基于-单片机定时闹铃设计

1、-PAGE . z摘要时间是现代社会中不可缺少的一项参数,无论是平时生活还是社会生产都需要对时间进展控制,有的场合对其准确性还有很高的要求.采用单片机进展计时，对于社会生产有着十分重要的作用。本文首先在绪论中介绍了单片机和时钟的概念和现状，然后在对单片机系统、喇叭装置和显示电路做了深入的研究之后，提出了系统总体设计方案，并设计了各局部硬件模块和软件流程，在用汇编语言设计了具体软件程序后，用伟福软件进展了仿真和调试,结果证明了该设计系统的可行性。由于AT89C51系列单片机的控制器运算能力强，处理速度快，可以准确计时，很好地解决了实际生产生活中对计时高准确度的要求，因此该设计在现代社会中具有广泛

2、的适用性。关键字：AT89C51,定时,LCD显示,仿真，调试AbstractModern society is indispensable to a parameter, whether in peacetime or in social production need to control the time, there are some occasions to its high accuracy requirements. Microcontroller used to time, the munity has a production very important role. Thi

3、s paper first introduced in the introduction of the concept of SCM and clock and the status quo, then the SCM system, speakers and display circuit devices do an in-depth study, the overall design of the system proposed programme, all parts of the design of the hardware module And software processes

4、used in the pilation of the specific language of the software design process, Fu Wei-use software simulation and debugging, the results proved the feasibility of the design. As the controller AT89C51 MCU puting capability and processing speed, precision timing, a good solution to the life of the act

5、ual production of high precision timing of the request, so the design in modern society has a broad applicability. Keyword: AT89C51, timing, LCD display, simulation, debugging目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc202164648第一章绪论 PAGEREF _Toc202164648 h 1HYPERLINK l _Toc202164649第一节设计本电子定时闹钟的目的和意义 PAGERE

6、F _Toc202164649 h 1HYPERLINK l _Toc202164650第二节单片机和数字钟介绍 PAGEREF _Toc202164650 h 1HYPERLINK l _Toc202164651一、单片机介绍 PAGEREF _Toc202164651 h 1HYPERLINK l _Toc202164652二、数字钟介绍 PAGEREF _Toc202164652 h 3HYPERLINK l _Toc202164653第三节本LCD电子闹钟的特点和功能介绍 PAGEREF _Toc202164653 h 4HYPERLINK l _Toc202164654一、本电子钟设

7、计特点 PAGEREF _Toc202164654 h 4HYPERLINK l _Toc202164655二、本电子钟的主要功能 PAGEREF _Toc202164655 h 4HYPERLINK l _Toc202164656第二章总体方案设计与硬件设计 PAGEREF _Toc202164656 h 5HYPERLINK l _Toc202164657第一节总体设计方案 PAGEREF _Toc202164657 h 5HYPERLINK l _Toc202164658第二节电路总体概念图设计 PAGEREF _Toc202164658 h 5HYPERLINK l _Toc20216

8、4659第三节 MCS-51单片机硬件构造设计 PAGEREF _Toc202164659 h 6HYPERLINK l _Toc202164660一、MCS51单片机部总体构造 PAGEREF _Toc202164660 h 6HYPERLINK l _Toc202164661二、 MCS-51单片机的引脚 PAGEREF _Toc202164661 h 6HYPERLINK l _Toc202164662三、 MCS-51 的微处理器 PAGEREF _Toc202164662 h 9HYPERLINK l _Toc202164663四、 MCS-51存储器的构造 PAGEREF _Toc

9、202164663 h 9HYPERLINK l _Toc202164664五、 MCS-51 的并行I/O口 PAGEREF _Toc202164664 h 14HYPERLINK l _Toc202164665六、MCS-51时钟电路与时序 PAGEREF _Toc202164665 h 16HYPERLINK l _Toc202164666七、 MCS-51的复位和复位电路 PAGEREF _Toc202164666 h 17HYPERLINK l _Toc202164667第四节主控芯片AT89C51的设计 PAGEREF _Toc202164667 h 18HYPERLINK l _

10、Toc202164668第五节时钟电路局部设计 PAGEREF _Toc202164668 h 20HYPERLINK l _Toc202164669第六节 LCD显示电路局部 PAGEREF _Toc202164669 h 21HYPERLINK l _Toc202164670一、LCD介绍 PAGEREF _Toc202164670 h 21HYPERLINK l _Toc202164671二、 LCD的选材 PAGEREF _Toc202164671 h 25HYPERLINK l _Toc202164672第七节喇叭局部的电路 PAGEREF _Toc202164672 h 26HYP

11、ERLINK l _Toc202164673第三章软件设计 PAGEREF _Toc202164673 h 27HYPERLINK l _Toc202164674第一节软件设计概述 PAGEREF _Toc202164674 h 27HYPERLINK l _Toc202164675第二节主函数的设计 PAGEREF _Toc202164675 h 27HYPERLINK l _Toc202164676第三节局部设计思想的说明 PAGEREF _Toc202164676 h 28HYPERLINK l _Toc202164677一、程序初始化 PAGEREF _Toc202164677 h 2

12、8HYPERLINK l _Toc202164678二、闹钟的实现 PAGEREF _Toc202164678 h 29HYPERLINK l _Toc202164679三、显示程序 PAGEREF _Toc202164679 h 29HYPERLINK l _Toc202164680第四章软件仿真 PAGEREF _Toc202164680 h 31HYPERLINK l _Toc202164681第一节仿真器介绍 PAGEREF _Toc202164681 h 31HYPERLINK l _Toc202164682第二节仿真器编程 PAGEREF _Toc202164682 h 33HYP

13、ERLINK l _Toc202164683第三节仿真器执行 PAGEREF _Toc202164683 h 33HYPERLINK l _Toc202164684总结 PAGEREF _Toc202164684 h 34HYPERLINK l _Toc202164685外文资料 PAGEREF _Toc202164685 h 35HYPERLINK l _Toc202164686中文译文 PAGEREF _Toc202164686 h 42HYPERLINK l _Toc202164687参考文献 PAGEREF _Toc202164687 h 47HYPERLINK l _Toc20216

14、4688致 PAGEREF _Toc202164688 h 48HYPERLINK l _Toc202164689附录 PAGEREF _Toc202164689 h49HYPERLINK l _Toc202164690附录1 源程序代码 PAGEREF _Toc202164690 h 49HYPERLINK l _Toc2021646912 系统原理图 PAGEREF _Toc202164691 h 78-. z第一章 绪论第一节 设计本电子定时闹钟的目的和意义一、复习和稳固所学过的知识，利用此毕业设计正好可以对所学过的知识进展系统的回忆和总结。二、拓展知识面，课堂的知识是远远满足不了设计的

15、要求的，这就需要我们主动去找寻更多的资料，了解更多的知识。三、培养了设计能力和解决实际问题的能力，同时增强了自学能力，通过设计完整的单片机系统也初步掌握了组成系统、编程、调试等能力。四、通过本LCD电子钟的设计初步了解了单片机应用系统开发研制过程，软件和硬件设计的方法。第二节 单片机和数字钟介绍一、单片机介绍1.单片机定义单片机就是将计算机的根本部件集成到一块芯片上，包括CPUCentral Processing Unit、ROM(Read Only Memory)、RAMRandom Access Memory、并行口Parallel Port、串行口(Serial Port)、定时器计数器

16、(Timer/Counter)、中断系统(Interrupt System)、系统时钟及系统总线等。2.单片机分类单片机按照其用途可分为通用型和专用型两大类。通用型单片机具有比拟丰富的部资源，性能全面且适应性强，能覆盖多种应用需求。专用单片机是专门针对*个特定产品的，例如，专用于电机控制的单片机、车载电子设备、语音信号处理和家用电器中的单片机等。3.单片机的开展概况单片机的开展经历了探索完善MCU化百花齐放四个阶段。1芯片化探索阶段20世纪70午代，美国的Fairchild(仙童)公司首先推出了第一款单片机F8，随后Intel公司推出了影响面大、应用更广的MCS48单片机系列。MCS48单片机

17、系列的推出标志着在工业控制领域，进入到智能化嵌入式应用的芯片形态计算机的探索阶段。参与这一探索阶段的还有Motorola、Zilog和Ti等大公司，它们都取得了满意的探索效果，确立了在SCMC的嵌入式应用中的地位。这就是Single Chip Microputer的诞生年代，单片机一词即由此而来。这一时期的特点是： 嵌入式计算机系统的芯片集成设计； 少资源、无软件，只保证根本控制功能。2构造体系的完善阶段在MCS-48探索成功的根底上很快推出了完善的、典型的单片机系列MCS-5l。MCS-51系列单片机的推出，标志着Single Chip Microputer体系构造的完善。它在以下几个方面奠

18、定了典型的通用总线型单片机的体系构造。1完善的总线构造并行总线：8位数据总线、16位地址总线及相应的控制总线，两个独立的地址空间；串行总线：通信总线，扩展总线。2完善的指令系统具有很强的位处理功能和逻辑控制功能，以满足工业控制等方面的需要；功能单元的SFR(特殊功能存放器)集中管理。3完善的MCS-51成为SCMC的经典体系构造日后，许多电气商在MCS-51的核和体系构造的根底上，生产出各具特色的单片机。3从SCMC向MCU化过渡阶段Intel公司推出的MCS96单片机，将一些用于测控系统的模数转换器(ADC)、程序运行监视器(WDT)、脉宽调制器(PWM)、高速I/O口纳入片中，表达了单片机

19、的微控制器特征。由于MCS-51单片机系列向各大电气商的广泛扩散，许多电气商竞相使用80C51为核，将许多在测控系统中使用的电路技术、接口技术、可靠性技术应用到单片机中；随着单片机外围功能电路的增强，进一步强化了智能控制器的特征。微控制器(Microcontrollers)成为单片机较为准确表达的名词。其特点是： 1满足嵌入式应用要求的外围扩展，如WDT、PWM、ADC、DAC、高速I/0口等。2众多计算机外围功能集成，如：提供串行扩展总线：SPI、I2C、BUS、Microwire；配置现场总线接口：CAN BUS。3CMOS化，提供功耗管理功能。4提供OTP供给状态，利于大规模和批量生产。

20、4MCU的百花齐放阶段单片机开展到这一阶段，说明单片机已成为工业控制领域中普遍采用的智能化控制工具小到玩具、家电行业，大到车载、舰船电子系统，普及计量测试、工业过程控制、机械电子、金融电子、商用电子、办公自动化、工业机器人、军事和航空航天等领域。为满足不同的要求，出现了高速、大寻址围、强运算能力和多机通信能力的8位、16位、32位通用型单片机，小型廉价型、外围系统集成的专用型单片机，以及形形色色各具特色的现代单片机。可以说，单片机的开展进入了百花齐放的时代，为用户的选择提供了广阔的空间。二、数字钟介绍时钟是将小时、分钟、秒钟显示于人的肉眼的计时装置。而单片机模块中最常见的正是数字钟，数字钟是一

21、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，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。而LCD电子定时闹钟是以单片机为根底的数字电路实现对时、分、秒的数字显示的数字计时装置,它的计时周期为24小时，另外应有校时功能和一些显示日期、闹钟等附加功能。一个根本的数字钟电路主要由译码显示器、时，分，秒，星期计数器、校时电路、报时电路和振荡器组成。目前电子钟广泛用于各种私人和公众场合,成为我们生活、工作和学习中不可缺少的好帮手。由于时钟的实用性和在人们生活中的重要性，所以尝试设计以单片机为核心的数字时钟是很有意义的。钟表原先的报时功能已经原不能满足人

22、们日益增长的要求，现代的电子时钟多带有类似自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时播送、自动起闭路灯、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等功能，本设计中LCD电子时钟采用LCD显示时间和日期年月，直观实用，而且可以方便的校调，附带的万年历和定时功能也是很方便和实用的.第三节 本LCD电子闹钟的特点和功能介绍一、本电子钟设计特点本LCD电子定时闹钟是一种基于单片机技术的多功能、多用途的电子产品，有电子时钟、日期显示、定时闹铃等多种功能。本设计产品性能卓越，功能丰富，采用LCD显示更加直观，是一个比拟实用的电子产品。二、本电子钟的主要功能1可以显示24小时制时时-分分-秒秒，LCD显示

23、。2可以显示日期，具有万年历功能。3可以方便的设定定时时间、修改定时时间，闹铃功能，预设定时时间到将发出闹铃声。4能够修改时钟时间的时、分、秒，能够修改日期的年月日。-. z总体方案设计与硬件设计第一节 总体方案设计本LCD定时闹钟，是以单片机及外围接口电路为核心硬件，辅以其他外围硬件电路，用汇编语言设计的程序来实现的。根据C51单片机的外围接口特点扩展相应的硬件电路，然后根据单片机的指令设计出数字钟相应的软件，再利用软件执行一定的程序来实现数字钟的功能。由于采用集成芯片性的单片机来制作电子钟，这样设计制作简单而且功能多、准确度高，也可方便扩大其他功能，实现也十分简单。本设计是利用AT89C5

24、1单片机为主控芯片，由LCD、晶振、电阻、电容、发光二极管、开关、喇叭等元件组成硬件电路，通过编写软件程序来实现和控制的数字定时闹钟。第二节 电路总体概念图设计总体的硬件系统构造框图如图2-1所示AT89C51震荡电路调时电路喇叭LCD片选代码图2-1硬件电路概念示意图其中AT89C51为硬件系统的核心局部，震荡电路为单片机芯片提供时钟信号，调时电路用来设置时间和闹铃时间，输出分为两局部；一局部连接到LCD用于时间的显示，一局部连接到喇叭，用于闹铃声音的输出。第三节 MCS-51单片机硬件构造设计一、MCS51单片机部总体构造MCS51系列单片机是在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、输入

25、/输出接口、系统总线等根本部件构成微型计算机根本部件的8位单片机，其部构造如图2-2所示图2-2 MCS-51单片机部总体构造图二、MCS-51单片机的引脚1MCS-51单片机的引脚图、逻辑图见图2-3图2-3 MCS-51单片机的引脚图、逻辑图2.引脚功能说明1Vcc：电源电压，GND：接地 ，P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位以吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写1时，可作为高阻抗输入端用。在外部数据存储器或程序存储器时，这组端口线分时转换地址低8位和数据总线复用，在期间激活部上拉电阻。在Flash编程时，P0口接

26、收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。2P1口：P1口是一个带部上拉电阻的8位双向I/O口，P1口的输出缓冲级可驱动吸收或输出电流4个TTL逻辑门电路。对端口写1，通过部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为部存在上拉电阻，*个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流IIL。另外，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/T2E*，参见表2-1。Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。表2-1P1.0和P1.1的第二功能引脚号功能特性P1.0T2定时/计数器2外部计数脉冲输入，时钟输出P1

27、.1T2E*定时/计数2捕获/重装载触发和方向控制3P2口：P2是一个带有部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动吸收或输出电流4个TTL逻辑门电路。对P2端口写1，通过部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为部存在上拉电阻，*个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流IIL。在外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器例如执行MOV*DPTR指令时，P2口送出高8位地址数据。在8位地址的外部数据存储器如执行MOV*RI指令时，P2口输出P2锁存器的容。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。4P3口：P3口是一组带有部上拉电阻的8位双向I/O

28、口。P3口输出缓冲级可驱动吸收或输出电流4个TTL逻辑门电路。对P3口写入1时，它们被部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流IIL。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，如表2-2所示：表2-2P3口的第二功能端口引脚第二功能 P3.0 R*D串行输入口P3.1 T*D串行输出口P3.2 INT0外中断0P3.4 INT1外中断1P3.5 T0定时/计数器0P3.6 T1定时/计数器1P3.7 WR外部数据存储器写选通 P3.8 RD外部数据存储器读选通此外，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。5RST

29、：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。6ALE/PROG：当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。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当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，该引脚还用于输入编程脉冲PROG。如有必要，可通过对特殊功能存放器SFR区中的8EH单元的D0位置位，制止ALE操作。该位置位后，只有一条MOV*和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置AL

30、E制止位无效。7PSEN：程序储存允许PSEN输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令或数据时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。在此期间，当外部数据存储器，将跳过两次RSEN信号。8EA/VPP：外部允许。欲使CPU仅外部程序存储器地址为0000HFFFFH，EA端必须保持低电平接地。需要注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时部会锁存EA端状态。如EA端为高电平接Vcc端，CPU则执行部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时，该引脚要加上+12V的编程允许电源VPP，当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP。9*TAL1：振荡器反相放大器

31、及部时钟发生器的输入端。10*TAL2：振荡器反相放大器的输出端。三、 MCS-51 的微处理器MCS-51的微处理器是由运算器和控制器所构成的。运算器：主要用来对操作数进展算术、逻辑运算和位操作。主要包括算术逻辑运算单元ALU、累加器A、存放器B、位处理器、程序状态字存放器PSW以及BCD码修正电路等。控制器：单片机的指挥控制部件，控制器的主要任务是识别指令，并根据指令的性质控制单片机各功能部件，从而保证单片机各局部能自动而协调地工作。四、 MCS-51存储器的构造MCS-51单片机存储器采用的是哈佛构造，即程序存储器空间和数据存储寻空间截然分开，见图3-4。其中程序存储器和数据存储器各有自

32、己的寻址方式、寻址空间和控制系统。这种构造对于单片机面向控制的实际应用极为方便、有利。图2-4 8051/8751单片机的存储器1.程序存储器MCS-51单片机的程序存储器用于存放应用程序和表格之类的固定常数。可扩大的程序存储器空间最大为64K字节。程序存储器的使用应注意以下两点：1整个程序存储器空间可以分为片和片外两局部，CPU片和片外程序存储器，可由引脚所接的电平来确定。=1，即引脚接高电平时，程序将从片程序存储器开场执行；当 PC 值超出片ROM的容量时，会自动转向片外程序存储器空间执行程序。=0，即引脚接低电平时，单片机只执行片外程序存储器中的程序。2程序存储器的*些单元被固定用于中断

33、源的中断效劳程序的入口地址。MCS-51单片机复位后，程序存储器PC的容为0000H，故系统从0000H单元开场取指令，执行程序。64K程序存储器中有5个单元具有特殊用途，如下：0003H：外部中断0入口地址。000BH：定时器0中断入口地址。0013H：外部中断1入口地址。001BH：定时器1中断入口地址。0023H：串行口中断入口地址。在系统中断相应之后，将自动转各中断入口地址处执行序，而中断效劳程序一般无法存放于几个单元之，因此在中断入口地址处往往存放一条无条件转移指令进展跳转，以便执行中断效劳程序。2.MCS-51部数据存储器MCS-51单片机的片数据存储器单元共有128个，字节地址为

34、00H-7FH。地址为00H-1FH的32个单元是4组通用工作存放器区，每个区含8个8位存放器，编号为R7-R0。地址为20H-2FH的16个单元可进展共128位的位寻址。地址为30H -7FH的单元为用户RAM区，只能进展字节寻址。其具体配置见图2-5。图2-5 MCS-51部数据存储器的配置3.特殊功能存放器SFR特殊功能存放器的总数为21个，离散的分布在该区域中，其中有些SFR还可以进展位寻址。表2-3是该存放器的名称及其地址分布。表2-3 SFR名称及地址分布特殊功能存放器符号名称字节地址位地址BB存放器F0HF7HF0HACC或A累加器AE0HE7HE0HPSW程序状态字PSWD0H

35、D7HD0H中断优先级控制IPB8HBFHB8HP3P3口B0HB7HB0HIE中断允许控制A8HAFHA8HP2P2口A0HA7HA0HSBUF串行数据缓冲器99HSCON串行控制98H9FH98HP1P1口90H97H90HTH1定时器/计数器1高八位8DHTH0定时器/计数器0高八位8CHTL1定时器/计数器1低八位8BHTL0定时器/计数器0低八位8AHTMOD定时器/计数器方式控制89HTCON定时器/计数器控制88H8FH88HPCON电源控制87HDPH数据指针高字节83HDPL数据指针低字节82HSP堆栈指针81HP0 P0口80H87H80H4.位地址空间MCS-51单片机指

36、令系统中有丰富的位操作指令，这些指令构成了位处理机的指令集。在RAM和SFR中共有211个位地址，位地址围在00H-FFH，其中00H-7FH这128个位处于部RAM字节地址20H-2FH单元中，如表2-4所示。其余的83个可寻址位分布在特殊功能存放器SFR中，如表2-5所示。表2-4 8051部RAM的可寻址位字节地址位地址D7D6D5D4D3D2D1D02F7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H2E77H76H75H74H7372H71H70H2D6FH6EH6DH6CH6B6AH69H68H2C67H66H65H64H6362H61H60H2B5FH5EH5DH5CH5B5AH

37、59H58H2A57H56H55H54H5352H51H50H294FH4EH4DH4CH4B4AH49H48H2847H46H45H44H4342H41H40H273FH3EH3DH3CH3B3AH39H38H2637H36H35H34H3332H31H30H252FH2EH2DH2CH2B2AH29H28H2427H26H25H24H2322H21H20H231FH1EH1DH1CH1B1AH19H18H2217H16H15H14H1312H11H10H210FH0EH0DH0CH0B0AH09H08H2007H06H05H04H0302H01H00H表2-5 8051特殊功能存放器中的位

38、地址SFR符号位地址字节地址D7D6D5D4D3D2D1D0BF7HF6HF5HF4HF3HF2HF1HF0HF0HACCE7HE6HE5HE4HE3HE2HE1HE0HE0HACC.7ACC.6ACC.5ACC.4ACC.3ACC.2ACC.1ACC.0PSWD7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0HD0HCYACF0RS1RS0OVF1PIP-BDHBCHBBHBAHB9HB8HB8HPT2PSPT1P*1PT0P*0P3B7HB6HB5HB4HB3HB2HB1HB0HB0HP3.7P3.6P3.5P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0IEAFH-ACHABHAAHA9HA8HA8

39、HEA-ESET1E*1ET0E*0P2A7HA6HA5HA4HA3HA2HA1HA0HA0HP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0SCON9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H98HSM0SM1SM2RENTB8RB8T1R1P197H96H95H94H93H92H91H90H90HP1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0TCON8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H88HTF1TR1TF0TR0IE1IT0IE0IT0P087H86H85H84H83H82H81H80H80HP0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.

40、2P0.1P0.0五、 MCS-51 的并行I/O口图2-6给出了四个端口中每个典型位锁存器和I/O缓冲器的功能框图。位锁存器作为一个D触发器，根据来自CPU的写锁存器信号，记录来自部总线上的数值。在CPU发出读锁存器信号时，将触发器的Q输出值放在部总线上。在CPU发出读管脚信号时，端口管脚本身的电平放到部总线上。有些读端口指令令会激活读锁存器信号，而其它指令则激活读管脚信号。-. z-. z并行I/O口的应用要点：1P0口通常作为单片机的低字节地址数据复用线，分时使用，即构成A7A0地址线和数据总线(DB)用。2P2口一般作为高8位地址线A15A8，使用8031单片机也是这样用的。3P1口一

41、般情况下作为通用的I/O口使用。4P3口在以下的情况下作为第二功能使用：串行通信使用，外部中断使用；定时器/计数器使用；扩展外部RAM时使用, 控制信号。除上述情况外，则可以当作I/O引脚用。5当*一引脚作为输入前，必须使引脚置1。复位后，四个口的32个引脚均为高电平置1。6各个口由于输出构造不同，带负载能力也不同。六、MCS-51时钟电路与时序时钟电路用于产生MCS-51单片机工作所必需的时钟信号。在执行指令时，CPU首先要到程序存储器中取出需要执行的指令操作码，然后译码，并由时序电路产生一系列控制信号去完成指令所规定的操作。1.时钟电路1.部时钟方式 8051单片机部有一个用于构成振荡器的

42、高增益反相放大器，引脚*TAL1和*TAL2分别是此放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反响元件的片外石英晶体或瓷谐振器一起构成一个自激振荡器。图2-7 a)是MCS-51单片机的部时钟方式的振荡器电路。2外部时钟方式外部时钟方式是使用外部振荡脉冲信号，常用于多片MCS-51单片机同时工作，以便于同步。对外部脉冲信号只要求高电平持续时间大于20，一般为低于12MHz的方波。这时，外部振荡器的信号接至*TAL2，即部时钟发生器的输入端，而部反相放大器的输入端*TAL1应接地，如图2-7 b)所示。由于*TAL2端的逻辑电平不是TTL的，故建议外接一个上拉电阻。图2-7MCS-51的时钟电路

43、a)片时钟方式b)外部时钟方式2机器周期和指令周期MCS-51的每个机器周期包含6个状态周期，每个状态周期划分为2个节拍，分别对应着2 个节拍时钟有效期间。因此，一个机器周期包含12个振荡器周期，由S1P1(状态1拍1)一直到S6P2状态6拍2，每个节拍持续一个振荡器周期，每个状态持续2个振荡器周期。假设采用12MHz的晶体振荡器，则每个机器周期恰为1S。通常，每个机器周期ALE两次有效，第1次发生在S1P2和S2P1期间，第2次在S4P2和S5P1期间。七、 MCS-51的复位和复位电路复位是单片机的初始化操作，只要RST引脚处至少保持2个机器周期的高电平就可实现复位。复位后，各部存放器的状

44、态如表2-6所示。表2-68051复位后存放器的值存放器容存放器容PC0000HTCON00HACC00HT2CON00HB000HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0P30FFHTH200HIP8051*00000BTL200HIP8052*000000BRLDH00HIE80510*00000BRLDL00HIE80520*000000BSCON00HTMOD00HSBUF不定PCONHMOS0*HPCHMOS0*0000B第四节 主控芯片AT89C51的设计单片机是20世纪70年代中期开展起来的一种大规模集成电路器件。它在一块芯片集

45、成了计算机的各种功能部件，构成一种单片式的微型计算机。20世纪80年代以来，国际上单片机的开展迅速，其产品之多令人目不暇接，单片机应用不断深入，新技术层出不穷。在我们日常学习和生活中，常见的有51系列、52系列、PIC系列等。其中51系列的单片机的模块化构造比拟典型，为许多大公司和个人所采纳。在本LCD电子闹钟设计中就是采用利用我们熟悉的AT89C51单片机为主控芯片。AT89C51单片机由微处理器，存储器，I/O口以及特殊功能存放器SFR等局部构成。其存储器在物理上设计成程序存储器和数据存储器两个独立的空间，片程序存储器的容量为4KB，片数据存储器为128个字节。89C51单片机有4个8位的

46、并行I/O口：P0口，P1口，P2口和P3口。各个接口均由接口锁存器，输出驱动器，和输入缓冲器组成。P1口是唯一的单功能口，仅能用作通用的数据输入/输出口。P3口是双功能口除了具有数据输入/输出功能外，每条接口还具有不同的第二功能，如P3.0是串行输入口线，P3.1口是串行输出口线。在需要外部程序存储器和数据存储器扩展时，P0可作为分时复用的低8位地址/数据总线，P2口可作为高8位的地址总线。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号.各口管脚的备选功能如下所示：P3.0 R*D串行输入口；P3.1 T*D串行输出口；P3.2 /INT0外部中断0；

47、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。RST：复位输入。当器件被复位时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器0000H-FFFFH不管是否有部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此接部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源VPP。*TAL1：反向振荡放大器的输入及部时钟工作电路的输入；*TAL2：来自反向振荡器的输出。AT89

48、C51单片机由微处理器，存储器，I/O口以及特殊功能存放器SFR等局部构成。其存储器在物理上设计成程序存储器和数据存储器两个独立的空间，片程序存储器的容量为4KB，片数据存储器为128个字节。89C51单片机有4个8位的并行I/O口：P0口，P1口，P2口和P3口。各个接口均由接口锁存器，输出驱动器，和输入缓冲器组成。P1口是唯一的单功能口，仅能用作通用的数据输入/输出口。P3口是双功能口除了具有数据输入/输出功能外，每条接口还各有第二功能，如P3.0是串行输入口线，P3.1口是串行输出口线。在需要外部程序存储器和数据存储器扩展时，P0可作为分时复用的低8位地址/数据总线，P2口可作为高8位的

49、地址总线。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。AT89C51单片机的封装及管脚分布如图2-8图2-8AT89C51单片机封装及管脚分布图第五节 时钟电路局部设计AT89C51系列的单片机的时钟方式分为部方式和外部方式。部方式就是在单片机的*TAL1和*TAL2的两引脚外接晶振，就够成了自激振荡器在单片机部产生时钟脉冲信号。外部时钟方式是把外部已经有的时钟信号引入到单片机部。时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的根底。在一个单片机应用系统中，时钟有两方面的含义：一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围

50、电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间。本LCD电子闹钟设计是采用部时钟方式，用一个12MHz晶振和两个30Pf瓷片电容组成，为单片机提供标准时钟，其中两个瓷片电容起微调作用.其电路图见图2-9图2-9 时钟电路之所以采用高性能的振荡电路，因为：1.单片机电子钟的计时脉冲基准是由外部晶振的频率经过12分频后提供，采用部的定时/计数器来实现计时功能。所以，外接晶振频率准确度直接影响电子钟计时的准确性。2.单片机电子钟利用部定时/计数器溢出产生中断12M晶振一般为50ms再乘以相应的倍率来实现秒、分、时的转换。大家都知道从定时/计数器产生中断请求到

51、响应中断需要3-8个机器周期，定时中断子程序中的数据入栈和重装定时/计数器的初值还需要占用数个机器周期，还有从中断入口转到中断子程序也要占用一定的机器周期。第六节 LCD显示电路局部一、LCD介绍1.LCD背景LCD Liquid Crystal Display对于许多的用户而言可能是一个比拟新鲜的名词，不过这种技术存在的历史可能远远超过了我们的想象早在 1888 年，一位奥地利的植物学家 F. Renitzer便发现了液晶特殊的物理特性。在 85年之后，这一发现才产生了商业价值， 1973 年日本的夏普公司首次将它运用于制作电子计算器的数字显示。现在， LCD是笔记型计算机和掌上计算机的主要

52、显示设备，在投影机中，它也扮演着非常重要的角色，而且它开场逐渐渗入到桌面显示器市场中。液晶得名于其物理特性：它的分子晶体，不过以液态存在而非固态。大多数液晶都属于有机复合物。高信息密度显示技术中首先商品化的是被动矩阵显示技术。它得名于控制液晶单元的开和关的简单设计。主动矩阵 LCD的上下表层也纵横有序排列着用铟锡氧化物做成的透明电极。所不同的是在每个单元中都参加了很小的晶体管，由晶体管来控制电流的开和关。2.视角在传统的 CRT 显示器或电视机中，图像的显示是通过发光物体 - 磷来实现的，光线从这一层向各个方向发射，只是强弱稍有不同而已。因此，你可以从一个很大的可视角围来观看屏幕，无论从哪个角

53、度去观察，显示的亮度、色彩都和正视效果相近。LCD和其它大多数显示技术，都需要强的背景光线穿过液晶层或者其它显示层来形成图像，从而完成图像的传递过程。 LCD 的特性决定了它所需的背景光是定向的。举一个形象的例子来说，就好比你手中握有一把吸管，它们的一端对准光源。如果你通过另一端直视吸管，你将会看到光源射出的光线。但是如果你稍微移开眼睛，从其它的方向去看的话，你就无法观察到光线了。 LCD 技术正是如此。虽然液晶分子并不像吸管一样是中空的，但是它们的有序排列阻止了光线向其它方向发射。为了解决视角问题，制造商们也想出了许多方法。直接在显示器外面附加一层漫射膜是方法之一，漫射膜可以将特定传播方向的

54、光线散射向各个方向，从而增大可视角度。不过这种方法只能到达一定程度的改善。另一种做法是改变通过液晶的电流方向来增大可视角度。电流不再是从顶端流向底端，而是从侧面方向流过。这就使得液晶分子在水平方向上有序排列，从而增大了传递光线的可视角度。这两种技术通常用在水平可视角度的改善上。第三种解决方案比拟复杂，而且会使制造本钱大大增加。主要方法是将每个液晶单元分割成大量微小的局部，事先将这些微小子单元以不同的方向倾斜，这就使得传播光线在到达这些微小面板的时候向各个方向散射，从而增大可视角度。昂贵的本钱限制了它的广泛使用，仅在一些具有需要同时从远处和近处观察的桌上型显示器中才应用这种技术。3.反响速度LC

55、D单元在控制信号到达与变化完成之间存在滞后现象，这使得 LCD 在显示快速移动图像时与 CRT 相比具有一种先天的缺陷。CRT 的电子枪发射电子束到被激发的萤光粉发光之间几乎是瞬间的。这种时间滞后被称反响时间，其单位通常是毫秒。被动矩阵显示器响应时间很长，约有 150 毫秒或更多，所以不适于显示诸如电影的移动画面。在主动矩阵显示器中像素响应时间随设计的不同而异，主要受到几个因素影响，包括用来驱动单元。4.显示色彩LCD 显示的一个重要的技术指针是显示色彩。CRT 显示器所能表现出的色彩几乎是无穷的，因为它是模拟设备。只需改变红绿蓝三种模拟信号的强度，你就可以得到不同的色彩。与 CRT 一样，

56、LCD 技术也是根据电压的大小来改变亮度，但是只有主动矩阵 LCD 可以单独控制每个像素，被动矩阵 LCD 每次都要驱动整行或整列像素，因此它的灰阶表现能力很差。每个 LCD 的子像素显示的颜色取决于色彩过滤器。由于液晶本身没有颜色，所以用滤色片产生各种颜色，而不是子像素，子像素只能通过控制光线的通过强度来调节灰阶，只有少数主动矩阵显示采用模拟信号控制，大多数则采用数字信号控制技术。大局部数字控制的 LCD 都采用了 8 位控制器，可以产生 256 级灰阶。每个子像素能够表现 256 级，则你就能够得到 2563种色彩，每个像素能够表现 16,777,216 种成色。因为人的眼睛对亮度的感觉并

57、不是线性变化的，人眼对低亮度的变化更加敏感，所以这种 24 位的色度并不1能完全到达理想要求。工程师们通过脉冲电压调节的方法以使色彩变化看起来更加统一。制造商还采用了两种技术来提高主动矩阵显示中每个液晶单元的灰阶显示数目。第一种是抖动方法。将四个毗连呈正方形的像素作为一个单元，如果其中一个的灰阶太低，则相邻的像素就会提高自身的亮度，从而显示出一个比拟适中的灰阶，四个像素最后会显示出三个适中的最终灰阶作为显示结果。这种方法的最大缺点在于降低了显示的分辨率。另一项技术是框架速率控制FRC 或者暂时的高频振动。这种方法在显示每屏图像时屡次刷新像素。与高频振动中将灰阶的混合用空间来显示不同，这种方法通

58、过时间控制。如果显示一幅画面需要的时间分为很多帧，像素就可以在帧的切换当中造成一种灰阶的过渡态，四帧就可以造成三个过渡态。这种设计的优点是可以不降低图像的分辨率，被广泛应用于现代的主动矩阵显示器中。5.耗电量主动矩阵式 LCD 显示器与 CRT 相比拟小，需要很少的电量。事实上，它已经变成了便携式设备的标准显示器，从 PDA 到笔记型计算机均广泛运用。但不管怎样， LCD 技术还是可悲的效率低下：即使你将屏幕显示白色，从背景光源中发射的光也只有不到 10% 穿过屏幕发出，其它的都被吸收。笔记型计算机的低效迫使其设计者面临一些困难的选择。如果你希望在户外这样强光环境下列图像更明亮，你就需要一个更

59、亮的背景光源，这将需要更多的电力。如果你使用的电池容量一定，更亮的背景光源就会在较短的时间耗尽电源。设计者用更大的电池容量解决这个问题，但是对于目前的电池技术来说，就意味着设备重量的增加，对消费者的吸引力就会下降。这三者之间的三角平衡推动着显示器、电池及节能技术的研究。总而言之，背景光源所耗能量是 LCD 显示器总耗电量的最大局部。更大的屏幕、更高的亮度和更高的分辨率都将使笔记型计算机显示器的耗电量大大增加。另一方面，技术进步通过降低系统电压和提高孔径比使更多的光能通过液晶单元，降低系统的电源需求。结果是，笔记型显示器的总耗电量维持在 2 到 5 瓦之间。一根管子的背景光源大约需要 1.2 瓦

60、，所以根据使用一只或两只管子一个屏幕中共需要 1.2 或 2.4 瓦的能量。PDA，如 Palm 和 paq iPAQ常使用反射显示器。这意味着环境光射进显示器中，穿过极化的液晶层，碰撞反射层，再反射出来显示成图像。据估计，在此过程中 84% 的光被吸收，所以只有六分之一的光起作用，虽然还有待改良，但已足以提供可视影像需要的比照度。单向反射和反射显示器使得不同光照条件下消耗最少能源使用 LCD 显示器成为可能。LCD显示器的关键因素之一是它的价格。如果比 CRT 更加廉价，它将会占据几乎全部的显示器市场。但不幸的是，对于桌上计算机经常使用的15、17吋显示器来说，一样显示面积的 LCD 的造价