ)句對(duì)應(yīng)的鬧鐘功能。否則掃描下一條語(yǔ)句，直至鬧鐘程序末。

鬧鐘程序：所以鬧鐘語(yǔ)句的集合鬧鐘語(yǔ)句：由一個(gè)時(shí)代碼、一個(gè)分代碼和一個(gè)鬧鐘時(shí)長(zhǎng)代碼組成。一條鬧鐘語(yǔ)句定義一個(gè)鬧鐘操作。鬧鐘程序存放在EEPROM芯片（型號(hào)AT24C16）中，AT24C16是ATMEL公司生產(chǎn)的電擦電寫(xiě)串行存儲(chǔ)器，容量是2K字節(jié)。一周的鬧鐘程序被編成7頁(yè)，一天一頁(yè)，每一頁(yè)占256個(gè)字節(jié)，AT24C16中剩下的256個(gè)字節(jié)留備用。

每條鬧鐘語(yǔ)句分配4個(gè)字節(jié)：

第一個(gè)字節(jié)：存放“時(shí)”代碼（指定 時(shí)）

第二個(gè)字節(jié)：存放“分”代碼（指定 分）

第三個(gè)字節(jié)：存放“時(shí)長(zhǎng)”代碼（控制鬧鐘時(shí)間長(zhǎng)短）

第四個(gè)字節(jié)：未用。

因?yàn)橐豁?yè)占256個(gè)字節(jié)，那么一頁(yè)中可存放約60條鬧鐘語(yǔ)句，即在一天中最多可設(shè)置60個(gè)鬧鐘點(diǎn)。定時(shí)鬧鐘程序流程框圖（見(jiàn)圖4）。

5 結(jié)論

以89C51為核心制作的數(shù)字時(shí)鐘，經(jīng)過(guò)電路調(diào)試和軟件調(diào)試，可以實(shí)時(shí)時(shí)鐘的顯示和調(diào)整、整點(diǎn)報(bào)時(shí)、定時(shí)鬧鐘的設(shè)定、以一周為周期的鬧鐘功能。
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