多功能六位電子鐘項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案

1 多功能六位電子鐘項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案 第一部分 設(shè)計(jì)任務(wù) 計(jì)題目及要求 功能六位電子鐘 設(shè)計(jì)制作一個多功能六位電子鐘。 體電路邏輯圖 體電路圖 原理方框圖如圖（ 1）： 圖（ 1）六位電子鐘原理方框圖 示電路原理 R S R X D ) P 3 T X D ) P 3 A L 24X T A L 15( I N T 0) P 3 I N T 1) P 3 T 0 ) P 3. 48( T 1 ) P 3. 59G N A I N 0)12P 1 A I N 1)13P 1 c T 89 C 2 05 1 H 0 0 5 D 1 D 2 D 32222222R 1 01 11 21 31 41 51355 V + 5 V + 5 V + 5 V + 5 V + 5 e c b a f g d e c b a f g d e c b a f D+ 5 V + 5 72 82 65. 1 L W E D+ 5 DV i o 8 L 05G N u F+ 5 2 2 D+ 5 鐘 秒鐘R 3 R 9 2 20 2 顯示部分主要器件為 3 只兩 位 一體 共陽 極 數(shù)碼管，驅(qū)動采用 三極管驅(qū)動，各端口配有限流電阻，驅(qū)動方式為 動態(tài) 掃描，占用 口 ，段碼由 出 。冒號部分采用 4 個 紅色發(fā) 光 二極管 ，驅(qū)動方式為獨(dú)立端口 動。 共陽極 碼管 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖： 圖 4陽極 碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖 碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)位，因此根據(jù) 碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。 靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機(jī)的 I/者使用如 二 器 *進(jìn)行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用 I/O 埠多，如驅(qū) 動 5 個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 5 8 40 根 I/O 埠來 3 驅(qū)動，要知道一個 89片機(jī)可用的 I/O 埠才 32 個呢。故實(shí)際應(yīng)用時必須增加 *驅(qū)動器進(jìn)行驅(qū)動，增加了硬體電路的復(fù)雜性。 數(shù)碼管動態(tài)顯示介面是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的 8 個顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g,的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極 加位元選通控制電路，位元選通由各自獨(dú)立的 I/O 線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出 字形，取決于單片機(jī)對位元選通 電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。 透過分時輪流控制各個 碼管的 ，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位元數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為 1 2于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O 埠，而且功耗更低。 圖 4碼管正面?zhèn)€字段引腳 盤原理： 如下圖； 按鍵 用復(fù)用的方式與顯示部分的 4 復(fù)用。其工作方式為，在相應(yīng)端口輸出高電平時讀取按鍵的狀態(tài)并由單片機(jī) 消除 抖動并賦予相應(yīng)的鍵值。 響電路及輸入、輸出電路原理 如下圖示； 迅響電路由有源蜂鳴器和 三極管組成。其工作原理是當(dāng) 三極管導(dǎo)通后有源蜂鳴器立即發(fā)出定頻聲響。驅(qū)動方式為獨(dú)立端口驅(qū)動，占用 口。 輸出電路 是與迅響電路復(fù)合作用的，其電路結(jié)構(gòu)為有源蜂鳴器， 值電阻針 聯(lián)。當(dāng)有源蜂鳴器無迅響時 出低電平，當(dāng)有源蜂鳴器發(fā)出聲響時 出高電平， 接入數(shù)字電路等各種需要。驅(qū)動方式為迅響復(fù)合輸出，不占端口。 輸入電路是與迅響電路復(fù)合作用的，其電路結(jié)構(gòu)是在迅響電路的 三極管的基極電路中接入排針 腳排針可改變單片機(jī) I/O 口的電平狀態(tài)，從而達(dá)到輸入的目的。驅(qū)動方式為復(fù)合端口驅(qū)動，占用 口。 片機(jī)系統(tǒng)： 5 本產(chǎn)品采用 了單片機(jī) 核心器件 ，并配合所有 的外圍 電路，具有上電復(fù)位的功能，無手動復(fù)位功能。 低電壓 ,高性能 8位 型計(jì)算機(jī)。如圖 示。它采用 高密非易失存儲技術(shù)制造并和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 51 指令集和引腳結(jié)構(gòu)兼容。通過在單塊芯片上組合通用的 閃速存儲器 ,一強(qiáng)勁的微型計(jì)算機(jī) ,它對許多嵌入式控制應(yīng)用提供一高度靈活和成本低的解決辦法。 引腳 功能 行輸入端口 ) 行輸出端口 ) 中斷 0) 中斷 1) 時器 0 外部輸入 ) 時器 1 外部輸入 ) 6 碼顯示單元電路的介紹 方框圖如圖（ 2）： 圖（ 2）譯碼顯示電路 譯碼電路的功能是將秒、分、時計(jì)數(shù)器的輸出代碼進(jìn)行翻譯，變成相應(yīng)的數(shù)字。用與驅(qū)動 段數(shù)碼管的譯碼器常用的有 7474 譯碼器 /驅(qū)動 器，輸出高電平有效，專用于驅(qū)動 段共陰極顯示數(shù)碼管。若將秒、分、時計(jì)數(shù)器的每位輸出分別送到相應(yīng)七段譯嗎管的輸入端，便可以進(jìn)行不同數(shù)字的顯示。在譯碼管輸出與數(shù)碼管之間串聯(lián)電阻 R 作為限流電阻。 時電路原理 校時電路是數(shù)字鐘不可缺少的部分，每當(dāng)數(shù)字鐘與實(shí)際時間不符時，需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)時間進(jìn)行校時。 別是時校正、分校正開關(guān)。不校正時， 關(guān)是閉和的。當(dāng)校正時位時，需要把 關(guān)打開，然后用手撥動 關(guān)，來回?fù)軇右淮危湍苁箷r位增加 1，根據(jù)需要去撥動開關(guān)的次數(shù)，校正完畢后把 關(guān)閉 上。校正分位時和校正時位的 7 方法一樣。其電路圖如下 : 第二部分 設(shè)計(jì)方案 體設(shè)計(jì)方案說明 美國 司生產(chǎn)的低電壓、高性能 位 單片機(jī) ，片內(nèi)含 2k 可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（ 128隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲器（ 器件采用 司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) 令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 儲單元， 片機(jī)在電子類產(chǎn)品中有廣泛的應(yīng)用。 3 . 3 k &至 時 個 位 計(jì) 數(shù) 器&至 分 個 位 計(jì) 數(shù) 器& & &1 1分十位進(jìn) 位 脈 沖秒十位進(jìn) 位 脈 沖3 . 3 k 0 1 0 1 脈 沖 5V 8 數(shù)字電子鐘是用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)“時”、“分”、“秒”數(shù)字顯示的計(jì)時裝置，主要由振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示器、校時電路等部分組成。而數(shù)字鐘想準(zhǔn)確的計(jì)時則是由振蕩器產(chǎn)生的時脈沖送到分頻器，分頻電路將時標(biāo)信號分成每秒一次的方波信號。秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生頻率穩(wěn)定很高的秒脈沖，秒脈沖被送到一個六十進(jìn)制秒計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，將計(jì)數(shù)結(jié)果送至秒個位和十位譯碼器，譯碼結(jié)果分別由兩只七段數(shù)碼管以十進(jìn)制 數(shù)形式顯示來。當(dāng)秒六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器累計(jì)到第 59 秒時，若再來一個秒脈沖，秒計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出就產(chǎn)生進(jìn)位脈沖（分計(jì)數(shù)脈沖），同時，秒計(jì)數(shù)器的十位和個位都復(fù)位到零。分計(jì)數(shù)脈沖又被送到分六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，經(jīng)譯碼電路譯碼后數(shù)碼管顯示相應(yīng)的分?jǐn)?shù)。當(dāng)計(jì)滿 59 分 59 秒時，若再來一個秒脈沖，則分計(jì)數(shù)器便向時計(jì)數(shù)器送出時計(jì)數(shù)脈沖，同時，分、秒計(jì)數(shù)器均復(fù)位到零。時計(jì)數(shù)器是一個二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)顯示 23 時 59 分 59 秒時，若再來一個秒脈沖，則時、分、秒計(jì)數(shù)器都應(yīng)回到零，并顯示（ 00:00:00）表示已到達(dá)午夜零點(diǎn)，第二天開始繼續(xù) 計(jì)數(shù)。其主要的功能模塊如圖 2示。 能使用說明； 1、功能按鍵說明： 功能選擇按鍵， 功能擴(kuò)展按鍵， 數(shù)值加一按鍵。 2、功能及操作說明： 操作時，連續(xù)短時間 (小于 1 秒 )按動 可在以上的 6 個功能中連續(xù)循環(huán)。中途如果長按 (大于 2 秒 )立即回到時鐘功能的狀態(tài)。 1）時鐘功能：上電后即顯示 10： 10： 00 ，寓意十全十美。 2）校時功能：短按一次 當(dāng)前時間和冒號為閃爍狀態(tài)，按動 小時位加 1，按動 分鐘位加 1，秒時不可調(diào) 。 3）鬧鐘功能：短按二次 示狀態(tài)為 22： 10： 00，冒號為長亮。按動 小時位加 1，按動 分鐘位加 1，秒時不可調(diào)。當(dāng)按動小時位超過 23 時則會顯示 個表示關(guān)閉鬧鐘功能。鬧鈴聲為蜂鳴器長鳴 3 秒鐘。 4）倒計(jì)時功能：短按三次 示狀態(tài)為 0，冒號為長滅。按動 從低位依此顯示高位，按動 相應(yīng)位加 1，當(dāng) 到第 6 次時會在所設(shè)定的時間狀態(tài)下開始倒計(jì)時，再次按動 再次進(jìn)入調(diào)整功能，并且停止倒計(jì)時。 5）秒表功能：短按四次 示狀態(tài)為 00： 00： 00，冒 號為長亮。按動 開始秒表計(jì)時，再次按動 停止計(jì)時，當(dāng)停止計(jì)時的時候按動 秒表清零。 6）計(jì)數(shù)器功能：短按五次 示狀態(tài)為 00： 00： 00，冒號為長滅，按動 計(jì)數(shù)器加 1，按動 計(jì)數(shù)器清零。 9 塊結(jié)構(gòu)與方框圖 如圖（ 5） 圖（ 5） 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖 位電路原理 片機(jī)的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位引腳 過一個斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機(jī)器周期的 密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一 次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。 上電復(fù)位電路是 種簡單的復(fù)位電路，只要在 位引腳接一個電容到 一個電阻到地就可以了。上電復(fù)位是指在給系統(tǒng)上電時，復(fù)位電路通過電容加到 位引腳一個短暫的高電平信號，這個復(fù)位信號隨著 電容的充電過程而回落，所以 腳復(fù)位的高電平維持時間取決于電容的充電時間。為了保證系統(tǒng)安全可靠的復(fù)位， 腳的高電平信號必須維持足夠長的時間。 圖 4位電路 10 上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。只要 上升時間不超 過1可以實(shí)現(xiàn)自動上電復(fù)位。 鐘電路 時鐘是單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊的一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有兩種方式：一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種為外部時鐘方式。本文用的是內(nèi)部時鐘方式。 片機(jī)內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片引腳 出端為引腳 兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就 構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。 第三部分 軟件設(shè)計(jì)與安裝調(diào)試 件任務(wù)與安裝調(diào)試 件流程與任務(wù) 軟件任務(wù)分析 軟件任務(wù)分析和硬件電路設(shè)計(jì)結(jié)合進(jìn)行，哪些功能由硬件完成，哪些任務(wù)由軟件完成，在硬件電路設(shè)計(jì)基本定型后，也就基本上決定下來了 9。 軟件任務(wù)分析環(huán)節(jié)是為軟件設(shè)計(jì)做一個總體規(guī)劃。從軟件的功能來看可分為兩大類：一類是執(zhí)行軟件，它能完成各種實(shí)質(zhì)性的功能，如測量，計(jì)算，顯示，打印，輸出控制和 11 通信等，另一類是監(jiān)控軟件，它是專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系，在系統(tǒng)軟件中充當(dāng)組織調(diào)度角色的軟件。這兩類 軟件的設(shè)計(jì)方法各有特色，執(zhí)行軟件的設(shè)計(jì)偏重算法效率，與硬件關(guān)系密切，千變?nèi)f化。 軟件任務(wù)分析時，應(yīng)將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義和接口定義（輸入輸出定義）。在各執(zhí)行模塊進(jìn)行定義時，將要牽扯到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)類型問題也一并規(guī)劃好。 各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以監(jiān)控程序了。首先根據(jù)系統(tǒng)功能和鍵盤設(shè)置選擇一種最適合的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)。相對來講，執(zhí)行模塊任務(wù)明確單純，比較容易編程，而監(jiān)控程序較易出問題。這如同當(dāng)一名操作工人比較容易，而當(dāng)一個廠長就比較難了。 軟件任務(wù)分析的另一個內(nèi)容是如何安排監(jiān)控軟件 和各執(zhí)行模塊。整個系統(tǒng)軟件可分為后臺程序（背景程序）和前臺程序。后臺程序指主程序及其調(diào)用的子程序，這類程序?qū)?shí)時性要求不是太高，延誤幾十 至幾百 沒關(guān)系，故通常將監(jiān)控程序（鍵盤解釋程序），顯示程序和打印程序等與操作者打交道的程序放在后臺程序中執(zhí)行；而前臺程序安排一些實(shí)時性要求較高的內(nèi)容，如定時系統(tǒng)和外部中斷（如掉電中斷）。也可以將全部程序均安排在前臺，后臺程序?yàn)椤笆瓜到y(tǒng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)”，以利于系統(tǒng)節(jié)電和抗干擾。 軟件流程圖 圖 5序設(shè)計(jì)流程圖 12 程序里先定義兩個中斷定 時器 個作為秒記數(shù)用 ,另一個做為調(diào)整時閃爍用。編程時先將 3口數(shù)據(jù)清零 ,然后 3口作動態(tài)掃描顯示 ,由于人的眼睛有延遲性 ,當(dāng)掃描頻率非常高時人就感覺數(shù)碼管一直亮著 ,而同時記數(shù)器在遵循時間的變化方式執(zhí)行著秒到了 60 分加一，分到了 60 小時加一，小時到了 24 就歸零。 為時間調(diào)整按鈕當(dāng)長按按住 2 秒以上進(jìn)入校準(zhǔn)時間狀態(tài)及換檔和退出，快速點(diǎn)觸用于調(diào)節(jié)時間數(shù)值 ,歸零是復(fù)位按鈕。 裝與調(diào)試 安裝、焊接元件到電路板上 按照先低后高，先小后大，先臥式后立式的順序，正確插入元件，其高低、極性要符合 規(guī)定。 先安裝、焊接跳線機(jī)及電阻，用電阻多余的腳做跳線，電阻引腳不分正負(fù)，焊接時間最好控制在 2。 接瓷片電容。瓷片電容部分正負(fù)極。 接輕觸開關(guān) 接三極管。三極管的外形基本一樣，注意分青，且方向要和電路板上的方向一致。 接 12振。晶振沒有正負(fù)極。 接電解電容，裝的時候要躺著安裝，立著會影響發(fā)光二極管的顯示不整齊。 接 20 腳 座，從用一小缺口或小圓點(diǎn)標(biāo)記的地方以逆時針數(shù)依次為 1裝時要注意 缺口和電路上的缺口相一致。 20 只引腳都插到位后，先用手指按住，固定對角兩只引腳，防止插入的引腳掉出來，再把板放到桌面上把剩下的引腳焊好。焊好后不要急于插入單片機(jī)芯片，因?yàn)檫€有其他元件焊接，防止電烙鐵帶靜電擊壞單片機(jī)芯片。 接蜂鳴器。 接 普通二極管一樣，有正負(fù)極之分，不能裝錯。 安裝、焊接數(shù)碼管。認(rèn)識數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 13 件清單 序號 名稱 規(guī)格 位號 數(shù)量 序號 名稱 規(guī)格 位號 數(shù)量 1 單片機(jī) 1 1 13 三極管 9012 2 三端集成穩(wěn)壓 782 1 14 電阻 220 3 2位共陽數(shù)碼 管 紅色 15 1K 15 7 4 發(fā)光二極管 紅色 3 16 2K 5 蜂鳴器 5V 有源 17 16 1 6 瓷片電容 302、 18 10K 7 4、 19 按鍵 6*6*5 8 2 位排針 間距 1 20 電池盒 4節(jié) 5號 1 9 集成電路插座 20P 21 座 1 14 10 電解電容 101 1 22 電源線 雙色 2P 帶熱縮管 1 11 1006 1 23 電路板 105*55 1 12 晶振 121 1 24 說明書 面 1 第五部分 課程設(shè)計(jì)總結(jié)（心得體會） 經(jīng)過大量查找資料和老師的不斷指點(diǎn)，我將所設(shè)計(jì)的六位數(shù)碼管電子鐘焊接成功，雖然不是很穩(wěn)定， 但在這個過程中，我了解了各個元器件的識別與測量，也了解了 時明白了六位數(shù)碼管電子鐘的工作原理并實(shí)現(xiàn)了其功能。 本程序設(shè)計(jì)時，只用了一個定時器 他的中斷全部關(guān)斷，定時器工作在兩個 8位自動加載初始值狀態(tài)。簡短的定時中斷程序只負(fù)責(zé)時間的計(jì)數(shù)和進(jìn)位功能，這是保證走時精確。有三個輕觸式按鍵： 功能選擇按鍵 能擴(kuò)展按鍵 值加一按鍵 此數(shù)字鐘采用了一只 通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對自己的動手能力有了信心。面臨著就業(yè)，我將充分發(fā)揮 我的主觀能動性和在學(xué)校學(xué)到的一切知識。為母校添磚加瓦，為自己的前程奮斗！這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行，我深刻明白了理論知識與社會實(shí)踐相結(jié)合的道理，從總得到了以前書本知識所不曾得到的知識。更加明白了如今信息時代電子技能知識的重要性。增強(qiáng)了我對實(shí)際工藝技術(shù)、電子技術(shù)和設(shè)備技術(shù)等方面的認(rèn)識，掌握了分析處理方法，調(diào)試、計(jì)算等基本技能的訓(xùn)練，并具備了一定程度的實(shí)際工作能力。 第六部分 參考文獻(xiàn) 程序主要代碼： #0=0 ,; ,; 0,0,; 2,0,; 15 ,; ,; t) i,j; i=0;i=199) ; ; if(60) ; ; if(60) ; ; if(24); if(& & 99 & (0|0|0) 16 ; if(60) 9; if(60) 9; if(100) 9; if(0&0&0&5000) 4000; if(1) ; if(2) ; ; if(100) ; ; if(60) ; ; if(60) ; x