基于單片機(jī)立式冷凍箱時間控制器設(shè)計

1、本科畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目 基于單片機(jī)立式冷凍箱時間控制器設(shè)計學(xué) 院 電氣與自動化工程學(xué)院 年 級 專 業(yè) 班 級 1 學(xué) 號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 職 稱 論文提交日期 23基于單片機(jī)立式冷凍箱的時間控制器設(shè)計摘 要隨著電子結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)調(diào)整，生產(chǎn)工藝的飛速發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，家用電器逐漸普及，市場對于智能時鐘控制系統(tǒng)的需求也越來越大。本論文研究的智能時鐘控制系統(tǒng)主要是指家用電器的時鐘顯示、時間設(shè)置、定時開關(guān)機(jī)的控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)是以PIC16F72單片機(jī)為核心，4位LED數(shù)碼管顯示時間，使用DS1302時鐘芯片完成實時時鐘的基本功能，同時利用24C02存儲定時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對立式冷凍箱的定時控

2、制。本文對立式冷凍箱時間控制系統(tǒng)進(jìn)行了深入的分析和研究，討論了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、設(shè)計方案，介紹了該裝置的系統(tǒng)設(shè)計、工作原理，詳細(xì)分析了以PIC16F72單片機(jī)為控制單元的硬件電路設(shè)計以及實物設(shè)計。對時鐘顯示及定時控制軟件設(shè)計，進(jìn)行實驗驗證，證明了系統(tǒng)方案的可行性。實驗結(jié)果表明，立式冷凍箱時間控制器設(shè)計可靠，而其顯示的新穎性往往更能吸引人們的眼球，因此該設(shè)計有著十分廣闊的實用價值和商業(yè)前景。關(guān)鍵詞：PIC16F72單片機(jī) 時鐘控制器 DS1302 24C02 Design of Time Control for Vertical Freezers Based on PIC MCUAbstractW

3、ith the electronic structure of industrial restructuring, the rapid development of the production process, the continuous improvement of people's living standard and the household appliances gradually popular, market is also growing demand for intelligent clock control system. The intelligent cl

4、ock control system of this thesis mainly refers to the household appliances of the clock display, timing setting and timer switch. This system is based on PIC16F72 microcontroller core, 4 LED digital display time, and used the DS1302 clock chip to complete the basic functions of the real-time clock.

5、 Also used the 24C02 to store timing data,to achieve the timing control of vertical freezers. This paper does in-depth analysis and research on time control for vertical freezers, discusses structure and design project of the control system, introduces system design and working principle of the devi

6、ce, and gives detailed analysis of the hardware circuit and physical design based on PIC16F72 MCU used as control unit. The software design is used to experiment with the clock display and timer control, and the result proves feasibility of the schemes.Experimental results show that design of time c

7、ontrol for vertical freezers is reliable. Novelty of the show is easier to attract people's attention, so this design has a very broad practical value and commercial prospects.Keywords: PIC16F72 MCU; Time control; DS1302; 24C02目 錄1. 緒論11.1課題研究的背景11.2課題研究意義11.3論文章節(jié)安排21.4本章小結(jié)22 .系統(tǒng)基礎(chǔ)知識概述及開發(fā)環(huán)境的建立32

8、.1 新型綠色電冰箱技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向32.1.1 我國電冰箱的現(xiàn)狀32.2.2 綠色電冰箱的發(fā)展趨勢32.2 PIC單片機(jī)的概述42.2.1 PIC單片機(jī)介紹42.2.2 PIC系列單片機(jī)特點42.2.3 PIC16F72單片機(jī)的引腳及介紹52.3 PIC16F72系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境的建立72.3.1 MPLAB IDE軟件簡介72.3.2 燒錄器軟件介紹82.4 編程語言概述102.5 HITECH-PICC 編譯器102.6 本章小結(jié)113. 時鐘控制器的硬件設(shè)計123.1 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖123.2 控制核心的設(shè)計123.3 主系統(tǒng)的供電電路設(shè)計133.3.1 7805的概述133.3.2

9、固定輸出的雙電源電路143.4 時鐘系統(tǒng)電路設(shè)計143.4.1 常用時鐘日歷芯片比較143.4.2 DS1302簡介143.4.3 時鐘電路設(shè)計153.5 定時系統(tǒng)電路設(shè)計163.5.1 I2C總線163.5.2 24C02簡介173.5.3 24C02的硬件電路設(shè)計183.6 LED顯示電路設(shè)計183.6.1 LED動態(tài)顯示方式183.6.2 LED靜態(tài)顯示方式193.7鍵盤掃描電路設(shè)計193.8 繼電器驅(qū)動電路設(shè)計203.8.1 繼電器原理203.8.2 繼電器的驅(qū)動電路213.9 本章小結(jié)214. 時鐘控制器的軟件設(shè)計224.1系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計及流程圖224.2 DS1302時鐘讀寫的

10、軟件設(shè)計224.2.1 DS1302的控制字和讀寫時序說明224.2.2 DS1302的片內(nèi)寄存器244.2.3 DS1302的讀寫流程圖254.3 24C02存儲數(shù)據(jù)的軟件設(shè)計264.4 LED顯示電路的軟件設(shè)計294.5 鍵盤掃描的軟件設(shè)計294.6 繼電器驅(qū)動的軟件設(shè)計314.7 本章小結(jié)315. 系統(tǒng)的調(diào)試325.1 系統(tǒng)設(shè)計實物圖325.2 硬件調(diào)試335.2.1 單片機(jī)基礎(chǔ)的硬件電路調(diào)試335.2.2 LED顯示電路的調(diào)試335.2.3 DS1302電路調(diào)試345.3 軟件調(diào)試345.4 本章小結(jié)346. 總結(jié)35參考文獻(xiàn)36附 錄37附錄一 總體硬件電路圖37附錄二 系統(tǒng)PCB板

11、圖38附錄三 系統(tǒng)程序39致謝46常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）1. 緒論時間是人類生活必不可少的重要元素，如果沒有時間的概念，社會將不會有所發(fā)展和進(jìn)步。從古代的水漏、十二天干地支，到后來的機(jī)械鐘表以及當(dāng)今的石英鐘，都充分顯現(xiàn)出了時間的重要，同時也代表著科技的進(jìn)步。致力于時鐘控制的研究和充分發(fā)揮時鐘的作用，將有著重要的意義。1.1課題研究的背景一寸光陰一寸金，寸金難買寸光陰。從古至今，時間是人們生活中不可缺少的重要伴侶。如果沒有時間的概念，社會將停滯不前。從古代的奎表、沙漏，到后來的機(jī)械鐘表以及當(dāng)今的電子鐘，都充分體現(xiàn)了時間的重要性。現(xiàn)代社會人們對時間計量的精度要求也越來越高，應(yīng)用越來越廣。因此

12、，利用當(dāng)今先進(jìn)的科技致力于時鐘控制的研究將更能更好的服務(wù)于人們的生活。電子時鐘控制主要是利用現(xiàn)代電子技術(shù)將時鐘電子化、數(shù)字化。與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，具有時鐘精確、顯示直觀、無機(jī)械傳動裝置等優(yōu)點，因而得到廣泛的運用。時鐘控制廣泛用于個人家庭，車站，碼頭，辦公場所，成為人們?nèi)粘Ｉ畈豢缮俚谋匦杵罚瑤砹藰O大的方便。另外，在生活和工業(yè)生產(chǎn)中，人們對電子時鐘控制的功能又提出了諸多要求:報時功能、定時功能、日歷、溫度顯示，這就需要電子時鐘控制的多功能性。同時隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展，單片機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)的個人領(lǐng)域得到了廣泛的運用。單片機(jī)以其體積小、功能全、性價比高等諸多優(yōu)點，在工業(yè)控制、家用電器、通信設(shè)備、信

13、息處理、尖端武器等各種測控領(lǐng)域的應(yīng)用中獨占鰲頭，單片機(jī)開發(fā)技術(shù)已成為電子信息、電氣、通信、自動化、機(jī)電一體化等專業(yè)技術(shù)人員必須掌握的技術(shù)。目前世界上單片機(jī)年產(chǎn)量已達(dá)十多億片，通常是當(dāng)年微處理器產(chǎn)量的45倍以上。用最少的芯片就能實現(xiàn)最強(qiáng)大的功能，這是將來電子產(chǎn)品的主流方向，它將無可置疑地一步步取代其它同類產(chǎn)品，其數(shù)量之大和應(yīng)用面之廣，是其它任何類型的計算機(jī)所無法比擬的。1.2課題研究意義單片機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，產(chǎn)品質(zhì)量越來越好，而成本越來越低，現(xiàn)階段許多復(fù)雜、多用的電子器件普遍采用單片機(jī)來實現(xiàn)。同時，隨著人們生活節(jié)奏的加快，時鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪械谋匦杵罚S多家用電器都帶有時鐘模塊，而人們也不再滿

14、足于僅僅具有時鐘顯示功能的時鐘對時鐘功能的要求也越來越全面。單片機(jī)以其強(qiáng)大的功能成為多功能時鐘的首選，為電子時鐘的功能擴(kuò)展提供了強(qiáng)大的支持，實現(xiàn)一物多用，提高電子時鐘的使用價值。利用單片機(jī)的智能性，可方便地實現(xiàn)具有智能的電子鐘設(shè)計。單片機(jī)均具有時鐘振蕩系統(tǒng)，利用系統(tǒng)時鐘借助微處理器的定時器/計數(shù)器可實現(xiàn)電子鐘功能。然而系統(tǒng)時鐘誤差較大，電子鐘的積累誤差也可能較大，所以可以通過誤差修正軟件加以修正，或者在設(shè)計中加入高精度時鐘日歷芯片，以精確時間。另外很多功能不同的單片機(jī)是兼容的，這就更便于實現(xiàn)產(chǎn)品的多功能性。 本設(shè)計詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)組成和基本工作原理，重點介紹了硬件設(shè)計思想和軟件的設(shè)計思路，在保

15、證功能齊全，性能良好的前提下，最大限度簡化電路，降低系統(tǒng)的整體成本，提高系統(tǒng)的可靠性。1.3論文章節(jié)安排第一章：主要介紹課題研究的背景、意義及主要研究內(nèi)容等。 第二章：主要介紹時鐘顯示及控制的方法，PIC16F72單片機(jī)的基本原理、開發(fā)環(huán)境、編程語言。 第三章：主要闡述時鐘顯示及控制系統(tǒng)硬件平臺的設(shè)計，系統(tǒng)硬件的整體實現(xiàn)方案，并結(jié)合各個元器件和主要模塊工作的特性進(jìn)行原理分析。 第四章：主要介紹系統(tǒng)軟件的設(shè)計，闡述各功能軟件設(shè)計的流程圖及部分核心程序。第五章：主要闡述時鐘顯示及控制系統(tǒng)各個模塊的過程，以及調(diào)試過程中出現(xiàn)的各種問題及相應(yīng)解決方法，并最終完成所有的設(shè)計目標(biāo)。第六章：主要是對本次設(shè)計研

16、究的總結(jié)，并提出本次設(shè)計的不足之處以及今后改進(jìn)的方向。1.4本章小結(jié)本章是論文的緒論部分，首先介紹了時鐘顯示及控制研究的意義以及發(fā)展前景，然后對論文的章節(jié)分布作了簡要的敘述。2. 系統(tǒng)基礎(chǔ)知識概述及開發(fā)環(huán)境的建立2.1 新型綠色電冰箱技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向電冰箱已成為我國城鎮(zhèn)居民家庭不可缺少的必備生活用品。冰箱的普及給人們的生活帶來了加大的方便，但同時冰箱制冷工質(zhì)散逸對臭氧層的破壞和溫室效應(yīng)的加劇，以及電冰箱廣泛普及導(dǎo)致電力消耗過大，資源浪費等問題不能忽視。因此，人們對電冰箱在人性化、智能化、舒適化方面要求不斷提高，這些都要求在冰箱的生產(chǎn)中要使用一些新技術(shù)和新工藝加以改進(jìn)。2.1.1 我國電冰箱的

17、現(xiàn)狀1.采用高效節(jié)能技術(shù)電冰箱耗電量是廣大消費者購買電冰箱是最關(guān)心的主要參數(shù)之一。我國頒布相關(guān)規(guī)定：電冰箱電耗要低于國際規(guī)定值。因此，節(jié)能技術(shù)的開發(fā)已成為電冰箱行業(yè)的重要日程。2.采用電子控制技術(shù)將光電技術(shù)引入電冰箱設(shè)計中，通過設(shè)置工作狀態(tài)選擇（如最大制冷、快速制冷、省電等）、自診斷系統(tǒng)、自動處理與報警（聲、光、電）功能，是電冰箱始終處于最佳工作狀態(tài)，以達(dá)到節(jié)能目的。3.采用超靜音技術(shù)最大限度降低電冰箱運行噪音，一直是各電冰箱廠家追求質(zhì)量的目標(biāo)之一。4.具有抗菌功能最近，市場上推出一種具有抗菌功能的電冰箱，這種電冰箱在內(nèi)箱、門內(nèi)膽、門內(nèi)擱架等零件成型時，加入一種具有抗菌功能的材料，使上述零件具

18、有抗菌功能。2.2.2 綠色電冰箱的發(fā)展趨勢我國冰箱進(jìn)一步發(fā)展的基本點一是節(jié)能，以真空絕熱、變能量和變頻技術(shù)為主導(dǎo)方向；二是環(huán)保，利于回收的綠色設(shè)計，同時智能化、人性化的理念也會體現(xiàn)到產(chǎn)品中去。各宗適合專門場合和用途的冰箱將有廣闊的前景。在技術(shù)研究開發(fā)上，應(yīng)具有一定的預(yù)見性，能做到“應(yīng)用一代，儲備一代”。1.向大容量、多門、多溫方向發(fā)展隨著人們生活節(jié)奏的加快，人們已逐漸形成一次購買幾天甚至一個星期的肉類、蔬菜的習(xí)慣，市場需要大容量、多門、多溫的電冰箱。2.向智能化方向發(fā)展新型冰箱中已應(yīng)用了變頻與模糊邏輯控制、箱外顯溫控溫、電腦控溫與自動除霜系統(tǒng)、自動解凍、自動制冰、自我診斷、功能切換以及深冷速

19、度的智能化技術(shù)。3.向多元化發(fā)展我國地域遼闊，南北氣候差異較大，各地區(qū)發(fā)展不平衡，生活習(xí)慣有差異等等，因此電冰箱將向多元化發(fā)展。4.開發(fā)新制冷原理的電冰箱各國的科學(xué)家正競相尋找從根本上解決CFC制冷劑問題的途徑，研究開發(fā)新制冷原理和比較有前途的電冰箱的技術(shù)，如吸收擴(kuò)散式電冰箱、半導(dǎo)體制冷電冰箱、太陽能制冷電冰箱、磁制冷電冰箱等。2.2 PIC單片機(jī)的概述2.2.1 PIC單片機(jī)介紹PIC（Periphery Interface Chip）單片機(jī)是美國Microchip公司生產(chǎn)的PIC系列單片機(jī)。PIC系列單片機(jī)的硬件系統(tǒng)設(shè)計簡潔，指令系統(tǒng)設(shè)計精煉。在所有的單片機(jī)品種中，PIC具有性能完善、功能

20、強(qiáng)大、學(xué)習(xí)容易、開發(fā)應(yīng)用方便、人機(jī)界面友好等突出優(yōu)點。8位PIC單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以強(qiáng)大的RISC內(nèi)核為基礎(chǔ)，通過不同產(chǎn)品系列為通用戶提供6個引腳到100個引腳的靈活選擇空間。2.2.2 PIC系列單片機(jī)特點（1）采用了指令總線和數(shù)據(jù)總線分離的哈佛結(jié)構(gòu) PIC系列單片機(jī)的哈佛總線結(jié)構(gòu)徹底將芯片內(nèi)部的指令總線和數(shù)據(jù)總線分離，為采用不同的字節(jié)寬度及有效擴(kuò)展指令的字長度奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。該結(jié)構(gòu)為實現(xiàn)指令提取和執(zhí)行的“流水作業(yè)”提供結(jié)構(gòu)保證，即在執(zhí)行一條指令的同時又協(xié)同處理下一條指令的取指令操作。兩總線的分離，也為PIC單片機(jī)實現(xiàn)全部指令單字節(jié)化和單周期化創(chuàng)造條件，從而大大提高了CPU執(zhí)行指令的速度和工作

21、效率。通常人們，常說PIC單片機(jī)一個指令周期就能執(zhí)行一條指令，如果深究指令微觀的執(zhí)行過程，則應(yīng)清晰地認(rèn)識到一條指令分為取指令過程和執(zhí)行過程兩個步驟，實際上執(zhí)行一條指令需要兩個指令周期。（2）RISC技術(shù)PIC系列單片機(jī)的指令系統(tǒng)采用精減指令RISC技術(shù)，以控制邏輯為主的設(shè)計理念。此外，PIC系列單片機(jī)全部采用單字節(jié)指令，執(zhí)行速度較高。（3）PIC系列單片機(jī)的指令系統(tǒng)具有尋址方式簡單和代碼壓縮率高等優(yōu)點。PIC系列單片機(jī)的尋址方式有4種，即寄存器間接尋址、立即數(shù)尋址、直接尋址和位尋址。PIC系列單片機(jī)能有效利用存儲器空間，1KB程序存儲器空間可存放多達(dá)1024條指令，而MCS-51系列僅能存放5

22、00多條指令。（4）驅(qū)動能力強(qiáng)PIC系列單片機(jī)的每個輸出引腳可以驅(qū)動20-25mA的負(fù)載，既能高電平直接驅(qū)動LED，光電耦合器，小型繼電器，也可以低電平驅(qū)動，這樣大大簡化了控制電路。（5）同步串行數(shù)據(jù)傳送方式在PIC系列單片機(jī)中，有些型號具有同步串行數(shù)據(jù)傳輸功能，如PIC16F72，可以滿足IIC(主動/從動)和SPI（主控）總線要求。2.2.3 PIC16F72單片機(jī)的引腳及介紹PIC16F722單片機(jī)的引腳如圖2-1所示：圖2-1 PIC16F72引腳分配圖PIC16F72該單片機(jī)有28個引腳，去掉電源、復(fù)位、振蕩器等，共有22個可復(fù)用的IO口，其中第13腳是CCP1輸出口，可輸出最大分辨

23、率達(dá)10BIT的可調(diào)PWM信號，另有AN0-AN4共5路AD模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入口，可提供檢測外部電路的電壓，一個外部中斷輸入腳，可處理突發(fā)事件。各引腳應(yīng)用如下：（1）MCLR復(fù)位/燒寫高壓輸入兩用口。（2）模擬/數(shù)字量輸入口：放大后的電流信號輸入口，單片機(jī)將此信號進(jìn)行A-D轉(zhuǎn)換后經(jīng)過運算來控制PWM的輸出，使電流不致過大而燒毀功率管。正常運轉(zhuǎn)時電壓應(yīng)在0-1.5V左右。（3）模擬/數(shù)字量輸入口：電源電壓經(jīng)分壓后的輸入口，單片機(jī)將此信號進(jìn)行A-D轉(zhuǎn)換后判斷電池電壓是否過低，如果低則切斷輸出以保護(hù)電池，避免電池因過放電而損壞。正常時電壓應(yīng)在3V以上。（4）模擬/數(shù)字量輸入口：線性霍爾組成的手柄調(diào)速電壓輸

24、入口，單片機(jī)根據(jù)此電壓高低來控制輸出給電機(jī)的總功率，從而達(dá)到調(diào)整速度的目的。（5）模擬/數(shù)字量輸入口：剎車信號電壓輸入口?？梢允褂肁D轉(zhuǎn)換器判斷，或根據(jù)電平高低判斷，平時該腳為高電平，當(dāng)有剎車信號輸入時，該腳變成低電平，單片機(jī)收到該信號后切斷給電機(jī)的供電，以減少不必要的損耗。（6）數(shù)字量輸入口：1+1助力脈沖信號輸入口，當(dāng)騎行者踏動踏板使車前行時，該口會收到齒輪傳感器發(fā)出的脈沖信號，該信號被單片機(jī)接收到后會給電機(jī)輸出一定功率以幫助騎行者更輕松地往前走。（7）模擬/數(shù)字量輸入口：由于電機(jī)的位置傳感器排列方法不同，該口的電平高低決定適合于哪種電機(jī)。 （8）單片機(jī)電源地。（9）單片機(jī)外接振蕩器輸入腳

25、。（10）單片機(jī)外接振蕩器反饋輸出腳。（11）數(shù)字輸入口：功能開關(guān)1。（12）數(shù)字輸入口：功能開關(guān)2。（13）數(shù)字輸出口：PWM調(diào)制信號輸出腳，速度或電流由其輸出的脈沖占空比寬度控制。（14）數(shù)字輸入口：功能開關(guān)3。（15）、（16）、（17）數(shù)字輸入口：電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器信號輸入口，單片機(jī)根據(jù)其信號變化決定讓電機(jī)的相應(yīng)繞組通電，從而使電機(jī)始終向需要的方向轉(zhuǎn)動。（18）數(shù)字輸出口：該口控制一個LED指示燈，大部分廠商都將該指示燈用作故障情況顯示，當(dāng)控制器有重大故障時該指示燈閃爍不同的次數(shù)表示不同的故障類型以方便生產(chǎn)、維修。（19）單片機(jī)電源地。（20）單片機(jī)電源正。上限是5.5V。（21）數(shù)字

26、輸入口：外部中斷輸入，當(dāng)電流由于意外原因突然增大而不在控制范圍時，該口有低電平脈沖輸入。單片機(jī)收到此信號時產(chǎn)生中斷，關(guān)閉電機(jī)的輸出，從而保護(hù)重要器件不致?lián)p壞或故障不再擴(kuò)大。（22）數(shù)字輸出口：同步續(xù)流控制端，當(dāng)電流比較大時，該口輸出低電平，控制其后邏輯電路，使同步續(xù)流功能開啟。（23）（28）數(shù)字輸出口：是功率管的邏輯開關(guān)，單片機(jī)根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器的信號，由這里輸出三相交流信號控制功率MOSFET開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)閉，使電機(jī)正常運轉(zhuǎn)。2.3 PIC16F72系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境的建立2.3.1 MPLAB IDE軟件簡介Microchip公司為PIC系列單片機(jī)配備了功能強(qiáng)大、基于Windows、易學(xué)易

27、用的軟件集成開發(fā)環(huán)境MPLAB IDE。其操作界面如圖2-2所示，開發(fā)環(huán)境可以使人們在自己的微機(jī)系統(tǒng)上，對PIC系列單片機(jī)進(jìn)行程序的創(chuàng)建、錄入、編輯以及匯編，還能方便而靈活地實現(xiàn)程序的模擬運行和動態(tài)調(diào)試，可以對實際應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行在線仿真和功能模塊開發(fā)。 應(yīng)用MPLAB IDE進(jìn)行軟件仿真開發(fā)的主要步驟為：1.編寫源程序并保存；2.創(chuàng)建項目；3.編譯項目；4.調(diào)試應(yīng)用程序。圖2-2 MPLAB IDE操作界面2.3.2 燒錄器軟件介紹1.PStar V6編程器介紹PStar V6編程器（如圖2-3），是生產(chǎn)公司依靠多年來制造Microchip PIC單片機(jī)專用編程器的經(jīng)驗，經(jīng)長時間醞釀和試驗開發(fā)出

28、來的新一代高性能PIC單片機(jī)開發(fā)工具，從94年國內(nèi)第一臺全系列PIC編程器 PStar V3.1，到后來行銷多年深受用戶稱贊的PStar V4.0和 PStar V4.5，比高一直把為用戶提供高性能和高可靠性的產(chǎn)品作為他們的目標(biāo)。經(jīng)過長時間的精心設(shè)計和開發(fā)，PStar V6終于面世了，比其上一代產(chǎn)品PStar V4.5，V6無論是從性能上，還是從使用方便性上，以及外觀上，都有了質(zhì)的飛躍！圖2-3 PStar V6燒錄器2.PStar V6編程器的特點（1）支持器件多，包括PIC12CXX、PIC16C4XX、PIC16C5XX、PIC16C6XX、PIC16C7XX、PIC16C9XX、PIC

29、18CXXX、MCP25XXX以及FLASH系列16FXXX、18FXXX超過100種，是目前市場上支持器件種類最全最多的PIC單片機(jī)編程器，其中，16C4XX、18FXXX、MCP25XXX系列是其它編程器目前還不支持的。（2）支持全系列的串行EEPROM。（3）通過內(nèi)置的ICSP接口，可以直接支持ICSP（在線路板編程）而無需任何附加裝置，用戶可以等電路板焊好后，最后再寫入程序，對于FLASH單片機(jī)，更是可以完成在線升級功能。（4）讀寫速度比PStar V4.5提高5倍以上，仍保持了高可靠性，寫大容量芯片的時候可以節(jié)省大量時間。（5）易換式適配器設(shè)計，鎖緊座和各種表貼適配器可以隨意更換。（

30、6）全中文操作，使用更加得心應(yīng)手。3. PStar V6編程器操作界面PStar V6燒寫軟件界面操作簡單友好，如圖2-4所示。圖2-4 燒寫軟件界面PIC的工程師特別是初學(xué)PIC的朋友們，最麻煩的可能是編程器的配置位設(shè)置，寫好一個程序，軟件調(diào)試全部都正常，可是燒進(jìn)片子怎么樣也運行不正常！幾天找不到問題，最后發(fā)現(xiàn)是配置位選錯了，或編程器的配置位選擇難于理解。PStar V6編程器就解決了上面的問題出現(xiàn)了，其配置位具有友好的選擇界面和中文的標(biāo)識，配置位選項如下圖2-5所示：圖2-5 配置位選項2.4 編程語言概述匯編語言是一種用文字助記符來表示機(jī)器指令的符號語言，是最接近機(jī)器碼的一種語言。其主要

31、優(yōu)點是占用資源少、程序執(zhí)行效率高。但是不同CPU，其匯編語言可能有所差異，所以不易移植。但匯編語言，一條指令就對應(yīng)一個機(jī)器碼，每一步執(zhí)行什么動作都很清楚，并且程序大小和堆棧調(diào)用情況都容易控制，調(diào)試起來也比較方便。在眾多的程序設(shè)計語言中，C語言簡潔緊湊，語言表達(dá)能力強(qiáng)，其結(jié)構(gòu)化的流程控制有助于編制結(jié)構(gòu)良好的程序。C語言程序經(jīng)編譯后生成的目標(biāo)程序代碼效率高，幾乎可以與匯編語言媲美。C語言既具備高級語言使用方便、接近自然語言和數(shù)學(xué)語言的特性，同時也具備對計算機(jī)硬件系統(tǒng)的良好操縱和控制能力。而且C語言是一種編譯型程序設(shè)計語言，它兼顧了多種高級語言的特點，并具備匯編語言的功能。C語言有功能豐富的庫函數(shù)、

32、運算速度快、編譯效率高、有良好的可移植性，而且可以直接實現(xiàn)對系統(tǒng)硬件的控制。C語言是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計語言，支持當(dāng)前程序設(shè)計中廣泛采用的由頂向下結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計技術(shù)。此外，C語言程序具有完善的模塊程序結(jié)構(gòu)，從而為軟件開發(fā)中采用模塊化程序設(shè)計方法提供了有力的保障。用C語言來編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，會大大縮短開發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充，從而研制出規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)。對于時鐘控制系統(tǒng)中的單片機(jī)，均使用C語言來編寫程序，從而簡化了程序。程序模塊化也使得整個程序變得容易理解，并且結(jié)構(gòu)十分清晰。而且用C語言編寫的程序有很好的可移植性，功能化的代碼能夠很方便地從一個工程移植到另一個工

33、程。C語言編寫程序比用匯編語言也更符合思考習(xí)慣，可以更專心地考慮算法而不是考慮一些細(xì)節(jié)問題，這樣就減少了開發(fā)和調(diào)試的時間。綜上所述，本設(shè)計選用C語言作為單片機(jī)的設(shè)計語言。2.5 HITECH-PICC 編譯器用C語言來開發(fā)單片機(jī)系統(tǒng)軟件最大的好處是編寫代碼效率高、軟件調(diào)試直觀、維護(hù)升級方便、代碼的重復(fù)利用率高、便于跨平臺的代碼移植等等，因此C 語言編程在單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計中已得到越來越廣泛的運用。針對PIC單片機(jī)的軟件開發(fā)，同樣可以用C 語言實 現(xiàn)。但在單片機(jī)上用C語言寫程序和在PC機(jī)上寫程序絕對不能簡單等同。現(xiàn)在的PC 機(jī)資源十分豐富，運算能力強(qiáng)大，因此程序員在寫PC機(jī)的應(yīng)用程序時幾乎不用關(guān)心編

34、譯后的可執(zhí)行代碼在運行過程中需要占用多少系統(tǒng)資源，也基本不用擔(dān)心運行效率有多高。寫單片機(jī)的C 程序最關(guān)鍵的一點是單片機(jī)內(nèi)的資源非常有限，控制的實時性要求又很高，因此，如果沒有對單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)和硬件資源作詳盡的了解，是無法寫出高質(zhì)量實用的C語言程序。Microchip 公司自己沒有針對中低檔系列PIC單片機(jī)的C語言編譯器，但很多專業(yè)的第三方公司有眾多支持PIC單片機(jī)的C語言編譯器提供，常見的有HITECH、CCS、IAR、ByteCraft 等公司。其中筆者最常用的是HITECH 公司的PICC編譯器，它穩(wěn)定可靠，編譯生成的代碼效率高，在用PIC單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)的工程師群體中得到廣泛認(rèn)可

35、。PICC 編譯器可以直接掛接在MPLAB-IDE 集成開發(fā)平臺下，實現(xiàn)一體化的編譯連接和原代碼調(diào)試。使用MPLAB-IDE內(nèi)的調(diào)試工具ICE2000、ICD2和軟件模擬器都可以實現(xiàn)原代碼級的程序調(diào)試，非常方便。首先必須在你的計算機(jī)中安裝PICC編譯器，無論是完全版還是學(xué)習(xí)版都可和MPLAB-IDE 掛接。在建立項目時可以選擇語言工具為“HI-TECH PICC” （如圖2-6所示），項目建立完成后可以加入C或匯編源程序，也可以加入已有的庫文件或已經(jīng)編譯的目標(biāo)文件。最常見的是只加入C源程序。用C語言編程的好處是可以實現(xiàn)模塊化編程。程序編寫者應(yīng)盡量把相互獨立的控制任務(wù)用多個獨立的C源程序文件實現(xiàn)

36、，如果程序量較大，一般不要把所有的代碼寫在一個文件內(nèi)。圖2-6 HI-TECH PICC編譯器2.6 本章小結(jié)本章首先介紹了時鐘顯示及控制系統(tǒng)的相關(guān)知識，之后著重對單片機(jī)的相關(guān)知識進(jìn)行概述，包括單片機(jī)的定義、特點、分類、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，接著對開發(fā)環(huán)境的軟件特點和使用方法進(jìn)行了介紹，最后介紹了本設(shè)計使用的編程語言及編譯器的用法。3. 時鐘控制器的硬件設(shè)計3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖根據(jù)功能要求，本時鐘控制器設(shè)計的主要思路是：時鐘顯示是一個循環(huán)過程，系統(tǒng)以單片機(jī)PIC16F72為主控器，不斷讀取實時時鐘芯片DS1302提供的時間發(fā)送LED顯示時間采取24小時模式；PIC16F72在單片機(jī)不斷讀取DS1302

37、提供的當(dāng)前時間的同時，也要讀取存儲芯片24C02的設(shè)定的定時時間數(shù)據(jù)，當(dāng)達(dá)到所設(shè)定的定時時間時，控制壓縮機(jī)的繼電器開始工作一小時，達(dá)到制冷的效果；當(dāng)需要調(diào)整當(dāng)前時間或定時時間時，按下相應(yīng)鍵進(jìn)入設(shè)置系統(tǒng)設(shè)置?？傮w設(shè)計框圖如圖3-1所示。圖3-1系統(tǒng)的總體設(shè)計框圖3.2 控制核心的設(shè)計該控制系統(tǒng)主控制器采用PIC系列單片機(jī)PIC16F72。一個典型的單片機(jī)最小系統(tǒng)一般由時鐘電路、復(fù)位電路等部分組成，PIC16F72單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路如圖3-2所示。圖3-2 PIC單片機(jī)的最小系統(tǒng)（1）時鐘電路 單片機(jī)內(nèi)部具有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。通常在引腳OSC1和OSC2跨接石英晶體和兩個補(bǔ)償

38、電容構(gòu)成自激振蕩器，結(jié)構(gòu)如圖3-2中Y1、C6、C8。晶振電路中典型值取4MHz。在正常工作的情況下可以采用更高頻率的晶振，晶振的振蕩頻率直接影響單片機(jī)的處理速度，頻率越大，處理速度越快。（2）復(fù)位電路 單片機(jī)最小系統(tǒng)采用上電自動復(fù)位和手動按鍵復(fù)位兩種方式實現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位操作。上電復(fù)位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復(fù)位操作。手動復(fù)位要求在電源接通的條件下，在單片機(jī)運行期間，用按鈕開關(guān)操作使單片機(jī)復(fù)位，其結(jié)構(gòu)如圖3-2中所示。上電自動復(fù)位通過電容C7充電來實現(xiàn)，當(dāng)RST腳的高電平持續(xù)兩個機(jī)器周期以上就將復(fù)位，所以適當(dāng)組合RC的取值就可以保證可靠的復(fù)位。一般電容采用1030uF，電容值越大，需要的復(fù)位時間

39、越短，電阻采用10k。當(dāng)然也有其他取法，原則就是要讓RC組合可以在RST腳上產(chǎn)生不少于2個機(jī)器周期的高電平。3.3 主系統(tǒng)的供電電路設(shè)計在任何單片機(jī)系統(tǒng)中，都離不開電源。電源設(shè)計的好壞關(guān)系到系統(tǒng)的安全運行與否、抗干擾能力強(qiáng)弱等。本設(shè)計的主系統(tǒng)需要提供兩類電源，包括DC12V和DC5V。12V為繼電器提供電壓，5V為單片機(jī)提供電源。在單片機(jī)系統(tǒng)的電源中，常用三端穩(wěn)壓IC作為穩(wěn)壓芯片，它具有價格低，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點，在電子產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛。3.3.1 7805的概述常用的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的78××系列和負(fù)電壓輸出的79××系列。三端IC是指這種芯

40、片只有3根引腳，分別是輸入端、接地端和輸出端。用78/79系列芯片組成的穩(wěn)壓電源所需的外圍元件很少，芯片內(nèi)部還有過流、過熱、及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便。該系列集成穩(wěn)壓IC型號中的78或79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如7805表示輸出電壓為+5V，7909表示輸出電壓為-9V。一般三端集成穩(wěn)壓電路的最小輸入/輸出電壓差約為2V，如果輸入電壓小于輸出電壓加上此值則不能輸出穩(wěn)定的電壓，一般應(yīng)是電壓差保持在35V，即經(jīng)變壓器，二極管整流橋電容器濾波后偶的電壓應(yīng)比穩(wěn)壓值高35V。本設(shè)計經(jīng)變壓器降壓后的電壓為12V，符合應(yīng)用條件。在實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)所用的功率大小，在三端集成

41、穩(wěn)壓芯片上安裝足夠大的散熱片。如果使用的功率小，可以不裝散熱器。3.3.2 固定輸出的雙電源電路圖3-3是一個典型的用變壓器降壓，以7805為芯片的+12V,+5V電源。圖中的電容C1、C2為電解電容，根據(jù)負(fù)載的大小來確定，從理論上將電容越大，輸出的電壓越穩(wěn)定。C1、C2的耐壓值至少在25V以上，而C3、C4的耐壓值在9V以上即可。注意該電路要有接地。圖3-3 主系統(tǒng)的供電電路圖3.4 時鐘系統(tǒng)電路設(shè)計3.4.1 常用時鐘日歷芯片比較在電子時鐘設(shè)計中，常用的實時時鐘芯片有DS12887、DS1216、DS1643、DS1302。每種芯片的主要時鐘功能基本相同，只是在引腳數(shù)量、備用電池的安裝方式

42、、計時精度和擴(kuò)展功能等方面略有不同。DS12887與DS1216芯片都有內(nèi)嵌式鋰電池作為備用電池；X1203引腳少，沒有嵌入式鋰電池，跟DS1302芯片功能相似，只是相比較之下，X1203與PIC16F72搭配使用時占用I/O口較多。DS1643為帶有全功能實時時鐘的8K×8非易失性SRAM，集成了非易失性SRAM、實時時鐘、晶振、電源掉電控制電路和鋰電池電源，BCD碼表示的年、月、日、星期、時、分、秒，帶閏年補(bǔ)償。同樣，DS1643擁有28只管腳，硬件連接起來占用微處理器I/O口較多，不方便系統(tǒng)功能拓展和維護(hù)。故而從性價比和貨源上考慮，本設(shè)計采用實時時鐘日歷芯片DS1302。3.4

43、.2 DS1302簡介DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實時時鐘芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和RAM數(shù)據(jù)。實時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月小與31天時可以自動調(diào)整，且具有閏年補(bǔ)償功能。工作電壓寬達(dá)2.55.5V。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設(shè)置備用電源充電方式，提供了對后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。DS1302的外部引腳分配如圖3-4所示。DS1302用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點的記錄上，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時間同時記錄，因此廣泛應(yīng)用

44、于測量系統(tǒng)中。圖3-4 DS1302的外部引腳分配 各引腳的功能為： Vcc1：主電源；Vcc2：備份電源。當(dāng)Vcc2>Vcc1+0.2V時，由Vcc2向DS1302供電，當(dāng)Vcc2< Vcc1時，由Vcc1向DS1302供電。 SCLK：串行時鐘輸入，控制數(shù)據(jù)的輸入與輸出； I/O：三線接口時的雙向數(shù)據(jù)線； CE：輸入信號，在讀、寫數(shù)據(jù)期間，必須為高。該引腳有兩個功能：第一，CE開始控制字訪問移位寄存器的控制邏輯；其次，CE提供結(jié)束單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ā?.4.3 時鐘電路設(shè)計系統(tǒng)時鐘應(yīng)用了實時時鐘日歷芯片DS1302，其連接如圖3-5。該硬件電路設(shè)計簡單，抗干擾能力強(qiáng)。

45、如圖3-5，PIC16F72單片機(jī)RA0直接接DS1302的RST端，上電后，PIC16F72的RA0腳自動輸出高電平。RA1作為串行時鐘接口，RB7作為時鐘數(shù)據(jù)的I/O。DS1302采用雙電源供電，平時由+5V電源供電，當(dāng)+5V掉電之后，由圖中BT1（+3V備用電池）供電。特別需要注意X1和X2兩端連接的晶振Y2，該晶振頻率為32.768KHz。圖3-5 系統(tǒng)時鐘電路3.5 定時系統(tǒng)電路設(shè)計3.5.1 I2C總線在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，有為數(shù)眾多的IC需要進(jìn)行相互之間以及與外界的通信。為了提供硬件 的效率和簡化電路的設(shè)計，PHILIPS開發(fā)了一種用于內(nèi)部IC控制的簡單的雙向兩線串行總線I2C。I2

46、C總線支持任何一種IC制造工藝，并且PHILIPS和其他廠商提供了種類非常豐富的I2C兼容芯片。作為一個專利的控制總線，I2C已經(jīng)成為世界性的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。1. I2C總線特點及工作原理I2C總線（Inter Integrated Circuit Bus）：是Philips公司推出的串行總線標(biāo)準(zhǔn)（為二線制）。總線上擴(kuò)展的外圍器件及外設(shè)接口通過總線尋址，是具備總線仲裁和高低速設(shè)備同步等功能的高性能多主機(jī)總線。I2C總線特點：組成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，占用空間小，芯片管腳的數(shù)量少，無需片選信號，價格低。允許若干兼容器件共享總線，應(yīng)用比較廣泛?？偩€的長度可達(dá)7.6m，傳送速度可達(dá)400kbps，標(biāo)準(zhǔn)速率為100

47、kbps。支持多個組件。支持多主控器件（某時刻只能有一個主控器件）。I2C總線上所有設(shè)備的SDA, SCL引腳必須外接上拉電阻。所有掛接在I2C總線上的器件和接口電路都應(yīng)具有I2C總線接口，且所有的SDA/SCL同名端相連?？偩€上所有器件要依靠SDA發(fā)送的地址信號尋址，不需要片選線。2. I2C總線工作原理典型的I2C總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖3-6所示。I2C總線上可掛接多個器件，其中每個器件都支持I2C總線通信協(xié)議。I2C協(xié)議規(guī)定了SCL和SDA信號有占用或釋放兩種狀態(tài)。如果一個期間占用總線，就通過SCL輸?shù)碗娖綄⑵淅?；如果期間釋放總線，則將自己的SCL和SDA信號線變成輸入高阻狀態(tài)，使總線上出

48、現(xiàn)高電平。為了此狀態(tài)下總線上電平確定，必須在總線上外接上拉電阻。當(dāng)其他主機(jī)檢測到總線為高電平時，則總線處于空閑狀態(tài)，方可占用總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。因此，設(shè)計I2C總線時，SCL和SDA的上拉電阻必須存在。圖3-6 典型的I2C總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3.5.2 24C02簡介124C02特性l 與400KHz I2C總線兼容。l 1.8到6.0伏工作電壓范圍。l 低功耗CMOS技術(shù)。l 1,000,000編程/擦除周期。l 可保存數(shù)據(jù)100年。l 8 腳DIP SOIC或TSSOP封裝。l 溫度范圍：商業(yè)級工業(yè)級和汽車級。2. 24C02的引腳分配及功能24C02是一個2K位串行CMOS EEPROM，內(nèi)部含

49、有256個8位字節(jié)，CATALYST公司的先進(jìn)CMOS技術(shù)實質(zhì)上減少了器件的功耗，24C02有一個16字節(jié)頁寫緩沖器，該器件通過I2C總線接口進(jìn)行操作，有一個專門的寫保護(hù)功能。24C02的外部引腳封裝如圖3-7所示。圖3-7 24C02引腳分配圖24C02的各個引腳功能如表3-1所示。表3-1 24C02各引腳功能引腳序號引腳名稱功能1A0從機(jī)地址配置信號12A1從機(jī)地址配置信號23A2從機(jī)地址配置信號34GND接地5SDAI2C數(shù)據(jù)線6SCLI2C時鐘線7WP寫保護(hù)引腳，高電平有效8VCC電源輸入3.5.3 24C02的硬件電路設(shè)計本時鐘控制的設(shè)計中，定時功能用到了存儲芯片24C02，根據(jù)其

50、各引腳功能，就可以很容易繪制出24C02芯片與PIC16F72的連接電路，如圖3-8所示。圖3-8 PIC16F72與24C02芯片的硬件電路圖3-8中PIC16F72與24C02通過標(biāo)準(zhǔn)的I2C接口相連，R10和R12為I2C總線的上拉電阻。WP接地是寫保護(hù)失效便于寫入數(shù)據(jù)。E0、E1、E2也接地是24C02的從機(jī)地址為0b1010000。3.6 LED顯示電路設(shè)計就時鐘而言，通?？刹捎肔CD顯示或LED顯示。對于一般的段式LCD，需要專門的驅(qū)動電路，而且LCD顯示的可視性較差；對于具有驅(qū)動電路和微處理器接口的液晶顯示模塊（字符或點陣），一般采用并行接口，對微處理器的接口要求較高，占用資源多

51、。另外，PIC16F72本身沒有專門的液晶驅(qū)動接口。LED結(jié)構(gòu)簡單，體積小，功耗低，響應(yīng)速度快，易于匹配，壽命長，可靠性高，而且顯示亮度高，價格便宜，市場上也有專門的時鐘顯示組合LED。故本設(shè)計中應(yīng)用4位8段共陰LED實現(xiàn)顯示部分。LED顯示分動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。3.6.1 LED動態(tài)顯示方式動態(tài)顯示方式的硬件電路簡單。設(shè)計上如果處理不當(dāng)，易造成亮度低，閃爍問題。因此合理的設(shè)計既應(yīng)保證驅(qū)動電路易實現(xiàn)，又要保證圖像穩(wěn)定，無閃爍。動態(tài)顯示采用多路復(fù)用技術(shù)的動態(tài)掃描顯示方式，利用動態(tài)掃描顯示使我們看到一幅穩(wěn)定畫面的實質(zhì)是利用了人眼的暫留效應(yīng)和發(fā)光二極管發(fā)光時間的長短，發(fā)光的亮度。3.6.2 LED靜

52、態(tài)顯示方式靜態(tài)顯示，是由微型計算機(jī)一次輸出顯示模型后，就能保持該顯示結(jié)果，直到下次發(fā)送新的顯示模型為止。正因為如此，靜態(tài)顯示的數(shù)碼管的亮度度較高。靜態(tài)顯示驅(qū)動程序簡單，且CPU占用率低，但每個LED數(shù)碼管需要一個鎖存器來鎖存每一個顯示位的筆段代碼，硬件開銷大，僅適合顯示位數(shù)較少的場合。為了在顯示部分節(jié)省單片機(jī)I/O口，故采用動態(tài)顯示方式。由于本單片機(jī)的引腳有限，故采用74HC4094芯片驅(qū)動LED做顯示部分。74HC4094是帶輸出鎖存和三態(tài)控制的串入/并出高速轉(zhuǎn)換器，具有使用簡單、功耗低、驅(qū)動能力強(qiáng)和控制靈活等優(yōu)點。電路圖參見圖3-9。圖3-9 LED顯示電路圖3.7鍵盤掃描電路設(shè)計根據(jù)功能

53、需要，本時鐘需要設(shè)置以下功能鍵：調(diào)節(jié)時鐘顯示，調(diào)節(jié)定時時間，加1操作鍵，減1操作鍵。按照鍵盤與CPU的連接方式可分為獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤。獨立式鍵盤是各個按鍵相互獨立，每個按鍵占用一個I/O口線，每根I/O口線上的按鍵不會影響其他I/O口上按鍵工作狀態(tài)。獨立式鍵盤電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個按鍵必須占用一根I/O口，在按鍵數(shù)量較多時，I/O口線浪費較大，且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜。矩陣式鍵盤適合按鍵較多時使用。由于本設(shè)計的電子鐘最多需要4個按鍵，若采用矩陣式鍵盤時會有按鍵浪費，故采用的是獨立式鍵盤。鍵盤電路如圖3-10所示。圖3-10 鍵盤掃描電路S1、S2、S3、S4鍵為自動復(fù)位按鍵。每次按下后

54、，會自動彈出。單片機(jī)引腳只有在按鍵按下時為低電平，按鍵彈出后重新恢復(fù)高電平。按鍵功能參見表3-2。表3-2 按鍵功能表按鍵功能屬性S1調(diào)節(jié)顯示時間自動復(fù)位S2調(diào)節(jié)定時時間自動復(fù)位S3數(shù)值加一操作自動復(fù)位S4數(shù)值減一操作自動復(fù)位3.8 繼電器驅(qū)動電路設(shè)計繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實際上是用較小電流控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。3.8.1 繼電器原理電磁繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引

55、的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）釋放。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。繼電器一般有兩股電路，為低壓控制電路和高壓工作電路。3.8.2 繼電器的驅(qū)動電路在家用電器電控中，一般有兩種電路驅(qū)動繼電器，分為:晶體管驅(qū)動電路和集成電路2003驅(qū)動。集成電路驅(qū)動一般用于驅(qū)動多個繼電器，

56、在本設(shè)計中沒必要，故選擇晶體管驅(qū)動。本設(shè)計中選擇的是直流（DC）電壓的繼電器。晶體管驅(qū)動的電路原理圖，如圖3-11所示。當(dāng)晶體管驅(qū)動繼電器時，必須將晶體管的發(fā)射極接地。當(dāng)輸入高電平時，晶體管Q1飽和導(dǎo)通，繼電器線圈通電，觸點吸合。當(dāng)輸入低電平時，晶體管Q1截止，繼電器線圈斷電，觸點斷開。電路中各元器件的作用：晶體管Q1為控制開關(guān)；電阻Q1主要起限流作用，降低晶體管Q1功耗；二極管Q1反向續(xù)流，抑制浪涌。圖3-11 繼電器晶體管驅(qū)動電路3.9 本章小結(jié)本章主要介紹了基于PIC16F72單片機(jī)的時鐘顯示及控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計，包括單片機(jī)的最小系統(tǒng) 、主系統(tǒng)的供電電路設(shè)計、時鐘芯片DS1302電路設(shè)計、存儲芯片24C02電路設(shè)計、LED顯示電路設(shè)計、鍵盤掃描電路設(shè)計、繼電器驅(qū)動電路設(shè)計等，確定了系統(tǒng)硬件整體實現(xiàn)方案。4. 時鐘控制器的軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計及流程圖在進(jìn)行時鐘顯示及控制系統(tǒng)設(shè)計時，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計外，大量的工作就是如何根據(jù)每個對象模塊的實際需要設(shè)計應(yīng)用程序。因此，軟件設(shè)計在時鐘顯示及控制系統(tǒng)設(shè)計中占非常重要地位。圖4-1是時鐘顯示及控制系統(tǒng)的總體軟件設(shè)計流程圖，根據(jù)此流程圖設(shè)計所有模塊，編譯相應(yīng)的軟件。圖4-1系統(tǒng)軟件設(shè)計總體流程圖4.2 DS1302時鐘讀寫的軟件設(shè)計4.2