旋轉時鐘設計說明書

1、機電控制綜合應用課程設計課程名稱： 機電控制綜合應用 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化班 級： 學 號： 學生姓名： 指導老師： 2013 年 12 月 25 日機電控制創(chuàng)新設計與制作任務書班級： 姓名： 學號： 一、 設計任務設計并制作一個旋轉LED時鐘，使用單片機控制一排旋轉的LED燈的亮滅和電機的轉速，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。電路板自行設計，統(tǒng)一雕刻三、設計要求1、基本要求：（1）顯示方式為指針式，旋轉顯示時鐘的12個刻度和3個指針。時間設置可手動調節(jié)；（2） 利用單片機控制電機的轉速以及

2、正轉反轉；（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）設計立體回轉旋轉LED，顯示時鐘、漢字和任意圖形；（2）利用無線供電技術，設計并制作無線供電模塊為旋轉電路板供電；（3）將旋轉LED應用于生活中的產(chǎn)品。 指導教師： 機械工程系 摘 要旋轉LED顯示屏是利用機械轉動動態(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。其實質就是與機械轉動配合起來的動態(tài)掃描顯示技術

3、。本次“旋轉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)學生學習興趣，引導自主學習及培養(yǎng)創(chuàng)新能力、協(xié)作精神、工程實踐素質。本設計利用高速旋轉中控制LED的亮滅，進行字符的顯示，控制器采用單片機，完成顯示內容的傳輸、字庫的轉換、顯示等功能。現(xiàn)在市場上也出現(xiàn)了一些電子鐘，它以六只LED數(shù)碼管來顯示時分秒，與傳統(tǒng)的以指針顯示秒的方式不同，違背了人們傳統(tǒng)的習慣與理念，而且這類電子鐘一般是采用大型顯示器件，適用于銀行、車站等公共場所，且外觀設計欠美觀，很少進入百姓家庭。此外，無論是機械鐘、石英鐘還是電子鐘，都存在著共同的問題：時間誤差。針對以上存在的問題，我們設計了一款采用LED顯示器件顯

4、示的旋轉電子時鐘，有效克服了時鐘存在的誤差問題，并能在夜間不必其它照明就能看到時間，且以24只LED燈實現(xiàn)秒顯示，用戶容易接受，而且美觀大方，整個時鐘顯的相當美觀新穎，故還可作為室內裝飾用。關鍵詞： 旋轉LED,電子鐘，單片機目 錄一、旋轉LED顯示的發(fā)展趨勢.11、旋轉LED顯示特點.12. 旋轉LED顯示需求分析.2二、系統(tǒng)總體方案設計.31、方案論證.32、系統(tǒng)總體方案設計.33、電路結構圖的設計.44、電路原理圖的設計.4三、系統(tǒng)硬件設計.51、單片機及芯片元器件的原理及設計.52、電機及各芯片元器件的選擇.123、電路板的設計及制作.13四、電路板及各元器件的焊接與安裝.131、電路

5、板的焊接.132、電機底座支架設計.15 3、電機和電路板安裝組合.16五、程序設計與調試.17 1、系統(tǒng)主程序設計.18 2、定時中斷程序設計.18六、系統(tǒng)調試.19 1、在Keil中的調試.19 2、系統(tǒng)程序源代碼.21 3、硬件故障檢查.21 4、旋轉時鐘總體運行顯示.21七、心得體會.22八、參考文獻.22九、附錄.24一、旋轉LED顯示的發(fā)展趨勢1、旋轉LED顯示特點：旋轉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

6、的時間，光的作用結束后，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)在計算機系統(tǒng)已明顯地朝巨型化、單片化、網(wǎng)絡化三個方向發(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體芯片上，其目的在于計算機微型化和提高系統(tǒng)的

7、可靠性，這種單片計算簡稱單片機。單片機的內部硬件結構和指令系統(tǒng)主要是針對自動控制應用而設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

8、1。這說明單片機應用在我國有著廣闊的前景。對于從事自動控制的技術人員來講，掌握單片機原理及其應用已經(jīng)成為必不可少的學習任務。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。單片機的應用十分廣泛，在工業(yè)控制領域、家電產(chǎn)品、智能化儀器儀表、計算機外部設備，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

9、過RS-232串行通信或者是USB通信，傳輸數(shù)據(jù)和信號。科學計算：用來實現(xiàn)簡單的算法。那么單片機是不是解決上述應用的唯一選擇呢？當然不是！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

10、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)。所以應用的關鍵是看能否夠用，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用前景。2、旋轉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。要知道當前的時間，必須先開燈，故較為不便。而我所設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旋轉時鐘是以單片機為核心設計的，本設計采用的是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，片內含2K

11、bytes的可反復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、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內置用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大。在這里，我們設計的是一個可以平面顯示時間、轉速、制作人的新穎旋轉電子鐘。二、系統(tǒng)總體方案設計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

12、.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LED可以歸納為動態(tài)掃描和機械旋轉兩部分，其實質就是與機械轉動配合起來的動態(tài)掃描顯示技術。2、 系統(tǒng)總體方案設計旋轉LED顯示屏是通過一個旋轉的電路板，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計的。采用高速旋轉的電機帶動電路板高速旋轉，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)。旋轉顯示屏是利用機械轉動動態(tài)掃描代替?zhèn)鹘y(tǒng)逐行掃描方式，是一種新型的顯示屏，

13、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。其實質就是與機械轉動配合起來的動態(tài)掃描顯示技術。本次“旋轉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)學生學習興趣，引導自主學習及培養(yǎng)創(chuàng)新能力、協(xié)作精神、工程實踐素質。本設計利用高速旋轉中控制LED的亮滅，進行字符的顯示，控制器采用單片機，完成顯示內容的傳輸、字庫的轉換、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LED顯示器件，這使顯示屏成本偏大，功耗增加。旋轉掃描采用了不同的形式，其顯示

14、器件只有一列，由機械旋轉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，掃描過程由機械轉動更換位置來實現(xiàn)的。旋轉LED顯示的旋轉顯示，可采用機械旋轉的掃描方式。3、 電路結構圖的設計顯示圖像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紅外接受管感應單片機接通開始4、 電路電路原理圖的設計圖1 總電路圖三、系統(tǒng)硬件設計1、單片機及芯片元器件的原理及設計：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、內存、內部和外部總

15、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、復雜的輸入輸出系統(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)控制領域。單片機由芯片內僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復雜的而對提及要求嚴格的控制設備當中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設計出的處理器，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

16、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)?；谶@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用。90年代后隨著消費電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機技術得到了巨大的提高。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

17、元，最高端的型號也只有10美元。當代單片機系統(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用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應用。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，復雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單

18、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、質量輕、價格便宜、為學習、應用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學習使用單片機是了解計算機原理與結構的最佳選擇。單片機內部也用和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內存，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雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動滾筒洗衣機、排

19、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。通過不同的程序實現(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，結果就會有天壤之別！只因為單片機的通

20、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)和應用軟件拿到家用

21、PC上來運行，家用PC的也是承受不了的。可以說，二十世紀跨越了三個“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。現(xiàn)在，這種單片機的使用領域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設備、導航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片

22、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制造，與工業(yè)標準的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

23、示：圖2 單片機總控制電路1.1 時鐘電路STC89C52內部有一個用于構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。時鐘可以由內部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。內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。片內時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個

24、兩相時鐘P1和P2，供單片機使用。（a）內部方式時鐘電路 （b）外部方式時鐘電路圖3 時鐘電路1.2 復位及復位電路（1）復位操作復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，也需按復位鍵重新啟動。除PC之外，復位操作還對其他一些寄存器有影響，它們的復位狀態(tài)如表一所示。表1 一些寄存器的復位狀態(tài)寄存器復位狀態(tài)寄存器復位狀態(tài)PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100H

25、P0-P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUF不定IE0X000000BPCON0XXX0000BTMOD00H（2）復位信號及其產(chǎn)生RST引腳是復位信號的輸入端。復位信號是高電平有效，其有效時間應持續(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，則復位信號持續(xù)時間應超過4us才能完成復位操作。產(chǎn)生復位信號的電路邏輯如圖43所示：圖4 復位信號的電路邏輯圖整個復位電路包括芯片內、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復位信號(RST)送至施密特觸發(fā)器，再由片內復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，然后才得到內部復位操作所需要的信號。復位操作有上電

26、自動復位相按鍵手動復位兩種方式。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，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)自動上電復位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復位初始化。按鍵手動復位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電平復位是通過使復位端經(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）上電復位 （b）按鍵電平復位 （c）按鍵脈沖復位圖5 復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)的復位電路采用圖5

27、（b）上電復位方式。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)：片內振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin20)：片內振蕩電路的輸出端控制引腳（4根）RST/VPP(Pin9)：復位引腳，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部程序存儲器讀指令?？删幊梯斎?輸出引腳（32根）ST

28、C89C52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位準雙向I/O口線，名稱為P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位準雙向I/O口線，名稱為P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位準雙向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可反復擦寫Flash ROM32個雙向I/O口256x8bit內部RAM3個16

29、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，也就是說電機轉子的轉速受電機定子旋轉磁場的速度及轉子極數(shù)(P)影響： n=60* f / P。在轉子極數(shù)固定情況下，改變定子旋轉磁場的頻率就可以改變轉子的轉速。直流無刷電機即是將同步電機加上電子式控制(驅動器)，控制定子旋轉磁場的頻率 并將電機轉子的轉速回授至控制中心反復校正，以期達到接近直流電機特性的方式。也就是說直流無

30、刷電機能夠在額定負載范圍內當負載變化時仍可以控制電機轉子 維持一定的轉速。無刷直流電機的控制原理要讓電機轉動起來，首先控制部就必須根據(jù)hall-sensor感應到的電機轉子目前所在位置，然后依照定子繞線決定開啟(或關閉)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)旋轉磁場，并與轉子的磁鐵相互作用，如此就能使電機順時/逆時轉動。當電機轉子轉動到hall-sensor感應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)轉動直到控制部決定要電機轉子停止則關閉功率晶體管(或只開下臂功率晶體管)；要電機轉子反向則功 率

31、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 220µF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 導線若干 板材若干3、電路板的設計及制作：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 電路板正面圖9 電路板焊接面2、電機底座支架設計圖8 電機底座支架3、 電機和電路板安裝組合將電機底座和電路板安裝組合在一起，如圖10所示：圖10

32、電機電路板組合圖五、程序設計與調試本系統(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、定時中斷程序設計中斷程序(如圖12所示)完成時間計數(shù)，時間調整，誤差消除等功能。中斷采用STC89C52內部T0中斷實現(xiàn)，定時時間為125ms，當時間到達125ms×8,即1分鐘時，分計

33、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)調試 1.在Keil中的調試我們用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“旋轉時鐘”后保存，

34、然后在彈出新的項目窗口中選擇參數(shù)，其參數(shù)的設置如下，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這個標簽，選中第二個Use復選框后點擊Setting在彈出的對話框中選擇Baudrate這一項，設置它的參數(shù)為38400，后OK。如圖16所示：圖16 串行通訊參數(shù)設定界面把以上的參數(shù)設置完成以后把程序添加進來編譯，編譯通過后

35、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-d

36、p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。七心得體會經(jīng)歷了星期的奮戰(zhàn)，緊張而又充實的創(chuàng)新性試驗終于落下了帷幕。回想這段日子的經(jīng)歷和感受，感慨萬千，這次創(chuàng)新性設計過程中，我們組擁有了無數(shù)難忘的回憶和收獲。在制作過程中遇到困難我們組通過在寢室上網(wǎng)

37、查資料，自己調試，找同學幫忙，問老師，在大家的努力下，困難一個接一個解決了，作品也慢慢成型了。腳踏實地，認真嚴謹，實事求是的學習態(tài)度，不怕困難，堅持不懈，吃苦耐勞的精神是我們組在這次設計中最大的收益，這是一次意志的磨練，是對我們實際能力的一次提升。從這次的設計中，我真真正正的意識到，在以后的學習中，要理論聯(lián)系實際，把我們所學的理論知識用到實際當中，理論指導實踐，在實踐中對理論知識加以理解。我所設計的這個旋轉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們的幫助和指導！八參考文獻1. 汪德彪. MCS-51單片機原理及接口技術M.

38、北京電子工業(yè)出版社.2. 張毅剛. 單片機原理及應用. 高等教育出版社,20053. 胡文金. 單片機系統(tǒng)實訓教程. 重慶大學出版社,20054. 何立民. 單片機應用系統(tǒng)設計. 北京航空航天大學出版社 20005. 周航慈. 單片機應用程序設計技術. 北京航空航天大學出版社 , 2002.16. 李傳軍. 單片機原理及應用. 河南科學技術出版社 20067. 劉和平,劉躍. 單片機原理及應用. 重慶大學出版社 20048. 王幸之,鐘愛琴. AT89系列單片機原理與接口技術. 北京航空大學出版社，200469、 附錄：#include<reg52.h>#include<in

39、trins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intbit flag=0;sbit blue=P34;uchar code hanzi32=0xEF,0x7F,0xEF,0x9F,0x0E,0xE0,0x69,0xBF,0x6F,0x7F,0x6F,0x80,0xEF,0x7F,0xD7,0x9F,0xD8,0xE0,0xDB,0xDF,0x1B,0x80,0xDB,0xBB,0xDB,0xBB,0x1B,0xBB,0xFB,0xBF,0xFF,0xFF,/*"旋",0*/0x37,0xF7,0x47

40、,0xE7,0x70,0xF7,0x17,0x00,0x77,0xFB,0x77,0xFB,0xBF,0xFF,0xB7,0xFD,0xB7,0xF4,0x17,0xED,0xA0,0xDD,0xB7,0x2D,0xB7,0xF5,0xB7,0xF9,0xBF,0xFF,0xFF,0xFF,/*"轉",1*/0xFF,0xFF,0x03,0xC0,0x7B,0xEF,0x7B,0xEF,0x7B,0xEF,0x03,0xC0,0xFF,0xFF,0xEF,0xFF,0xEF,0xFE,0xEF,0xF9,0xEF,0xBF,0xEF,0x7F,0x00,0x80,0xEF,

41、0xFF,0xEF,0xFF,0xFF,0xFF,/*"時",2*/0xDF,0xFE,0xEF,0xFE,0xD3,0xFE,0x18,0x80,0xDB,0xDE,0xDB,0xEE,0xFF,0xFF,0x0F,0xF8,0xEF,0xFD,0xEF,0xFD,0x00,0x00,0xEF,0xFD,0xEF,0xFD,0x0F,0xF8,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,/*"鐘",3*/0xEF,0xFB,0xEF,0xBB,0xEF,0x7D,0x00,0x80,0xEF,0xFE,0x6F,0xFF,0xFF,0xFF,0xC0,0x

42、00,0xB7,0xB6,0xB7,0xB6,0xBB,0xB6,0xBB,0xB6,0xBB,0xB6,0xBD,0x00,0x8F,0xFF,0xFF,0xFF,/*"指",4*/0xFF,0xFB,0xFF,0xFB,0x81,0xFB,0x6D,0xFB,0x6D,0xF3,0x6D,0xCB,0x6D,0xFB,0x6D,0xFB,0x6D,0xBB,0x6D,0x7B,0x6D,0x80,0x61,0xFB,0x7F,0xFB,0x1F,0xFB,0xFF,0xFB,0xFF,0xFF,/*"導",5*/0xDF,0xEF,0xDF,0xF7

43、,0xDB,0xFB,0xDB,0xFD,0xDB,0xC0,0xDB,0xBA,0x40,0xBB,0x9B,0xBB,0xDB,0xBD,0xCB,0xBD,0xD7,0xBD,0xDB,0xBE,0xDD,0x87,0xDF,0xFF,0xDF,0xFF,0xFF,0xFF,/*"老",6*/0xFF,0xFF,0x03,0x78,0xFF,0xBF,0xFF,0xCF,0x00,0xF0,0xFF,0xFF,0xFD,0xFF,0x1D,0xE0,0xDD,0xFF,0xDD,0xFF,0x01,0x00,0xDD,0xF7,0xDD,0xEF,0x1D,0xF0,

44、0xFD,0xFF,0xFF,0xFF,/*"師",7*/0xDB,0xF7,0xDB,0xF9,0x5B,0xFE,0x01,0x00,0xDC,0xFE,0xDD,0xF9,0xFF,0xBF,0xC1,0xB6,0xDD,0xB6,0xDD,0xB6,0xDD,0x80,0xDD,0xB6,0xDD,0xB6,0xC1,0xB6,0xFF,0xBE,0xFF,0xFF,/*"程",8*/0xF7,0xE2,0x08,0xEC,0xEB,0xEE,0xAB,0xAA,0x6B,0x66,0xEB,0xAE,0x0B,0xC0,0xFB,0x6E,0x

45、7F,0xBE,0x8F,0xDF,0x70,0xEC,0xF7,0xF3,0xF7,0xCC,0x07,0xBF,0xF7,0x7F,0xFF,0xFF,/*"敏",9*/0xBF,0xFF,0xAF,0xFF,0xB1,0xC1,0xB7,0xFD,0xB7,0xFD,0x00,0x00,0xB7,0xED,0xB7,0xDD,0xB7,0xE1,0xBF,0xFF,0x07,0xF0,0xFF,0xBF,0xFF,0x7F,0x00,0x80,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,/*"制",10*/0xFF,0xFE,0x7F,0xFF,0x9

46、F,0xFF,0x07,0x00,0xF8,0xFF,0xBF,0xFF,0xCF,0xFF,0xF0,0xFF,0x07,0x00,0x77,0xF7,0x77,0xF7,0x77,0xF7,0x77,0xF7,0xF7,0xF7,0xF7,0xFF,0xFF,0xFF,/*"作",11*/0xFF,0x7F,0xFF,0xBF,0xFF,0xDF,0xFF,0xEF,0xFF,0xF3,0xFF,0xFC,0x3F,0xFF,0xC0,0xFF,0x3F,0xFF,0xFF,0xFC,0xFF,0xF3,0xFF,0xEF,0xFF,0xDF,0xFF,0xBF,0xF

47、F,0x7F,0xFF,0xFF,/*"人",12*/0xFF,0x7B,0xFF,0x7B,0x7F,0xBB,0x61,0xBB,0x6D,0xDB,0x6D,0xEB,0x6D,0xF3,0x6D,0xF8,0x6D,0xF3,0x6D,0xEB,0x6D,0xDB,0x61,0xBB,0x7F,0xBB,0xFF,0x7B,0xFF,0x7B,0xFF,0xFF,/*"",0*/0x7B,0xFF,0x8B,0xE0,0xD0,0xF6,0xDB,0xF6,0xDB,0xB6,0xDB,0x60,0xD0,0xBF,0x1B,0xC0,0x7B,

48、0x7F,0x8F,0xBF,0x70,0xCC,0xF7,0xF3,0xF7,0xCC,0x07,0xBF,0xF7,0x7F,0xFF,0xFF,/*"",1*/0xFF,0xFF,0x01,0x00,0xFD,0xBF,0xBD,0xAF,0xB5,0xB3,0x35,0xBC,0xB5,0xBF,0xB5,0xBF,0x35,0xB0,0xB5,0xAF,0xB5,0xAF,0xBD,0xA3,0xFD,0xBF,0x01,0x00,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,/*"",2*/ ;uchar code shuzi16=0xFF,0xF

49、F,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,0

50、xCF,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,0xF