㈠ 單片機時鍾製作的可行性研究，短點的，一二百字足矣
多功能電子時鍾
概述：加入世貿組織以後，中國會面臨激烈的競爭。這種競爭將是一場科技實力、
管理水平和人才素質的較量，風險和機遇共存。於是老師在單片機理論課程學習的基
礎上，為我們安排了一個涉及MCS—51 單片機多種資源應用及具有綜合功能的電子
時鍾設計。
關鍵字： 顯示時間 定時 溫度採集 系統模擬
1 引 言
《單片原理及應用》是一門技術性、應用性很強的學科，實踐教學是它的一個極
為重要的環節。不論是硬體擴展、介面應用還是編程方法、程序調試，都離不開實驗
教學。如果不在切實認真地抓好學生的實踐技能的鍛煉上下功夫，單憑課堂理論課學
習，勢必出現理論與實踐脫節的局面。任隨書本上把單片機技術介紹得多麼重要、多
么實用多麼好用，同學們仍然會感到那隻是空中樓閣，離自己十分遙遠，或者會感到
對它失去興趣，或者會感到它高深莫測無從下手，這些情況都會令課堂教學的效果大
打折扣。
模擬設計的目的就是在理論學習的基礎上，通過完成一個涉及MCS
—51 單片機都種資源應用並具有綜合功能的小系統目標板的設計與編程應用，使學生
不但能夠將課堂上學到的理論知識與實際應用結合起來，而且能夠對電子電路、電子
元器件、印製電路板等方面的知識進一步加深認識，同時在軟體編程、排版調試、焊
接技術、相關儀器設備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提高，為今後能夠獨立
進行某些單片機應用系統的開發設計工作打下一定的基礎。
該電子時鍾不但具有定時作用還有溫度採集作用。定時部分可以顯示時、分、秒，
而且用按鍵還可以實現時間的調整和鬧鈴的設定。溫度採集部分實現環境溫度數據的
採集。
2 系統結構
整個電子時鍾系統電路可分為五大部分：中央處理單元（CPU）、電源電路部分、
顯示部分、鍵盤輸入部分、溫度採集部分。
2． 1 中央處理單元
CPU選用AT89C—2051 對整個系統進行控制：
1）它將定時數據輸出到LED，實現時間的顯示；
2）根據鍵盤輸入調用相應鍵處理子程序，實現時間的調整和鬧鈴的設定；
3）接收溫度感測器輸入的溫度數據，進行一定的轉換，然後輸出到2 位的LED
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顯示器顯示出來。
2．2 電源電路部分
在各種電子設備中，直流穩壓電源是必不可少的組成部分，它是電子設備唯一能
量來源，它的設計思路是根據我們以前學過的模電電子技術，要想得到我們所要的
+6V輸出電壓，就需將交流220V的電壓經過變壓器、整流電路、濾波電路和穩壓電
路四個部分。
2．3 顯示部分
顯示部分是整個電子時鍾最為重要的部分，它分為時間的顯示和溫度的顯示兩部
分，共需要8 位LED 顯示器。採用動態顯示方式，所謂動態顯示方式是時間（或溫
度）數字在LED 上一個一個逐個顯示，它是通過位選端控制在哪個LED 上顯示數字，
由於這些LED 數字顯示之間的時間非常的短，使的人眼看來它們是一起顯示時間數
字的，並且動態顯示方式所用的介面少，節省了CPU 的管腳。由於埠的問題以及
動態顯示方式的優越性，在此設計的連接方式上採用共陰級接法。顯示器LED 有段
選和位選兩個埠，首先說段選端，它由LED 八個埠構成，通過對這八個埠輸
入的不同的二進制數據使得它的時間（或溫度）顯示也不同，從而可以得到我們所要
的時間顯示和溫度。但對於二十個管腳的AT89C2051來說，LED 八個段選管腳太多，
於是我選用74LS164 晶元來擴展主晶元的管腳，74LS164 是數據移位寄存器，還選用
了74LS244 作為數據緩存器。
2．4 鍵盤部分
它是整個系統中最簡單的部分，根據功能要求，本系統共需四個按鍵：
功能移位鍵、功能加鍵、功能減鍵、定鬧鍵。並採用獨立式按鍵。溫度采
集部分
此部分選用DS18B20 感測器，主要由四部分組成：64 位ROM、溫度感測器、非揮
發的溫度報警觸發器TH 和TL、配置寄存器。有三個管腳：DQ 為數字信號輸入/輸出
端；GND 為電源地；VDD 為外接供電電源輸入端。電源有兩種接法：1）遠端因入；2）
寄生電源方式。它是支持「一線匯流排」介面的溫度感測器，測量溫度范圍為
-55°C~+125°C，在-10~+85°C 范圍內，可編程為9 位—12 位A/D 轉換精度，工作電
壓在3V—5V之間。現場溫度直接以「一線匯流排」的數字方式傳輸，大大提高了系統
的抗干擾性。
何為「一線匯流排」：獨特的電源和信號復合在一起；僅使用一條口線；每個晶元
唯一編碼，支持聯網定址；簡單的網路化的溫度感知；零功耗等待。
2．電路製作
根據元器件種類和體積以及技術要求將其布局在電路板上的適當位置。可以先從
體積較大的器件開始，如單片機底座、電源穩壓器、變壓線圈、鎖存器、溫度感測器
等。待體積較大的元器件布局好之後，小型的電子元器件就可以根據間隙面積靈活布
置。二極體、電感器、阻容元件的裝配方式一般有直立式、俯卧式和混合式三種。
①直立式。電阻、電容、二極體等都是豎直安裝在印刷板上的。這種方式的特點
是：在一定的單位面積內可以容納較多的電子元件，同時元件的排列也比較緊湊。缺
點是：元件的引線過長，在一個平面上，欠美觀，元器件引腳彎曲，且密度較大，元
器件之間容易引腳碰觸，可靠性欠佳，且不太適合頻率較高的電路採用。
②俯卧式。電阻、電容、二極體等都是俯卧式安裝在印刷板上的。這樣可以明顯
地降低元件的排列高度，可實現薄形化，同時元器件的引腳也最短，適合於較高工作
頻率的電路採用，也是目前採用最廣泛的一種安裝方式。
③混合式。為了適應各種不同條件的要求或某些位置受面積所限，在一塊印刷電
路板上，有的元器件則採用俯卧式。這受到電路結構各式以及機殼內尺寸的限制，同
時靈活處理。
元器件配置布局應考慮的因素：
①電路板是矩形，元件排列的長度方向一般應與電路板的長邊平行，這樣不但可
以提高元件的裝配好的印刷電路板更美觀。
②應盡可能地縮短元件及元件之間的引線。盡量避免電路板上的導線的交叉，設
法減小它們的分布電容和互相之間的電磁干擾，以提高系統工作的可靠性。
③應以功能電路的核心器件為中心，外圍元件圍繞它進行布局。
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④要注意各種門電路多餘的處理，或接電源端或接地端，並按照正確的 方法實
現不同邏輯門的組合轉換。
⑤元器件的配置和布局應有利於設備的裝配、檢查、高度和維修。
元器件焊接注意事項：
焊接前務必認准元件數值，會認元件上的標識和會用數字多用表測試。焊接時速
度要快，電烙鐵不可長時間停留在電路板和元件的焊腳上。特別是晶振、發光二極體、
電解電容、9041 三極體等元件，時間過長容易導致元器件損壞。
3．軟體模擬
3．1模擬器介紹
模擬器採用偉福模擬器系統，該模擬器介紹如下：
系統的特點介紹
本模擬器系統由模擬主機+模擬頭、MULTIA用戶板、實驗板、開關電源等組成。
本系統的特點是：
1．主機+模擬頭的組合，通過更換不同型號的模擬頭即可對各種不同類型的單片
機進行模擬，是一種靈活的多CPU 模擬系統。採用主機+POD 組合方式，更換POD，可
以對各種CPU 進行模擬。本模擬器主機型號為E2000/S，模擬頭型號為POD8X5X（可
模擬系列8X5X單片機）。
2．雙平台，具有DOS版本和WINDOWS 版本，後者功能強大，中/英文界面任選，
用戶源程序的大小不再有任何限制，支持ASM，C,PLM 語言混合編程，具有項目管理
功能，為用戶的資源共享、課題重組提供強有力的手段。支持點屏顯示，用滑鼠左鍵
點一下源程序中的某一變數，即可顯示該變數的數值。有豐富的窗口顯示方式，多方
位，動態地顯示模擬的各種過程，使用極為便利。本操作系統一經推出，立即被廣大
用戶所喜愛。
3．雙工作模式
1）軟體模擬模擬（不要模擬器也能模擬模擬）。
2）硬體模擬。
4．雙CPU 結構，100%不佔用戶資源。
全空間硬體斷點，不受任何條件限制，支持地址、數據、外部信號、事件斷點、
支持實時斷點計數、軟體運行時間統計。
5．雙集成環境
編輯、編譯、下載、調試全部集中在一個環境下
多種模擬器，多類CPU 模擬全部集成在一個環境下。可模擬51 系列，196 系列，
PIC 系列，飛利蒲公司的552、LPC764、DALLAS320，華邦438 等51 增強型CPU。為
了跟上形勢，現在很多工程師需要面對和掌握不同的項目管理器、編輯器、編譯器。
他們由不同的廠家開發，相互不兼容，使用不同的界面，學習使用都很吃力。偉福
WINDOWS 調試軟體提供了一個全集成環境，統一的界面，包含一個項目管理器，一個
功能強大的編輯器，匯編Make,Build 和調試工具並提供千個與第三方編譯器的介面。
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由於風格統一，大大節省了精力和時間。
6．強大的邏輯分析儀綜合調試功能。
邏輯分析儀由互動式軟體菜單窗口對系統硬體的邏輯或時序進行同步實時采樣，
並實時在線調試分析，採集深度32K（E2000/L），最高時基采樣頻率達20MHz，40
路波形，可精確實時反映用戶程序運行時的歷史時間。系統在使用邏輯分析儀時，除
普通的單步運行、鍵盤斷點運行、全速硬體斷點運行外，還可實現各種條件組合斷點
如：數據、地址、外部控制信號、CPU 內部控制信號、程序區間斷點等。由於邏輯儀
可以直接對程序的執行結果進行分析，因此極大地便利於程序的調試。
7．強大的追蹤器功能
追蹤功能以匯流排周期為單位，實時記錄模擬過程中CPU 發生的匯流排事件，其觸
發條件方式同邏輯分析儀。追蹤窗口在模擬停止時可收集顯示追蹤的CPU指令記憶信
息，可以以匯流排反匯編碼模式、源程序模式對應顯示追蹤結果。屏幕窗口顯示波形圖
最多追蹤記憶指令32K並通過模擬器的斷點、單步、全速運行或各種條件組合斷點來
完成追蹤功能。匯流排跟蹤可以跟蹤程序的運行軌跡。可以統計軟體運行時間。
偉福系統模擬
3．2 模擬器編程
雙擊桌面上的WAVE 圖標或從開始/程序/WAVE FOR WINDOWS/WAVE 進入本開發環
境。在實驗開始時要先根據需要設置好模擬器類型、模擬頭類型以及CPU類型，並注
7
意是否「使用偉福軟體模擬器」，若使用硬體模擬，請注意去掉「使用偉福軟體模擬
器」前的選擇。在文件窗口下可進行包括新建、打開、保存等文件操作。在編譯文件
窗口下可將源文件編譯成目標文件。在窗口窗口下可以觀察各種窗口信息，其中最常
用到的是CPU 窗口和數據窗口。在CPU 窗口下可以通過CPU 窗口看到編譯正確的機器
碼及反匯編程序，可以更清楚地了解程序執行過程。CPU 窗口中還有SFR窗口和位窗
口，了解程序執行過程中寄存器內容的變化。在數據窗口下有DATA 內部數據窗口；
CODE 程序數據窗口；XDATA 外部數據窗口；PDTA外部數據窗口。
結束語
通過這次的設計使我認識到我對單片機方面的知識知道的太少了，對於書本上的
很多知識還不能靈活運用，有很多我們需要掌握的知識在等著我去學習，我會在以後
的學習生活中彌補我所缺少的知識。本次的設計使我從中學到了一些很重要的東西，
那就是如何從理論到實踐的轉化，怎樣將我所學到的知識運用到我以後的工作中去。
在大學的課堂的學習只是在給我們灌輸專業知識，而我們應把所學的用到我們現實的
生活中去，此次的電子時鍾設計給我奠定了一個實踐基礎，我會在以後的學習、生活
中磨練自己，使自己適應於以後的競爭。
參考文獻
[1] 李建忠主編，單片機原理及應用，西安電子科技大學出版社，2004
㈡ 自學51單片機的書籍
如下：
《51單片機工程師是怎樣煉成的：基於C語言+Proteus模擬》老楊 電子工業出版社
《單片機C語言程序設計實訓100例——基於8051+Proteus模擬》彭偉 電子工業出版社
《新概念51單片機C語言教程——入門、提高、開發、拓展》 郭天祥 電子工業出版社
《實例解讀51單片機完全學習與應用》 電子工業出版社
《手把手教你學單片機》 北航
《單片機基礎》李廣弟 北航
《單片機原理及介面技術》李朝青 北航
《51單片機應用從零開始》匯編 楊欣 清華出版社
《愛上單片機》 杜洋 人民郵電出版社
《例說51單片機(C語言版)》 張義和 人民郵電出版社
《單片機原理與技術》
《51單片機開發與應用技術詳解》
《單片機技術與原理教材》
《匠人手記》
《手把手教你學單片機》
《8051單片機》
《單片機原理及應用》 張毅剛
《51單片機原理與實踐》
《單片機應用技術》 哈爾濱工業大學出版社
《8051單片機教程》 平凡
《單片機輕松入門》平凡
《單片機原理與應用》 西安電子科技大學