单片机实现电子钟电路设计

摘 要基于在对单片机研究的基础上，并在综合考虑经济、稳定及可靠性等因素后，本文提出了一种以由深圳宏晶科技公司生产的一款新一代超强抗干扰、高速、低功耗的单片机STC89C52RC为核心，并且以电源电路、复位电路、晶振电路、按键电路、蜂鸣器电路以及采用六位数码管动态扫描方法显示的显示电路为外围硬件电路，构成的一种可以通过对STC89C52RC单片机的控制来实现具有计时、调时、闹钟定时、秒表、整点提醒以及省电模式功能的数字电子钟的看法，并且还给出了硬件设计、软件设计、软硬件调试以及性能分析的详细介绍。关键字:STC89C52RC 单片机 电子钟 动态扫描 AbstractBased on research on the basis of single chip and integrate economic, stability and reliability factors, this paper presents a macro from Shenzhen Crystal Technology, Inc. produced a new generation of powerful anti-interference, high-speed, low power consumption of the MCU STC89C52RC the core, and to power supply circuit, reset circuit, crystal oscillator circuit, key circuit, buzzer circuit and the use of six digital tube display dynamic scan display circuit for the external hardware circuit, consisting of a can SCM control on STC89C52RC to achieve a timing adjustment, the alarm clock timer, stopwatch, and the power saving mode to remind the whole point of functional view of digital electronic clock, and also gives the hardware design, software design, hardware and software debugging and performance analysis the details.Keywords: STC89C52RC MCU clock dynamic scani目 录摘 要iAbstractii绪 论1第一章 电子钟的方案设计及其工作原理3第一节 设计要求3第二节 设计方案的论证3第三节 电子钟系统工作原理4第二章 电子钟系统的硬件电路设计5第一节 主控制器系统的设计5第二节 按键控制电路的设计16第三节 显示模块电路的设计19第四节 蜂鸣器电路的设计25第五节 电子钟的硬件资源总体分配27第三章 电子钟系统的程序设计28第一节 主程序28第二节 显示程序29第三节 定时器T0中断服务程序32第四节 定时器T1中断服务程序34第五节 调时功能程序37第六节 秒表功能程序40第七节 闹钟时间设定功能程序43第八节 省电模式功能程序46第四章 调试及性能分析48第一节 硬件调试48第二节 软件调试49第三节 软硬件联调50第四节 性能分析51结 语52参考文献53外文资料54中文译文61致 谢68附录：电子钟电路的硬件系统原理图69附录II：电子钟系统的程序清单70绪 论随着计算机技术的发展和在控制系统中的广泛应用，以及设备向小型化、智能化发展，作为高新技术之一的单片机以其体积小、功能强、价格低廉、使用灵活、可靠性好以及开发较为容易等优势，显示出很强的生命力。单片机作为最典型的嵌入式系统，由于其微小的体积和极低的成本，几乎很难找到哪个领域没有单片机的足迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机,更不用说全自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。单片机概述单片机的前身是单板机，随着集成电路的迅猛发展，在单板机的基础上，单片机应运而生。单片机，顾名思义，就是将计算机的基本部件集成到一块芯片上，包括CPU、ROM、RAM、并行口、定时器/计数器、中断系统、系统时钟及系统总线等。虽然单片机具有通用计算机的基本部件，但又不同于通用计算机。单片机主要用于控制场合，所追求的目标是：尽可能体积小，又能实时、快速地对外部事件做出响应，迅速采集大量数据，做出逻辑判断与推理后实现对被控对象的通用数调整与控制。单片机按其用途可分为通用型和专用型两大类。纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势：低功耗CMOS化、微型单片化、主流与多品种共存。 本设计选题的目的和意义计时自古以来就有不少种方法，从远古时代的滴水法、沙漏、日晷、星象等方法到现代使用的时钟计时法，可谓种样繁多，层出不穷。但所有计时钟都在向着一个方向“进化”，那就是越来越精确，越来越简单，越来越美观，越来越便捷以及越来越廉价。在现代生活中，各种时钟广泛用于个人家庭、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。随着生活水平的提高，人们越来越追求人性化的事物，传统的机械时钟已不能满足人们的需求。而目前市场上所售的数字电子钟其主要功能都是依赖于数字电路的各功能模块的组合来实现的。这些数字钟的芯片组合和电路连接都比较难，而且焊接的过程也比较复杂，相对成本比较高，为了克服这些缺点，且能适合多种场合使用，所以这次毕业设计选择了使用以单片机编程为主的数字电子钟以满足更多人的需求。这次主要是通过软件编程的方法来完成的，这样就降低了硬件电路的复杂性，而且其成本也有所降低，摆脱了数字电路设计所带来的电路复杂、焊接过程复杂、成本高等的劣势。本文所设计的数字电子钟充分挖掘了单片机的资源和运算控制能力，提高了时钟的智能化能力，具有功能多、显示稳定、硬件设计简单、成本低谦、可靠性高等诸多优点。设计所涉及的内容和所做的工作本设计中的电子钟的核心是STC89C52RC单片机，涉及到的内容有单片机的工作原理，主要包括单片机各管脚的输入输出控制，其内部的定时器工作原理，及其定时中断功能；同时，还主要介绍了LED数码管动态扫描显示的原理。本设计所做的工作主要有以下几个方面。第一，收集设计题目相关资料，并分析题目要求；第二，比较各种方案，选择可行方案，并画出总体设计框图；第第三，根据框图对硬件电路模块化设计，包括对主控制器系统模块、控制模块、显示模块以及发声模块的设计，并给出总体设计电路图。第四，根据设计要求功能设计程序；第五，对程序及硬件调试并修改错误；第五，按规定格式绘制各种电路图；第六，按规定格式完成设计说明书。第一章 电子钟的方案设计及其工作原理第一节 设计要求用LED显示时、分、秒，以24小时计时方式运行，能够整点提醒（短蜂鸣，响声次数代表整点时间）。使用按键开关可实现时分调整，可实现秒表/时钟功能转换。能够实现省电模式（关闭显示）及定时设定提醒（蜂鸣器）。第二节 设计方案的论证电子时钟是本设计的最主要的部分。根据本设计需要，可利用三种方案实现。 方案一：电子钟由石英晶体振荡器、分频器、计数器、译码器显示器和校时电路组成。振荡器产生稳定的高频脉冲信号,作为数字钟的时间基准,然后经过分频器输出标准秒脉冲。其功能也主要依赖于数字电路的各功能模块的组合来实现。用此方法设计，智能化效果较差，而且电路性能不够稳定，降低实现效果，焊接的过程比较复杂,成本也较高，所以本次设计不宜选用。方案二：采用 EDA(电子设计自动化)作为主控制器控制外围电路进行电压，时钟、键盘和LED控制。此方案虽然自动化程度较高，但逻辑电路复杂，且灵活性较低，不利于各种功能的扩展，同时在对电路进行检测时比较困难。所以本次设计也不采用。方案三：采用单片机作为控制器，时间显示采用6位LED数码管。利用单片机内部的定时/计数器进行中断定时，配合软件延时实现时、分、秒的计时及秒表计时以及其它预定功能。此方法设计的电子钟系统将具有电路简单，设计方便，节省硬件成本，显示亮度高，耗电较少，可靠性高等诸多优点。综合考虑电子钟硬件设计成本、系统最小化、简单化、可靠性等因素，本设计选择方案三。其系统总体设计方案框图如图1.2所示：图1.2 硬件系统总体设计框图第三节 电子钟系统工作原理本设计电子钟系统接通电源后，由外部晶振电路提供时钟信号，利用单片机内部的定时器T0、T1进行定时控制，通过单片机I/O口将时间信号以字符形式显示在六个数码管上。其间，按复位按键可使电子钟系统清零重新开始计时，也可通过按下功能键使电子钟进入时钟调时、闹钟定时、秒表计时、省电模式状态。此外，该系统将由蜂鸣器实现闹钟和整点报时发声功能。第二章 电子钟系统的硬件电路设计硬件设计是整个系统设计的基础，为设计有效且避免不必要的故障问题，设计应采用模块化的方法，先分别设计各个模块，再将各模块整合形成硬件电路总体设计。本设计按照主控制器系统模块、控制模块、显示模块、发声模块的顺序进行详细说明，如下。第一节 主控制器系统的设计一、主控制器单片机的选择及介绍1. 单片机的选择现在常用的51结构的单片机有Atmel公司的AT89CXX系列、AT89SXX系列、AT89C20系列（20引脚），此外，STC的、合泰的、笙泉的所有单片机都是51结构的。其中,STC89C52RC单片机是由深圳宏晶科技司生产的一款新一代超强抗干扰、高速、低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，片内含8K bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器，512bytes的随机数据存诸器（RAM），三个定时/计数器，8个中断源。加密性强，出厂时已经加密。其功能强大，适合于许多较为复杂控制应用场合。其主要功能特性如下：兼容MCS51指令系统；8k可反复擦写(1000次)Flash ROM；32个双向I/O口；512bytes内部RAM；3个16位可编程定时/计数器；工作频率范围：040MHz相当于普通8051的080MHz，实际工作频率为48MHz； 工作电压：5.5V3.4V（5V单片机）3.8V2.0V（3V单片机）；2个串行中断；可编程UART串行通道；2个外部中断源；共8个中断源；2个读写中断口线；3级加密位；低功耗空闲和掉电模式；封装：LQFP-44，PDIP-40，PLCC-44，PQFP-44；软件设置睡眠和唤醒功能；综合考虑，本设计电子钟系统主控制器用到的单片机就选择由深圳宏晶科技公司生产的此款STC89C52RC单片机，采用PDIP（双列直插式）封装。原因如下：首先，虽然该单片机是8位的，但是做本设计电子钟系统资源足够且性能优越，尤其是考虑到该单片机具有8KB的ROM程序存储空间，这对设计程序的大小要求放宽了限制；其次，STC89C52具有加密性强、低功耗、高速、高可靠、强抗静电和强抗干扰等诸多优点，有利于提高电子钟的精确度；再者，STC89C52价格低廉，市场价只有3-8元，可降低硬件电路成本。 对本设计使的STC89C52RC40CPDIP型号为例的单片机产品名牌说明如下：STC公司名。89系列号。C采用CHMOS工艺结构，区别于HMOS结构型；C,工作电压：5.5V3.8V；LE，工作电压：2.43.8V。52产品型号，诸如还有51、53、54、55、58等，其中，程序空间大小为：51是4K字字，52是8K字节，53是15K字节，54是16KP字节，58是32K 字节，516是64K字节等。表示其存储空间大小，这与所编程序大小有关。RC表示RAM大小，RC：RAM为512，RD+：RAM为1280。40表示工作频率，25：工作频率可到25MHz，40：工作频率可到40MHz，50：工作频率可到50MHz。C表示工作温度范围，I：工业级，-40+85，C：商业级，070。PDIP何种封装，如PDIP，PLCC，PQFP。2.芯片引脚和其芯片内部资源说明STC89C52RC引脚如图2.1所示： 图2.1 STC89C52RC引脚图（1）引脚说明本设计主要使用了主电源引脚Vcc和Vss、四个I/O口引脚、复位引脚RST、EA引脚以及外部晶振引脚XTAL1、XTAL2。说明如下：主电源引脚Vcc和Vss 通常，Vss接地，Vcc在正常操作、对EPROM编程和验证时接+5V电源。I/O口引脚：P0 口：双向8位三态IO口，此口为地址总线（低8位）及数据总线分时复用口，可驱动8个LSTTL负载。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动 8 个 LSTTL 逻辑门电路，对端口 P0 写“1”时，可作为高阻抗输入端用。各口线内无固定上拉电阻，由2个MOS管串接，既可开漏输出，又可处于高阻的“浮空”状态，故称为双向三态I/O口。 P1 口：8位准双向I/O口，可驱动4个LSTTL负载。该IO口线内有固定的上拉电阻，当该准双向口作输入口使用时，要向该口先写“1”，且无高阻的“浮空”状态。Flash 编程和程序校验期间，P1 接收低 8 位地址。P1.0 和 P1.1 还可分别作为定时/计数器 2 的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX），参见表 2.1.1。表2.1.1 P1.0和P1.1的第二功能引脚号 功能特性P1.0T2(定时器/计数器2外部计数脉冲输入），时钟输出P1.1T2EX(定时/计数器2捕获/重装载触发和方向控制)表2.1.2 P3口的第二功能端口引脚第二功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2（外中断0）P3.3（外中断1）P3.4T0 （定时/计数器0）P3.5T1 （定时/计数器1）P3.6 （外部数据存储器写选通）P3.7 （外部数据存储器读选通）P2口：8位准双向IO口，与地址总线（高8位）复用，可驱驱动4个LSTTL型负载。该IO口线内有固定的上拉电阻，当该准双向口作输入口使用时，要向该口先写“1”，且无高阻的“浮空”状态。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。Flash 编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。P3口：8位准双向IO口，双功能复用口，可驱动4个LSTTL负载。该IO口线内均有固定的上拉电阻，当该准双向口作输入口使用时，要向该口先写“1”，且无高阻的“浮空”状态。P3口各引脚第二功能如表2.1.2所示：RST/Vpd复位引脚：复位输入端口，当振荡器运行时，在此引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。推荐在此引脚与Vss 引脚之间连接一个约8.2K的下拉电阻，与Vcc引脚之间连接一个约10uF的电容，以保证可靠的复位。Vcc掉电期间，此引脚可接上备用电源，以保持内部RAM的数据。当Vcc降到低于规定的水平，而Vpd在其规定的电压范围（5V0.5V）内，Vpd就向内部RAM提供备用电源。引脚：当时，访问内部程序存储器，但在PC（程序计数器）值超过0FFFH（对8051/8751/80C51）或1FFFH（对8052）时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当时，则只访问外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器。Flash 存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12编程电压Vpp。外部晶振引脚XTAL1、XTAL2：XTAL1为内部振荡电路反相放大器的输入端，是外接晶振的一个引脚。当采用外部振荡器时，此引脚应接地。XTAL2为内部振荡电路反相放大器的输出端，接外部晶振的另一端。采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。（2）内部主要资源说明定时器0和定时器1STC89C52RC有两个16位的定时器/计数器T0和T1，它们各由两个独立的8位寄存器组成，共有4个独立的寄存器TH0、TL0、TH1、TL1。可以分别对这4个寄存器进行字节寻址，但不能把T1或T0当作一个16 位的寄存器来寻址访问。定时器2定时器2是一个16位定时/计数器。它既可当定时器使用，也可作为外部事件计数器使用，其工作方式由特殊功能寄存器T2CON的C/T2位选择。定时器2有三种工作方式：捕获方式，自动重装载（向上或向下计数）方式和波特率发生器方式。定时器2由两个8位寄存器TH2和TL2组成，在定时器工作方式中，每个机器周期TL2寄存器的值加1，由于一个机器周期由12个振荡时钟构成，因此，计数速率为振荡频率的1/12。在计数工作方式时，当T2引脚上外部输入信号产生由1至0的下降沿时，寄存器的值加1，在这种工作方式下，每个机器周期的确良5SP2期间，对外部输入进行采样。若在第一个机器周期中采对的值为1，而在下一个机器周期中采到的值为0，则在紧跟着的下一个周期的S3P1期间寄存器加1。由于总识别1至0的跳变需要2个机器周期（24个振荡周期）因此，最高计数速率为振荡频率的1/24。为确保采样的正确性，要求输入的电平在变化前至少保持一个完整周期的时间，以保证输入信号至少被采样一次。中断STC89C52共有6个中断向量：两个外中断（INTO和INT1）3个定时器中断（定时器0、1、2）和串行口中断。这些中断可通过分别设置专用寄存器IE的置位或清0来控制每一个中断的允许或禁止。IE也有一个总禁止位EA，它能控制所有中断的允许或禁止。定时器2的中断是由T2CON中的TF2和EXF2逻辑或产生的，当转向中断服务程序时，这些标志位不能被硬件清除，事实上，服务程序需确定是TF2或EXF2产生中断，而由软件清除中断标志位。定时器0和定时器1的标志位TF0和TF1在定时器溢出那个周期的S5P2状态置位，而会在下一个机器周期才查询到该中断标志。然而，定时器2的标志位TF2在定时器溢出的那个机器周期的S2P2状态置位，并在同一个机器周期内查询到该标志位。特殊功能寄存器在STC89C52RC存储器中，80HFFH共128个单元为特殊功能寄存器（SPE）。并非所有的地址都被定义，从80HFFH共128个字节只有一部分被定义，还有相当一部分没有定义。对没有定义的单元读写将是无效的，读出的数值将不确定，而写入的数据也将丢失。不应将数据“1”写入未定义的单元，由于这些单元在将来的产品中可能赋予新的功能，在这种情况下，复位后这些单元数值总是“0”。中断寄存器STC89C52有8个中断源，2个中断优先级，IE寄存器控制各中断位，IP存储器中8个中断源的每一个可定为2个优先级。数据存储器STC89C52RC有512个字节的内部RAM，80HFFH高128个字节与特殊功能寄存器（SFR）地址是重叠的，也就是高128字节的RAM和特殊功能寄存器的地址是相同的，但物理上它们是分开的。当一条指令访问7FH以上的内部地址单元时，指令中使用的寻址方式是不同的，也即寻址方式决定是访问高128字节RAM还是访问特殊功能寄存器。如果指令是直接寻址方式则为访问特殊功能寄存器。间接寻址指令访问高128字节RAM，例如，下面的间接寻址指令中，R0的内容为0A0H，则访问数据字节地址为0A0H，而不是P2口（0A0H）。由于，堆栈操作也是间接寻址方式，所以，高128位数据RAM亦可作为堆栈区使用。二、电源电路的设计由分析可知，主控制器能够正常工作必须要有+5V的直流电源供电。但由于日常用到的都是220V的交流电源，整个系统采用的电源电压只需+5V直流电压，所以，需要用转换电路将其转换为线路设计中所用到的直流电源。要想电子钟正常工作得到+5V的输出电压，就需将交流220V的电压经过变压器、整流电路和稳压电路三个部分来实现。采用不可调的3端稳压器件，用常用的CM7805就可以满足系统电源的要求。电源电路如图2.2所示： 图2.2 电源电路图电源电路由桥式整流、滤波电容、7805稳压器及电源指示灯组成。变压器原边为工频交流220V电压，经过变压后，变压器副边的电压变为交流11V，11V交流电压经过桥式整流电路整流后变为直流10V电压，直流10V电压作为CW7805的输入电压，CW7805输出+5V电压。图中D2为整流桥，它由四个整流二极管接成电桥形式。C3为滤波电容，C1用于抵消输入端较长接线的电感效应，以防止自激振荡，还可抑制电源的高频脉冲干扰。一般取0.11F。CW7805为三端固定输出集成稳压器，其输入和输出电压都为固定值，它的输入电压为+10V，输出电压为+5V。C2和C4用以改善负载的瞬态响应，消除电路的高频噪声，同时也具有消振作用。三、晶振电路的设计1.晶振的作用晶振是电路中常用的时钟元件,全称叫晶体震荡器。之所以要用晶振，是为了让它给电路中各信号元件提供一个基准频率。就像一群人跳舞，需要有节拍一样，要想跳的成功，就需要集体配合，这就是节拍的功用，在什么时候做什么动作，在什么时候某个舞蹈演员表演。电路也一样，否则电路各部分工作频率不一致，必然导致电路功能的无法实现。在单片机系统里晶振的作用非常大，他结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快。因此，对于任何一个单片机为主控制器的系统，晶振电路的设计必不可少，同样，晶振电路设计对本设计也是至关重要。2.晶振电路设计(1)晶振电路原理晶振电路是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以晶振频率为基准，有条不紊的一拍一拍地工作。因此，晶振频率直接影响单片机的速度，晶振电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。单片机常用的晶振电路有两种方式：一种是内部时钟方式，利用芯片内部的振荡电路，产生时钟信号；另一种为外部时钟方式, 时钟信号由外部引入。本文用的是内部时钟方式。时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信号。在STC89C52RC芯片内部有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别是该放大器的输入端和输出端，该放大器与作为反馈元件的片外石英晶体（或陶瓷谐振器）及两个等容量电容接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路，接在放大器的反馈回路中,这种方称为内部时钟方式，如图2.3所示。图2.3 晶振电路图(2)电路参数说明振荡频率f取决于晶振的频率。常用的晶振频率有6MHz、12 MHz。晶体振荡器取1.2至12MHZ。晶体振荡器频率越高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也快。两个电容主要作用是帮助起振（谐振），称其为谐振电容，对电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小多少会影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性，起振的快速性和温度稳定性，如果振荡器已起振，则在XTAL2引脚上输出3V左右的正弦波。因此常用调节两个电容的容量大小对频率进行微调，电容容量一般在20100pF之间选择，当时钟频率为12MHz时典型值为30pF，外接陶瓷谐振器时，两个电容的典型值约为47pF。设计选用的是12MHz的常用的石英晶振。四、复位电路的设计任何一个单片机控制的系统，复位电路的设计必不可少。单片机复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。复位是单片机的初始化操作，使单片机进入初始化状态，其作用是使CPU中的各个部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。51内核的单片机在系统复位时，将其内部的一些重要寄存器设置为特定的值，其中包括使程序计数器PC0000H，这表明程序从0000H地址单元开始执行。至于内部RAM内部的数据则不变。51单片机复位后，P0P3四个并行接口全为高电平，其它寄存器全部清零，只有SBUF寄存器状态不确定。单片机冷启动后，片内RAM为随机值，运行中的复位操作不改变片内RAM区中的内容，21个特殊功能寄存器复位后的状态为确定值，见下表2.4 (说明：表中符号*为随机状态) 。表2.4 单片机复位后各特殊功能寄存器的初始化值特殊功能寄存器初始状态特殊功能寄存器初始状态A00HTMOD00HB00HTCON00HPSW00HTH000HSP07HTL000HDPL00HTH100HDPH00HTL100HP0P3FFHSBUF不定IP*00000BSCON00HIE0*00000BPCON0*BA00H，表明累加器已被清零；PSW00H，表明选寄存器0组为工作寄存器组；SP07H，表明堆栈指针指向片内RAM 07H字节单元，根据堆栈操作的先加后压法则，第一个被压入的内容写入到08H单元中；Po-P3FFH，表明已向各端口线写入1，此时，各端口既可用于输入又可用于输出；IP00000B，表明各个中断源处于低优先级；IE000000B，表明各个中断均被关断；1.复位电路工作原理单片机的复位是由RST引脚来控制的，此引脚与高电平相接超过24个振荡周期后(即两个机器周期)单片机会自动复位。单片机即进入芯片内部复位状态，执行复位操作。因为本系统的晶振频率为12MHz，所以，复位信号持续时间应当超过2S才能完成复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态，直到RST引脚转为低电平后，才检查EA引脚是高电平或低电平，若为高电平则执行芯片内部的程序代码，若为低电平便会执行外部程序。单片机通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。RST/VPD端的高电平直接由上电瞬间产生高电平则为上电复位；若通过按钮产生高电平复位信号称为手动按钮复位。本设计的复位电路采用的是按键复位，它兼具上电复位功能。本设计的复位电路如图2.4所示，只要在RST复位输入引脚上接一电容至Vcc端，下接一个电阻到地，电容两端接一按键开关即可。图2.4 复位电路图上电复位过程：上电瞬间，电容充电电流最大，电容相当于短路，RST端为高电平，自动复位；RST持续一段时间高电平后,电容两端的电压达到电源电压时，电容充电电流为零，最终稳定在低电平，电容相当于开路，RST端为低电平，程序正常运行。高电平持续时间由RC时间常数决定。手动复位（按键复位）过程：首先经过上电复位，当按下按键时，RST直接与VCC相连，为高电平形成复位，同时电解电容被短路放电；按键松开时，VCC对电容充电，充电电流在电阻上，RST依然为高电平，仍然是复位，充电完成后，电容相当于开路，RST为低电平，正常工作。2.复位电路相关参数说明(1)电容的选取在时钟电路工作后，只要在RST引脚上出现2s以上的高电平，单片机就实现状态复位。由于本电路，其值远远大于要求有效复位时间，故可可靠复位。(2)考虑手按键的时间人手按键时间远远大于单片机有效复位时间，故可可靠复位第二节 按键控制电路的设计由分析可知，本设计的电子钟系统要涉及到时钟调时、闹钟定时、秒表功能、省电模式功能间的切换，要用到按键，所以控制模块的设计主要是对按键控制电路的设计。键盘分编码键盘和非编码键盘。键盘上闭合键的识别由专用的硬件编码器实现，并产生键编码号或键值的称为编码键盘，如计算机键盘。而靠软件编程来识别的称为非编码键盘。在单片机组成的各种系统中，用的最多的是非编码键盘。非编码键盘的按键方式又分为：独立式按键和行列式按键。由于本设计要实现的功能较少，且行列式按键程序设计时相对复杂，所以我们采用的是4个独立式的按键。一、 独立式按键工作原理独立式按键的电路结构如图2.5.1所示，是指直接用I/O口线构成的单个按键电路。每个独立式按键单独占有一根I/O口线，每根I/O口线上的按键工作状态不会影响其他I/O口线上的工作状态。上拉电阻保证了按键断开时，I/O口线有确定的高电平。独立式按键有查询和中断方式两种。通常采用查询方式电路，按键输入都采用低电平有效。按键查询的工作原理是：TTL中，如果I/O不是三态口，某一线与跟它相连的线是一个“线与”关系，即线为低电平，则I/O口就为低电平。某一线和具有三态功能的I/O口相连，当与线连接的口为高阻态时，和它相连接的线产生“线或”关系。本设计中，按键设置成与P1口相连，而P1口是非三态口，所以线与口关系是“线与”。查询工作过程中，首先逐位查询每根I/O口线的输入状态，如某一根I/O口线输入为低电平，则可确认该I/O口线所对应的按键已按下，然后，再转向该键的功能处理程序。图2.5.1 按键电路图二、按键消抖按键的物理特性：我们用到的按键都是利用机械触点的合、断作用。一个电压信号通过机械触点的闭合、断开作用，在闭合及断开瞬间会有抖动过程，会出现一系列负脉冲。其抖动示意图如图2.5.2所示。抖动时间的长短，与开关的机械特性有关，大约5ms左右，因此为了保证CPU对按键的判断，就需要去除抖动影响。图2.5.2 按键抖动波形示意图去抖动的措施：一般有硬件和软件两种，硬件是用R-S触发器或单稳态电路构成的硬件去抖动电路，如图所示2.5.3。在键数较少时可用硬件方法消除键抖动。如果按键较多，常用软件方法去抖动，即检测出键闭合后执行一个延时程序，产生5ms10ms的延时，让前沿抖动消失后再一次检测的状态，如果仍保持闭合状态电平，则确认为真正有键按下。当检测到按键释放后，也要给5ms10ms的延时，待后沿抖动消失后才能转入该键的处理程序。硬件去抖电路相对复杂，所以本设计采用软件消抖的方法。 图2.5.3 硬件消抖电路图三、本设计按键功能设置Key0 键：在时钟计时状态下，按key0可进入调时功能，重复按键可轮流选中调时单元，直至退出调时状态。Key1键：在时钟计时状态下，按key1键可直接进入秒表功能状态，再按住不松手可开始秒表计时，松手则停止；在调时状态下，按key1键可进行调时加；在闹钟定时状态下，按key1键可进行定时加。Key2键：在时钟计时状态下，按key2键可直接进入闹钟定时状态，重复按键可轮流选中定时单元，直至退出闹钟定时状态；在时钟调时状态下，按key2键可进行时钟调时减；在秒表状态下，按key2键可将秒表计时清0。Key3键：在时钟计时状态下，按key3键可直接进入省电模式，即数码管显示关闭，时钟正常计时，再按则退出省电模式；在秒表功能下，按key3 键可退出秒表状态。第三节 显示模块电路的设计 由于本计的电子钟要进行时间显示，所以接下来要进行显示模块的设计说明，如下。一、显示器选择单片机系统中常用的显示器方案有两种：方案一：LCD(Liquid Crystal Display)液晶显示器。LCD液晶显示器是利用光的偏振现象来显示的。既能显示简单的字符，也能显示各种复杂的图形和自定义的字符，因此应用比较广泛。LCD液晶器具有本身不发光，靠反射或者透射其他光源的优点，同时具有功耗小，可靠性高，寿命长，体积小，电源简单等特点，非常适合于嵌入式系统、移动设备和掌上设备的使用。但由于其本身并不发光，靠反射或者透射其他光源的特点，所以亮度较低。此外，一块普通的LCD高达几百元，对于学生来说成本较高。方案二：LED(Light Emitting Diode)显示器是由LED发光二极管发展过来的一种显示器件，是发光二极管的改型。LED是发光二极管的简称，是一种将电能转换成光能的设备。本身也是一种光源。LED显示器是由发光二极管排列组成的一种显示器件。它采用低电压扫描驱动，具有：耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远等特点，成本较低。简单地说，LCD与LED是两种不同的显示技术，LCD是由液态晶体组成的显示屏，而LED则是由发光二极管组成的显示屏。但是，LED显示器与LCD显示器相比，LED在亮度、功耗、可视角度和刷新速率、廉价等方面，都更具优势。所以综合以上考虑，本设计采用方案二。二、LED数码管显示原理及型号选择LED数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管，是单片机系统中最常用的一种显示输出。LED数码管中各段发光二极管的伏安特性和普通二极管类似，只是正向压降较大，正向电阻也较大。发光二极管具有单向导电性，只有当外加的正向电压使得正向电流足够大时才发光，它的开启电压比普通二极管的大，红色的在1.8V2.2V之间，绿色的约为2V。 数码管按段数可分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）。八段数码管可以显示09等10个数字和小数点，使用非常广泛，它的外观如图2.6.1所示。按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等数码管。图2.6.1 数码管“8”字图按发光二极管连接方式数码管又分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极（COM）的数码管，如图2.6.2所示。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到高电平，每个LED的阴极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点）,当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极（COM）的数码管，如图2.6.3所示。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，每个LED的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点），当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。通过控制这个公共端，可使该位亮或暗,称作位选。如共阴极端接地或共阳极接高电平，则该位显示器有效，反之无效。为了在数码管上显示数字或字符，必须对数字或字符进行编码，这称为段选。八段数码管为LED显示器提供的编码正好是一个字节。 图2.6.2 共阴数码管 图2.6.3 共阳数码管本设计采用型号为BS12.7R1的6位数码管。以此型号为例，对国产LED数码管型号含义说明如下：BS半导体发光数码管。12.7数码管字符高度为12.7mm。R红色（G，代表绿色；OR，代表橙红色）。1共阳极接法（2代表共阴极接法）。由于显示的数据和LED数码管的段控码并不是一一对应的关系，即显示的数据与数码管的字型代码不相符。显示数据与字型代码之间存在着转换关系，数码管段控数据和数码管各段的对应关系如2.6.1表：表2.6.1 数码管断码和字型的对应关系（共阳极）字型D7D6D5D4D3D2D1D0段码（16进制表示）dpgfedcba0110000000CO1111110010F92101001000A43101100000B04100110019951001001092610000010827111110000F88100000008091001000090A1000100088B1000001183C110001100C6D101000000A0E1000011086F100011108EP.0000011006全亮0000000000全灭111111110FF三、显示方式选择方案一：静态显示。静态显示的特点是每个数码管的段选必须接