六位數(shù)碼語言編程自動控制鐘的設計

摘要自動控制的時鐘設計方案較多，利用中小規(guī)模集成電路設計，或利用專用的時鐘芯片設計，也可以利用單片機進行設計等，且各有特點。其中利用單片機實現(xiàn)時鐘的設計方法，具有電路簡單、編程靈活、便于擴展、精確度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，本文介紹一種選擇利用單片機編程六位數(shù)碼自動控制鐘的設計。

關鍵詞編程語言 自動控制 時鐘設計

中圖分類號:TP31文獻標識碼:A

在選擇單片機時，考慮到AT89C2051體積較小、性價比較高，在家電產品、工業(yè)控制、計算機產品、醫(yī)療器械、汽車工業(yè)、智能儀器等應用領域已成為用戶降低成本的首選產品。所以，該設計選用AT89C2051作為時鐘的中心控制單元，結合相關外圍電路，實現(xiàn)了時間顯示、時鐘調整、鬧鐘設置、整點報時及省電等多種功能。

1 自控鐘的系統(tǒng)設計

1.1定時器工作方式選擇

時鐘設計的關鍵問題是秒信號的產生，在使用MCS51的定時器/計數(shù)器生成秒信號時，若選用12 MHz晶振，選擇工作方式0時，最大定時時間為8.19 ms;選擇工作方式1時，最大定時時間為65.54 ms;選擇工作方式2，3時，最大定時時間為0.26 ms。因為進入中斷要做很多判斷，如果中斷時間太短則不能完成任務，導致時鐘誤差增大，所以選擇中斷時間最長的工作方式1。這時定時器最大定時時間只能達到65.5 ms，離1 s還相差甚遠。因此，該設計采用硬件定時和軟件計數(shù)相結合的方式實現(xiàn)秒信號的，即把秒定時時間定為50 ms，軟件計數(shù)20次為1 s。

1.2定時初值的計算

MCS51系列單片機的定時器為加法計數(shù)器計滿溢出時申請中斷，所以在給定時器賦初值時，不能直接輸入所需的計數(shù)值，而應輸入定時器的計數(shù)最大值與需要定時值的差值。采用定時器/計數(shù)器0，選擇工作方式1，在選用12 MHz系統(tǒng)晶振時，要得到50 ms定時，設定時初值為X，則有如下等式:(216-X)€?=50 000

計算得定時初值X=15 536，二進制表示為1110010110000B，16進制表示為3CB0H。

為了實現(xiàn)調整時間時的閃爍顯示功能，采用T1定時器，定時初值仍可延用上面計算結果。

1.3存儲單元的設置

為了方便實現(xiàn)其他附加功能，將計時存儲單元、顯示存儲單元與鬧鐘時間存儲單元分開。其中顯示裝置是用6位LED數(shù)碼管，時鐘的時、分和秒各占2位。在鬧鐘設置時顯示鬧鐘時間，其余時間顯示時鐘。

2 自控鐘的電路設計

2.1時鐘電路原理圖

數(shù)碼管時鐘電路以AT89C2051單片機最小系統(tǒng)為基礎，顯示采用LED動態(tài)掃描方式實現(xiàn)，P3.7口接設置按鈕，用來實現(xiàn)調時鐘、調鬧鐘、省電3種狀態(tài)的轉換，在鬧鐘和時鐘調整時為上翻鍵，也是關閉鬧鐘的按鍵。為了提供LED數(shù)碼管的驅動電流，用三極管9012作輸出驅動。為了提高秒計時精確度，系統(tǒng)選用12 MHz晶振，即電路主要是由單片機、復位電路、振蕩電路和顯示電路4部分組成。復位電路采用上電復位，振蕩電路選用12 MHz中晶振和2個30 pF的瓷介電容。(圖略)

2.2 AT89C2051芯片簡介

AT89C2051是Atmel公司生產的帶2 kB FLASH存儲器(PEROM)的8 位單片機，它具有如下主要特性:與MCS51兼容;內部帶2 kB可編程FLASH存儲器;工作電壓范圍為2.7~6 V;全靜態(tài)工作頻率為0 Hz~24 MHz;128€?位內部RAM;2個16位定時器/計數(shù)器;片內振蕩器和時鐘電路;片內精確模擬比較器;低功耗的休眠和掉點模式。

AT89C2051減少了兩個外部端口，因而芯片的外部引腳大大減少，芯片尺寸很小。它是一個有20引腳雙列直插式的芯片。

2.3顯示電路

時鐘采用6個共陽極的數(shù)碼管完成時、分、秒的顯示，P3口的低6位分別通過5.6 k的限流電阻與相應的驅動三極管的連接，三極管的導通與否決定對應位是否顯示。其中數(shù)碼管引腳與單片機引腳的連接關系如表1所示，數(shù)碼管的顯示代碼如表2所示:

表1數(shù)碼管引腳與單片機引腳的連接關系

表2數(shù)碼管的顯示代碼

3 自控鐘的軟件設計

3.1主程序

主程序主要完成系統(tǒng)的初始化和按鍵的捕獲，在鍵沒有被按下時調用顯示子程序。

3.2 顯示程序

需要顯示時，從P1口送出時鐘的顯示段碼，從P3口低6位送出時鐘的位選信號，通過動態(tài)掃描的方式實現(xiàn)時鐘的顯示功能。應該注意的是，16進制數(shù)所表示的共陽極的段碼最高位都為1，這樣在顯示時它將P1.7強行置1，即直接關閉響鈴，所以在顯示數(shù)據送給P1口之前要進行判斷，如果P1.7為0，則將顯示數(shù)據與立即數(shù)7fH邏輯與;如果P1.7為1，則不做任何，直接輸出處理。這樣，顯示時就不會影響響鈴的正常進行。

3.3 T1中斷服務程序

T1中斷服務程序用來實現(xiàn)閃爍顯示功能。在調整時鐘或設置鬧鐘的狀態(tài)下，使對應顯示單元的數(shù)據在時間數(shù)據和“熄滅符”數(shù)據(#0AH)之間以0.3 s為間隔交替顯示，這樣，對應的調整單元數(shù)據就會閃爍，以便于調整。

3.4 調時程序

首先需要說明長按和短按的標準，其標志是鈴聲，當在鈴響之前放開按鍵則是短按，之后放開則是長按。調時程序的設計方法是:2次連續(xù)短按進入省電狀態(tài)(時鐘繼續(xù)，但數(shù)碼管不亮);第一次短按，第二次長按進入調時狀態(tài)，此時關閉T0，時鐘停止，開始調整時間，短按實現(xiàn)分鐘加1操作，分鐘調整完畢后，若長按則進入小時調整狀態(tài)，同樣，短按實現(xiàn)小時加1操作，當小時調整好后長按則退出時間調整，開啟T0，啟動時鐘。

在響鬧鈴的時候，有按鍵按下，其作用是關閉鬧鈴，不進入調時狀態(tài)。

3.5 鬧鐘調整程序

一次長按進入鬧鐘調整程序。其中鬧鐘調整和時鐘調整的方法完全相同，只是時鐘調整時關閉T0，而在鬧鐘調整程序中T0需要繼續(xù)工作。另外，要設置不同的標志，以實現(xiàn)鬧鐘調整時閃爍的數(shù)據是鬧鐘。

總之，在應用單片機設計的電路中，程序設計很重要，尤其是硬件電路比較簡單的情況下，這就需要軟件完成和補充其他功能。主要思想為將總體功能分解成若干個模塊，每個功能模塊完成特定的功能，并且確定各模塊之間的關系，最終完成設計的所有功能。

參考文獻

[1]孫鋼峰，楊利霞.時鐘設計問題的討論[J].鄂州大學學報，2001.8(4):2327.

[2]陳建設.簡單易制的三位電子秒表[J].電子制作，2005.3.

[3]翟玉文，梁偉.電子設計與實踐[M].北京:中國電力出版社，2005.