多動能六位電子鐘設計方案

1 多動能六位電子鐘設計方案 第一章 數(shù)字電子鐘的設計方案論證 字電子鐘的應用意義 數(shù)字電子鐘是用數(shù)字電路實現(xiàn)“時”、“分”、“秒”數(shù)字顯示的計時裝置，主要由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼顯示器、校時電路、報時電路等六部分組成。這些都是數(shù)字電路中應用最廣的基本電路。數(shù)字電子鐘具有計時準確的功能。 字電子鐘設計的要求及技術(shù)指標 六位數(shù)碼管分別顯示時、“分”、“秒”；附加 “星期”數(shù)碼 1位 顯示。 間單位數(shù)字變化時閃爍一次。 3計時誤差不超過 4具有整點報時、手動設置修改時間功能控制功能。 計方案論證 石英晶體振蕩器產(chǎn)生的時脈沖送到分頻器，分頻電路將時標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制秒計數(shù)器計數(shù)，將計數(shù)結(jié)果送至秒個位和十位譯碼器，譯碼結(jié)果分別由兩只七段半導體數(shù)碼管以十進制數(shù)形式顯示來。當秒六十進制計數(shù)器累計到第 59秒時，若再來一個秒脈 沖，秒計數(shù)器的進位輸出就產(chǎn)生進位脈沖（分計數(shù)脈沖），同時，秒計數(shù)器的十位和個位都復位到零。分計數(shù)脈沖又被送到分六十進制計數(shù)器計數(shù)，經(jīng)譯碼電路譯碼后數(shù)碼管顯示相應的分數(shù)。當計滿 59 分 59 秒時，若再來一個秒脈沖，則分計數(shù)器便向時計數(shù)器送出時計數(shù)脈沖，同時，分、秒計數(shù)器均復位到零。時計數(shù)器是一個二十四進制計數(shù)器，當計數(shù)顯示 23 時 59分 59秒時，若再來一個秒脈沖，則時、分、秒計數(shù)器都應回到零，并顯示（ 00 00 00）表示已到達午夜零點，第二天開始繼續(xù)計數(shù) 第二章 設計任務 2 計題目及要求 設計制作一個多功能六位電子鐘。 1、準時計時，數(shù)字形式顯示時、分、秒的時間； 2、小時的計時要求為“ 12翻 1”分和秒的計時要求為 60秒進位； 3、校正時間。 體電路邏輯 體電路圖 原理方框圖如圖（ 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圖（ 位電子鐘原理方框圖 示電路原理 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 冒號部分采用 4 個 紅色發(fā)光 二極管 ，驅(qū)動方式為獨立端口 3 圖 (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) 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的I/者使用如 十進位 *器 *進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡 4 單，顯示亮度高，缺點是占用 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 埠來驅(qū)動，要知道一個 89片機可用的 I/O 埠才 32 個呢。故實際應用時必須增加 *驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬體電路的復雜性。 數(shù)碼管動態(tài)顯示介面是單片機中應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 元選通由各自獨立的 I/單片機輸出字形碼時，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，取決于單片機對位元選通 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 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)碼管的點亮時間為 1 2于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，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/且功耗更低。 圖 ( 數(shù)碼管顯示 盤原理： 如下圖； 按鍵 用復用的方式與顯示部分的 復用。其工作方式為，在相應端口輸出高電平時讀取按鍵的狀態(tài)并由單片機 消除 抖動并賦予相應的鍵值。 5 圖（ 盤原理圖 計算：由于 碼管典型靜態(tài)電流為 10右，如果不接上拉電阻的話，電流將會過大燒壞數(shù)碼管，所以要加上拉電阻，經(jīng)計算電阻值需 R=10V/10000 歐姆 =1K 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 三極管導通后有源蜂鳴器立即發(fā)出定頻聲響。驅(qū)動方式為獨立端口驅(qū)動， 輸出電路是與迅響電路復合作用的，其電路結(jié)構(gòu)為有源蜂鳴器， 圖（ 迅響電路及輸入、輸出電路原理 阻 針 有源蜂鳴器無迅響時 出低電平，當有源蜂鳴器發(fā)出聲響時字電路等各種需要。驅(qū)動方式為迅響復合輸出，不占端口。 輸入電路是與迅響電路復合作用的，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 I/而達到輸入的目的。驅(qū)動方式為復合端口驅(qū)動，占用 產(chǎn)品采用了單片機 配合所有的外圍電路，具有上電復位的功能，無手動復位功能。 計算：蜂鳴器的驅(qū)動電流一般為 20從 輸出接限流電阻 后接極管基極，集電極接蜂鳴 器一端，另一端接地，發(fā)射結(jié)接 果電流不是很大的話， k,經(jīng)計算，另一端可接一電阻 6 圖（ 圖（ 表（ 腳功能 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 ) 7 低電壓 ,高性能 8位 圖 采用 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 一強勁的微型計算機 ,它對許多嵌入式 控制應用提供一高度靈活和成本低的解決辦法。 碼顯示單元電路的介紹 圖（ 碼顯示電路 譯碼電路的功能是將秒、分、時計數(shù)器的輸出代碼進行翻譯，變成相應的數(shù)字。用與驅(qū)動 474驅(qū)動器，輸出高電平有效，專用于驅(qū)動 將秒、分、時計數(shù)器的每位輸出分別送到相應七段譯嗎管的輸入端，便可以進行不同數(shù)字的顯示。在譯碼管輸出與數(shù)碼管之間串聯(lián)電阻 8 時電路原理 校時電路是數(shù)字鐘不可缺少的部分，每當數(shù)字鐘與實際時間不符時，需要根據(jù)標準時間進行校時。 校正開關。不校正時， 關是閉和的。當校正時位時，需要把 后用手撥動 回撥動一次，就能使時位增加 1，根據(jù)需要去撥動開關的次數(shù)，校正完畢后把 正分位時和校正時位的方法一樣。其電路圖如下 : 圖 時電路） 第三章 設計方案 體設計方案說明 性能 位 單片機 ，片內(nèi)含 2k 128器件采用 易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 內(nèi)置通用 8位中央處理器和 3 k &至 時 個 位 計 數(shù) 器&至 分 個 位 計 數(shù) 器& & &1 1分十位進 位 脈 沖秒十位進 位 脈 沖3 . 3 k 0 1 0 1 脈 沖 5V 9 泛的應用。 圖（ 體設計說明 數(shù)字電子鐘是用數(shù)字電路實現(xiàn)“時”、“分”、“秒”數(shù)字顯示的計時裝置，主要由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼顯示器、校時電路等部分組成。而數(shù)字鐘想準確的計時則是由 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 進制秒計數(shù)器計數(shù)，將計數(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)碼管以十進制數(shù)形式顯示來。當秒六十進制計數(shù)器累計到第 59秒時，若再來一個秒脈沖，秒計數(shù)器的進位輸出就產(chǎn)生進位脈沖（分計數(shù)脈沖），同時，秒計數(shù)器的十位和個位都復位到零。分計數(shù)脈沖又被送到分六十進制計數(shù)器計數(shù)，經(jīng)譯碼電路譯碼后數(shù)碼管顯示相應的分數(shù)。當計滿 59分 59秒時，若再來一個秒脈沖，則分計數(shù)器便向時計數(shù)器送出時計數(shù)脈沖，同時，分、秒計數(shù)器均復位到零。時計數(shù)器是一個二十四進制計數(shù)器，當計數(shù)顯示 23時59分 59秒時，若再來一個秒脈沖，則 時、分、秒計數(shù)器都應回到零，并顯示（ 00:00:00）表示已到達午夜零點，第二天開始繼續(xù)計數(shù)。其主要的功能模塊如圖 2 能使用說明 1、功能按鍵說明： 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 當前時間和冒號為閃爍狀態(tài)，按動 小時位加 1，按動 ，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)。當按動小時位超過 23 時則會顯示 -： 個表示關閉鬧鐘功能。鬧鈴聲為蜂鳴器長鳴 3秒鐘。 4）倒計時功能：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 ，當 次時會在所設定的時間狀態(tài)下開始倒計時，再次按動 調(diào)整功能，并且停止倒計時。 5）秒表功能：短按四次 示狀態(tài)為 00： 00： 00，冒號為長亮。按動 開始秒表計時，再次按動 停止計時的時候按動 6）計數(shù)器功能：短按五次 示狀態(tài)為 00： 00： 00，冒號為長滅，按動 ，按動 10 塊結(jié)構(gòu)與方框圖 如圖（ 圖（ 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖 位電路原理 片機的復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。復位引腳 過一個斯密 特觸發(fā)器與復位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機器周期的 密特觸發(fā)器的輸出電平由復位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復位操作所需要的信號。 上電復位電路是 種簡單的復位電路，只要在 位引腳接一個電容到 一個電阻到地就可以了。上電復位是指在給系統(tǒng)上電時，復位電路通過電容加到 個復位信號隨著 以了保證系統(tǒng)安全可靠的復位， 圖 電容充電時間的計算： 設 電容初始電壓值， 1V 為電容最終可充到或放到的電壓值， t 時刻電容上的 11 電壓值。則 )( 1,求充電到 90 時間（ 0， 1V =）： 代入上式： ) 10 ,代入 0,10 得： 30 ， 12單片機的機器周期為 1以能可靠復位。 上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的。只要 上升時間不超過 1可以實現(xiàn)自動上電復位。 鐘電路 時鐘是單片機的心臟，單片機各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準，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的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(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 。 圖（ 鐘電路 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。 第四章 軟件設計與安裝調(diào)試 件任務與安裝調(diào)試 12 流程與任務 軟件任務分析 軟件任務分析和硬件電路設計結(jié)合進行，哪些功能由硬件完成，哪些任務由軟件完成，在硬件電路設計基本定型后，也就基本上決定下來了 9。 軟件任務分析環(huán)節(jié)是為軟件設計做一個總體規(guī)劃。從軟件的功能來看可分為兩大類：一類是執(zhí)行軟件，它能完成各種實質(zhì)性的功能，如測量，計算，顯示，打印，輸出控制和通信等，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系，在系統(tǒng)軟件中充當組織調(diào)度角色的軟件。這兩類軟件的設計方法各有特色，執(zhí)行軟件的設計偏重算法效率，與硬件關系密切，千變?nèi)f化。 軟件任務分 析時，應將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個執(zhí)行模塊進行功能定義和接口定義（輸入輸出定義）。在各執(zhí)行模塊進行定義時，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。這如同當一名操作工人比較容易，而當一個廠長就比較難了。 軟件任務分析的另一個內(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)崟r性要求不是太高，延誤幾十 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，后臺程序為“使系統(tǒng)進入睡眠狀態(tài)”，以利于系統(tǒng)節(jié)電和抗干擾。 軟件流程圖 13 圖 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。 以上進入校準時間狀態(tài)及換檔和退出，快速點觸用于調(diào)節(jié)時間數(shù)值 ,歸零是復位按鈕。 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 及電阻，用電阻多余的腳做跳線，電阻引腳不分正負，焊接時間最好控制在 2 接瓷片電容。瓷片電容部分正負極。 接輕觸開關 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 用一小缺口或小圓點標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芯片，因為還有其他元件焊接，防止電烙鐵帶靜電擊壞單片機芯片。 接蜂鳴器。 接 正負極之分，不能裝錯。 安裝、焊接數(shù)碼管。認識數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 14 表（ 件清單表 第五章 課程設計總結(jié)（心得體會） 經(jīng)過大量查找資料和老師的不斷指點，我將所設計的六位數(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 片機及其引腳功能。同時明白了六位數(shù)碼管電子鐘的工作原理并實現(xiàn)了其功能。 本程序設計時，只用了一個定時器 他的中斷全部關斷，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責時間的計數(shù)和進位功能，這是保證走時精確。有三個輕觸式按鍵： 功能選擇按鍵 能擴展按鍵 值加一按鍵 此數(shù)字鐘采用了一只 通過這次的課程設計，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校學到的一切 知識。為母校添磚加瓦，為自己的前程奮斗！這次課程設計的順利進行，我深刻明白了理論知識與社會實踐相結(jié)合的道理，從中得到了以前書本知識所序號 名稱 規(guī)格 位號 數(shù)量 序號 名稱 規(guī)格 位號 數(shù)量 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 單片 機 三端集成穩(wěn)壓 2 位共陽數(shù)碼管 發(fā)光二極管 蜂鳴器 瓷片電容 2 位排針 集成電路插座 電解電容 晶振 8色 紅色 3 5V 有源 30距 0P 100021 1 3 4、 1 1 6 1 3 4 1 2 2 3 1 1 1 1 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 三極管 電阻 按鍵 電池盒 電源線 電路板 說明書 9012 220 1K 2K 0K 6*6*5 4節(jié) 5號 色 2P 105*55 3 2、 15 16 1、 熱縮管 7 7 7 2 1 1 3 1 1 1 1 1 15 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。增強了我對實際工藝技術(shù)、電子技術(shù)和設備技術(shù)等方面的認識，掌握了分析處理方法，調(diào)試、計算等基本技能的訓練，并具備了一定程度的實際工作能力。 面對如此激烈的市場競爭體系，只有努力掌握好電子技能知識方可在競爭中立于不敗之地，我對從事電子產(chǎn)品的開發(fā)和研究充滿了興趣。本次課程設計是我的電子研發(fā)之路的良好開端。我會以此 為契機，在日后的工作中深入學習、加深研究，在實際工作中創(chuàng)造自己的價值。 第六章 參考文獻 實驗電子技術(shù) 電子技術(shù)基礎課程設計 電路基本分析 電路基礎 單片機原理與應用技術(shù) 單片機應用技術(shù) 高級單片機教程 李振聲 任為民 石生 徐熙文 李全利 劉守義 何立民 國防工業(yè)出版社 中央廣播電視大學出版社 高等教育出版社 高等教育出版社 高等教育出版社 西安電子科技大學出版社 北航出版社 程序 #0=0 /號 )口高電平 ,; /狀態(tài)標志 ,; 0,0,; /時間變量 2,0,; /定時變量 ,; /計時計數(shù)變量 ,; t) /延時子程序 i,j; 16 i=0;i=199) ; ; if(60) ; ; if(60) ; ; if(24); if(& & 99 & (0|0|0) ; if(60) 9; 17 if(60) 9; if(100) 9; if(0&0&0&5000) 4000; if(1) /秒表程序 ; if(2) ; ; if(100) ; ; if(60) ; ; if(60) ; x=0,y=0; : 0; /時鐘秒的個位 : if(90) 0; /校正秒的個位 : if(24) /鬧鐘秒的個位 1&=0; : if(0) 0;/倒計時秒的個位 1=0: 0; /秒表秒的個位 : 0; /計數(shù)器個位 18 ; 0); 3_5=0) /功能鍵 1 識別 ; if(0) 0; /校正秒的十位 : if(24) /鬧鐘秒的十位 1&=0; : if(1) 0;/倒計時秒的十位 1=0: 0; /秒表秒的十位 : 0; /計數(shù)器十位 ; 0); ; 0 : 0; /時鐘分的個位 : if(90) 0; /校正分的個位 : if(24) /鬧鐘 分的個位 1&=0; : if(2) 0;/倒計時分的個位 1=0: 0; /秒表分的個位 19 : 0; /計數(shù)器百位 ; 0); ; 0 : 0; /時鐘秒的個位 : if(90) 0; /校正秒的個位 : if(24) /鬧鐘秒的個位 1&=0; : if