畢業(yè)設(shè)計-基于單片機的最小系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)時鐘設(shè)計.doc

課 程 設(shè) 計題 目 旋轉(zhuǎn)時鐘 系 別 機械工程系 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 姓 名 學(xué) 號 指導(dǎo)老師 2013年1月8日機電控制創(chuàng)新設(shè)計與制作任務(wù)書一、 設(shè)計任務(wù)設(shè)計并制作一個旋轉(zhuǎn)led時鐘，使用單片機控制一排旋轉(zhuǎn)的led燈的亮滅和電機的轉(zhuǎn)速，動態(tài)顯示出時鐘、溫度、速度、圖像的信息。2、 提供元器件直流電機（20r/s）；貼片單片機；貼片led；電阻、電容等。電路板自行設(shè)計，統(tǒng)一雕刻三、設(shè)計要求1、基本要求：（1）顯示方式為指針式，旋轉(zhuǎn)顯示時鐘的12個刻度和3個指針。時間設(shè)置可手動調(diào)節(jié)；（2） 利用單片機控制電機的轉(zhuǎn)速以及正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)；（3）制作一個鍵盤來實現(xiàn)上述控制。2、發(fā)揮部分：（1）數(shù)字式顯示，旋轉(zhuǎn)顯示出時間的數(shù)字值，顯示方式可切換；（2）顯示出漢字和任意圖形；（3）使用時鐘芯片來控制時間；（4）自制為系統(tǒng)供電的電源。3、提高創(chuàng)新部分：（1）設(shè)計立體回轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)led，顯示時鐘、漢字和任意圖形；（2）利用無線供電技術(shù)，設(shè)計并制作無線供電模塊為旋轉(zhuǎn)電路板供電；（3）將旋轉(zhuǎn)led應(yīng)用于生活中的產(chǎn)品。 摘 要 旋轉(zhuǎn)led顯示是利用機械轉(zhuǎn)動動態(tài)掃描代替?zhèn)鹘y(tǒng)逐行掃描方式，顯示屏其實質(zhì)就是與機械轉(zhuǎn)動配合起來的動態(tài)掃描顯示技術(shù)。本設(shè)計利用高速旋轉(zhuǎn)中控制led燈的亮滅，進行字符的顯示控制器采用stc89c52單片機借助人的視覺暫留效果通過led燈的機械掃描方式來顯示各種字符和圖像，單片機控制各個led燈在旋轉(zhuǎn)平面上相應(yīng)的位置上點亮但由于人的視覺暫留會誤認(rèn)為每個點都是同時點亮的。led旋轉(zhuǎn)時鐘正是基于機械轉(zhuǎn)動動態(tài)掃描技術(shù)以及人的視覺暫留效果做成的它主要包括單片機stc89c52 、時鐘芯片ds1302等。 旋轉(zhuǎn)時鐘的主要特點就是結(jié)構(gòu)新穎效果奇特。加入了現(xiàn)代科技的元素，利用人眼的視覺暫留特性。用單片機作為主控芯片，采用電機帶動發(fā)光二極管高速旋轉(zhuǎn)，霍爾傳感器進行定位利用刷屏顯示原理呈現(xiàn)時鐘畫面及ds18b20溫度顯示。造型及顯示效果個性、新穎，解決了傳統(tǒng)時鐘結(jié)構(gòu)單一，顯示效果固定的缺陷，更好了滿足了人們對美的追求。 現(xiàn)今人們家庭用的時鐘主要還是傳統(tǒng)意義上的時鐘，固定的表盤與表針，顯示效果單一，不能滿足時鐘不但用來看時間還是一件很好的裝飾品的要求。隨著科技的發(fā)展網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)了以diy為主要形式的旋轉(zhuǎn)時鐘作品。 但是隨著單片機技術(shù)、高亮發(fā)光二極管制造技術(shù)和高速穩(wěn)定電機制造技術(shù)的發(fā)展，這種千奇百怪、創(chuàng)意無限的電子旋轉(zhuǎn)時鐘必將走進千家萬戶。關(guān)鍵詞： 旋轉(zhuǎn)led,電子鐘，單片機目 錄一、旋轉(zhuǎn)led顯示的發(fā)展趨勢.41、旋轉(zhuǎn)led顯示特點.42. 旋轉(zhuǎn)led顯示需求分析.5二、系統(tǒng)總體方案設(shè)計.61、方案論證.62、系統(tǒng)總體方案設(shè)計.63、電路結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計.74、電路原理圖的設(shè)計.7三、系統(tǒng)硬件設(shè)計.81、單片機及芯片元器件的原理及設(shè)計.82、電機及各芯片元器件的選擇.143、電路板的設(shè)計及制作.15四、電路板及各元器件的焊接與安裝.161、電路板的焊接.162、電機底座支架設(shè)計.17 3、電機和電路板安裝組合.18五、程序設(shè)計與調(diào)試.19 1、系統(tǒng)主程序設(shè)計.19 2、定時中斷程序設(shè)計.19六、系統(tǒng)調(diào)試.20 1、在keil中的調(diào)試.20 2、系統(tǒng)程序源代碼.22 3、硬件故障檢查.22 4、旋轉(zhuǎn)時鐘總體運行顯示.23七、結(jié)論.24八、參考文獻.25九、附錄.26一、旋轉(zhuǎn)led顯示的發(fā)展趨勢1、旋轉(zhuǎn)led顯示特點：旋轉(zhuǎn)led時鐘主要利用了人眼的視覺暫留現(xiàn)象來顯示時鐘的鐘面。視覺暫留現(xiàn)象（visual staying phenomenon，duration of vision）：人眼在觀察景物時，光信號傳人大腦神經(jīng)，需經(jīng)過一段短暫的時間，光的作用結(jié)束后，視覺形象并不立即消失，這種殘留的視覺稱“后像”，視覺的這一現(xiàn)象則被稱為“視覺暫留”，其原因是由視神經(jīng)的反應(yīng)速度造成的，其時值是二十四分之一秒，通常情況下，視覺殘留會保持0.10.4秒，也就是說以0.10.4秒間隔閃爍的圖像，被人眼觀察，會被認(rèn)為是連續(xù)的圖像。視覺殘留是動畫、電影等視覺媒體形成和傳播的根據(jù)。現(xiàn)在計算機系統(tǒng)已明顯地朝巨型化、單片化、網(wǎng)絡(luò)化三個方向發(fā)展。巨型化發(fā)展的目的在于不斷提高計算機的運算速度和處理能力，以解決復(fù)雜系統(tǒng)計算和高速數(shù)據(jù)處理，比如系統(tǒng)仿真和模擬、實時運算和處理。單片化是把計算機系統(tǒng)盡可能集成在一塊半導(dǎo)體芯片上，其目的在于計算機微型化和提高系統(tǒng)的可靠性，這種單片計算簡稱單片機。單片機的內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)主要是針對自動控制應(yīng)用而設(shè)計的所以單片機又稱微控制器mcu（micro controller unit）。用它可以很容易地將計算機嵌入到各種儀器和現(xiàn)場控制設(shè)備中，因此單片機又叫做嵌入式微控制器（embedded mcu）。單片機自20世紀(jì)70年代問世以來，以其鮮明的特點得到迅猛發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于家用電器、智能玩具、智能儀器儀表、工業(yè)控制、航空航天等領(lǐng)域，經(jīng)過30多年的發(fā)展，性能不斷提高，品種不斷豐富，已經(jīng)形成自動控制的一支中堅力量。據(jù)統(tǒng)計，我國的單片機年容量已達13億片，且每年以大約16的速度增長，但相對于國際市場我國的占有率還不到1。這說明單片機應(yīng)用在我國有著廣闊的前景。對于從事自動控制的技術(shù)人員來講，掌握單片機原理及其應(yīng)用已經(jīng)成為必不可少的學(xué)習(xí)任務(wù)。單片機經(jīng)過30多年的發(fā)展，已經(jīng)形成一個規(guī)格齊全、品種繁多的大家族，用戶有非常大的選擇余地。下面為讀者簡單介紹目前市面上常見的主流單片機。單片機的應(yīng)用十分廣泛，在工業(yè)控制領(lǐng)域、家電產(chǎn)品、智能化儀器儀表、計算機外部設(shè)備，特別是機電一體化產(chǎn)品中，都有重要的用途。其主要的用途可以分為以下方面。顯示：通過單片機控制發(fā)光二極管或是液晶，顯示特定的圖形和字符。機電控制：用單片機控制機電產(chǎn)品做定時或定向的動作。檢測：通過單片機和傳感器的聯(lián)合使用，用來檢測產(chǎn)品或者工況的意外 發(fā)生。通信：通過rs-232串行通信或者是usb通信，傳輸數(shù)據(jù)和信號?？茖W(xué)計算：用來實現(xiàn)簡單的算法。那么單片機是不是解決上述應(yīng)用的唯一選擇呢？當(dāng)然不是！目前，在自動控制中，一般有三種選擇，分別是嵌入式微機、dsp和單片機。單片機最明顯的優(yōu)點是價格便宜，從幾元人民幣到幾十元人民幣。這是因為這類芯片的生產(chǎn)量很大，技術(shù)也很成熟。其次，單片機的體積也遠小于其他兩種方案。單片機本身一般用40引腳封裝，當(dāng)然功能多一些的單片機也有引腳比較多的，如68引腳，功能少的只有10多個或20多個引腳，有的甚至只有8只引腳。當(dāng)然，單片機無論在速度還是容量方面都小于其他兩種方案，但是在實際工作中并不是任何需要計算機的場合都要求計算機有很高的性能。例如，控制電冰箱的控制器就不需要使用嵌入式系統(tǒng)，用一片51就可以輕松實現(xiàn)。所以應(yīng)用的關(guān)鍵是看能否夠用，是否有很好的性能價格比。51系列的單片機已經(jīng)面世十多年，依然沒有被淘汰，還在不斷發(fā)展中，這就說明是他有廣闊的應(yīng)用前景。2、旋轉(zhuǎn)led顯示需求分析：目前市場上提供的無論是機械鐘還是石英鐘在晚上無照明的情況下都是不可見的。要知道當(dāng)前的時間，必須先開燈，故較為不便。而我所設(shè)計的電子鐘在晚上完全可以看見，不用開燈就能看見。這個新穎led旋轉(zhuǎn)時鐘是以單片機為核心設(shè)計的，本設(shè)計采用的是atmel公司的stc89c52芯片，美國atmel公司生產(chǎn)的低電壓，高性能cmos 8位單片機，片內(nèi)含2k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（perom）和128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置用8位中央處理器和flash存儲單元，功能強大。在這里，我們設(shè)計的是一個可以平面顯示時間、轉(zhuǎn)速、制作人的新穎旋轉(zhuǎn)電子鐘。二、系統(tǒng)總體方案設(shè)計1、方案論證人眼在觀察景物時，光信號傳人大腦神經(jīng)，需經(jīng)過一段短暫的時間，光的作用結(jié)束后，視覺形象并不立即消失，這種殘留的視覺稱“后像”，視覺的這一現(xiàn)象則被稱為“視覺暫留”，其原因是由視神經(jīng)的反應(yīng)速度造成的，其時值是二十四分之一秒，通常情況下，視覺殘留會保持0.10.4秒，也就是說以0.10.4秒間隔閃爍的圖像，被人眼觀察，會被認(rèn)為是連續(xù)的圖像。視覺殘留是動畫、電影等視覺媒體形成和傳播的根據(jù)。本次旋轉(zhuǎn)led可以歸納為動態(tài)掃描和機械旋轉(zhuǎn)兩部分，其實質(zhì)就是與機械轉(zhuǎn)動配合起來的動態(tài)掃描顯示技術(shù)。2、 系統(tǒng)總體方案設(shè)計旋轉(zhuǎn)led顯示屏是通過一個旋轉(zhuǎn)的電路板，電路板上排列的24個led燈受單片機控制在特定的位置（傳感器感應(yīng)位置）亮或滅，從而顯示出特定的字符或圖形。本作品主要是根據(jù)人的視覺暫留原理設(shè)計的。采用高速旋轉(zhuǎn)的電機帶動電路板高速旋轉(zhuǎn)，從視覺效果上就會產(chǎn)生一種圓盤狀的led顯示屏的狀態(tài)。旋轉(zhuǎn)顯示屏是利用機械轉(zhuǎn)動動態(tài)掃描代替?zhèn)鹘y(tǒng)逐行掃描方式，是一種新型的顯示屏，具有成本低，可視范圍大的特點，是led顯示屏的一個新的發(fā)展方向。其實質(zhì)就是與機械轉(zhuǎn)動配合起來的動態(tài)掃描顯示技術(shù)。本次“旋轉(zhuǎn)led顯示屏”的制作用于提高我們的實踐能力和創(chuàng)新能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)自主學(xué)習(xí)及培養(yǎng)創(chuàng)新能力、協(xié)作精神、工程實踐素質(zhì)。本設(shè)計利用高速旋轉(zhuǎn)中控制led的亮滅，進行字符的顯示，控制器采用單片機，完成顯示內(nèi)容的傳輸、字庫的轉(zhuǎn)換、顯示等功能。動態(tài)掃描原理是利用人眼具有視覺暫留的特性，當(dāng)畫面以一定的速度刷新時，我們看到的就是連續(xù)的圖像。例如：傳統(tǒng)的逐點掃描方式，采用逐行換位的掃描方式，每一行都必須要有l(wèi)ed顯示器件，這使顯示屏成本偏大，功耗增加。旋轉(zhuǎn)掃描采用了不同的形式，其顯示器件只有一列，由機械旋轉(zhuǎn)運行到某一位置時就顯示該位置的狀態(tài)，到下一位置后又顯示下一位置的狀態(tài)，即一列圖像要完成全部圖像的顯示，掃描過程由機械轉(zhuǎn)動更換位置來實現(xiàn)的。旋轉(zhuǎn)led顯示的旋轉(zhuǎn)顯示，可采用機械旋轉(zhuǎn)的掃描方式。3、 電路結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計顯示圖像led燈顯示紅外發(fā)射管接通電機通電電機帶動電路板旋轉(zhuǎn)紅外接受管感應(yīng)單片機接通開始4、 電路電路原理圖的設(shè)計圖1 總電路圖三、系統(tǒng)硬件設(shè)計1、單片機及芯片元器件的原理及設(shè)計：stc89c52單片機介紹：單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：cpu、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。單片機也被稱為微控制器（microcontroler），是因為它最早被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機由芯片內(nèi)僅有cpu的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和cpu集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復(fù)雜的而對提及要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。intel的z80是最早按照這種思想設(shè)計出的處理器，從此以后，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。早期的單片機都是8位或4位的。其中最成功的是intel的8031，因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在8031上發(fā)展出了mcs51系列單片機系統(tǒng)。基于這一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機技術(shù)得到了巨大的提高。隨著intel i960系列特別是后來的arm系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機迅速取代16位單片機的高端地位，并且進入主流市場。而傳統(tǒng)的8位單片機的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的32位單片機主頻已經(jīng)超過300mhz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至1美元，最高端的型號也只有10美元。當(dāng)代單片機系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機上。而在作為掌上電腦和手機核心處理的高端單片機甚至可以直接使用專用的windows和linux操作系統(tǒng)。單片機比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。事實上單片機是世界上數(shù)量最多的計算機?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產(chǎn)品中都會集成有單片機。手機、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有1-2部單片機。而個人電腦中也會有為數(shù)不少的單片機在工作。汽車上一般配備40多部單片機，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機在同時工作！單片機的數(shù)量不僅遠超過pc機和其他計算的綜合，甚至比人類的數(shù)量還要多。單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學(xué)習(xí)使用單片機是了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。單片機內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如cpu，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，不過價錢也是低的，一般不超過10元即可.用它來做一些控制電器一類不是很復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動滾筒洗衣機、排煙罩、vcd等等的家電里面都可以看到它的身影！它主要是作為控制部分的核心部件。 它是一種在線式實時控制計算機，在線式就是現(xiàn)場控制，需要的是有較強的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計算機的（比如家用pc）的主要區(qū)別。 單片機是靠程序的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，這是別的器件需要費很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個不是很復(fù)雜的功能要是用美國50年代開發(fā)的74系列，或者60年代的cd4000系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大pcb板！但是如果要是用美國70年代成功投放市場的系列單片機，結(jié)果就會有天壤之別！只因為單片機的通過你編寫的程序可以實現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！ 由于單片機對成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級匯編語言，它是除了二進制機器碼以上最低級的語言了，既然這么低級為什么還要用呢？很多高級的語言已經(jīng)達到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡單，就是單片機沒有家用計算機那樣的cpu，也沒有像硬盤那樣的海量存儲設(shè)備。一個可視化高級語言編寫的小程序里面即使只有一個按鈕，也會達到幾十k的尺寸！對于家用pc的硬盤來講沒什么，可是對于單片機來講是不能接受的。 單片機在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計算機上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用pc上來運行，家用pc的也是承受不了的?？梢哉f，二十世紀(jì)跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進入的電腦時代。不過，這種電腦，通常是指個人計算機，簡稱pc機。它由主機、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計算機，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進行簡單運算和控制。因為它體積小，通常都藏在被控機械的“肚子”里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在，這種單片機的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機，就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞“智能型”，如智能型洗衣機等。現(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機或其它可編程邏輯器件上。stc89c52是一種帶8k字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲器（fperom-flash programable and erasable read only memory ）的低電壓，高性能comos8的微處理器，俗稱單片機。該器件采用atmel搞密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。單片機總控制電路如圖2所示：圖2 單片機總控制電路1.1 時鐘電路stc89c52內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳rxd和txd分別是此放大器的輸入端和輸出端。時鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。內(nèi)部方式的時鐘電路如圖3（a）所示，在rxd和txd引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。定時元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶體振蕩頻率可以在1.212mhz之間選擇，電容值在530pf之間選擇，電容值的大小可對頻率起微調(diào)的作用。外部方式的時鐘電路如圖3（b）所示，rxd接地，txd接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12mhz的方波信號。片內(nèi)時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘p1和p2，供單片機使用。（a）內(nèi)部方式時鐘電路 （b）外部方式時鐘電路圖3 時鐘電路1.2 復(fù)位及復(fù)位電路（1）復(fù)位操作復(fù)位是單片機的初始化操作。其主要功能是把pc初始化為0000h，使單片機從0000h單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動。除pc之外，復(fù)位操作還對其他一些寄存器有影響，它們的復(fù)位狀態(tài)如表一所示。表1 一些寄存器的復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)pc0000htcon00hacc00htl000hpsw00hth000hsp07htl100hdptr0000hth100hp0-p3ffhscon00hipxx000000bsbuf不定ie0x000000bpcon0xxx0000btmod00h（2）復(fù)位信號及其產(chǎn)生rst引腳是復(fù)位信號的輸入端。復(fù)位信號是高電平有效，其有效時間應(yīng)持續(xù)24個振蕩周期(即二個機器周期)以上。若使用頗率為6mhz的晶振，則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)超過4us才能完成復(fù)位操作。產(chǎn)生復(fù)位信號的電路邏輯如圖43所示：圖4 復(fù)位信號的電路邏輯圖整個復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(rst)送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個機器周期的s5p2時刻對施密特觸發(fā)器的輸出進行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。復(fù)位操作有上電自動復(fù)位相按鍵手動復(fù)位兩種方式。上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的，其電路如圖5（a）所示。這佯，只要電源vcc的上升時間不超過1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電平復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與vcc電源接通而實現(xiàn)的，其電路如圖5（b）所示；而按鍵脈沖復(fù)位則是利用rc微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實現(xiàn)的，其電路如圖5（c）所示：（a）上電復(fù)位 （b）按鍵電平復(fù)位 （c）按鍵脈沖復(fù)位圖5 復(fù)位電路上述電路圖中的電阻、電容參數(shù)適用于6mhz晶振，能保證復(fù)位信號高電平持續(xù)時間大于2個機器周期。本系統(tǒng)的復(fù)位電路采用圖5（b）上電復(fù)位方式。stc89c52具體介紹如下： 主電源引腳（2根）vcc(pin40)：電源輸入，接5v電源gnd(pin20)：接地線外接晶振引腳（2根）xtal1(pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端xtal2(pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端控制引腳（4根）rst/vpp(pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個機器周期的高電平將使單片機復(fù)位。ale/prog(pin30)：地址鎖存允許信號psen(pin29)：外部存儲器讀選通信號ea/vpp(pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲器讀指令?？删幊梯斎?輸出引腳（32根）stc89c52單片機有4組8位的可編程i/o口，分別位p0、p1、p2、p3口，每個口有8位（8根引腳），共32根。po口（pin39pin32）：8位雙向i/o口線，名稱為p0.0p0.7p1口（pin1pin8）：8位準(zhǔn)雙向i/o口線，名稱為p1.0p1.7 p2口（pin21pin28）：8位準(zhǔn)雙向i/o口線，名稱為p2.0p2.7 p3口（pin10pin17）：8位準(zhǔn)雙向i/o口線，名稱為p3.0p3.7stc89c52主要功能如表二所示。表2 stc89c52主要功能主要功能特性兼容mcs51指令系統(tǒng)8k可反復(fù)擦寫flash rom32個雙向i/o口256x8bit內(nèi)部ram3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷時鐘頻率0-24mhz2個串行中斷可編程uart串行通道2個外部中斷源共6個中斷源2個讀寫中斷口線3級加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能2、電機及各芯片元器件的選擇（1）電機選擇無刷直流電機圖6 無刷直流電機無刷直流電機是同步電機的一種，也就是說電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速受電機定子旋轉(zhuǎn)磁場的速度及轉(zhuǎn)子極數(shù)(p)影響： n=60* f / p。在轉(zhuǎn)子極數(shù)固定情況下，改變定子旋轉(zhuǎn)磁場的頻率就可以改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。直流無刷電機即是將同步電機加上電子式控制(驅(qū)動器)，控制定子旋轉(zhuǎn)磁場的頻率 并將電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速回授至控制中心反復(fù)校正，以期達到接近直流電機特性的方式。也就是說直流無刷電機能夠在額定負(fù)載范圍內(nèi)當(dāng)負(fù)載變化時仍可以控制電機轉(zhuǎn)子 維持一定的轉(zhuǎn)速。無刷直流電機的控制原理要讓電機轉(zhuǎn)動起來，首先控制部就必須根據(jù)hall-sensor感應(yīng)到的電機轉(zhuǎn)子目前所在位置，然后依照定子繞線決定開啟(或關(guān)閉)換流器 (inverter)中功率晶體管的順序，使電流依序流經(jīng)電機線圈產(chǎn)生順向(或逆 向)旋轉(zhuǎn)磁場，并與轉(zhuǎn)子的磁鐵相互作用，如此就能使電機順時/逆時轉(zhuǎn)動。當(dāng)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到hall-sensor感應(yīng)出另一組信號的位置時，控制部又再開 啟下一組功率晶體管，如此循環(huán)電機就可以依同一方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動直到控制部決定要電機轉(zhuǎn)子停止則關(guān)閉功率晶體管(或只開下臂功率晶體管)；要電機轉(zhuǎn)子反向則功 率晶體管開啟順序相反。（2） 元器件選擇 stc89c52單片機 1 個 11.0592mhz晶振 1個 三極管 1個 排插 1個 1m電阻 1個 100電阻 2個 220f電容 1個 33pf電容 2個 紅外發(fā)射管 1個 紅外接受管 1個 無刷直流電機 1個 led燈 24個 導(dǎo)線若干 板材若干3、電路板的設(shè)計及制作：電路板pcb圖：圖7 電路板pcb圖四、電路板及各元器件的焊接與安裝1、電路板的焊接所焊接的電路板正面如圖8所示：圖8 電路板正面電路板焊接面如圖9所示：圖9 電路板焊接面并在電機軸上先套上一圈絕緣膠帶，外部在套一個導(dǎo)電銅圈，再固定一枚別針制成一個簡單的電刷，如圖9：圖9 電刷2、電機和電路板安裝組合將電機和電路板安裝組合在一起，如圖10所示： 圖10 電機電路板組合圖五、程序設(shè)計與調(diào)試本系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)主要可分為主程序和定時器中斷程序兩大模塊。在程序過程中，加入了抗干擾措施。下面對各個模塊作介紹。 1、系統(tǒng)主程序設(shè)計主程序的功能是完成系統(tǒng)的初始化，在顯示時間之前，對系統(tǒng)是否停電狀態(tài)進行檢測；若停電，將系統(tǒng)進入低功耗狀態(tài)，用電池電壓維持單片機計時工作，但此時不顯示時間，用節(jié)省用電；若不停電，則將時分發(fā)送顯示。程序流程如圖11所示圖11 系統(tǒng)主程序 2、定時中斷程序設(shè)計中斷程序(如圖12所示)完成時間計數(shù)，時間調(diào)整，誤差消除等功能。中斷采用stc89c52內(nèi)部t0中斷實現(xiàn)，定時時間為125ms，當(dāng)時間到達125ms8,即1分鐘時，分計數(shù)緩沖器minbuffer增加1，到達1小時，則時計數(shù)緩沖器hourbuffer增加1，并將分、時的個位、十位放入顯示緩沖器。當(dāng)分計數(shù)緩沖器和時計數(shù)緩沖器分別到達60min、24h時，則對它們清零，以便從新計數(shù)。在中斷設(shè)計中，還通過軟件實現(xiàn)了累計誤差消除功能，使整個系統(tǒng)時間的精確度得到保證。圖12 定時中斷程序六、系統(tǒng)調(diào)試 1.在keil中的調(diào)試我們用keil中下載到實驗箱上進行驗證，顯現(xiàn)出所要求的效果。而在keil中也要進行一些參數(shù)的設(shè)置，首先打開keil仿真軟件，首先要新建一個項目，點菜單projectnew project，在彈出的對話框中選擇保存的路徑并輸入項目名稱“旋轉(zhuǎn)時鐘”后保存，然后在彈出新的項目窗口中選擇參數(shù)，其參數(shù)的設(shè)置如下，由于我們使用的是atmel公司的芯片，所以要選atmel后確定。如圖13所示：圖13 keil里面的設(shè)備選擇界面在彈出的對話框中選擇at89c52這個芯片，確定。如圖14所示：圖14 cpu選擇界面然后開始設(shè)置它的參數(shù)值，如圖15所示：圖15 晶振頻率的選擇界面在xtal中輸入頻率為110592mhz，然后再選debug這個標(biāo)簽，選中第二個use復(fù)選框后點擊setting在彈出的對話框中選擇baudrate這一項，設(shè)置它的參數(shù)為38400，后ok。如圖16所示：圖16 串行通訊參數(shù)設(shè)定界面把以上的參數(shù)設(shè)置完成以后把程序添加進來編譯，編譯通過后接上把編好的程序通過單片機編程器寫入單片機里。2、 系統(tǒng)程序源代碼程序源代碼見附錄3、硬件故障檢查3.1 單片機不工作的硬件檢查（1）檢查電源，檢測電源是否供電正常。單片機的正常工作電壓是5v，不能高過5.5v。（2）檢查晶振是否起振。主要檢查xtal1與xtal2之間的電壓。（3）檢查ea非是否接高電平。（4）檢查復(fù)位電路是否接的正確。（5）仔細檢查程序。如果程序出錯單片機也不會工作。3.2 數(shù)碼管顯示的問題及解決方法（1）檢查數(shù)碼管是否能正常工作。檢查方法是用鋰電池的一個極性接數(shù)碼管的com端（如果是共陽極，將鋰電池的負(fù)極接com端。如果是共陰極，將鋰電池的正極接com端），另一端接a-dp的任一端，看數(shù)碼管的斷碼是否能亮。（2）檢查接數(shù)碼管位碼的三極管是不是壞的。（3）如果顯示的太暗，可能是限流電阻選擇較大。（4）在本設(shè)計中，如果顯示4位都不亮或顯示不正常，要檢查程序。3.3 二極管循環(huán)點亮的問題（1）如果二極管不循環(huán)點亮，首先檢查p1.7是否有脈沖輸出。（2）檢查cd4017、cd4069是否供電。（3）檢查cd4017、cd4069之間是否連接正確。特別是縱橫雙譯碼法的連接。4、旋轉(zhuǎn)時鐘總體運行顯示旋轉(zhuǎn)時鐘運行顯示圖，如圖17所示：圖17 旋轉(zhuǎn)顯示7、 結(jié)論結(jié) 論 以上的設(shè)計只是實現(xiàn)了利用旋轉(zhuǎn)的led和視覺殘留的作用，完成時鐘的顯示部分。除此以外，還有許多部分需要改進和補充，才能實現(xiàn)一個最基本的時鐘功能。例如，精確的時間計算的功能沒有被加入到設(shè)計中，也就是說，該時鐘無法保證輸出時間的可靠性，時間誤差可能達到數(shù)分鐘之久。由于制作的這個旋轉(zhuǎn)led時鐘只是實驗性質(zhì)，目的是實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)led的顯示功能，所以沒有對這個細節(jié)進行考慮，但是在實際應(yīng)用中這個缺陷對于時鐘來說是一個致命的缺陷。 此設(shè)計也可使用無線通信的方式，會在時鐘高速旋轉(zhuǎn)時進行時間的設(shè)定和調(diào)整。方案的優(yōu)點是，操作方便，缺點是需要在原系統(tǒng)中增加無線通信模塊，大大增加了整個時鐘的成本和設(shè)計的復(fù)雜性。 因此我在該設(shè)計中采用的是在電機旋轉(zhuǎn)軸附近增加電刷，把設(shè)定和調(diào)整時間的數(shù)據(jù)線通過電刷引導(dǎo)到高速旋轉(zhuǎn)的電路板上。該方案同樣操作方便，但是缺點也很明顯，增加了額外的電刷，整個系統(tǒng)噪音增加，摩擦的電刷容易損壞，而且傳遞的數(shù)據(jù)無法保證信號能夠良好的傳導(dǎo)至單片機，很容易出現(xiàn)錯誤信號。時間的設(shè)定和調(diào)整問題還沒有比較好的解決方案，尚待進一步考慮。 通過這段時間的設(shè)計，終于完成了旋轉(zhuǎn)電子鐘的設(shè)計，雖然在做的時候遇到一些困難，但經(jīng)過一翻很大的努力也完全達到設(shè)計要求的。這次設(shè)計真的讓我長進了很多，單片機的設(shè)計重點就在于軟件程序的設(shè)計，需要有很巧妙的編程方法，在編程時，由于粗心大意馬虎，有些語句看似沒問題，可就是不出效果，經(jīng)仔細揣摩修改后，程序才正常運行。學(xué)習(xí)單機片機更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫與讀的過程中才能提高。從這次的設(shè)計中，我真真正正的意識到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實際，把我們所學(xué)的理論知識用到實際當(dāng)中，理論指導(dǎo)實踐，在實踐中對理論知識加以理解。我所設(shè)計的這個旋轉(zhuǎn)時鐘緊緊是顯示了要求的功能，尚有很多不足的地方，以后我可以考慮改進一下，使它的功能更加完善。在此感謝老師和同學(xué)們的幫助和指導(dǎo)！8、 參考文獻1. 汪德彪. mcs-51單片機原理及接口技術(shù)m. 北京電子工業(yè)出版社.2. 張毅剛. 單片機原理及應(yīng)用. 高等教育出版社,20053. 胡文金. 單片機系統(tǒng)實訓(xùn)教程. 重慶大學(xué)出版社,20054. 何立民. 單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計. 北京航空航天大學(xué)出版社 20005. 周航慈. 單片機應(yīng)用程序設(shè)計技術(shù). 北京航空航天大學(xué)出版社 , 2002.16. 李傳軍. 單片機原理及應(yīng)用. 河南科學(xué)技術(shù)出版社 20067. 劉和平,劉躍. 單片機原理及應(yīng)用. 重慶大學(xué)出版社 20048. 王幸之,鐘愛琴. at89系列單片機原理與接口技術(shù). 北京航空大學(xué)出版社，200436九、附錄：源程序代碼：#include #include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intbit flag=0;sbit blue=p34; sbit zhen1=p30;sbit zhen2=p31;uchar code hanzi32=0x37,0xf7,0x57,0xf7,0x63,0xfb,0x14,0x00,0x77,0xfb,0x77,0xfb,0x77,0xff,0xbf,0xfd,0xb7,0xf4,0x07,0xed,0xb0,0xdd,0xb7,0x2d,0xb7,0xf1,0xb7,0xfd,0xbf,0xff,0xff,0xff,/*轉(zhuǎn),0*/0xbf,0xbf,0xbd,0xdf,0x33,0xe0,0xff,0xdf,0xfb,0xb7,0x1b,0xb6,0xdb,0xba,0xdb,0xbc,0x00,0x80,0xdb,0xbe,0xdb,0xbc,0xdb,0xba,0x1b,0xb2,0xfb,0xbf,0xff,0xbf,0xff,0xff,/*速,1*/0xed,0xfb,0xed,0xfc,0x2d,0xff,0x01,0x00,0x6e,0xff,0xee,0x7c,0x3f,0x7f,0xc7,0xbf,0xef,0xbf,0xff,0xdf,0x00,0xdc,0xff,0xef,0xf7,0xf7,0xef,0xfb,0x9f,0xfc,0xff,0xff,/*秒,2*/0xff,0xff,0xe7,0xbf,0x13,0xc0,0x54,0xfd,0x57,0xed,0x55,0x95,0x13,0xf0,0xe7,0xff,0xff,0xef,0x60,0x98,0xdb,0xf6,0xd9,0xf6,0x5b,0xe7,0x47,0x91,0xff,0xff,0xff,0xff,/*徐,0*/0xff,0xfb,0xef,0xfc,0x2f,0xff,0x00,0x00,0x6f,0xff,0xff,0xf8,0x2f,0xff,0x00,0x00,0xaf,0xff,0x6f,0xb8,0xff,0xdd,0xef,0xee,0x73,0xe7,0x18,0xf1,0xbd,0xfb,0xff,0xff,/*廣,1*/0xff,0xff,0xe7,0xbf,0x13,0xc0,0x54,0xfd,0x57,0xed,0x55,0x95,0x13,0xf0,0xe7,0xff,0xff,0xef,0x60,0x98,0xdb,0xf6,0xd9,0xf6,0x5b,0xe7,0x47,0x91,0xff,0xff,0xff,0xff,/*生,0*/;/中文字庫uchar 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shuzi16=0xff,0xff,0x1f,0xf0,0xef,0xef,0xf7,0xdf,0xf7,0xdf,0xef,0xef,0x1f,0xf0,0xff,0xff,/*0,0*/0xff,0xff,0xef,0xdf,0xef,0xdf,0x07,0xc0,0xff,0xdf,0xff,0xdf,0xff,0xff,0xff,0xff,/*1,1*/0xff,0xff,0x8f,0xcf,0xf7,0xd7,0xf7,0xdb,0xf7,0xdd,0x77,0xde,0x8f,0xcf,0xff,0xff,/*2,2*/0xff,0xff,0xcf,0xe7,0xf7,0xdf,0x77,0xdf,0x77,0xdf,0xb7,0xee,0xcf,0xf1,0xff,0xff,/*3,3*/0xff,0xff,0xff,0xf8,0x3f,0xfb,0xdf,0xdb,0xef,0xdb,0x07,0xc0,0xff,0xdb,0xff,0xff,/*4,4*/0xff,0xff,0x07,0xe6,0xf7,0xde,0x77,0xdf,0x77,0xdf,0xf7,0xee,0xf7,0xf1,0xff,0xff,/*5,5*/0xff,0xff,0x1f,0xf0,0xef,0xee,0x77,0xdf,0x77,0xdf,0xe7,0xee,0xff,0xf1,0xff,0xff,/*6,6*/0xff,0xff,0xc7,0xff,0xf7,0xff,0xf7,0xc0,0x37,0xff,0xc7,0xff,0xf7,0xff,0xff,0xff,/*7,7*/0xff,0xff,0x8f,0xe3,0x77,0xdd,0xf7,0xde,0xf7,0xde,0x77,0xdd,0x8f,0xe3,0xff,0xff,/*8,8*/0xff,0xff,0x1f,0xff,0xef,0xce,0xf7,0xdd,0xf7,0xdd,0xef,0xee,0x1f,0xf0,0xff,0xff,/*9,9*/0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0x3f,0xcf,0x3f,0xcf,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,/*:,10*/0xff,0xff,0xff,0x9f,0xff,0xe7,0xff,0xf9,0x7f,0xfe,0x9f,0xff,0xe7,0xff,0xfb,0xff,/*/,11*/;/數(shù)字字庫uchar 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