单片机设计的比记分及实时时钟系统.doc

目录
毕业设计任务书……………………………………2
绪论…………………………………………………3
一.单片机的特点历史及其应用……………………………4
二.单片机内部定时/计数器的结构及其工作原理…………6
2.1 MCS-51单片机内部结构及组成……………………6
2.2.定时/计数器的内部结构及其工作原理………………7
三．单片机外部硬件电路的设计……………………………15
3.1电源电路的设计………………………………………15
3.2．复位电路的设计……………………………………17
3.3．时钟电路的设计……………………………………18
3.4．LED显示电路设计…………………………………18
3.5 .74Lls244和74LS06芯片的介绍……………………20
四. 系统软件（程序）的设计………………………………24
4.1．程序流程框图………………………………………24
4.2．程序设计……………………………………………27
总结…………………………………………………33
元器件明细表………………………………………34
参考文献……………………………………………35

毕业设计任务书
一． 设计题目
利用单片机设计的比记分及实时时钟系统

二． 设计要求
完成两队得分记录、显示，每队得分由2位段数码管组成，记分范围0-99；
三. 设计依据
所选的单片机及其试验设备。
四． 设计任务
要求在规定的时间内独立的完成下列工作量：
1． 设计说明书需包括：目录系统设计思想电路的硬件设计软件程序及其流程图收获体会参考次料
2． 设计图样
利用Protel绘制出设计系统的硬件电路图。
五． 设计时间
2008 年 月 日至2008 年 月 日
指导教师：申一歌

绪论
随着科学技术的发展，超大规模集成电路的出现，微处理器及外围芯片有了迅速的发展，集成技术是最新进展之一是将CPU和外围芯片，如程序存储器、数据存储器、并行、串行I/O口、定时/计数器、中断控制器及其他控制部件集成在一个芯片之中，集成单片机计算机。自动控制技术在人类活动的各个领域中的应用越来越广泛，它的水平已成为衡量一个国家生产和科学技术先进与否的一项重要标志。自动控制技术作为自动化的强有力的手段，越来越多地与计算机技术、电子技术、信息技术结合起来，对促进我国现代化建设起到起来越重要的作用。目前，在一些自动化、智能化等机电设备中，计算机技术与自动控制技术紧密的结合，进一步推动了现代化工业。
本次设计题目是实现比赛记分及实时时钟，它主要用到单片机和电了技术相结合而实现其功能。本设计中主要介绍了单片机的基本知识、发展现状以及应用领域；MCS-51单片机的基本结构、内置定时器/计数器和串行口的具应用等。为了实现LED显示器的数字显示，可以采用静态显示法和动态显示法。由于静态显示法需要数据锁存器等硬件，接口复杂一些。考虑时钟显示只有六位，且系统没有其它复杂的处理任务，所以决定用动态扫描法实现LED的显示。单片机采用MCS-51系列中的8051单片机。
单片机控制器
六位LED显示器
列驱动
硬件系统的总体设计框架

一．    单片机的特点历史及其应用
单片机又称单片微控制器，它是把一个计算机系统集成到一块芯片上，其主要包括微处理器（CPU）存储器（随机访问存储器RAM只读存储器ROM和各种输入输出接口（包括定时器/计数器、并行I/O接口、串行口、A/D转换器以及脉冲宽度调制(PWM,Pulse Width Modulation)等）。
1.1单片机的特点
  （1）． 集成度高
单片机把CPU 、RAM、 ROM、 I/O接口以及定时器/记数器都集成在一个芯片上,和常规的计算机系统相比，它具有体积小，集成度高的特点。
如MC-51系列单片机，其时钟频率可达12MHZ，具有16位的定时器/计数器和4 个并行I/O接口，此外还提供有串行接口。
  （2）．存储量大
采用16位地址总线的8位单片机可寻址外部64KB数据存取器和64KB程序存储器。此外，大部分单片机还有片上RAM(一般为128～256B)和内部ROM(一般为2～4KB)，在大多数情况下，内部存区器就已经足够了,从而减少了器件的使用数量,降低了成本。
（3）.性能高速度快
为了提高速度和执行效率，单片机使用RISC体系结构、并行流水线操作和DSP等设计技术，指令运行束度大幅度提高。一般单片机的时钟频率可以达到12MHZ。
（4）．抗干扰性强
单片机的各种功能部件都集成一块芯片上，特别是存储器也集成在芯片内部，因此单片机布线短，大都在芯片内部传送数据，因此不易受到外部的干扰，增强了抗干扰能力，系统运行更可靠。
5．指令丰富
单片机一般都有传送指令、逻辑运算指令、转移指令和加、减运算指令位操作指令。
1.2 单片机的历史
1971年微软处理器的研制成功不久，就出现了单片机。单片机根据其基本操作处理的位数可以分为：1位单片机、4位单片机、8位单片机、16位单片机和32位单片机。其发展历史基本上可以分为以下4个阶段：
（1）单片机的初级阶段（1974～1976年）
因工艺限制，早期的单片机普遍采用双片的形式，功能比较简单。例F8单片机，实际只包含8位CPU、64KBRAM和2个并行口。因此还需要加一块3851（由1KB RAM、定时器/计数器和2个并行I/O构成）才能组成一台完整的计算机。
（2）低性能单片机阶段（1976～1978年）
此阶段的代表为Intel公司制造的MCS-48单片机，这种单片机集成了8位CPU、并行I/O口，8位定时器/计数器和RAM、ROM等，其不足之处是无串行口，中断处理比较简单，片内RAM和ROM容量较小，且寻址范围不大于4KB。
（3）高性能单片机阶段（1978～现在）
此阶段推出的单片机普遍带有串行口，多极中断系统，16位定时器/计数器，片内RAM、ROM容量加大，且寻址范围可达64KB，有的片内还有A/D转换器。这类单片机的典型代表是Intel公司的MCS-51系列、Motoroal公司的6801和Zilog公司的Z8等。这类单片机的性价比高，因此仍被广泛应用，是目前应用比较广泛的单片机。
（4）8位单片机巩固发展以及16位、32位单片机推出阶段（1982年～现在）
此阶段的主要特征是，一方面发展16位单片机、32位单片机及专用行单片机；另一方面不断完善高档8位单片机，改善其结构，以满足不同的用户的需求。16位单片机的典型产品如Intel公司生产的MCS-96系列单片机，其集中度已达成12000管子/片，主频为12MHZ，片内RAM为232B，ROM为8KB，中断处理为8级，而且片内带有多通道10位A/D转换器和高速输入/输出部件（HIS/HSO），实时处理能力很强。32位单片机除了具有更高的集成度外，其主频可达20MHZ，数据处理速度比16位单片机快了许多，性能比8位、16位单片机更加优越。
1.3单片机的应用
(1) 家用电器领域
洗衣机、电冰箱、空调、微波炉、电饭煲、电视机、录像机及其它视频音像设备的控制器中已普遍采用单片机扩展电路取代传统的控制电路。
（2）办公自动化领域
一台PC可以嵌入10个单片机系统，如键盘、鼠标、显示器、CD-ROM、声卡、打印机、软/硬盘驱动器和调节器制器等。现代办公室中所使用的大量通信、信息产品，如绘图仪、电话、传真机等多数采用了单片机控制系统。
（3）工业自动化领域的应用
在工业自动化领域，如工业过程控制、过程检测、工业控制器及机电一体化控制系统等，单片机系统主要用来实现信号的检测、数据的采集以及应用对象的控制。这些系统除了一些小型工控机外，许多都是发单片机为核心的单片机或多机网络系统。
（4）智能仪器仪表与智能传感器领域
目前各种变送器、电器测量仪表普遍采用单片机应用系统的测量，使测量系统具有各种智能化功能，如存储、数据处理、查找、判断、联网和语音功能等。
（5）汽车电子与航空航天电子系统
通常在这些电子系统中的集中显示系统、动力检测系统、自动驾驶系统、通信系统以及运行监视器（黑匣子）等，都要构成冗余的网络系统。
8031内部包括一个8位21个特殊功能寄存器（SFR）、4个8位并行口、1个全双工串行口，２个１６位定时器计数器。片内无程序存储器，要外扩EPROM芯片。8051以8031为基础，片内又集成有４KB ROM作为程序存储器，是一个程序不超过4KB的小系统。它品种齐全,兼容性强性能价格高。且软件应用设计资料丰富，已为广大工程人员所熟悉，因此在我国得到了广泛的应用，所以本此设计采用8051系列单片机。
二.单片机内部定时/计数器的结构及其工作原理
2.1 MCS-51单片机内部结构及组成
8751内部有4KB的EPROM;8031内部无ROM，必须外接EPROM;8051内部有4KB掩膜ROM。但对于MCS-51系列单片机来说，其基本功能是完全兼容的。

T0
T1

程序存储器4KB
数据存储器256B
时钟电路
2个16位定时器/计数器
VCC

VSS

PSEN
中央处理器CPU

ALE
EA

中断系统
可编程全双工串行口
并行I/O口
64KB总线扩展控制

RST

RXD
TXD
INT0
INT1
控制
P2
P3
P1
P0

8051单片机芯片的内部结构框图

由图可以看出，8051单片机内部有以下一些主要部件：
1) 中央外理器CPU： 它是整个单片机的核心，由运算器和控制器组成，主要完成指令的运行控制8位数据运算和位处理。
2) 4KB的片内程序存储器： 主要用于存放程序,常数和表格等。
3) 128B的片内数据存储器RAM和特殊功能存储器SFR(占有128存储器空间)。片内数据存储器主要用于存放可随机读写的数据；SFR主要为一些记录状态的具有特殊功能的寄存器。
4) 4个8位并行口：P0、P1、P2、P3主要用于完成数据的并行输入和输出。
5) 两个16位的定时器/计数器： 主要用于定时或计数.
6) 一个可编程的全双工串行口： 于实现单片机与其它设备之间的的串行数据通信.
7) 具有5个中断源、两个优先级的中断系统.
2.2.定时/计数器的内部结构及其工作原理
在单片机控制系统中，常常需要有实时时钟以实现系统的定时或延时控制，也常需要有计数功能以实现对外部事件进行计数。8051单片机内部有两个16位的定时/计数器，可用于定时控制、延时、对外部事件计数等场合。下面介绍一下8051定时计数器的结构原理及工作方式。
（1） 定时计数器的结构及工作原理
8051单片机内部设有两个16位可编程的定时/计数器：定时计数器0和定时计数器1，分别用T/C0和T/C1表示(或用T0、T1表示)。它们的工作方式、定时时间、量程等均可以通过程序来设定。
TMOD(89H)

CPU
TH1H1
TH0O0
TL1
TL0
TCON(88H)
8051定时器逻辑结构框图

由图可以看出，定时/计数器内容由特殊功能寄存器TCON、TMOD及TH0、TLO、TH1、TL1组成。其中TMOD为模式控制寄存器，主要用来设置定时计数器的操作模式；TCON为控制寄存器，主要用来控制定时计数器的启动与停止；TH0、TL0、TH1、TL1用于存放定时计数器值，为加1计数器。两个定时计数器均具有两种工作方式，即定时和计数功能，对工作方式的选择可通过特殊功能寄存器TMOD来设置。
计数工作方式
T/C0或T/C1工作在计数方式时，定时/计数器作为一个计数器使用，用于对外部事件进行计数，计数得到的脉冲信号来自相应的外部输入引脚T0（P3.4）或T1（P3.5）。当外部输入脉冲信号产生由1至0的跳变时，计数器的值加1。计数器在每个机器周期的S5P2期间，对外部输入的脉冲信号进行一次采样。例如要第一个机器周期中CPU采样到高电平“1”，而在第二个机器周期中采样到一个低电平“0”，这样，计数器则在紧跟着的再下一个（第三个）机器周期的〕S3P1期间自动加1，完成一次计数操作。
由于计数器确认一次由1至0的负跳变要花2个机器周期，即24个振荡周期，故计数器的最高计数频率应为fcosc=fosc×1/24，即外部输入的计数脉冲的最高频率不应高于振荡器的频率的1/24。例如若fosc为12MHZ，则单片机的最高的计数频率为0.5MHZ（即12MHZ×1/24）。另外，为了确保某一给定的电平在变化之前至少被采样一次，一般要求对外部计数脉冲的高低电平保持时间应在一个机器周期以上。
定时工作方式
T/C0或T/C1工作在定时方式时，定时计数器作为一个定时器使用，其定时脉冲由内部时钟提供，每一个机器周期使定时器的值加1,在这种工作方式下，单片机实质上不是通过对其内部时间固定的机器周期进行计数，由计数值可以计算出定时时间，从而实现定时的目的。对定时器而言，由于每一个机器周期等于12个振荡周期，故其计数频率为振荡器频率的1/12。例如若fosc为12MHZ，则定时器的计数频率为fcont=fosc/12=1MHZ。
由以上可以看出，单片机的定时计数器实际上是一个加1计数器，只不过在不同的工作方式下，计数的对象不同。一个是来自于单片面内部的固不定期频率信号，另一个是来自于外部的频率不固定的的信号。定时计数器用于定时或计数时，从设置的初值重新开始，其中定时时间的长短和计数次数的多少可由计数器初值来确定。
此外，不管是定时工作方式还是计数工作方式，定时/计数器在对内部时钟或对外部事件计数时，都不占用CPU的时间，除非计数器计满溢出，需要执行中断服务程序时才可能中断CPU当前的操作，所以定时/计数器是单片机中效率最高且工作灵活的部件。
（2） 与定时器有关的特殊功能寄存器
8051单片机的定时/计数器是一种可编程控制的部件，它的工作方式、操作模式、计数初值以及启动、停止等均可通过对特殊功能寄存器编程来设置。下面介绍与定时/计数器有关的特殊功能寄存器。
a) 计数器TH0、TL0 TH0、TL0是定时/计数器0的高、低两个字节，地址分别为8CH、8AH，用于存放T/C0的定时或计数值，根据要求可组合成8位、13位、16位的计数器使用。
b) 计数器TH1、TL1 TH1、TL1是定时/计数器1的高、低两个字节，地址分别是8DH、8BH，用于存放T/C1的定时或计数值，根据要求可组合成8位、13位、16位的计数器使用。
c) 模式控制寄存器TMOD TMOD中定时/计数器T/C0 、T/C1的模式控制寄存器，字节地址是89H，用于设置T/C0 、T/C1的工作方式和操作模式，其中高4位用于控制T/C1，低4位用于控制T/C0。各位定义如下所示：
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
GATE
C/T
M1
M0
GATE
C/T
M1
M0

M0、M1：定时/计数器操作模式选择位。通过对M0、M1的设置，可对应选择T/C0、T/C1的工作模式。

定时/计数器的模式选择
M0 M1
功能说明
0 0
模式0：13位的定时/计数器
0 1
模式1：为16位的定时/计数器
1 0
模式2：初值自动重新装载的8位定时/行数器
1 1
模式3：两个8位定时/计数器（仅适用于T/C0）

C/T：功能选择位。C/T =0为定时方式，C/T =1为外部事件计数方式。定时时，是以单片机振荡器输出的时钟脉冲的十二分频信号为计数信号。在晶振频率一定的情况下，从初值到计满溢出时间是固定的，所以称为定时方式；计数时，计数脉冲由单片机的外部引脚输入，对外部输入脉冲计数的目的通常是为了测试脉冲的周期、频率等。
GATE：门控位。GATE =0，定时/计数器只受寄存器TCON中的TR0（或TR1）控制（软件控制）。将TR0（或TR1）设置为1，就可启动T/C0（或T/C1）开始工作；GATE =1，定时器的启动要由TR0（或TR1）和外部中断信号共同控制（硬件控制）。只有TR0（或TR1）为“1”，且外部中断引脚INT0（INT1）为高电平时，才能启动相应的定时/计数器工作。
TMOD不能进行位寻址，只能用字节传送指令设置定时/计数器的工作方式及操作模式。系统复位后，TMOD的所有位均为0，其值为00H。
d) 控制寄存器TCON 特殊功能寄存器TCON的高4位存放用于定时/计数器的启动、停止的控制位及溢出标志位，低4位存放外部中断的标志位和有关控制位。该寄存器的字节地址为88H，可对其字节寻址，也可对单独的位进行寻址。其各位功能具体如下：
TCON（88H）
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
TF1
TR1
TF0
TR0
IE1
IT1
IE0
IT0

TF1：T/C1溢出标志位。定时器启动后，从设定的初值开始加1计数，至计满产生溢出时，由硬件自动将该标志位置“1”，向CPU申请中断。CPU响应进入中断服务程序后，由硬件自动对该标志位清 “0”在中断查询方式下工作，TF1应由软件来清“0”。
TR1：T/C1启动控制位。T/C1的启动与门控位GATE和外部中断源INT引脚有关。当GATE位设置为0，则T/C1的启动由TR1控制，采用指令使TR1置“1”，就可就可启动T/C1开始工作；对该位清“0”，则可使T/C1停止工作。当GATE位设置为1时，T/C的启动除TR1为“1”外，还要求外部中断源INT1引脚电平为高电平时，才能启动相应的定时/计数器工作。
TF0：T/C0溢出标志位，功能同TF1类似。
TR0：T/C0启动控制位，功能同TR1类似。
IE1：外部中断源1中断清求标志位。当外部中断源有请求时中断标志位置“1”，向CPU申请中断。
IT1：外部中断1触发方式选择位。IT1=1，边沿触发方式；IT1=0，电平触发方式。
IE0：外部中断源0中断请求标志位，功能同IE1类似。
IT0：外部中断源0触发方式选择位，功能同IT1类似。
系统复位时TCON所有位均为0，其值为00H。
（3） 定时/计数器的操作模式
根据定时/计数器的结构特点，通过对TMOD中M1、M2的设置，可使T/C0工作在0~3四种模式，使T/C1工作在0~2三种模式。本次设计只采用模式1和模式2，所以在这里只介绍模式1和模式2的定时/计数器结构和功能。
A．模式1 当模式控制寄存器TMOD中的M0 M1=01时，T/C工作在模式1。在该模式下，计数值寄存器的位数为16位，由THi和Tli各提供8位，形成一个16位的定时/计数器.模式1的逻辑结构图如下图所示：

OSC
12分
TF0
TH0
(8位)
TL0
(8位)

+

==

=

=

=

由图可发看出,当C/T为0时，T/C为定时器工作方式，此时，多路开关振荡器械的十二分频信号连接，T/C对单片机内部的机器周期进行计数；当C/T为1时，T/C为计数器工作方式，这时，定时/计数器接Ti引脚，对外部输入T0或T1的脉冲进行计数。
B．模式2 当模式控制寄存器TMOD中的M0 M1=10时，T/C工作在模式2。模式2是自动重装计数初值工作模式。要该模式中THi、Tli作为两个独立的8位计数器。模式2的逻辑结构图如下图所示:

OSC
12分
TLO
(8位)
TLO
(8位)
TF0
+

在T/C工作过程中， THi存放的8位初值保持不变，系统用Tli中的8位值进行计数。当Tli中的8位计数产生计满溢出时,将相应的TFi位置“1”，同时又将保存在THi中的计数初值重新自动装入Tli中，继续下次计数操作。此种模式就称为自动重装计数初值工作模式。
(4)定时/计数器的初始化
A.在使用单片机的定时/计数器时，首先要对它进行初始化编程，即对定时/计数器进行初始化设置。 初始化内容主要是对TCON和TMOD编程，计算和装载T/C0 、T/C1的计数初值等。一般步骤如下:
1) 对模式控制寄存器TMOD编程,确定T/C的启动控制方式、工作方式及操作模式。
2) 计算T/C中的定时或计数初值，并装载到相应的Thi和Tli中。
3) 当T/C工作在中断方式时，须对中断允许寄存器IE进行编程设置，开放CPU中断。
4) 设置TCON中的TRi位，启动定时/计数器开始定时或计数。若第一步设置为软启动，即GATE =0，则执行置位SETB TRi指令后，相应的定时/计数器即可开始工作；若GATE =1时（双重控制），还必须与外部中断引脚INTi共同控制，即执行置位SETB TRi后，且当INTi引脚电平为高时，定时/计数器方启动工作。定时/计数器一旦启动就按规定的方式定时或计数。
B.计数初值的计算
在计算单片机的计数初值时，选择不同的工作方式，不同的操作模式其计数初值是不相同的。
计数器的计数初值 在计数器工作方式下，T/C对外部脉冲计数，若设最大计数值为M，则各操作模式下的M值为
模式0：M=213=8192
模式1：M=216=65536
模式2：M=28=256
模式3：M=256，定时器T0分成2个独立的8位计数器，所以TH0、Tl0的M值均为256
因为8051的两个定时/计数器均为加1计数器，当加到最大值时产生溢出，置位Tfi，发出中断请求信号，因此对计数器的初值X的计算式为
X=M-计数值勤
式中的M由操作模式确定，不同的操作模式下计数长度不相同，其M值也不相同：式中的计数值为系统要求的计数次数。
定时器的计数初值 在定时器工作方式时，计数脉冲输入信号是由内部时钟提供，每一个机器周期使计数器的值加1，即T/C是对单片机内部的机器周期进行计数。若fosc为12MHZ，则一个机器周期为1us，各操作模式下最大的定时时间为
模式0： 213×1us=8192us
模式1： 216×1us=65536us
模式2： 28×1us=256us
模式3： 2×1us=256us
因此定时器计数初值X的计算式为
（M-X）×机器周期=t 即： X=M-t×fosc×f/12
式中 fosc ----振荡器的振荡频率；
t ----要求的定时时间；
M ----相应模式下的最大计数值。
三．单片机外部硬件电路的设计
3.1．电源电路的设计
在电子设备中， 内部电路都由直流稳压供电，一般情况下，直流稳压电源电路由电源变压器、整流、滤波、和稳压电路四部分组成。其原理方框图如下图所示。图中各环节的作用分别说明如下：

COM
COM
a～g
a～g
a～g
a～g
a～g
a～g
C2
C1
S3
S2
S1
R6
R5
R4
C
VL3
VL2
VL1
R3
R2
R1
+5V
+5V
+5V
&
P1.0 VCC
P1.1 P0.0
P1.2 P0.1
P1.3 P0.2
P0.3
P1.4 P0.4
P0.5
P1.5 P0.6
P1.6 P0.7
P1.7
RST
P3.0 EA
P3.1 ALE

P3.2(INT0) PSEN
P3.3(INT1) P2.7
P3.4 P2.6
P3.5 P2.5
P3.6 P2.4
P3.7 P2.3
XTAL2 P2.2
P2.1
XTAL1 P2.0
VSS

74LS244

1G 2G

74LS06
7805
T0（或T1）工作方式1的结构图
TR0
GATE
C/T=1
C/T=0
中断
控制
T0(P3.4)
OSC
12分
TF0
TH0
(8位)
TL0
(8位)

+

==

=

=

=

INT0(P3.2)
中断
控制
C/T=1
C/T=0
INT0(P3.2)
GATE
TR0
T0(P3.4)
OSC
12分
TLO
(8位)
TLO
(8位)
TF0
+
T0（或T1）工作方式2的结构图

电源变压器 将电网220V或380V的工频交流电压变换成为符合整流需要的电压值。
整流电路 利用二极管的单向导电性将交流电压变成脉动的直流电压。
滤波电路 利用电容、电感等元件的储能特性，将单方向的脉动直流电中的所含的大部分的交流成分滤掉，得到一个较恒定的直流电压。
稳压电路 当电网电压波动或负载变化时，稳压电路能自动维持直流输出电压稳定。

+
直流稳压供电源
IN4001×4
_
C0
～8V
～220V
0.1uF
0.33uF
1000uF
C2
C1
7805
ui
ud=5V

整流工作原理：由变压器、四个整流二极管组成。属于全波整流。当u2是正半周时，二极管VD1和VD3导通，而二极管VD2和VD4截止，负载RL上的电流自上而下流过负载，负载上得到了与u2的正半周相周的电压；在u2负半周时，u2的实际极性是下正上负的，二极管VD2和VD4导通而VD1和VD3截止，负载RL上的电流仍然自上而下流过负载，负载上得到了与u2正半周相同的电压，如此的循环下.。
滤波工作原理：经过整流后，输出电压在方向上没有变化，但输出电压波形仍然保持输入正弦波的波形。输出电压起伏较大，为了得到平滑的直流电压波形，必须采用滤波电路，以改善输出电压的脉动性，常用的滤波电路有电容滤波。在负载RL两端并联一只较大容量的电容器。设电容无能量储存，输出电压从0开始增大，电容器开始充电。一般充电速度很快，当u0=uc时，u0达到u2的最大值，当u2从最大值下降时，电容通过负载RL放电，放电时间常数为τ=RLC
在RL较大时，τ的值比充电的时间常数大。u0按指数规率下降，当的值再增大后，电容再继续充电，同时也向负载提供电流。电容上的电压仍会很快的上升。这样不断地进行，在负载上得到比无滤波整流电路平滑的直流电。
稳压工作原理：整流、滤波后得到的直流输出电压往往会随时间而有些变化，造成这种直流输出电压不稳定的原因有二：其一是由于市电交流电压不稳定，而使整流滤波电路输出的直流电压不稳定。其二当RL变化时，整流滤波电路输出的电压也会变化。负载电流越大，由于整流滤波电路具有一定的内阻，故输出的直流电压就越低。因此在整流滤波电路后面再加一级稳压电路，以获得稳定的直流输出电压。本次设计将用集成稳压器代替稳压电路，它交调压管、比较放大单元、启动单元和保护环节等元器件都集成为一片芯片。常用的三端固定正电压稳压器有7800系列，型号中的00两位数表示输出电压的稳定值，例7805输出的电压是5V。输入端电容C1用以抵消输入端较长接线的电感效应，防止产生自激振荡，输出端C0用以改善贡载的瞬态响应，减少高频噪声。
3.2．复位电路的设计
在设计单片机应用系统时，必须了解单片机的复位状态，因为单片机应用系统在使用时会经常进入复位工作状态。应用系统的复位状态与单片机的复位状态密切相关。
VCC

RST

VSS
单片机在开机时或者在时钟电路工作后，RESET（RST）引脚上出现24个时钟周期以上的高电平时，单片机将进入复位状态。单片机复位后，其程序计数器和特殊功能寄存器的复位状态表如下所示

程序计数器和特殊功能寄存器复位状态
寄存器
内容
寄存器
内容
PC
0000H
TCON
00H
ACC
00H
TH0
00H
B
00H
TL0
00H
PSW
00H
TH1
00H
SP
07H
TL1
00H
DPTR
0000H
TH2(8052)
00H
P0～P3
0FFH
TL2(8052)
00H
IP(8052)
×××00000B
RLDH(8052)
00H
IP(8051)
××000000B
RLDL(8052)
00H
IE(8051)
0××00000B
PCON(HCMOS)
0×××××××B
IE(8052)
0×000000B
PCON(CHMOS)
0××0000B
TMOD
00H
SCON
00H
SBUF
不定

MCS-51系列的单片机的RST引脚是复位信号的引入端，复位信号为复位高电平有效，其所需时间在2个机器周期（24个振荡周期）以上。手动复位时，按下复位按钮，电容C通过电阻R1迅速放电，使RST/VPD迅速变为高电平，松开后，电容通过R2和内部下拉电阻充电,逐渐使RST/VPD恢复为低电平。
3.3．时钟电路的设计
时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号。单片机在时钟信号的控制下，各部件之间协调一致的工作，时钟信号控制着计算机的工作节奏。下图所示为单片机的时钟电路

引脚XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，可以和芯片内部的振荡器构成一个稳定的自激振荡器，这就是单片机的时钟电路，这种方式称之为内部时钟源方式。电容器C1和C2的主要作用是帮助振荡器起振，且电容器大小对振荡频率有微调作用，典型值为C1 =C2=30pF。振荡频率主要由石英晶振的频率确定，目前，51系列单片机的晶振频率范围为1.2～60MHZ,其典型值为6MHZ、12MHZ、11.0592MHZ、20MHZ、24MHZ、33MHZ、40MHZ等。
3.4．LED显示电路设计
LED显示器的结构:LED显示器由8个发光二极管组成,显示中的发光二极管有两种接法:共阴极接法:把二极管的阴极连在一起构成公共阴极.使用时,公共阴极接地,这样,阳极端接输入高电平的段发光二极管就导通点亮,而输入低电平的则不点亮. 共阳极接法:把二极管的阳极接在一起构成公共阳极。使用时，公共阳极接+5V，这样，阴极端输入低电平的段发光二极管就导通点亮，而输入高电平的则不点亮。使用LED显示器时，要注意区分这两种不同的接法。为了显示数字或符号，要为LED显示器提供代码，因为这些代码是供显字形的。不同的连接方式，其字形代码也是不同的：
十六进制数字型代码表
字型
共阳极码
共阴极码
字型
共阳极码
共阴极码
0
C0H
3F H
9
90 H
6F H
1
F9 H
06 H
A
88 H
77 H
2
A4 H
5B H
B
83 H
7C H
3
B0 H
4F H
C
C6 H
39 H
4
99 H
66 H
D
A1 H
5E H
5
92 H
6D H
E
86 H
79 H
6
82 H
7D H
F
84 H
71 H
7
F8 H
07 H
“灭”
FF H
00 H
8
80 H
7F H

8路反相驱动器
PA0
PA1
PA2
PA3
PA4
PA5
PA6
PA7

8051

PC5
PC4
PC3
PC2
PC1
PC0
6路反相驱动器
LED显示器与8051的接口电路

为了实现LED显示器的动态扫描。除了要给显示器提供段码（字形代码）的输入之外，还要对显示器加上位的控制，这就是通常所说的段控和位控。因此，多们LED显示器接口电路需要有两个输出口，其中一个用于输出8条段控线（字形代码），另一个用于输出位控线（位码），位控线的数目与LED显示器的位数相同。
上图为使用8051作6位LED显示器的接口电路，8051的C口作为位控输出口，以PC5～PC0输出位控线。由于位控线的驱动电流较大，8段全亮时，约为40～60 mA，因此，8051C口输出常加74LS06，以实现反相和提高驱动能力，然后再接各LED显示器的位控端。8051A口为段控输出口，以输出8位字形代码。段控线的负载电流约为8 mA，为了提高显示亮度，通常加74LS244，以增加输出驱动能力。
3.5 74Lls244和74LS06芯片的介绍
74LS系列是现代TTL类型中主要应用的产品系列，兼有低功耗和较高速度的优点。74LS系列的工作环境温度为0～70摄氏度，门传输时间为9.5ns, 功耗为2mw。
1．74LS244的介绍
74LS244是TTL 八同相三态缓冲器/线驱动器/线接受器，其coms器件对应为74hc244,常用在单片机mcu系统中，作为单片机的输入输出数据缓冲器，在选通时输入数据送到总线上，在非选通时对总线呈高阻态。
国产型号：CT74LS244
参考型号：T4244 国外型号：74LS244
插座引脚数为20
74ls244: 8 输入3态缓冲电路。
把8个输入分成2组，4个一组。

引出端符号：
1A～8A输入端
1Y～8Y输出端
1G，2G三态允许端（低电平有效）
H＝高电平
L＝低电平
Z＝高阻
X=任意
G＝0 的时候，输入－>输出
G＝1的时候，输出为高阻态

74LS06 六高压输出反相缓冲器/驱动器
国产型号：CT7406
参考型号：T1006 国外型号：7406
插座引脚数为14

实时时钟的设计
实时时钟就是以秒、分、时为单位进行计时的。
1．实时时钟实