淮安市高級(jí)職業(yè)技術(shù)學(xué)校 楊 祾

基于89C51時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)與制作

淮安市高級(jí)職業(yè)技術(shù)學(xué)校 楊 祾

本人以芯片89C51為核心，設(shè)計(jì)了一個(gè)能實(shí)現(xiàn)定時(shí)，時(shí)鐘，星期顯示功能的時(shí)間電子時(shí)鐘。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于89C51的數(shù)字時(shí)鐘能實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘星期的功能：能進(jìn)行時(shí)、分、秒的顯示。也具有星期計(jì)算、顯示和時(shí)鐘，星期的校準(zhǔn)、定時(shí)時(shí)間的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)三路開關(guān)定時(shí)輸出等功能。

89C51；電子制作；數(shù)字時(shí)鐘

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(見圖1)。

1 電路設(shè)計(jì)流程框圖(見圖2)

2 基于89C51時(shí)鐘電路的方案及原理

圖1 基于89C51時(shí)鐘電路的電路圖

圖2

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)鍵盤狀態(tài)的檢測(cè)是通過動(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)鍵盤方式,則需占用16根口線。另外,這個(gè)鍵盤具有連擊功能,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(見圖3)

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(見圖4)。

圖4

5 結(jié)論

以89C51為核心制作的數(shù)字時(shí)鐘,經(jīng)過電路調(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。

楊祾，高級(jí)講師，供職于淮安市高級(jí)職業(yè)技術(shù)學(xué)校。