畢業(yè)設(shè)計-基于單片機(jī)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(jī)械工程系 專 業(yè) 機(jī)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(jī)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(jī)控制一排旋轉(zhuǎn)的led燈的亮滅和電機(jī)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(jī)（20r/s）；貼片單片機(jī)；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(jī)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)；（3）制作一個鍵盤來實(shí)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(jī)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(shí)質(zhì)就是與機(jī)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(jìn)行字符的顯示控制器采用stc89c52單片機(jī)借助人的視覺暫留效果通過led燈的機(jī)械掃描方式來顯示各種字符和圖像，單片機(jī)控制各個led燈在旋轉(zhuǎn)平面上相應(yīng)的位置上點(diǎn)亮但由于人的視覺暫留會誤認(rèn)為每個點(diǎn)都是同時點(diǎn)亮的。led旋轉(zhuǎn)時鐘正是基于機(jī)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(jī)stc89c52 、時鐘芯片ds1302等。 旋轉(zhuǎn)時鐘的主要特點(diǎn)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(jī)作為主控芯片，采用電機(jī)帶動發(fā)光二極管高速旋轉(zhuǎn)，霍爾傳感器進(jìn)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(jī)技術(shù)、高亮發(fā)光二極管制造技術(shù)和高速穩(wěn)定電機(jī)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(jìn)千家萬戶。關(guān)鍵詞： 旋轉(zhuǎn)led,電子鐘，單片機(jī)目 錄一、旋轉(zhuǎn)led顯示的發(fā)展趨勢.41、旋轉(zhuǎn)led顯示特點(diǎn).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(jī)及芯片元器件的原理及設(shè)計.82、電機(jī)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(jī)底座支架設(shè)計.17 3、電機(jī)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(yùn)行顯示.23七、結(jié)論.24八、參考文獻(xiàn).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(diǎn)：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)?，F(xiàn)在計算機(jī)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(jī)的運(yùn)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(shí)時運(yùn)算和處理。單片化是把計算機(jī)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(jī)微型化和提高系統(tǒng)的可靠性，這種單片計算簡稱單片機(jī)。單片機(jī)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(jī)又稱微控制器mcu（micro controller unit）。用它可以很容易地將計算機(jī)嵌入到各種儀器和現(xiàn)場控制設(shè)備中，因此單片機(jī)又叫做嵌入式微控制器（embedded mcu）。單片機(jī)自20世紀(jì)70年代問世以來，以其鮮明的特點(diǎn)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(jī)年容量已達(dá)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)。單片機(jī)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(jī)外部設(shè)備，特別是機(jī)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(jī)控制發(fā)光二極管或是液晶，顯示特定的圖形和字符。機(jī)電控制：用單片機(jī)控制機(jī)電產(chǎn)品做定時或定向的動作。檢測：通過單片機(jī)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(shí)現(xiàn)簡單的算法。那么單片機(jī)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(jī)、dsp和單片機(jī)。單片機(jī)最明顯的優(yōu)點(diǎn)是價格便宜，從幾元人民幣到幾十元人民幣。這是因?yàn)檫@類芯片的生產(chǎn)量很大，技術(shù)也很成熟。其次，單片機(jī)的體積也遠(yuǎn)小于其他兩種方案。單片機(jī)本身一般用40引腳封裝，當(dāng)然功能多一些的單片機(jī)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(jī)無論在速度還是容量方面都小于其他兩種方案，但是在實(shí)際工作中并不是任何需要計算機(jī)的場合都要求計算機(jī)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(shí)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)，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(jī)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(qiáng)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(jī)械旋轉(zhuǎn)兩部分，其實(shí)質(zhì)就是與機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(diǎn)，是led顯示屏的一個新的發(fā)展方向。其實(shí)質(zhì)就是與機(jī)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(shí)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(shí)踐素質(zhì)。本設(shè)計利用高速旋轉(zhuǎn)中控制led的亮滅，進(jìn)行字符的顯示，控制器采用單片機(jī)，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(diǎn)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(jī)械旋轉(zhuǎn)運(yùn)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(jī)械轉(zhuǎn)動更換位置來實(shí)現(xiàn)的。旋轉(zhuǎn)led顯示的旋轉(zhuǎn)顯示，可采用機(jī)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(jī)通電電機(jī)帶動電路板旋轉(zhuǎn)紅外接受管感應(yīng)單片機(jī)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(jī)及芯片元器件的原理及設(shè)計：stc89c52單片機(jī)介紹：單片機(jī)是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機(jī)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(jī)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(shí)時時鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)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(jī)也被稱為微控制器（microcontroler），是因?yàn)樗钤绫挥迷诠I(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)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(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)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(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。早期的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是intel的8031，因?yàn)楹唵慰煽慷阅懿诲e獲得了很大的好評。此后在8031上發(fā)展出了mcs51系列單片機(jī)系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)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(jī)，但因?yàn)樾詢r比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)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(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場。而傳統(tǒng)的8位單片機(jī)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(jī)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(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)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(jī)上。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的windows和linux操作系統(tǒng)。單片機(jī)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(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計算機(jī)?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會集成有單片機(jī)。手機(jī)、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(jī)。而個人電腦中也會有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。汽車上一般配備40多部單片機(jī)，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(jī)在同時工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過pc機(jī)和其他計算的綜合，甚至比人類的數(shù)量還要多。單片機(jī)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(jī)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(jī)。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(jī)是了解計算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。單片機(jī)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(jī)、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(shí)時控制計算機(jī)，在線式就是現(xiàn)場控制，需要的是有較強(qiáng)的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計算機(jī)的（比如家用pc）的主要區(qū)別。 單片機(jī)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(dú)特的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)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(jī)，結(jié)果就會有天壤之別！只因?yàn)閱纹瑱C(jī)的通過你編寫的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！ 由于單片機(jī)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(jìn)制機(jī)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(dá)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(jī)沒有家用計算機(jī)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(dá)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(jī)來講是不能接受的。 單片機(jī)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(jī)上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用pc上來運(yùn)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(jìn)入的電腦時代。不過，這種電腦，通常是指個人計算機(jī)，簡稱pc機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡單運(yùn)算和控制。因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)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(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)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(jī)，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(jī)等?，F(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(jī)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(jī)。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(jī)總控制電路如圖2所示：圖2 單片機(jī)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(jī)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(jī)的初始化操作。其主要功能是把pc初始化為0000h，使單片機(jī)從0000h單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)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(jī)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(jī)器周期的s5p2時刻對施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(jī)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(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)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(jī)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(jī)及各芯片元器件的選擇（1）電機(jī)選擇無刷直流電機(jī)圖6 無刷直流電機(jī)無刷直流電機(jī)是同步電機(jī)的一種，也就是說電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速受電機(jī)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(jī)即是將同步電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速回授至控制中心反復(fù)校正，以期達(dá)到接近直流電機(jī)特性的方式。也就是說直流無刷電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)子 維持一定的轉(zhuǎn)速。無刷直流電機(jī)的控制原理要讓電機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)順時/逆時轉(zhuǎn)動。當(dāng)電機(jī)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(jī)就可以依同一方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動直到控制部決定要電機(jī)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(jī)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(jī) 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(jī) 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(jī)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(jī)和電路板安裝組合將電機(jī)和電路板安裝組合在一起，如圖10所示： 圖10 電機(jī)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(jìn)行檢測；若停電，將系統(tǒng)進(jìn)入低功耗狀態(tài)，用電池電壓維持單片機(jī)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(shí)現(xiàn)，定時時間為125ms，當(dāng)時間到達(dá)125ms8,即1分鐘時，分計數(shù)緩沖器minbuffer增加1，到達(dá)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(dá)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(shí)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(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行驗(yàn)證，顯現(xiàn)出所要求的效果。而在keil中也要進(jìn)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(xiàng)目，點(diǎn)菜單projectnew project，在彈出的對話框中選擇保存的路徑并輸入項(xiàng)目名稱“旋轉(zhuǎn)時鐘”后保存，然后在彈出新的項(xiàng)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(diǎn)擊setting在彈出的對話框中選擇baudrate這一項(xiàng)，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(jìn)來編譯，編譯通過后接上把編好的程序通過單片機(jī)編程器寫入單片機(jī)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(jī)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(jī)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(xì)檢查程序。如果程序出錯單片機(jī)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(diǎn)亮的問題（1）如果二極管不循環(huán)點(diǎn)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(yùn)行顯示旋轉(zhuǎn)時鐘運(yùn)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(shí)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(jìn)和補(bǔ)充，才能實(shí)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(dá)到數(shù)分鐘之久。由于制作的這個旋轉(zhuǎn)led時鐘只是實(shí)驗(yàn)性質(zhì)，目的是實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)led的顯示功能，所以沒有對這個細(xì)節(jié)進(jìn)行考慮，但是在實(shí)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(jìn)行時間的設(shè)定和調(diào)整。方案的優(yōu)點(diǎn)是，操作方便，缺點(diǎn)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(jī)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(diǎn)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(jī)，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(jìn)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(dá)到設(shè)計要求的。這次設(shè)計真的讓我長進(jìn)了很多，單片機(jī)的設(shè)計重點(diǎn)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(xì)揣摩修改后，程序才正常運(yùn)行。學(xué)習(xí)單機(jī)片機(jī)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(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識用到實(shí)際當(dāng)中，理論指導(dǎo)實(shí)踐，在實(shí)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(jìn)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(xiàn)1. 汪德彪. mcs-51單片機(jī)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(jī)原理及應(yīng)用. 高等教育出版社,20053. 胡文金. 單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教程. 重慶大學(xué)出版社,20054. 何立民. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計. 北京航空航天大學(xué)出版社 20005. 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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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