基于单片机的数字电子钟毕业论文.doc

西安工业大学北方信息工程学院本科毕业设计(论文)题目：基于单片机的电子钟设计系 （部）： 电子信息 专 业： 自动化 班 级： 学 生： 学 号： 指导教师： 2009年 06月基于单片机的电子钟设计 摘 要本文主要内容是利用单片机的接口技术设计一个电子时钟，实现时钟的走时，让时钟信号通过LED数码管显示出来，并且还可以通过键盘修改时分秒。本课题是基于单片机技术的广泛应用而提出。本次做的电子钟是以单片机（AT89C51）为核心，结合相关的元器件（共阴极LED数码显示器、BCD-锁存/7段译码/驱动器CC4511等），再配以相应的软件，达到制作电子钟的目的.近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用正在不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此特别适合于与控制有关的系统，越来越广泛地应用于自动控制，智能化仪器，仪表，数据采集，军工产品以及家用电器等各个领域，单片机往往是作为一个核心部件来使用，在根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。单片机应用的重要意义在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。单片机模块中最常见的是电子钟，电子钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。 电子钟是采用数字电路实现对.时,分,秒.数字显示的计时装置,广泛用于个人家庭,车站, 码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品, 钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究电子钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。关键词: 单片机；电子钟；数码管；C语言Based on SCM electric clock designAbstractThis is the main content of the microcontroller interface technology, electronic design a clock, let the clock when the clock signal through LED digital display, and pipe can be determined through the keyboard modifications. This subject is based on single chip and extensive application of the technology. This is AT89C51 microcontroller electric clock as the core, combining relevant components , match again with the corresponding software to make electric clock.In recent years, with the computer in the social sector and the development of large-scale integrated circuits, the application of SCM is continuously to thoroughly, because it has the strong function, small volume, low power consumption, low price and reliable, easy to use, so particularly suitable for related control and system, more and more widely used in automatic control, intelligent instrument and meter, data acquisition, military products, and household electrical appliances, etc, the microcontroller is often used as a core component, according to the specific hardware structure and software application, the object characteristics for improvement.SCM significance lies in that it has radically changed the traditional control system design ideas and design method. Once must by analog circuits or digital circuit implementation of most function, can now single-chip through software methods to achieve. This software instead of hardware of control technology is also called the micro control technology, traditional control technology revolution.SCM module is the most common electric clock, electric clock is a kind of digital circuit technology, minutes and seconds when the timing device, and the mechanical clock is higher than the accuracy and intuitive, and no machinery, has more longer service life, so it has been widely used.Electric clock is used in digital circuits, points, SEC. The timer. Digital display, widely used in individual family, station, wharf and public places such as office, become the daily life of the necessities, no less than the digital clock to produce life brings a lot of convenience, and greatly expanded the clock chime of the original function. Automatic alarm, such as timing on automatic rung, automatic control, regular radio program, be closed-circuit lamp, timer switch oven, hige power equipment, even all the electrical automatic timing etc, all these, opening is based on digital watches. Therefore, the study and expand its application, electric clock is very realistic significance.Keywords: microcontroller, Electric clock, Digital pipe, C language,目 录1绪 论61.1单片机发展三大阶段61.2起始点-八位单片机61.3单片机的发展趋势72单片机的组成,特点及分类92.1单片机的组成92.2单片机的特点92.3单片机的分类103单片机的应用113.1单片机的应用113.2常用单片机系列介绍114电子钟的构成134.1电子钟的构成134.2电子钟的工作原理流程图144.3电子钟整体电路方框图144.4电子钟的构成所需元器件与技术简介154.4.1AT89C51单片机154.4.2CC4511 集成简介194.4.3LED数码显示器简介215电路设计235.1单元电路设计与分析235.2电路连接275.2.1晶体振荡器与AT89C51的接法275.2.2单片机复位电路的连接285.2.3单片机AT89C51引脚的连接285.2.4译码器CC4511的引脚连接295.2.5CC4511与共阴极LED的连接方式296软件设计306.1总体介绍306.2数据调整306.3中断方式应注意的问题316.4定时准确性的讨论316.5软件消抖316.6程序流程与程序清单336.6.1主程序（MAIN）336.6.2中断服务程序（SERVE）336.6.3程序清单357结论42参考文献43致 谢44毕业设计（论文）知识产权声明45毕业设计（论文）独创性声明46附录一47基于单片机的电子钟硬件设计原理图47附录二48基于单片机的电子钟PCB图481 绪 论1.1 单片机发展三大阶段单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。(1).SCM即单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel公司功不可没。(2).MCU即微控制器（MicroControllerUnit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看，Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。在发展MCU方面，最著名的厂家当数Philips公司。Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此，当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记Intel和Philips的历史功绩。(3).单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。1.2 起始点-八位单片机 如果将8位单片机的推出作为起点，那么单片机的发展历史大致可分为以下几个阶段（1）第一阶段（1976-1978）：单片机的控索阶段。以Intel公司的MCS48为代表。MCS48的推出是在工控领域的控索，参与这一控索的公司还有Motorola、Zilog等，都取得了满意的效果。这就是SCM的诞生年代，“单机片”一词即由此而来。（2）第二阶段（1978-1982）单片机的完善阶段。Intel公司在MCS48基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS51。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。完善的外部总线。MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有很多机通信功能的串行通信接口。CPU外围功能单元的集中管理模式。体现工控特性的位地址空间及位操作方式。指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。（3）第三阶段（1982-1990）：8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。Intel公司推出的MCS96系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。随着MCS51系列的广应用，许多电气厂商竞相使用80C51为内核，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/D转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，增强了外围电路路功能，强化了智能控制的特征。（4）第四阶段（1990）：微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。1.3 单片机的发展趋势(1)制作工艺CMOS化(全盘CMOS化) 出于对低功耗的普遍要求，目前各大厂商推出的各类单片机产品都采用了CHMOS工艺。80C51系列单片机采用两种半导体工艺生产。一种是HMOS工艺,即高密度短沟道MOS工艺。另外一种是CHMOS工艺，即互补金属氧化物的HMOS工艺。CHMOS是CMOS和HMOS的结合，除保持了HMOS的高速度和高密度的特点之外，还具有CMOS低功耗的特点。例如8051的功耗为630mw，而80C51的功耗只有120mw。在便携式、手提式或野外作业仪器设备上低功耗是非常有意义的。因此，在这些产品中必须使用CHMOS的单片机芯片。(2)尽量实现单片化尽管我们常说，单片机是将中央处理器CPU、存储器和I/O接口电路等主要功能部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机，但由于工艺和其它方面的原因，很多功能部件并未集成在单片机芯片内部。于是，用户通常的做法是根据系统设计需要在外围扩展功能芯片。随着集成电路技术的快速发展和“以人为本”思想在单片机设计上的体现，很多单片机生产厂家充分考虑到用户的需求，将一些常用的功能部件，如A/D(模/数转换器)、D/A(数/模转换器)、PWM(脉冲产生器)以及LCD(液晶)驱动器等集成到芯片内部，尽量做到单片化；同时，用户还可以提出要求，由厂家量身定作(SOC设计)或自行设计。(3)共性与个性共存如今的市场上为我们提供了丰富多彩的单片机产品。从宏观上讲，有RISC和CISC两大类型；从微观上说，有Intel、Motorola、Philips、Microchip、EMC、NEC等公司的相关产品。在未来相当长的时间内，都将维持这种群雄并起、共性与个性共存的局面。究其原因，主要有以下两点。首先，以80C51为代表的单片机的基础地位不会动摇。这是因为80C51的架构和指令系统为后来的单片机提供了参考基准和强大支持，凡是学过80C51单片机的人再去学用其它类型的单片机易如反掌，借梯子爬坡何乐而不为呢？有关这方面的教材建设在出版界也得到了共识，取得了斐然的成果；这足以解释为制么在课堂上大家都以80C51的教材来进行教与学了。其次，个性化的产品如专用单片机等在满足用户需求方面得到了大家的认可，在应用领域大有后来赶上的架势；它们由于先天的优势，在80C51的基础上扬长避短，以用户需要为根本，在市场上受到欢迎。总之，80C51作为共性的代表会与个性化的产品相互依存，共同发展，将会给用户带来更大的实惠与方便。2 单片机的组成,特点及分类2.1 单片机的组成(1)单片机：将微处理器(CPU)、存储器、I/O接口电路和相应实时控制器件集成在一块芯片上，称其为单片微型计算机，简称单片机。(2)单片机的组成框图:如图2-1 (图2-1)2.2 单片机的特点(1) 单片机的存储器ROM和RAM是严格区分的。ROM称为程序存储器，只存放程序、固定常数及数据表格。RAM则为数据存储器，用作工作区及存放用户数据。这样的结构主要是考虑到单片机用于控制系统中，有较大的程序存储器空间，把开发成功的程序固化在ROM中，而把少量的随机数据存放在RAM中。这样，小容量的数据存储器能以高速RAM形式集成在单片机内，以加速单片机的执行速度。但单片机内的RAM是作为数据存储器用，而不是当作高速缓冲存储器(Cache)使用。 (2) 采用面向控制的指令系统。为满足控制的需要，单片机有更强的逻辑控制能力，特别是具有很强的位处理能力。(3) 单片机的I/O引脚通常是多功能的。由于单片机芯片上引脚数目有限，为了解决实际引脚数和需要的信号线的矛盾，采用了引脚功能复用的方法。引脚处于何种功能，可由指令来设置或由机器状态来区分。(4) 单片机的外部扩展能力强。在内部的各种功能部分不能满足应用需求时，均可在外部进行扩展(如扩展ROM、RAM，I/O接口，定时器/计数器，中断系统等)，与许多通用的微机接口芯片兼容，给应用系统设计带来极大的方便和灵活性。(5) 体积小，成本低，运用灵活，易于产品化，它能方便地组成各种智能化的控制设备和仪器，做到机电一体化。(6) 面向控制，能针对性地解决从简单到复杂的各类控制任务，因而能获得最佳的性能价格比。(7) 抗干扰能力强，适用温度范围宽，在各种恶劣的环境下都能可靠地工作，这是其它类型计算机无法比拟的。(8) 可以方便地实现多机和分布式控制，使整个控制系统的效率和可靠性大为提高。2.3 单片机的分类(1) 按生产厂家分美国的英特尔(Intel) 公司、摩托罗拉（Motorola）公司、国家办导体(NS) 公司、Atmel公司、微芯片(Microchip) 公司、洛克威尔(Rockwell)公司、莫斯特克公司(Mostek)、齐洛格(Zilog)公司、仙童(Fairchid)公司、德州仪器(TI)公司等等。日本的电气(NS)公司、东芝(Toshiba)公司、富士通(Fujitsu)公司、松下公司、日立(Hitachi)公司、日电(NEC)公司、夏普公司等等。荷兰的飞利浦(Philips)公司。德国的西门子(Siemens)公司等等。(2)按字长分i 4-BIT 单片机4 位单片机的控制功能较弱,CPU 一次只能处理4 位二进制数。ii 8-BIT 单片机8 位单片机 8 位单片机的控制功能较强，品种最为齐全。和4 位单片机相比，它不仅具有较大的存储容量和寻址范围，而且中断源、并行I/O 接口和定时器/计数器个数都有了不同程度的增加，并集成有全双工串行通信接口。在指令系统方面，普遍增设了乘除指令和比较指令。特别是8 位机中的高性能增强型单片机，除片内增加了A/D 和D/A 转换器外，还集成有定时器捕捉/比较寄存器、监视定时器(Watchdog)、总线控制部件和晶体振荡电路等。iii 16-BIT 单片机16 位单片机是在1983 年以后发展起来的。这类单片机的特点是：CPU是16 位的，运算速度普遍高于8 位机，有的单片机的寻址能力高达1MB，片内含有A/D 和D/A转换电路，支持高级语言。iv 32-BIT 单片机32 位单片机的字长为32 位，是单片机的顶级产品，具有极高的运算速度。近年来，随着家用电子系统的新发展，32 位单片机的市场前景看好。(3)按制造工艺分 HMOS 工艺 高密度短沟道MOS 工艺,具有高速度、高密度的特点。 CHMOS(或HCMOS)工艺 互补的金属氧化物的HMOS 工艺，是CMOS 和HMOS 的结合，具有高密度、高速度、低功耗的特点。Intel 公司产品型号中若带有字母“C” ，Motorola 公司产品型号中若带有字母“HC”或“L” ，通常为CHMOS 3 单片机的应用3.1 单片机的应用单片机的应用范围十分广泛，主要的应用领域有：(1) 工业控制。单片机可以构成各种工业控制系统、数据采集系统等。如数控机床、自动生产线控制、电机控制、温度控制等。(2) 仪器仪表。如智能仪器、医疗器械、数字示波器等。(3) 计算机外部设备与智能接口。如图形终端机、传真机、复印机、打印机、绘图仪、磁盘/磁带机、智能终端机等。(4) 商用产品。如自动售货机、电子收款机、电子秤等。(5) 家用电器。如微波炉、电视机、空调、洗衣机、录像机、音响设备等。3.2 常用单片机系列介绍(1)MCS系列产品第一阶段(19711976年)：单片机发展的初级阶段。1971年11月，Intel公司首先设计出集成度为2000只晶体管/片的4位微处理器Intel 4004，并配有RAM、ROM和移位寄存器，构成了第一台MCS-4微处理器。它的推出拉开了单片机研制的序幕。第二阶段(19761980年)：低性能单片机阶段。这一阶段以1976年Intel公司推出的MCS-48系列为代表产品。第三阶段(19801983年)：高性能单片机阶段。这一阶段以1980年Intel公司推出的MCS-51系列为代表产品。第四阶段(1983年至今)：16位单片机阶段。这一阶段以1983年Intel公司推出的MCS-96系列为代表产品。(2) MCS-51系列单片机的结构特点就CPU的结构来说，通用微机的CPU内部有一定数量的通用或专用寄存器，而MCS-51系列单片机则在数据RAM区开辟了一个工作寄存器区。该区共有4组，每组8个寄存器，共计可提供32个工作寄存器，相当于通用微机CPU中的通用寄存器。除此之外，MCS-51系列单片机还有颇具特色的21个特殊功能寄存器SFR。要理解MCS-51系列单片机的工作，就必须对特殊功能寄存器SFR的工作有清楚的了解。SFR使仅具有40条引脚的单片机系统的功能有很大的扩展。由于这些SFR的作用，每个通道在程序控制下，都可有第二功能，从而使得有限的引脚能衍生出更多的功能。而且，利用SFR可完成对定时器、串行口、中断逻辑的控制，这就使得单片机可以把定时/计数器、串行口、中断逻辑等集成在一个芯片上。MCS-51系列单片机在存储器结构上与通用微机也有不同之处，通用微机中程序存储器和数据存储器是一个地址空间，而单片机把程序存储器和数据存储器分成两个独立的地址空间，采用不同的寻址方式，使用两个不同的地址指针，PC指向程序存储器，DPTR指向数据存储器。采用这种结构主要是考虑到工业控制的特点。一般工业控制系统中，需要较大的程序存储器空间和较小的随机存储器空间，不同于通用微机需要较大的数据存储器空间。MCS-51系列单片机在输入输出接口方面的特点是，通道口引线在程序的控制下都可有第二功能，可由用户系统设计者灵活选择。比如数据线和地址线低8位可分时合用通道0，而地址线高8位与其它信号线也可合用通道2。由于存储器和接口都在片内，就给应用提供了方便，往往只在其引脚处增加驱动器即可简化接口设计工作，提高单片机与外设数据交换的处理速度。同时，功能变换和选择由相应的指令来控制实现，而不是靠硬件上的跳线短接等方法实现。MCS-51系列单片机I/O引脚一线多功能的特点方便了用户，但在组成应用系统时，也应根据其特点分时使用。MCS-51系列单片机的另一个显著特点是内部有一个全双工串行口，即可同时发送和接收；有两个物理上独立的接收、发送缓冲器。发送缓冲器只能写入不能读出，接收缓冲器只能读出不能写入。在程序的控制下，串行口能工作于四种方式，用户可根据需要，设定为移位寄存器方式以扩展I/O口和外接同步输入输出设备，或用作异步通信口，以实现双机或多机通信，极为方便地组成分布式控制系统。还值得一提的是，MCS-51系列单片机内部有一个功能相对独立的位处理机(即布尔处理机)，因而其具有较强的位处理功能。4 电子钟的构成4.1 电子钟的构成设计的电子钟主要由显示模块,校时模块和时钟运算模块三大部分组成。(1)显示模块：6个LED数码管从左到右分别显示时，分，秒(2)校时模块：对时、分、秒的数值校对进行操作。电子钟实际上是一个对标准频率进行计数的计数电路.由于 计数的起始时间不可能与标准时间一致,故需要在电路上加一个校时电路,同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定.通常使用石英晶体振荡器电路构成电子钟(3)运算模块：对时、分、秒的数值运算进行操作。采用24小时标准计时制。开始计时为000000，数码管显示由秒01一直加1至59，再恢复为00；分加1，由00至01，一直加1至59，再恢复00；时加1，由00至01，一直加1至23，再恢复00。数到235959后变成000000有自动复位功能各部分模块电路原理l 晶体振荡器电路 ：晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的12MHz的方波信号,可保证数字钟的走时准确及稳定.不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路.l 分频器电路 ：分频器电路将32768Hz的高频方波信号经分频后得到1Hz的方波信号供秒计数器进行计数.分频器实际上也就是计数器l 时间计数器电路 ：时间计数电路由秒个位和秒十位计数器,分个位和分十位计数器，时个位和时 十位计数器电路构成,秒个位和秒十位计数器,分个位和分十位计数器为60进制 计数器.时个位和时十位为24进制计数器l 译码驱动电路 译码驱动电路将计数器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态,并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流.l 数码管 ：本设计选用的发光二极管为LED数码管4.2 电子钟的工作原理流程图（如图4-1）校时控制晶体振荡器分频器校时校分校秒24进制计数器60进制计数器60进制计数器译码显示译码显示译码显示 (图4-1)4.3 电子钟整体电路方框图 (如图4-2)键盘AT89C51 显示器复位电路驱动时钟电路(图4-2)4.4 电子钟的构成所需元器件与技术简介4.4.1 AT89C51单片机 (1)简介:AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案.(2)主要特性：与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 AT89C系列管脚图(如图4-3) (图4-3)(3)管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向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。 P1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：口管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（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。 /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。 (4)振荡器特性:XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。震荡方式有两种，一种为内部震荡器方式，如图4-4-a所示，另一种为外部震荡器方式，如图4-4-b 所示。 (图4-4)(5)芯片擦除:整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 (6）中断的概述中断是指计算机在执行某一程序的过程中, 由于计算机系统内、 外的某种原因, 而必须中止原程序的执行, 转去执行相应的处理程序, 待处理结束之后, 再回来继续执行被中止的原程序的过程。采用了中断技术后的计算机, 可以解决CPU与外设之间速度匹配的问题, 使计算机可以及时处理系统中许多随机的参数和信息, 同时, 它也提高了计算机处理故障与应变的能力。 2） 中断源 中断源是指在计算机系统中向CPU发出中断请求的来源, 中断可以人为设定, 也可以是为响应突发性随机事件而设置。通常有I/O设备、实时控制系统中的随机参数和信息故障源等。3） 中断优先级 中断优先级越高, 则响应优先权就越高。当CPU正在执行中断服务程序时, 又有中断优先级更高的中断申请产生, 这时CPU就会暂停当前的中断服务转而处理高级中断申请, 待高级中断处理程序完毕再返回原中断程序断点处继续执行, 这一过程称为中断嵌套。 4）中断响应的过程i 在每条指令结束后, 系统都自动检测中断请求信号, 如果有中断请求，且CPU处于开中断状态下, 则响应中断。ii 保护现场, 在保护现场前, 一般要关中断, 以防止现场被破坏。保护现场一般是用堆栈指令将原程序中用到的寄存器推入堆栈。 iii 中断服务, 即为相应的中断源服务。 iv 恢复现场, 用堆栈指令将保护在堆栈中的数据弹出来, 在恢复现场前要关中断, 以防止现场被破坏。在恢复现场后应及时开中断。 v 返回, 此时 CPU将推入到堆栈的断点地址弹回到程序计数器, 从而使CPU继续执行刚才被中断的程序。 4.4.2 CC4511 集成简介4511集成分析CC4511有四个输入端A，B，C，D和七个输出端a，它还具有输入BCD码锁存、灯测试和熄灭显示控制功能，它们分别由锁存端LE、灯测试端LT、熄灭控制端/BI来控制。(1)/LT：试灯输入，是为了检查数码管各段是否能正常发光而设置的。当/LT=0时，无论输入A3 ，A2 ，A1 ，A0为何种状态，译码器输出均为低电平，若驱动的数码管正常，是显示8。 (2)/BI：灭灯输入，是为控制多位数码显示的灭灯所设置的。/BI=0时。不论/LT和输入A3 ，A2 ，A1，A0为何种状态，译码器输出均为高电平，使共阳极数码管熄灭。 (3)/RBI：灭零输入，它是为使不希望显示的0熄灭而设定的。当对每一位A3= A2 =A1 =A0=0时，本应显示0，但是在/RBI=0作用下，使译码器输出全为高电平。其结果和加入灭灯信号的结果一样，将0熄灭。 (4)/RBO：灭零输出，它和灭灯输入/BI共用一端，两者配合使用，可以实现多位数码显示的灭零控制。CC4511的引脚特点其引脚排列如图4-5所示：图(4-5)当锁存允许端LE=“0”时，锁存器直通，译码器输出端随输入端而变化，当LE=“1”时，锁存器锁定，输出端保持不变，熄灭控制端/BI=“0”时，译码器输出全“0”，因此，正常工作时应使/BI为高电平。另外灯测试端/LT=“0”时，译码器输出全“1”，数码管各段均亮，即显示“8”， 用来检测数码管是否正常。当输入的BCD码大于1001时，七段显示输出全“0”，各段均不亮。4511的逻辑图4511译码器有16只脚k(如图5-4)，所需电源为5V。输入脚D、C、B、A吸收BCD码， /LT、/BI和LE三脚为控制信号，当/LT=1、/BI=1、LE=0时（硬件连接图中，令/LT、/BI接电源正极，LE接地）且DCBA的值不超出1001时，4511译码显示，否则数码管消隐。表1为4511译码器的逻辑图。输 入 输 出LE/BI/LTDCBAabcdefg显 示XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消 隐01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消 隐01110110000000消 隐01111000000000消 隐01111010000000消 隐01111100000000消 隐01111110000000消 隐111XXXX 锁 存锁 存 (表1)4.4.3 LED数码显示器简介发光二极管LED是一种通电后能发光的半导体器件，其导电性质与普通二极管类似。LED数码显示器就是由发光二极管组合而成的1种新型显示器件。在单片机系统中应用非常普遍。LED数码显示器是1种由LED发光二极管组合显示字符的显示器件。它使用了8个LED发光二极管，其中7个用于显示字符，1个用于显示小数点。LED数码显示器有两种连接方法（1）共阳极接法。把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极，使用时公共阳极接+5V，每个发光二极管的阴极通过电阻与输入端相连。当阴极端输入低电平时，段发光二极管就导通点亮，而输入高电平时则不点亮。（2）共阴极接法。把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极，使用时公共阴极接地。每个发光二极管的阳极通过电阻与输入端相连。当阳极端输入高电平时，段发光二极管就导通点亮，而输入低电平时则不点亮。在本设计中所采用的是共阴极LED数码显示器，其引脚排列如图4-6所示：(图4-6)5 电路设计5.1 单元电路设计与分析(1)信号发生器VDD16CP09R12VSS8Q143CP010CP111DS?CC4060R11MC222pFSJT32768HzC1CAPVARCP2R6VSS8Q110CPE4VDD16秒脉冲C180+9VV0(图5-1)秒信号发生器是电子钟的核心部分，它的精度和稳定度直接决定了电子钟的质量，通常用晶体振荡器产生的脉冲经过整形，分频获得1HZ的秒脉冲。常用的典型电路如图5-1所示： 电路中利用CC4060组成两部分电路。一部分是14级分频器，其最高分频数为16384，另一部分是由外接电子表用石英晶体、电阻及电容构成振荡频率为32768HZ的振荡源。振荡器输出级经14级分频后在输出端Q14上得到1/2S脉冲并送入由C180构成的二分频器，分频后在输出端Q1上得到秒基准脉冲。检验电路是否工作，可测得CC4060的9脚有无振荡信号输出。调整微调电容C1可校准振荡