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1、青島農(nóng)業(yè)大學(xué)畢 業(yè) 論 文(設(shè)計(jì)) 題 目: 基于 51 單片機(jī)的數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì) 姓 名: 學(xué) 院: 專 業(yè): 班 級(jí): 學(xué) 號(hào): 指導(dǎo)教師: 2011 年 6 月 18 日畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))誠(chéng)信聲明本人聲明:所呈交的畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))是在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果,論文中引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖表、資料均已作明確標(biāo)注,論文中的結(jié)論和成果為本人獨(dú)立完成,真實(shí)可靠,不包含他人成果及已獲得青島農(nóng)業(yè)大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。論文(設(shè)計(jì))作者簽名: 日期: 年 月 日 畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))版權(quán)使用授
2、權(quán)書本畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))作者同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文(設(shè)計(jì))的復(fù)印件和電子版,允許論文(設(shè)計(jì))被查閱和借閱。本人授權(quán)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)可以將本畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索,可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)) 。本人離校后發(fā)表或使用該畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))或與該論文(設(shè)計(jì))直接相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時(shí),單位署名為青島農(nóng)業(yè)大學(xué)。論文(設(shè)計(jì))作者簽名: 日期: 年 月 日指 導(dǎo) 教 師 簽 名: 日期: 年 月 1日0 目錄目錄摘要:.1ABSTRACT.11 緒論.12 硬件總體設(shè)計(jì)方案.22.1 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)總體設(shè)計(jì)思路.22.2 各部分功能
3、實(shí)現(xiàn).22.3 系統(tǒng)工作原理.22.4 電路功能使用說(shuō)明.32.5 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案.42.5.1 系統(tǒng)的電路圖和原理圖.42.5.2 單片機(jī)概述.62.5.3 鍵盤電路.92.5.4 顯示電路.102.6 硬件焊接準(zhǔn)備.122.6.1 電路板的布線 .122.6.2 硬件電路元件明細(xì)表.133 軟件總體設(shè)計(jì)方案.143.1 程序流程圖.143.1.1 主程序流程圖 .143.1.2 按鍵處理流程圖.143.1.3 定時(shí)器中斷流程圖.143.1.4 時(shí)間顯示流程圖.153.2 調(diào)試結(jié)果說(shuō)明.164 總結(jié) .18致 謝.19參考文獻(xiàn).1附錄.210基于基于 5151 單片機(jī)的數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)單片機(jī)的
4、數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 孫彬指導(dǎo)教師 車曉巖摘要: 自誕生以來(lái),單片機(jī)的應(yīng)用日趨廣泛,應(yīng)用領(lǐng)域日趨擴(kuò)展,而MCS-51系列單片機(jī)是各單片機(jī)中最為典型的一種。這次畢業(yè)設(shè)計(jì),以AT89C51芯片為核心,通過(guò)必要的電路,構(gòu)成簡(jiǎn)單的電子時(shí)鐘。數(shù)字時(shí)鐘系統(tǒng)的主要任務(wù)是:采用單片機(jī)為核心器件產(chǎn)生24h(24小時(shí))時(shí)間,并用LED顯示器將他顯示出來(lái)。另外本設(shè)計(jì)具有鬧鈴的功能,通過(guò)拉蜂鳴器來(lái)做提醒。這樣簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì),直觀反映單片機(jī)的應(yīng)用。軟件和硬件的開發(fā)是這次設(shè)計(jì)必不可少的。關(guān)鍵詞:AT89C51;數(shù)字時(shí)鐘;LED數(shù)碼顯示管;C語(yǔ)言0Design of Digital Clock System B
5、ased on MSC-51 SinglechipElectronic Information Science and Technology SunBinTutor CheXiaoYanAbstract: The applications of single-chip have been spread widely,and the areas of its application have been expanding increasingly since its inception. and MCS-51 series single-chip microcontroller is the m
6、ost typical one. In the graduation-design , AT89C51 chip is the core of the necessary circuitry to form a simple electronic clock. Here are the main tasks of the digital clock system : as the core device ,Single-chip creates 24h (24 hour) time which will he displayed by the LED .In addition ,this de
7、sign has the function of alarm by making the buzzer to do as a reminder. This simple design can reflect the intuitive applications of the microcontroller. Software and hardware development is essential to this design .Keywords: SCM; The LED display; A digital clock; Assembly language 01 緒論數(shù)字時(shí)鐘作為人們?nèi)粘?/p>
8、生活中的必需品,給人們的學(xué)習(xí)、工作、生活帶來(lái)極大的便利。由于數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進(jìn)的石英技術(shù),使數(shù)字鐘具有走時(shí)準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn),它還用于計(jì)時(shí)、自動(dòng)報(bào)時(shí)及自動(dòng)控制等各個(gè)領(lǐng)域1。盡管目前市場(chǎng)上已有現(xiàn)成的數(shù)字鐘集成電路芯片出售,價(jià)格便宜、使用也方便,但鑒于單片機(jī)的定時(shí)器功能也可以完成數(shù)字鐘電路的設(shè)計(jì),因此進(jìn)行數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)是必要的。在這里我們將已學(xué)過(guò)的專業(yè)知識(shí)有機(jī)的、系統(tǒng)的聯(lián)系起來(lái)用于實(shí)際,來(lái)培養(yǎng)我們的綜合分析和設(shè)計(jì)電路,寫程序、調(diào)試電路的能力。單片機(jī)具有體積小、功能強(qiáng)可靠性高、價(jià)格低廉、走時(shí)準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等一系列優(yōu)點(diǎn),不僅已成為工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域普遍采用的智能化控制工具
9、,而且已滲入到人們工作和和生活的各個(gè)角落,有力地推動(dòng)了各行業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品的更新?lián)Q代,應(yīng)用前景廣闊。培養(yǎng)針對(duì)課題需要,選擇和查閱有關(guān)手冊(cè)、圖表及文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力,提高組成系統(tǒng)、編程、調(diào)試的動(dòng)手能力;鞏固、加深和擴(kuò)大單片機(jī)應(yīng)用的知識(shí)面,提高綜合及靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決工業(yè)控制的能力;過(guò)對(duì)課題設(shè)計(jì)方案的分析、選擇、比較、熟悉單片機(jī)用系統(tǒng)開發(fā)、研制的過(guò)程,軟硬件設(shè)計(jì)的方法、內(nèi)容及步驟。12 硬件總體設(shè)計(jì)方案本次設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路,使用了 AT89C51 單片機(jī)芯片控制電路,單片機(jī)控制電路簡(jiǎn)單且省去了很多復(fù)雜的線路,使得電路簡(jiǎn)明易懂,使用鍵盤鍵上的按鍵來(lái)調(diào)整時(shí)鐘的時(shí)、分、秒,用一揚(yáng)聲器來(lái)進(jìn)行定時(shí)提醒,同時(shí)
10、使用 C 語(yǔ)言程序來(lái)控制整個(gè)時(shí)鐘顯示,使得編程變得更容易,這樣通過(guò)四個(gè)模塊:鍵盤、芯片、揚(yáng)聲器、顯示屏即可滿足設(shè)計(jì)要求。2.1 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)總體設(shè)計(jì)思路此設(shè)計(jì)原理框圖如圖 2-1 所示,此電路包括以下四個(gè)部分:?jiǎn)纹瑱C(jī),鍵盤,鬧鈴電路及顯示電路。 51 單片機(jī)獨(dú)立鍵盤數(shù)碼管顯示 圖 2-1 設(shè)計(jì)原理框圖2.2 各部分功能實(shí)現(xiàn)(1) 單片機(jī)發(fā)送的信號(hào)通過(guò)程序控制最終在數(shù)碼管上顯示出來(lái)。(2) 單片機(jī)通過(guò)輸出各種電脈沖信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)控制各部分正常工作。(3) 為使時(shí)鐘走時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間一致,校時(shí)電路是必不可少的,鍵盤用來(lái)校正數(shù)碼管上顯示的時(shí)間。(4) 單片機(jī)通過(guò)控制鬧鈴電路來(lái)完成 定時(shí)鬧鐘的功能。2.3 系
11、統(tǒng)工作原理設(shè)計(jì)的電路主要由四模塊構(gòu)成:?jiǎn)纹瑱C(jī)控制電路,顯示電路、鬧鈴電路以及校正電路。詳細(xì)電路功能圖下圖所示:鬧鈴電路2AT89C51XTAL1XTAL210K10K10K10K10K10K100100100100100100100pF23456VCC010203040506Q1PNP200R13LS1SpeakerVCC22ufC722ufC8PSENALEEAP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.70102030405060708P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7P3.0P
12、3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.71 234 567 8VCCRSTVCC12Y1XTAL12345678abcdefgdpabc d ef g dp1 圖 2-2 詳細(xì)電路功能圖本設(shè)計(jì)采用 C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì),使單片機(jī)控制數(shù)碼管顯示時(shí)、分、秒,當(dāng)秒計(jì)數(shù)計(jì)滿 60 時(shí)就向分進(jìn)位,分計(jì)數(shù)器計(jì)滿 60 后向時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)位,小時(shí)計(jì)數(shù)器按“23 翻 0”規(guī)律計(jì)數(shù)。時(shí)、分、秒的計(jì)數(shù)結(jié)果經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理可直接送顯示器顯示。當(dāng)計(jì)時(shí)發(fā)生誤差的時(shí)候可以用校時(shí)電路進(jìn)行校正。設(shè)計(jì)采用的是時(shí)、分、秒顯示,單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理同時(shí)在數(shù)碼管上顯示。2.4 電路功能使用說(shuō)明(1) 各個(gè)控制鍵的功能:可對(duì)時(shí)間進(jìn)行
13、校準(zhǔn)調(diào)節(jié)(只能加 1) ;按下設(shè)置鍵數(shù)字時(shí)鐘進(jìn)入鬧鐘設(shè)置狀態(tài),設(shè)置鬧鐘的時(shí)間;時(shí)加、分加鍵是在校準(zhǔn)時(shí)間時(shí)或設(shè)置鬧鐘時(shí)間對(duì)小時(shí)數(shù)或分鐘數(shù)調(diào)節(jié)而設(shè)置的;按下秒切換鍵就可以進(jìn)入秒表模式,同時(shí)秒表也開始計(jì)時(shí),按下秒表暫停、復(fù)位鍵就暫停、歸零,如果要重新對(duì)秒計(jì)時(shí)則可以按秒表開始、復(fù)位;清零鍵可以對(duì)鬧鐘清零。(2)AT89C51 單片機(jī),通過(guò)編寫程序?qū)?shù)碼顯示進(jìn)行控制。(3)八個(gè) 7 段數(shù)碼管顯示時(shí)鐘和秒表信號(hào)。32.52.5 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案2.5.1 系統(tǒng)的電路圖和原理圖圖 2-3 數(shù)字時(shí)鐘電路圖4圖 2-4 數(shù)字時(shí)鐘電路原理圖52.5.2 單片機(jī)概述(1)單片機(jī)型號(hào)的選擇:AT89C51
14、圖 2-5 AT89C51 引腳圖(2)單片機(jī)的主要特點(diǎn)AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲(chǔ)器(FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器,俗稱單片機(jī)。AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器 的單片機(jī)2。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 1000 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)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。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中,ATMEL 的 AT
15、89C51是一種高效微控制器,AT89C2051 是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C51 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng) 提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 主要特性:與 MCS-51 兼容 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲(chǔ)器 壽命:1000 寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間: 10 年 全靜態(tài)工作: 0Hz-24MHz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 1288 位內(nèi)部 RAM 632 可編程 I/O 線 兩個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 5 個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路(3)管腳說(shuō)明:VCC:供電電壓。 GND:接地。 P0 口:P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口,每腳
16、可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P0 口的管腳第一次寫 1 時(shí),被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí),P0 口作為原碼輸入口,當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí), P0 輸出原碼,此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口:P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口,P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。P1 口管腳寫入 1 后,被內(nèi)部上拉為高,可用作輸入,P1 口被外部下拉為低電平時(shí),將輸出電流,這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí), P1 口作為第八位地址接收。 P2 口:P2 口為一個(gè)內(nèi)部上
17、拉電阻的 8 位雙向 I/O 口,P2 口緩沖器可接收,輸出 4 個(gè) TTL 門電流,當(dāng) P2 口被寫“1”時(shí),其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高,且作為輸入。并因此作為輸入時(shí), P2 口的管腳被外部拉低,將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí), P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí),它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì),當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí),P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口:P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口,可接收輸出 4個(gè)
18、TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入“1”后,它們被內(nèi)部上拉為高電平,并用作輸入。作為輸入,由于外部下拉為低電平, P3 口將輸出電流( ILL)這是由7于上拉的緣故。 也可作為 AT89C51 的一些特殊口,如下表所示: 表 2-1: P3 口的功能口管腳備選功能P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD(串行輸出口)P3.2/INT0(外部中斷 0)P3.3/INT1(外部中斷 1)P3.4T0(記時(shí)器 0 外部輸入)P3.5T1(記時(shí)器 1 外部輸入)P3.6/WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)P3.7/RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí),要保持RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期
19、的高電平時(shí)間。 ALE/PROG:當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí),地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí),ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào),此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是:每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在SFR8EH 地址上置 0。此時(shí), ALE 只有在執(zhí)行 MOVX,MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外,該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE 禁止,置位無(wú)效。 /PSEN:外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)
20、器取指期間,每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),這兩次有效的/PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP:當(dāng)/EA 保持低電平時(shí),則在此期間外部程序存儲(chǔ)器( 0000H-FFFFH) ,不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1 時(shí),/EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET;當(dāng)/EA 端保持高電平時(shí),此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH 編程期間,此引腳也用于施加 12V 編程電源( VPP) 。 XTAL1:反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2:來(lái)自反向振蕩器的輸出82.5.3 鍵盤電路(1)鍵盤電路的描述:作為整個(gè)系統(tǒng)中最簡(jiǎn)單的部分,可以根據(jù)功能要求,進(jìn)行時(shí)
21、間設(shè)置鍵、鬧鐘設(shè)置鍵、時(shí)間加鍵、時(shí)間減鍵等操作,并采用獨(dú)立式按鍵。(2)鍵盤電路圖:圖 2-6 鍵盤電路(3)鍵盤的工作原理:鍵盤是人與微機(jī)打交道的主要設(shè)備,按鍵的讀取容易引起誤動(dòng)作??刹捎密浖ザ秳?dòng)的方法處理,軟件的觸點(diǎn)在閉合和斷開的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng),這時(shí)觸點(diǎn)的邏輯電平是不穩(wěn)定的,如不采取妥善處理的話,將引起按鍵命令錯(cuò)誤或重復(fù)執(zhí)行,在這里采用軟件延時(shí)的方法來(lái)避開抖動(dòng),延時(shí)時(shí)間 20ms3。獨(dú)立式按鍵的軟件常采用查詢式結(jié)構(gòu)。諸位查詢每根I/O 口線的輸入狀態(tài),如某一根 I/O 線輸入為低電平,則可確認(rèn)該 I/O 口線所對(duì)應(yīng)的按鍵已按下,然后,再轉(zhuǎn)向該鍵的功能處理程序。 連擊功能的實(shí)現(xiàn) :按下某鍵
22、時(shí),對(duì)應(yīng)的功能鍵解釋程序得到執(zhí)行,如操作者沒有釋放按鍵,則對(duì)應(yīng)的功能會(huì)反復(fù)執(zhí)行,好象連續(xù)執(zhí)行,在這里我們采用軟件延時(shí) 250ms,當(dāng)按鍵沒釋放則執(zhí)行下一條對(duì)應(yīng)程序。利用連擊功能,能實(shí)現(xiàn)快速調(diào)時(shí)操作。 (4)鍵盤電路應(yīng)注意的問(wèn)題 :1) 開關(guān)狀態(tài)的可靠輸入,必須消除鍵抖動(dòng),可以采用硬件和軟件兩種方法,硬件方法就是在按鍵輸入通道上貼加去抖動(dòng)電路,軟件方法采用延遲10-920MS。2) 鍵盤狀態(tài)的檢測(cè)方法 中斷方式還是查詢方式。3) 鍵盤編碼方法。4) 鍵盤控制程序的編制。2.5.4 顯示電路(1) LED 數(shù)碼顯示管簡(jiǎn)介數(shù)碼管由 7 個(gè)發(fā)光二極管組成,行成一個(gè)日字形,它門可以共陰極,也可以共陽(yáng)極。
23、通過(guò)解碼電路得到的數(shù)碼接通相應(yīng)的發(fā)光二極而形成相應(yīng)的字,這就是它的工作原理?;镜陌雽?dǎo)體數(shù)碼管是由 7 個(gè)條狀的發(fā)光二極管(LED)排列而成的,可實(shí)現(xiàn)數(shù)字09及少量字符的顯示。另外為了顯示小數(shù)點(diǎn),增加了 1 個(gè)點(diǎn)狀的發(fā)光二極管,因此數(shù)碼管就由 8 個(gè) LED 組成5。(2) 數(shù)碼管的分類: 數(shù)碼管按各發(fā)光二極管電極的連接方式分為共陽(yáng)數(shù)碼管和共陰數(shù)碼管兩種。7 段共陽(yáng)極 LED 數(shù)碼管是由 7 個(gè)條形發(fā)光二極管和一個(gè)小數(shù)點(diǎn)位構(gòu)成,其引腳配置,如圖所示,其內(nèi)部結(jié)構(gòu),如圖所示。從圖中可以看出,其中 7 個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成字形“8” ,可以用來(lái)顯示數(shù)字,另一個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成小數(shù)點(diǎn)。圖 2-7 共陽(yáng)極 7
24、 段 LED 引腳設(shè)置和內(nèi)部結(jié)構(gòu)共陰極 7 段 LED 數(shù)碼管和共陽(yáng)極 LED 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)類似,其引腳配置,如圖所示。從圖中可以看出 7 段 LED 數(shù)碼管同樣由 8 個(gè)發(fā)光二極管組成,其中 7 個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成字形“8” ,另一個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成小數(shù)點(diǎn)。共陰極 7 段 LED 數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu),如圖所示。其中所有發(fā)光二極管的陰極為公共端,接 GND6。10如果發(fā)光二極管的陽(yáng)極極為高電平的時(shí)候,發(fā)光二極管導(dǎo)通,該字段發(fā)光;反之,如果發(fā)光二極管的陽(yáng)極為低電平的時(shí)候,發(fā)光二極管截止,該字段不發(fā)光。圖 2-8 共陰極 7 段 LED 引腳設(shè)置和內(nèi)部結(jié)構(gòu)(3) 數(shù)碼管的顯示方式:數(shù)碼管要正常顯示,就要用
25、驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼,從而顯示出我們要的數(shù)字,因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同,可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類7。1)動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng):數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一,動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的 8 個(gè)顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起,另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路,位選通由各自獨(dú)立的 I/O 線控制,當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí),所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼,但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形,取決于單片機(jī)對(duì)位選通 COM端電路的控制,所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開,該位就顯示出字形,沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分
26、時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM 端,就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示,這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中,每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為 12ms,由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng),盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)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)定的顯示數(shù)據(jù),不會(huì)有閃爍感,動(dòng)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 端口,而且功耗更低。112)靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng):靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的 I/O 端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng),或者使用如 BCD 碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單,顯示亮度高,缺點(diǎn)是占用I/O 端口多,如驅(qū)動(dòng)
27、 5 個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 5840 根 I/O 端口來(lái)驅(qū)動(dòng),要知道一個(gè) 89S51 單片機(jī)可用的 I/O 端口才 32 個(gè)。),實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng),增加了硬件電路的復(fù)雜性8。(4)LED 數(shù)碼管的選擇:四位一體共陰數(shù)碼管。2.6 硬件焊接準(zhǔn)備2.6.1 電路板的布線圖 2-9 電路板的布線通過(guò)電路板的布線設(shè)計(jì),初步掌握焊接硬件的必要準(zhǔn)備,也能夠在實(shí)際的數(shù)字時(shí)鐘焊接中,做好元器件的布局,使更美觀。122.6.2 硬件電路元件明細(xì)表表 3-1 硬件電路原件編號(hào)元件參數(shù) 1單片機(jī)AT89C51 1 只240PIC 座1 只3萬(wàn)用板7cm*9cm 1 片4LED 數(shù)碼管四位一體共
28、陰 0.36 寸 2 只5排阻1K 1 只6晶振12M 1 只7電容22P 2 只8蜂鳴器1 個(gè)9三極管S8550 1 只10電阻4.7K 2 只11按鍵5 個(gè)12DC 座1 個(gè)13USB 電源線1 條 1133 軟件總體設(shè)計(jì)方案 單片機(jī)軟件的設(shè)計(jì)也是工具系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì),對(duì)于數(shù)字時(shí)鐘的實(shí)現(xiàn)和正常運(yùn)行也是非常重要的9。為提高軟件的可行性,可以根據(jù)各部分的功能件軟件劃分為若干相對(duì)獨(dú)立的部分,使軟件開發(fā)結(jié)構(gòu)更合理,流程更清晰。建立正確的數(shù)學(xué)模型,繪制流程圖對(duì)軟件工程的實(shí)施會(huì)有很大幫助。3.1 程序流程圖3.1.1 主程序流程圖 主程序是先開始,然后啟動(dòng)定時(shí)器,再進(jìn)行檢測(cè),完成之后,就能顯示時(shí)間。 開
29、始定時(shí)器及中斷定時(shí)器初始化是否設(shè)定參數(shù)執(zhí)行顯示程序執(zhí)行時(shí)鐘鬧鈴設(shè)定程序NY圖 3-1 主程序流程圖3.1.2 按鍵處理流程圖按鍵處理時(shí)先檢測(cè)秒按鍵是否按下,如果按下,秒就加 1;如果沒有按下,就檢測(cè)分按鍵是否按下,分按鍵如果按下,分加 1;如果沒有就檢測(cè)時(shí)按鍵,如果按下就加 1,如果沒有,時(shí)間顯示。流程圖如圖 3-1 所示。3.1.3 定時(shí)器中斷流程圖 定時(shí)器中斷時(shí)是先檢測(cè) 1 秒是否到,1 秒如果到,秒單位就加 1;如果沒有到,就檢測(cè) 1 分鐘是否到,1 分鐘如果到,分單元就加 1.如果沒到,就檢測(cè) 1小時(shí)是否到,1 小時(shí)如果到,時(shí)單元就加 1,如果沒到,就顯示時(shí)間。流程圖如3-2 示。14
30、Y開始秒按鍵按下?分按鍵按下?時(shí)按鍵按下?秒加 1時(shí)加 1顯示時(shí)間分加 1結(jié)束NNYYNY開始1 秒時(shí)間到?60 秒時(shí)間到?60 分鐘到?秒單元加 1分單位清零,時(shí)單元加 1顯示時(shí)間秒單元清零,分單元加 1中斷返回NNYYN24 小時(shí)到?時(shí)單元清零圖 3-2 按鍵處理流程圖 圖 3-3 定時(shí)器中斷流程圖3.1.4 時(shí)間顯示流程圖 時(shí)間顯示是先秒個(gè)位計(jì)算顯示,然后是秒十位計(jì)算、依次分個(gè)位計(jì)算、分十位計(jì)算、時(shí)個(gè)位計(jì)算、時(shí)十位計(jì)算。N15開始結(jié)束秒 個(gè) 位 計(jì) 算 顯 示秒十位計(jì)算顯示時(shí)十位計(jì)算顯示分個(gè)位計(jì)算顯示分十位計(jì)算顯示時(shí)個(gè)位計(jì)算顯示圖 3-4 時(shí)間顯示流程圖3.2 調(diào)試結(jié)果說(shuō)明在調(diào)試的過(guò)程中
31、出現(xiàn)拉很多的問(wèn)題,真對(duì)這些問(wèn)題我進(jìn)行拉系統(tǒng)的分析。(1)數(shù)據(jù)與代碼轉(zhuǎn)換。 由前述可知,從 P2 口輸出位選碼,從 P0 口輸出段選碼,LED 就會(huì)顯示出數(shù)字來(lái)。但 P0 口的輸出的數(shù)據(jù)是要 BCD 碼,各存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)的是二進(jìn)制數(shù),也就是和要顯示出的字符表達(dá)的含義是不一致的??梢?,將要顯示的存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)直接送到 P0 口去驅(qū)動(dòng) LED 數(shù)碼管顯示是不能正確表達(dá)的,必須在系統(tǒng)內(nèi)部將要顯示的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò) BCD 碼行轉(zhuǎn)換后,將各個(gè)單元數(shù)據(jù)的段選代碼送入 P0 口,給 CD4511 譯碼后去驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示10。 具體轉(zhuǎn)換過(guò)程如下:先將要顯示的數(shù)據(jù)裝入累加器 A 中,再將 A 中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成高低兩位的BC
32、D 碼, 再放回 A 中,然后將 A 中的值輸出。如:有一個(gè)單元存儲(chǔ)了 45 這樣一位數(shù),則需轉(zhuǎn)換成四位的 BCD 碼:(0100) (0101)然后放入 A 中。 A 中 BCD 碼,高位四位代表 4 低四位代表 5 同時(shí)送給兩個(gè)譯碼器中,譯碼后 45字就在兩個(gè) LED 中顯示出來(lái)。 (2)計(jì)時(shí)功能的實(shí)現(xiàn)與中斷服務(wù)程序 時(shí)間的運(yùn)行依靠定時(shí)中斷子程序?qū)r(shí)鐘單元數(shù)值進(jìn)位調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)的。計(jì)數(shù)16器 T0 打開后, 進(jìn)入計(jì)時(shí),滿 100 毫秒后,重裝定時(shí)。中斷一次,滿一秒后秒進(jìn)位,滿 60 秒后即為 1 分鐘, 分鐘單元進(jìn)位,60 分到了后,時(shí)單元進(jìn)位,24 小時(shí)滿后,天單元進(jìn)位。這樣然后根據(jù)進(jìn)率,
33、得到時(shí)、分、秒存儲(chǔ)單元的值,并經(jīng)譯碼后,通過(guò)掃描程序送 LED 中顯示出來(lái), 實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘計(jì)時(shí)功能。累加是用指令 INC 來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 進(jìn)入中斷服務(wù)程序以后,執(zhí)行 PUSH PSW 和 PUSH A 將程序狀態(tài)寄存器 PSW 的內(nèi)容和累加器 A 中的數(shù)據(jù)保存起來(lái),這便是所謂的保護(hù)現(xiàn)場(chǎng), 以保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)存取關(guān)鍵數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)叫做堆棧。在軟件的控制之下,堆棧可在片內(nèi) RAM 中的任一區(qū)間設(shè)定,而堆棧的數(shù)據(jù)存取與一般的 RAM 存取又有區(qū)別,對(duì)它的操作要遵循后進(jìn)先出的原則。 (3)時(shí)鐘誤差分析 開啟定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 0,使之開始計(jì)時(shí),中斷后進(jìn)入中斷程序。自停止計(jì)數(shù)到、計(jì)數(shù)又開始,中間執(zhí)行了 7 條指令
34、,也就是延遲了 13 個(gè)單周期共用時(shí)間26us,這樣,每個(gè)中斷的總時(shí)間應(yīng)為為 100.026sm,而原來(lái)定時(shí)是 100ms,所以,也就是說(shuō)每次中斷定時(shí)多了 26um。 這樣,可改變計(jì)數(shù)重裝值,使每次中斷定時(shí)時(shí)間為 99.974sm,加上原來(lái)的 7 條指令所用的時(shí)間,正好 100sm.計(jì)數(shù) 10 次得 1s.這樣就可得到較精確的計(jì)時(shí)秒數(shù),然后根據(jù)進(jìn)率,得到時(shí)、分的值。 (4)時(shí)間控制功能與比較指令 系統(tǒng)的另一功能就是實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行設(shè)備的定時(shí)開關(guān)控制,其主要控制思想是這樣的:先將執(zhí)行設(shè)備開啟的時(shí)間和關(guān)閉時(shí)間置入 RAM 某一單元,在計(jì)時(shí)主程序當(dāng)中執(zhí)行幾條比較指令,如果當(dāng)前計(jì)時(shí)時(shí)間與執(zhí)行設(shè)備的設(shè)定開啟時(shí)
35、間相等,就執(zhí)行一條 CLR 指令,將對(duì)應(yīng)的那路 P3 置為高電位,開啟;如果當(dāng)前計(jì)時(shí)時(shí)間與執(zhí)行設(shè)備設(shè)定的關(guān)閉時(shí)間相等,就執(zhí)行 SETB 對(duì)應(yīng)的 P3 置低電位,二極管截止, 。實(shí)現(xiàn)此控制功能用到的比較指令為 CJNE A,#direct, rel,其轉(zhuǎn)移條件是累加器 A 中的值與立即數(shù)不等則轉(zhuǎn)移。 174 總結(jié)這次對(duì)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作,讓我了解了設(shè)計(jì)電路的程序,也讓我了解了關(guān)于數(shù)字鐘的原理與設(shè)計(jì)理念。在此次的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)過(guò)程中,更進(jìn)一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。在連接單片機(jī)與其他外部電路的實(shí)驗(yàn)中,要求熟悉邏輯電路及其芯片各引腳的功能,那么在電路出錯(cuò)時(shí)便能準(zhǔn)確地
36、找出錯(cuò)誤所在并及時(shí)糾正了。在設(shè)計(jì)電路中,對(duì)單片機(jī)的編程的進(jìn)一步的熟悉與學(xué)習(xí)讓我明白拉許多自己沒有掌握的功能,對(duì)單片機(jī)有拉更深刻的理解。再就是電路的連接中的一些小的的注意的問(wèn)題像極性電容器其 “ ” 與 “ ” 極不能接錯(cuò),例如電容器上的標(biāo)記方向要易看可見。 在設(shè)計(jì)電路的連接圖中出錯(cuò)的主要原因都是接線和芯片的接觸不良以及接線的錯(cuò)誤所引起的。接線的時(shí)候一定要細(xì)心,不要接錯(cuò),同時(shí)也要學(xué)會(huì)如何判別芯片的好壞,要是芯片壞了即使接線再正確也出不來(lái)結(jié)果。對(duì)自己的設(shè)計(jì)圖要仔細(xì)考慮,反復(fù)調(diào)試只有這樣我們才能找到自己的不足從不足中學(xué)習(xí)。 通過(guò)這次數(shù)字鐘的設(shè)計(jì),讓我對(duì)各種電路都有了大概的了解,也學(xué)會(huì)了常用繪圖軟件的
37、使用。所以說(shuō),坐而言不如立而行,對(duì)于這些電路還是應(yīng)該自己動(dòng)手實(shí)際操作才會(huì)有深刻理解,才會(huì)有收獲。當(dāng)然我做出這樣的文章也是離不開老師對(duì)我的細(xì)心指導(dǎo)的,所以在這里我感謝老師感謝幫助過(guò)我的所有的人。18致謝 畢業(yè)設(shè)計(jì)是培養(yǎng)我們工作能力的最后一個(gè)實(shí)踐性的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。它不但是我們?nèi)甏髮W(xué)學(xué)習(xí)中所學(xué)知識(shí)的一次綜合復(fù)習(xí)與考查,同時(shí)也是理論聯(lián)系實(shí)際的一個(gè)過(guò)程,為以后從事專業(yè)技術(shù)工作的一次準(zhǔn)備。通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì),培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論課、技術(shù)基礎(chǔ)課、專業(yè)課的知識(shí)和實(shí)踐技能去分析和解決實(shí)際工作中的一般工程技術(shù)問(wèn)題的能力,使我建立了正確的設(shè)計(jì)思想,學(xué)會(huì)了如何把三年所學(xué)的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐當(dāng)中去。掌握了單片機(jī)的
38、數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)的一般程序、規(guī)范和方法,并進(jìn)一步鞏固、擴(kuò)大和深化了我所學(xué)的基本理論,基本知識(shí)和基本技能,提高了我設(shè)計(jì)計(jì)算、計(jì)算機(jī)制圖、設(shè)計(jì)說(shuō)明書、正確使用技術(shù)資料,標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)等工具書的能力。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中,雖然本人在指導(dǎo)老師的幫助下對(duì)所設(shè)計(jì)的問(wèn)題有初步的實(shí)習(xí)調(diào)研。但由于本人缺少實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn),遇到了一些設(shè)計(jì)和實(shí)際加工中的問(wèn)題,受到師傅和指導(dǎo)老師的指導(dǎo)與幫助,從而得到了全面的解決同時(shí)也受到各位老師優(yōu)良工作作風(fēng)的影響,培養(yǎng)了我嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍和實(shí)事求是的工作作風(fēng),并樹立了正確的生產(chǎn)觀、經(jīng)濟(jì)觀和全局觀。在設(shè)計(jì)中,由于個(gè)人能力有限,設(shè)計(jì)中漏洞和錯(cuò)誤在所難免,敬請(qǐng)各位老師指正批評(píng),以使我對(duì)自己的不足得到及
39、時(shí)發(fā)現(xiàn)并修正。通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì),希望能把所學(xué)的知識(shí)有機(jī)的聯(lián)系起來(lái),培養(yǎng)自己分析問(wèn)題,解決問(wèn)題的能力,為充實(shí)自己,并在未來(lái)工作崗位上好好工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在這里,向在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中給予過(guò)幫助我的老師表示衷心的謝意。19參考文獻(xiàn)1彭為,黃科.單片機(jī)典型系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例精講.電子工業(yè)出版社,20062梅麗鳳,王艷秋.單片機(jī)原理及接口技術(shù)(修訂本).清華大學(xué)出版社,20073毛敏.MCS-51 系列單片機(jī)系統(tǒng)及應(yīng)用實(shí)踐教程.高等教育出版社,20094胡杰,吳磊,趙鳴.51 單片機(jī) C 語(yǔ)言應(yīng)用與開發(fā). 北京航空航天大學(xué)出版社,20085譚浩強(qiáng). C 程序設(shè)計(jì)(第二版)M. 清華大學(xué)出版社,20036馬軻
40、瀛.八路數(shù)字搶答器系統(tǒng)J.北京,20077蔡朝陽(yáng).單片機(jī)控制實(shí)習(xí)與專題制作M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,20068李增生.對(duì)搶答器的改進(jìn)J.電子制作,20009 高偉.AT89 單片機(jī)原理及應(yīng)用M.北京:國(guó)防工業(yè)出版社,200810 Gordon McComb. Constructing Robot Bases.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.附錄附錄控制電路的源程序#include#define tl 0 xba;#define th 0 x3c;sbit time=P10;/時(shí)間設(shè)置sbit timer=P11;/鬧鐘設(shè)置sbit add=P12;/加sbit dec=P13;/減sb
41、it speaker=P35;/鬧鐘輸出bit disp_sd;/數(shù)碼管閃動(dòng)顯示標(biāo)志位bit disp_ms;/數(shù)碼管顯示時(shí)間/鬧鐘標(biāo)志位bit disp_sdt;/數(shù)碼管閃動(dòng)間隔反轉(zhuǎn)標(biāo)志位bit zhengdian=0;/整點(diǎn)報(bào)時(shí)標(biāo)志位/unsigned char code led=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f; /數(shù)字 0-9 的編碼unsigned char code led=0 x5F,0 x44,0 x9D,0 xD5,0 xC6,0 xD3,0 xDB,0 x45,0 xDF,0 xD7,;
42、/數(shù)字 0-9 的編碼unsigned char time_cc,timer_cc;/調(diào)時(shí)計(jì)數(shù)器unsigned char count0,count1,second,minit,hour;/時(shí)間時(shí)分秒unsigned char second1,minit1,hour1;/鬧鐘時(shí)分秒unsigned char hour_zd;/整點(diǎn)小時(shí)記錄void delay(void)unsigned int i;for(i=0;i100;i+);void display(void)if(disp_ms=0)if(disp_sd=0)P0=ledhour/10;1P2=0 xFE;delay();P2=0 x
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