4硬件单元电路设计 4.1单片机最小系统[10]
单片机最小系统包括时钟电路、复位电路和主控制系统。时钟电路是时钟电路由一
个晶体振荡器12MHZ和两个30pF的瓷片电容组成。时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，而时序所研究的是指令执行中各信号之间的相互关系。单片机本身就如一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地工作。复位电路是使单片机的CPU或系统中的其他部件处于某一确定的初始状态，并从这状态开始工作，除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位电路以重新启动。本设计采用的是按键复位电路。主控制器采用AT89S52，是ATMEL公司生产的一款性能稳定的8位单片机。AT89S52具有1个8KB的FLASH程序存储器，1个512字节的RAM，4个8位的双向可位寻址I/O端口，3个16位定时/计数器及1个串行口和6个向量二级中断结构。其最小系统电路图如下:
图 3
4.2特殊器件的介绍
（1）单片机的定时器[2] [3]
MCS-51 系列的单片机一般有两个内部的16位定时器/计数器，分别称为T0和T1。这两个计数器分别是两个8位的RAM单元组成的，即每个计数器都是16位的计数
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器，最大的计数量是65536.
那么这个定时器/计数器是如何产生定时作用的呢？例如：如果将时钟定时到1分钟，那么秒针计数到60次，时钟闹铃就会响。这里有个计数和定时之间的概念转化，时间表示为秒针的计数值，即秒针每一次走动的时间正好是1s。
单片机中定时器和计数器是复用的，计数器是记录外部脉冲的个数，而定时器则是出单片机提供的一个非常稳定的计数源。定时器是又单片机的晶振经过12分频后获得的一个脉冲源。当单片机的晶振为12MHz时，计数值为1代表的时间就是1us。
计数器的容量是16位，也就是最大的计数值到65536，因此计数到65536就会产生溢出，当定时器/计数器溢出时，就会使得相关寄存器标志产生变化，单片机将由此而产生定时中断，在中断服务程序中处理定时到而需要完成的任务。
TMOD是一个8位的特殊功能寄存器，对应的地址为89H，不可位寻址，TMOD控制字中可以完成3个功能：
1， 确定选择定时器，还是计数器。 2， 选择何种工作方式。
3， 是否借用外中断控制定时器和计数器的启停。
TMOD的低4位是用于控制T0的字段，高4位用于控制T1。TMOD的控制字的格式和含义如下：
表1 TMOD的控制字
TMOD.7 GATE TMOD.6 C/T TMOD.5 M1 TMOD.4 M0 TMOD.3 GATE
TMOD.2 C/T TMOD.1 M1 TMOD.0 M0 这里，以TMOD的低4位来说明各位的定义和功能。
GATE：分为两种情况，GATE=0时，定时器的启停和INT1无关，在这种情况下，定时器的启停只取决TR0，GATE=1时，在这种情况下定时器/计数器的开关不仅要由TR0来控制而且还要受到INT1一脚的控制，只有TR1为1，且INT1引脚也是高电平，定时器才开始工作。
C/T:定时器/计数器即可做定时也可用于计数。选择何种功能，由C/T的控制字决定。如果C/T为0就用作定时器，如果为1就用作计数器。当然，一个定时/计数器同时要么作定时用，要么作计数用，不能同时用。
M1,M0:用M1,M0来控制定时器/计数器4种工作方式的选择。
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1,工作方式0：M0=0，M1=0，13位定时/计数方式，它由TL（1/0）的低5位和TH（0/1）的8位构成13位计数器，此时TL（1/0）的高3位未用。
2，工作方式1：M0=0,M1=1，是16位的定时/计数方式，其他特性与工作方式0相同。
3，工作方式2：M0=1,M1=0，自动重装初值的8位定时/计数器。初值放在T（0/1） 的高8位，在工作方式2，只有低8位参与计数，而高8位不参与计数，用作预制数的存在，计数范围256.每当计数溢出，就会打开T(0/1)的高，低8位之间的开关，预制数进入8位，这是由硬件自动完成的，不需要由人工干预。定时器就是为了提供一个时间基准，计数溢出后重新装入预制数，再开始计数，不要任何延迟。
4，工作方式3：M0=1,M1=1，这种工作方式之下，定时/计数器0被拆成2个独立的定时/计数器来用，其中，TL0可以构成8位的定时器或计数器的工作方式，而TH0则只能作为定时器来用，一般情况下，只有在T1以工作方式2运行时，才让T0工作方式3。
接下来，介绍定时器/计数器的控制器TCON。
TCON是一个8位的特殊功能寄存器，对应的地址为88H，可位寻址。TCON中的低4位用于外部中断的控制，在后文中将加以介绍，此处只对高4位的T0，T1控制字及其控制原理进行介绍。TCON控制寄存器的格式和含义如表：
TCON.7 TF1
表2 TCON控制寄存器
TCON.6 TR1 TCON.5 TF0 TCON.4 TR0 TCON.3 IE1 TCON.2 TF1 TCON.1 IE0 TCON.1 IT0 TRO:T0的运行控制位。启动定时器T0没有专门的指令，而是通过位TR0进行制。TR0是由软件置位或清零的。当门控位GATE=0时，T0的运行只取决于TR0的0和1；当门控位GATE=1时，仅当TR0=1，并且外中断0引脚的输入值为高电平时，T0才开始计数，这两个条件有一个不满足，则禁止T0计数。
TF0：T0的溢出和中断申请标志位。当T0溢出时，硬件TF0，表示提出了中断申请。该标志位可以通过软件查询，也可以用软件清零和置位。在单片机响应中断申请后，硬件自动清零。
TR1：T1的运行控制位。
TF1：T1的溢出标志位和中断申请标志位。
表3 TCON中的控制字
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TCON.7 TF1 TCON.6 TR1 TCON.5 TF0 TCON.4 TR0 TCON.3 IE1 TCON.2 IT1 TCON.1 IE0 TCON.0 IT0 外部中断申请求源 IT0：INT0 触发方式控制位，可由软件进行置位和复位，IT0=0,INT0为低电平触发方式：IT0=1,INT0为负跳变触发方式。
IE0：INT0中断请求标志位。当有外部的中断请求时，这位就会置1，cpu响应中断后，由硬件将IE0清0。
IT1：INT1触发方式控制位，可由软件进行置位和复位，用途IT0相同。
4.2 机械时钟显示模块[7]
机械时钟显示模块采用4个8*8的LED点阵模块组成一个16*16的LED点阵，通过单片机控制此显示模块显示机械时钟的外形及时间。由于AT89C52的I/O口较少，为节省I/O口资源，在此我们采用74HC154 4线-16 线译码器， 74154这种单片4 线—16 线译码器非常适合用于 高性能存储器的译码器。当两个选通输入G1 和G2 为低时, 它可将4 个二进制编码的输入译成16 个互相独立的输出之一。实现解调功能的办法是：用4 个输入线写出输出线的地址，使得在一个选通输入为低时数据通过另一个选通输入。当任何一个选通输入是高时，所有输出都为高。其真值表如下：
表4 74HC154的真值表
TRUTH TABLE真值表：
INPUTS 输入 SELECTED OUTPUT 选定输出(L) G1 L L L L G2 L L L L D L L L L C L L L L B L L H H A L Y0 H Y1 L Y2 H Y3 7
L L L L L L L L L L L L X H L L L L L L L L L L L L H X L L L L H H H H H H H H X X H H H H L L L L H H H H X X L L H H L L H H L L H H X X L Y4 H Y5 L Y6 H Y7 L Y8 H Y9 L Y10 H Y11 L Y12 H Y13 L Y14 H Y15 X NONE X NONE
引脚功能表： 表5
引脚端 No SYMBOL符号 NAME AND FUNCTION名称及功能 Outputs输出(Active LOW)低电平 Enable Inputs(Active LOW)使能输入(低电平) Address Inputs地址输入 Ground接地(0V) Positive Supply Voltage电源电压 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,13,14,15,16,17 Y0 to Y15 18,19 23,22,21,20 12 24 G1, G2 A to D GND VCC
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