[摘 要] 单片计算机即单片微型计算机（Single-Chip Microcomputer ），是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。他体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产品和工业自动化上。而51 单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。
[关键词] 单片计算机 中央处理器 随机存储器 只读存储器
本文通过用对一个能实现定时，时钟，日历显示功能的时间系统的设计学习，详细介绍了51 单片机应用中的数据转换显示，数码管显示原理，动态扫描显示原理，单片机的定时中断原理、从而了解单片机相关指令在各方面的应用，文章后附有电路图，以供读者参考。本系统由AT89C51、LED 数码管、按键、发光二极管等部分构成，能实现时间的调整、定时时间的设定，输出等功能。系统的功能选择由SB0、SB1、SB2、SB3、SB4 完成。其中SB0为时间校对，定时器调整功能键，按SB 0 进入调整状态。SB1 为功能切换键。第一轮按动SB1 依次进入一路、二路、三路定时时间设置提示程序，按SB3 进入各路定时调整状态。定时时间到，二极管发亮。到了关断时间后灭掉。如果不进入继续按SB1 键，依次进入时间 年位校对、月位校对、日位校对、时位校对、分位校对、秒位校对状态。不管是进入那种状态，按动SB2 皆可以使被调整位进行不进位增量加1 变化。各预置量设置完成后，系统将所有的设置存入RAM 中，按SB1 退出调整状态。上电后，系统自动进入计时状态，起始于00时00分。SB4 为年月日显示转换键，可使原来显示时分秒转换显示年月日。
一、电路原理分析
1、显示原理
由6 个共阴极的数码管组成时、分、秒的显示；P0 口的8 条数据线P0.0 至P0.7 分别与两个CD4511 译码的ABCD 口相接，P2 口的 P2.0 至P2.2 分别通过电阻R10 至R13 与VT1 至VT3 的基极相连接。这样通过P0 口送出一个存储单元的高位、低位BCD显示代码，通过P2 口送出扫描选通代码轮流点亮LED1 至LED6，就会将要显示的数据在数码管中显示出来。从P0 口输出的代码是BCD 码，从P2 口输出的就是位选码。这是扫描显示原理。
2、数码管结构及代码显示
共阴LED 数码管结构、字段及引脚排列见图2 图2；共阴LED 数码管由8 只发光二极管VD1 至VD8 共阴连接并按8字形结构排列而成。这样，我们将这些二极管的正极接高低不同的电位，把所有的负极接地，当正极为高电位时相应的二极管就会导通而发光，从而使数码管呈现不同的字符。而只有P2 相应呈现高电位，VT 个管导通，LED1 的GND 与地相接，LED 位被选中才具备发光的使能条件；可见，在利用P2 口送出位选码，使各位轮流得到发光使能条件的同时，通过P0 口分别送出不同的段选码，就会在LED1 至LED4 中显示出不同的数字来。
3、键盘及读数原理
键盘是人与微机打交道的主要设备，按键的读取容易引起误动作。可采用软件去抖动的方法处理，软件的触点在闭合和断开的时候会产生抖动，这时触点的逻辑电。平是不稳定的，如不采取妥善处理的话，将引起按键命令错误或重复执行，在这里采用软件延时的方法来避开抖动，延时时间20ms。
4、连击功能的实现
按下某键时，对应的功能键解释程序得到执行，如操作者没有释放按键，则对应的功能会反复执行，好象连续执行，在这里我们采用软件延时250ms,当按键没释放则执行下一条对应程序。利用连击功能，能实现快速调时操作。
二、程序设计思想和相关指令介绍
本系统的主程序主要完成时间显示和定时输出判断功能。而年月日显示和各时间单元进位，时间设定时，调定时间设定时等功能全部在中断服务程序中完成。
1、数据与代码转换
由前述可知，从P2 口输出位选码，从P0 口输出段选码，LED 就会显示出数字来。但P0口的输出的数据是要BCD 码，各存储单元存储的是二进制数，也就是和要显示出的字符表达的含义是不一致的。可见，将要显示的存储单元的数据直接送到P0 口去驱动LED 数码管显示是不能正确表达的，必须在系统内部将要显示的数据经过BCD 码行转换后，将各个单元数据的段选代码送入P0 口，给CD4511 译码后去驱动数码管显示。具体转换过程如下：
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我们先将要显示的数据装入累加器A中，再将A中的数据转换成高低两位的BCD 码，再放回A中，然后将A 中的值输出。如：有一个单元存储了45 这样一位数，则需转换成四位的BCD码：（0100）（0101）然后放入A 中。A中BCD码，高位四位代表4低四位代表5同时送给两个译码器中，译码后45字就在两个LED 中显示出来。
2、计时功能的实现与中断服务程序
时间的运行依靠定时中断子程序对时钟单元数值进位调整来实现的。计数器T0 打开后，进入计时，满100 毫秒后，重装定时。中断一次，满一秒后秒进位，满60 秒后即为1 分钟，分钟单元进位，60 分到了后，时单元进位，24 小时满后，天单元进位。这样然后根据进率，得到年、月、日、时、分、秒存储单元的值，并经译码后，通过扫描程序送LED 中显示出来，实现时钟计时功能。累加是用指令INC 来实现的。进入中断服务程序以后，执行PUSH PSW 和PUSH A 将程序状态寄存器PSW 的内容和累加器A 中的数据保存起来，这便是所谓的保护现场。以保护现场和恢复现场时存取关键数据的存储区叫做堆栈，在软件的控制之下，堆栈可在片内RAM 中的任一区间设定，而堆栈的数据存取与一般的RAM 存取又有区别，对它的操作，要遵循¡ 后进先出¡ 的原则。
3、时钟误差分析
开启定时器/计数器0，使之开始计时，中断后进入中断程序。自停止计数到、计数又开始，中间执行了7 条指令，也就是延迟了13 个单周期共用时间26us，这样，每个中断的总时间应为为100.026sm，而原来定时是100ms，，所以，也就是说每次中断定时多了26um.这样，可改变计数重装值，使每次中断定时时间为99.974sm，加上原来的7 条指令所用的时间，正好100sm.计数10 次得1s.这样就可得到较精确的计时秒数，然后根据进率，得到时、分的值。
4、时间控制功能与比较指令
系统的另一功能就是实现对执行设备的定时开关控制，其主要控制思想是这样的：先将执行设备开启的时间和关闭时间置入RAM 某一单元，在计时主程序当中执行几条比较指令，如果当前计时时间与执行设备的设定开启时间相等，就执行一条 CLR 指令，将对应的那路P3 置为高电位，开启；如果当前计时时间与执行设备设定的关闭时间相等，就执行SETB对应的P3 置低电位，二极管截止，。实现此控制功能用到的比较指令为CJNE A，#direct，rel，其转移条件是累加器A 中的值与立即数不等则转移。
参考文献：
[1]谢自美，《电子线路设计、实验、测试 》武汉：华中理工大学出版社，2000.
[2]何书森、何华斌《实用数字电路原理与设计速成》福州：福建科学技术出版社，2000.6.
[3]白驹衍， 《单片计算机及应用》北京：电子工业出版社， 1999.2.