數(shù)碼管電子鐘的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、編號(hào)：5本科畢業(yè)設(shè)計(jì)數(shù)碼管電子鐘的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)院 系：信息工程學(xué)院姓 名：學(xué) 號(hào)： 0835140115專 業(yè)：通信工程年 級(jí)： 2008 級(jí) 指導(dǎo)教師：職 稱：完成日期： 2012年 5月摘要電子鐘主要是利用電子技術(shù)將時(shí)鐘電子化、數(shù)字化，擁有時(shí)鐘精確、體積小、可 拓展性能強(qiáng)等特點(diǎn)，被廣泛用于生活和工作中去。本文主要為實(shí)現(xiàn)一款可正常顯示時(shí)間、帶有 24h/12h制調(diào)整、帶有AM/PM1示以 及時(shí)間校準(zhǔn)功能的一款基于單片機(jī)仿真的多功能電子鐘。本文對(duì)設(shè)計(jì)要求的功能進(jìn)行了分析和比較，確定了提供電源、界面顯示、輸入等 方案。本設(shè)計(jì)采用 AT80C51 芯片作為核心，以時(shí)鐘電路、復(fù)位電路為輔助電路，用 P

2、roteus 軟件自帶的電子鐘組件實(shí)現(xiàn)高度仿真的顯示結(jié)果。軟件部分主要采用簡(jiǎn)單且 應(yīng)用廣泛的 C51 語(yǔ)言編寫實(shí)現(xiàn)。這種仿真的電子鐘具有電路簡(jiǎn)單、讀取方便、顯示直 觀、功能多樣、時(shí)間精度較高、操作簡(jiǎn)單、編程容易、成本低廉等很多優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)主要是用 Proteus 電路軟件實(shí)現(xiàn)電子管的仿真。經(jīng)過(guò)改裝，添加部分功能所 生產(chǎn)出的產(chǎn)品即可應(yīng)用于一般的生活和工作中，從而給人們的生活和生產(chǎn)帶來(lái)便利， 符合電子儀器儀表的發(fā)展趨勢(shì)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；電子鐘；控制器AbstractElectronic clock is the use of electronic technology to ma

3、ke clock electronic and digital. With a precise clock, small size and can be able to develop strong performance characteristics, so are widely used to live and work.In this paper, to achieve a normal display time with 24h/12h system adjustments, with the AM/PM display and time calibration function o

4、f a simulation based on single chip multi-function electronic clock.In his paper the design requirements of the function are analyzed and compared, determined to provide power, interface display, input program. This design adopts AT80C51 chip as the core, with a clock circuit, reset circuit, using P

5、roteus Software comes with the electronic clock assembly to achieve a high degree of simulation result. Software part mainly uses a wide range of C51 language. This simulation electronic clock has the advantages of simple circuit, convenient reading, visual display, multiple functions, high precisio

6、n ,simple operation, time programming is easy, low cost and manyother advantages.The design is mainly use Proteus software to realize the electronic tube simulation circuit. After modification, adding some functions to produce products that can be applied to people 's life and production,in line

7、 with the development trend of electronic instrumentation, and has broad market prospects.Keywords: SCM;electronic clock;controller目錄1 緒論 51.1 數(shù)字電子鐘的背景和意義 51.2 本設(shè)計(jì)研究的主要容 52 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及方案論證 72.1 提供方案 72.2 顯示界面方案 72.3 輸入方案 83 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 93.1 整體方案設(shè)計(jì) 93.2 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 103.3 其它電路設(shè)計(jì) 123.3.1 時(shí)鐘電路 123.3.2 復(fù)位電路 133.3

8、.3 數(shù)碼管顯示電路 144 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 184.1 主程序流程圖 184.2 時(shí)間調(diào)整程序流程圖 195 Proteus 軟件仿真 215.1 Proteus 軟件簡(jiǎn)介 215.2 仿真步驟 215.3 仿真過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤及解決措施 215.4 仿真結(jié)果 22總結(jié) 24參考文獻(xiàn) 25致 26附錄 271 緒論1.1 數(shù)字電子鐘的背景和意義20世紀(jì)末電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社 會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使 現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來(lái)越快。時(shí)間對(duì)人們來(lái)說(shuō)總 是那么寶貴，工作的忙碌

9、性和繁雜性容易使人忘記當(dāng)前的時(shí)間，忘記了要做的事情， 當(dāng)事情不是很重要的時(shí)候，這種遺忘無(wú)傷大雅。但是，一旦重要事情，一時(shí)的耽誤可 能釀成大禍。單片機(jī)具有集成度高、功能強(qiáng)、通用性好的特點(diǎn)，特別是它能耗低、價(jià)格便宜、 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)和使用方便等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，所以單片機(jī)現(xiàn)在廣泛的應(yīng)用到家 用電器、機(jī)電產(chǎn)品、兒童玩具、機(jī)器人、辦公自動(dòng)化產(chǎn)品等領(lǐng)域。目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，趨勢(shì)是進(jìn)一步向著CMO化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。單片機(jī)應(yīng)用 的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必 須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的

10、大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過(guò)軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn) 了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。單片機(jī)模塊中最常見的是數(shù)字鐘，數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒 計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無(wú)機(jī)械裝置，具有更 更長(zhǎng)的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)、分、秒、數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置，廣泛用于個(gè)人 家庭、車站、碼頭辦公室等公共場(chǎng)所，成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵罚捎跀?shù) 字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用，使得數(shù)字鐘的精度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)老式 鐘表，鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大的方便，而且大擴(kuò)展了鐘表原

11、先的報(bào) 時(shí)功能。諸如定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播、自動(dòng)起 閉路燈、定時(shí)開關(guān)烘箱、通斷動(dòng)力設(shè)備、甚至各種定時(shí)電氣的自動(dòng)啟用等，所有這些， 都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。1.2 本設(shè)計(jì)研究的主要容本設(shè)計(jì)采用AT80C51芯片作為核心，采用延時(shí)電路和復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)其計(jì)時(shí)的功能，用 Proteus 軟件自帶的電子鐘組件實(shí)現(xiàn)仿真結(jié)果。此設(shè)計(jì)的主要研究容有：1）研究電子鐘的原理與實(shí)現(xiàn)方法。2）51單片機(jī)的原理與運(yùn)用。3）構(gòu)思基于單片機(jī)的仿真電子鐘的實(shí)現(xiàn)方案。4）熟悉運(yùn)用 C51 單片機(jī)語(yǔ)言編寫軟件系統(tǒng)。5）熟悉運(yùn)用 Keil 軟件與

12、Proteus 軟件仿真和調(diào)試系統(tǒng)2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及方案論證本系統(tǒng)采用單片機(jī)80C51為中心器件來(lái)設(shè)計(jì)電子鐘系統(tǒng)，系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn) 單、擴(kuò)展性強(qiáng)。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)、鍵盤、LED顯示、電子鐘演示系統(tǒng)組成。系統(tǒng)包括狀態(tài)轉(zhuǎn)換、調(diào)時(shí)、調(diào)分以及基本的電子鐘功能，計(jì)時(shí)牌顯示當(dāng)前時(shí)間。電子鐘控制的框圖如下圖2-1所示，主要有控制電路、按鍵電路、晶振電路、復(fù) 位電路、顯示電路、電源電路等電路組成。圖2-1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖2.1提供方案為使模塊穩(wěn)定工作，須有可靠電源。本次設(shè)計(jì)考慮了兩種電源方案：方案一：采用獨(dú)立的穩(wěn)壓電源。此方案的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定可靠，且有各種成熟電路可 供選用；缺點(diǎn)是各模塊都采用獨(dú)立電源，會(huì)使系統(tǒng)

13、復(fù)雜，且可能影響電路電平。方案二：采用單片機(jī)控制模塊提供電源。該方案的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)明扼要，節(jié)約成 本；缺點(diǎn)是輸出功率不高。綜上所述，選擇第二種方案。2.2顯示界面方案該系統(tǒng)要求完成時(shí)間顯示功能?；谏鲜鲈?，本次設(shè)計(jì)考慮了兩種方案：方案一：完全采用點(diǎn)陣式LED顯示。這種方案功能強(qiáng)大，可方便的顯示各種英文 字符、漢字、圖形等，但實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，且須完成大量的軟件工作方案二：完全采用數(shù)碼管顯示。這種方案優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，可以完成時(shí)間顯示功 能。缺點(diǎn)是功能較少，只能顯示有限的符號(hào)和數(shù)碼字符。根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，方案二已經(jīng)滿足了要求，所以本次設(shè)計(jì)采用方案二以實(shí)現(xiàn)系 統(tǒng)的顯示。2.3 輸入方案這里同樣討論了兩種方

14、案：方案一：采用74LS138擴(kuò)展I/O 口、鍵盤及顯示等。該方案的優(yōu)點(diǎn)是使用靈活可 編程，并且有RAM及計(jì)數(shù)器。若用該方案，可提供較多I/O 口，但操作起來(lái)稍顯復(fù)雜方案二：直接在 I/O 口線上接上按鍵開關(guān)。因?yàn)樵O(shè)計(jì)時(shí)精簡(jiǎn)和優(yōu)化了電路，所以 剩余的端口資源還比較多。由于該系統(tǒng)是對(duì)電子鐘數(shù)碼顯示管的控制，用到的單片機(jī)端口比較多，所以要實(shí) 現(xiàn)時(shí)間的顯示就需要進(jìn)行端口的擴(kuò)展，故選擇方案一。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)3.1整體萬(wàn)案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為控制核心，采用模塊化設(shè)計(jì)，共分以下幾個(gè)功能模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī) 控制系統(tǒng)、鍵盤及狀態(tài)顯示時(shí)間模塊等。整體硬件設(shè)計(jì)圖如3-1所示。單片機(jī)作為整個(gè)硬件系統(tǒng)的核心，它既是協(xié)

15、調(diào)整機(jī)工作的控制器，又是數(shù)據(jù)處理 器。它由單片機(jī)振蕩電路、復(fù)位電路等組成。系統(tǒng)采用單數(shù)碼管時(shí)間顯示功能，最大顯示數(shù)字9。在時(shí)間走飛的情況下，可以通過(guò) K1、K2、K3和K4四個(gè)按鍵對(duì)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。12広小計(jì)鳳示19旦 S-1可 $-±4-"E*IEIJ8負(fù)sfiet“L3U LSDIWAE rc.-TAM 3.就 nmia血扛軽 FSM FC¥Airrram 區(qū)丫陽(yáng) 唱MU口環(huán)Di PZirt.UF23*1- F2j.CA卄L3M1715 ISniTb!l nmi FlJilD. fufit*FiSmLB# x Tgn也 n rz i-i圖3-1整體電路設(shè)計(jì)3.2

16、單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)如圖3-2所示，MCS-51單片機(jī)是把那些作為控制應(yīng)用所必需的 基本容都集成在一個(gè)尺寸有限的集成電路芯片上。80C51單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(ROM、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM、定時(shí)/計(jì) 數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線 等三大總線，現(xiàn)在分別加以說(shuō)明。叩行通怙口時(shí)鐘井f"CH左時(shí)計(jì)數(shù)器中斷系統(tǒng)撫線址線制線 數(shù)總地總控總程序W儲(chǔ)器藪掘存儲(chǔ)器圖3-2 80C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)(1) 中央處理器中央處理器(CPU是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)

17、度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn) 算和控制輸入/輸出功能等操作。(2) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM80C51部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一 編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問(wèn)，而不能用于存放用 戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的 RAMR有128個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果 或用戶定義的字型表。(3) 程序存儲(chǔ)器(ROM80C51共有4096個(gè)8位掩膜ROM用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。(4) 定時(shí)/計(jì)數(shù)器80C51有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制 程序轉(zhuǎn)向。(5) 并行輸入/輸出(I/O、口80C51共

18、有4組8位I/O 口( P0、P1、P2、P3),用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸（6）全雙工串行口80C51置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口 既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。（7）中斷系統(tǒng)80C51具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行 中斷，可滿足不同的控制要求，并具有 2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。（8）時(shí)鐘電路80C51置最高頻率達(dá)12MHz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序， 但80C51單片機(jī)需外置振蕩電容。（9）MCS-51的引腳說(shuō)明MCS-5係列單片機(jī)中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直

19、接DIP結(jié) 構(gòu)，40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)I/O 口，中斷口線與P3 口線復(fù)用。80C51的引腳如圖3-3所示，現(xiàn)在對(duì)這些引腳的 功能加以說(shuō)明。:133Q >XTAL1PO.O/ACOSS iii1P0.1»I1 18* i36'i iXTA12P'J.31 1i> iOU24；ij iPQ.5/AW船：i I0PO.bJADCJlj 100 :IR&TP0.7/A071_ 11I巴眈21；1F2 IjW"1 M 111 nP2.210i224'in-PSENP2.3W111的1i

20、 wUALE一1EA吃刪327 i1P2.SA14ii l>iP2.715_2Bi11 1!P1Dps.om10；41 ；1 L-1 1F3.1JTX1>i i i11；P12P3.2/NTO13：i 4iE.F13P3.3*JT1jjq 11 3P1.4P3.4TO伯i 偉1 ui -P?如12'1 1_1 oJ6：1 l>P17P37/RD-JI；1cuu&t圖3-3 80C51引腳圖 I/O 口線：P0 P1、P2、P3共四個(gè)八位端口。P0 口是三態(tài)雙向口，通稱數(shù)據(jù)總 線口，因?yàn)橹挥性摽谀苤苯佑糜趯?duì)外部存儲(chǔ)器的讀寫操作。 P0 口也用以輸出外部存儲(chǔ) 器的

21、低8位地址。由于是分時(shí)輸出，故應(yīng)在外部加鎖存器將此地址數(shù)據(jù)鎖存，地址鎖 存信號(hào)用ALE P1 口是專門供用戶使用的I/O 口，是準(zhǔn)雙向口。 P2口是從系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí) 作高8位地址線用。不擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)，P2 口也是準(zhǔn)雙向口。P3 口是雙功能口，該 口的每一位均可獨(dú)立地定義為第一 I/O功能或第二I/O功能，P3 口的第二功能如表 3-1。作為第一功能使用時(shí)操作同 P1 口。表3-1 P3 口的第二功能引腳序列第功冃匕標(biāo)志位第二功能P3.0RXD串行輸入口P3.1TXD串行輸出口P3.2INT0外部中斷0輸入P3.3INT1外部中斷1輸入P3.4T0定時(shí)/計(jì)時(shí)器0外部輸入P3.5T1定時(shí)/計(jì)時(shí)器1

22、外部輸入P3.6WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通P3.7RD外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 控制口線：PSEN（片外取控制）、ALE（地址鎖存控制）、EA （片外儲(chǔ)器選擇）、 RESET（復(fù)位控制）；Pin9 : RESET/V復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳，當(dāng) 80C51通電，時(shí)鐘電路開始工作，在 RESET引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計(jì)數(shù)器PC指向0000H P0P3$俞出口全部為高電平，堆棧指針寫入 07H,其它專用寄存器被清 “0”。RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從 0000H地址開始執(zhí)行程序。80C51的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位。此外，RESET/V還

23、是一復(fù)用腳，V掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。 電源及時(shí)鐘：Vcc、Vss； XTAL1, XTAL23.3其它電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路本設(shè)計(jì)的時(shí)鐘電路圖3-4所示XTAL1是片振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時(shí)， 外部振蕩信號(hào)應(yīng)直接加到 XTAL1而XTAL2懸空。部方式時(shí)，時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振蕩脈沖 二分頻，如晶振為12MHz時(shí)鐘頻率就為6MHz晶振的頻率可以在1MHz-24MH選擇。 電容取30pF左右。系統(tǒng)的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)是采用的部方式，即利用芯片部的振蕩電路。 AT80C51單片機(jī)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和

24、XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一 起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C2和C3構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對(duì)外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響震 蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電 路的晶體振蕩器的值為12MHz電容應(yīng)盡可能的選擇瓷電容，電容值約為 22卩F。在焊 接刷電路板時(shí)，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電 容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。復(fù)位電路在振蕩器運(yùn)行時(shí)，有兩個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腳 時(shí)，將

25、使單片機(jī)復(fù)位，只要這個(gè)腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后 P0- P3口均置1引腳表現(xiàn)為高電平，程序計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器SFR全部清零。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，芯片為 ROM勺00H處開始運(yùn)行程序。復(fù)位是由外部的復(fù)位電 路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。片復(fù)位電路是復(fù)位引腳 RST通過(guò)一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯 密特觸發(fā)器用來(lái)抑制噪聲，它的輸出在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2由復(fù)位電路采樣一次。當(dāng)時(shí)鐘頻率選用12MHz時(shí)，C1取10卩F，R1約為1KQ。復(fù)位操作不會(huì)對(duì)部 RAMt所影 響。本設(shè)計(jì)中的復(fù)位電路如圖3-5所示。圖3-5復(fù)位電路圖333數(shù)碼管顯示電路本數(shù)字鐘顯示時(shí)間需8位，格式為12: 00

26、: 00,因此需采用8個(gè)數(shù)碼管，若采用 單獨(dú)數(shù)碼管連線時(shí)比較麻煩，而市場(chǎng)上無(wú) 8位一體的數(shù)碼管，故本數(shù)字鐘采用 4位一 體的數(shù)碼管。若使8個(gè)數(shù)碼管正常顯示時(shí)間，必須采用數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)掃描方式，即每一時(shí)刻只有一個(gè)數(shù)碼管點(diǎn)亮，采用軟件延時(shí)和人眼的視覺停留效果，使人眼看到的數(shù)碼管是同時(shí)點(diǎn)亮的。因此需要用 8個(gè)端口控制數(shù)碼管的段選，即決定數(shù)碼管顯示什么字符，8個(gè)端口控制數(shù)碼管的位選，即決定該時(shí)刻讓哪個(gè)數(shù)碼管點(diǎn)亮?？紤]到數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài) 掃描方式，即循環(huán)掃描數(shù)碼管的 8位，并將顯示字符送入段選段，為了節(jié)省單片機(jī)的 輸入/輸出端口和易于程序的編寫，采取直接用P2 口控制數(shù)碼管的8個(gè)段選位，其中數(shù)碼管的小數(shù)點(diǎn)控

27、制位DP不用可直接懸空，為了增加其驅(qū)動(dòng)能力使數(shù)碼管顯示更亮， 在此加入74100,有鎖存數(shù)據(jù)和增加驅(qū)動(dòng)的作用。利用P2.0P2.3 口接一個(gè)74LS138的3 - 8譯碼器控制數(shù)碼管的位選端。連接方式如圖 3-6所示。1 B/Ans= 2.O/AB '2.1/Ad 2.2/A1O 2.3/AI 1 2.4/A11 2.5/A1 32 6/A142 7/A1 5i.Q/RXD)irrxn圖3-6 74LS138與P2 口連接圖74LS138為3線一8線譯碼器，共有54/74S138和54/74LS138線路結(jié)構(gòu)型式，其 74LS138工作原理如下：當(dāng)一個(gè)選通端（E1）為高電平，另兩個(gè)選通

28、端（E2）和（E3）為低電平時(shí)，可將 地址端（A、B、C）的二進(jìn)制編碼在一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端以低電平的方式譯出。利用E1、E2和E3可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成一個(gè)24線譯碼器。若外接一個(gè)反相器還可以級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成為32線譯碼器。若將選通端中的一個(gè)作為數(shù)據(jù)輸入端時(shí)，74LS138還可作數(shù)據(jù)分配器。74LS138的引腳如圖3-7所示。ABCI 2 3LU E E01234567YYYYYYYY圖3-7 74LS138譯碼器引腳圖74LS138的真值表見表3-2。表3-2 74LS138譯碼器真值表輸入輸出E1E2+E3C B AY0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6Y70xx x x1 1 1 1 1 1 1 1x1

29、x x x1 1 1 1 1 1 1 1100 0 00 1 1 1 1 1 1 1100 0 11 0 1 1 1 1 1 1100 1 01 1 0 1 1 1 1 1100 1 11 1 1 0 1 1 1 1101 0 01 1 1 1 0 1 1 1101 0 11 1 1 1 1 0 1 1101 1 01 1 1 1 1 1 0 1101 1 11 1 1 1 1 1 1 074LS138外接一個(gè)反相器級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成為32線譯碼器。在該設(shè)計(jì)中，由于單片機(jī)的 P2 口只有8個(gè)數(shù)據(jù)線顯然不夠32個(gè)數(shù)據(jù)使用。因此，74LS138譯碼器再次使用于擴(kuò)展 數(shù)據(jù)輸入端的。將選通端中的一個(gè)作為數(shù)據(jù)輸

30、入端， 74LS138還可作為數(shù)據(jù)分配器如圖3-8所示。將數(shù)據(jù)分配給7個(gè)74100，以此來(lái)驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮數(shù)碼管U5:A ,U&F74LS142 IT" 7| g DO (X 記一 尹 01十D3 03 丄23 LJ41D0圖3-8 74LS04與74100連接圖74100具有數(shù)據(jù)鎖存和數(shù)據(jù)緩沖的功能，做數(shù)據(jù)鎖存時(shí)，當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)消失時(shí)，在芯片的輸出端，數(shù)據(jù)仍然保持；做數(shù)據(jù)緩沖時(shí)，可加強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，74100的引腳圖2T22如圖3-9所示。同樣，74LS244也具備數(shù)據(jù)緩沖的能力。DOQ0DIQ1D2Q2D3Q374100圖3-9 74100引腳圖本設(shè)計(jì)中所用到的數(shù)碼管的如圖 3-10所

31、示，將1、2、3、4引腳與U5:A的Q0Q1、Q2 Q3引腳依次相連接，引腳1控制AM/PM顯示，引腳2控制12h/24h制的設(shè)定,引腳3控制復(fù)位顯示，引腳4控制時(shí)間間隔位OOOOOOOOOOOOr口 mmirj LjC1 Ln m< mo< cood<ajo d圖3-10數(shù)碼管引腳圖本設(shè)計(jì)用至U七個(gè) 74100 芯片，分別是 U2:A、U2:B、U3:A、U3:B、U4:A、U4:B、U5:AU2:A通過(guò)NOR-4與74LS244相連接，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的 A0DO U2:B與A1D1相連接， 連接方式如圖3-11所示；依次類推，U3:A、U3:B、U4:A和U4:B依次與A2D

32、2 A3 D3 A4D4 A5D5相連接。DDQD10101D2U2D3Q3£呂2Q7100U2:B*U6圖 3-11 74100 與74LS244連接圖rd按鍵掃描控制部分采取獨(dú)立按鍵控制方式， 用單片機(jī)的P0.0P0.3控制4個(gè)彈性 按鍵，用來(lái)顯示和控制時(shí)間的調(diào)整，因所用的按鍵較少，故采用獨(dú)立按鍵控制方式， 且所用按鍵均為彈性小按鍵，即按下時(shí)為低電平接通，松手時(shí)即彈起變?yōu)楦唠娖?，?了節(jié)省輸入/輸出端口和方便編程，每個(gè)按鍵根據(jù)其按的次數(shù)有不同的作用。 按鍵控制圖如圖3-12所示12/24 吋RS時(shí)回訊苦R7PC論匚0 FO 1/AD1 匚.2八生匚?PC込8p <1-旳“)

33、,分鐘W圖3-12按鍵控制圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)軟件程序主要有主程序模塊，按鍵掃描程序，顯示子程序，時(shí)鐘調(diào)整與設(shè) 置程序等四大模塊組成。圖4-1中按鍵從上往下設(shè)定為 K1、K2兩個(gè)開關(guān)和K3 K4兩個(gè)按鍵，K1與P0.0 相連，K2與P0.1相連，K3與P0.2相連，K4與P0.3相連。當(dāng)需要設(shè)定當(dāng)前時(shí)間時(shí)， 按一下K2鍵，進(jìn)入時(shí)間設(shè)定狀態(tài)，按一下 K4,分鐘加1;按一下K3,小時(shí)加1。如此 反復(fù)來(lái)設(shè)定當(dāng)前時(shí)間。調(diào)好時(shí)間后，斷開K2,退出當(dāng)前時(shí)間設(shè)定狀態(tài)；當(dāng)要切換時(shí)間模式時(shí)，按下K1鍵，進(jìn)入二十四時(shí)計(jì)時(shí)模式，斷開 K1鍵，進(jìn)入十二時(shí)計(jì)時(shí)模式。po n/ADnPO 1/AD1PC 2/AD

34、2P0.3MD9391 2/24小時(shí)時(shí)間設(shè)星小時(shí)分鐘宀）圖4-1按鍵控制圖4.1主程序流程圖本流程圖所描述的是：程序?qū)雴纹瑱C(jī)，開始運(yùn)行。系統(tǒng)從12點(diǎn)59分40秒開始計(jì)時(shí)，本設(shè)計(jì)中用到了兩個(gè)開關(guān)（K1、K2）和兩個(gè)按鈕（K3 K4），K1的優(yōu)先級(jí)別最 高，所以進(jìn)行按鍵掃描時(shí)首先判斷 K1鍵是否閉合。K1鍵控制著不同的計(jì)時(shí)模式，閉 合就進(jìn)入二十四時(shí)計(jì)時(shí)模式，斷開則進(jìn)入十二時(shí)計(jì)時(shí)模式。在相應(yīng)的計(jì)時(shí)狀態(tài)下，判斷K2鍵是否閉合，如果要進(jìn)行時(shí)間調(diào)整，則閉合 K2鍵, 程序?qū)?huì)通過(guò)K3和K4鍵進(jìn)行時(shí)間的設(shè)定，K3對(duì)小時(shí)進(jìn)行調(diào)整，K4對(duì)分鐘進(jìn)行調(diào)整， 按下一次K3鍵，小時(shí)加1,按下一次K4鍵，分鐘加1,時(shí)間

35、調(diào)整結(jié)束后，斷開K2鍵, 程序從調(diào)整后的時(shí)間開始正常顯示。具體主流程圖如4-2所示。4.2時(shí)間調(diào)整程序流程圖時(shí)間的調(diào)整是通過(guò)K2、K3和K4來(lái)實(shí)現(xiàn)的。K2與K3、K4的優(yōu)先級(jí)別不一樣，K2 的優(yōu)先級(jí)高于K3和K4, K3和K4是同等優(yōu)先級(jí)。要實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間的重置首先要從 K2開 始判斷，K2是時(shí)間調(diào)整的開啟鍵，只有先閉合 K2才能進(jìn)行時(shí)間的重置。在K2閉合的狀態(tài)下，按一下 K3鍵，小時(shí)按照相應(yīng)的計(jì)時(shí)模式（12/24時(shí)制）進(jìn)行加1,當(dāng)小時(shí)加到相應(yīng)的最大值時(shí)進(jìn)行自動(dòng)返 1 （12時(shí)計(jì)時(shí)下）或者返0 （24時(shí)計(jì) 時(shí)下），通過(guò)K3鍵進(jìn)行小時(shí)的調(diào)整，直到所要設(shè)定的小時(shí)為止。按一下K4鍵進(jìn)行分鐘的加1,當(dāng)達(dá)到

36、60是自動(dòng)返回1,通過(guò)K4鍵進(jìn)行分鐘的調(diào)整，直到所要設(shè)定的分鐘為 止。具體設(shè)計(jì)流程圖如圖4-3所示。N圖4-3時(shí)間調(diào)整程序流程圖5 Proteus 軟件仿真5.1 Proteus 軟件簡(jiǎn)介Proteus 軟件是 Labcenter Electronics 公司的一款電路設(shè)計(jì)與仿真軟件，它包括ISIS、ARE蒔軟件模塊，ARES莫塊主要用來(lái)完成PCB的設(shè)計(jì)，而ISIS模塊用來(lái)完 成電路原理圖的布圖與仿真。Proteus的軟件仿真基于 VSM技術(shù)，它與其他軟件最大 的不同也是最大的優(yōu)勢(shì)就在于它能仿真大量的單片機(jī)芯片，比如MCS-51系列、PIC系列等等，以及單片機(jī)外圍電路，比如鍵盤、LED LCD

37、等等。通過(guò)Proteus軟件的使用能夠輕易地獲得一個(gè)功能齊全、實(shí)用方便的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室。5.2 仿真步驟第一步：用 Keil uVision4 軟件對(duì)程序進(jìn)行編譯，編譯通過(guò)后，會(huì)自動(dòng)生成 HEX 文件。第二步：在 Proteus 的元件庫(kù)中找到 80C51 以及相應(yīng)的元件，按照硬件設(shè)計(jì)中的 說(shuō)明把各部件連接起來(lái)組成一個(gè)定時(shí)鬧鐘的硬件系統(tǒng)。第三步：把在Keil uVision4 環(huán)境調(diào)試下生成的.HEX文件裝入到80C51里，點(diǎn)擊 運(yùn)行符號(hào)就可以使軟硬件的配套設(shè)施在 Proteus 的環(huán)境下仿真實(shí)現(xiàn)。第四步：驗(yàn)證系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)所要求的功能，并檢驗(yàn)錯(cuò)誤。5.3 仿真過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤及解決措施（1）當(dāng)把

38、程序生成的.HEX文件裝入到AT80C51后運(yùn)行時(shí)，顯示模塊出現(xiàn)數(shù)字顯 示錯(cuò)誤，但是軟硬件都沒有錯(cuò)誤，經(jīng)檢查是它們不配套，在修改掃描顯示控制字而且 改變硬件布線順序后方顯示正常。（2） 在設(shè)計(jì)的初期把主程序設(shè)計(jì)成順序結(jié)構(gòu)，但是在運(yùn)行的時(shí)候沒有注意到這個(gè) 問(wèn)題，沒有按照軟件說(shuō)明中的順序操作，以至于時(shí)間模式轉(zhuǎn)換時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤，在改變按 下按鍵的順序后工作正常。（3） 電子鐘在設(shè)置時(shí)間的時(shí)候加時(shí)與加分未能正常運(yùn)行，經(jīng)檢查硬件沒有出現(xiàn)錯(cuò) 誤，而是在編寫程序時(shí)漏過(guò)了一個(gè) &的字符導(dǎo)致時(shí)間調(diào)節(jié)功能不能正常進(jìn)行， 經(jīng)過(guò)對(duì)程 序的反復(fù)檢查并改正使其實(shí)現(xiàn)該功能。所以不是程序運(yùn)行不報(bào)錯(cuò)就一定可以在硬件上 正常

39、實(shí)現(xiàn)所要求的功能，只有認(rèn)真編寫程序，并在硬件上多次調(diào)試才能達(dá)到所要實(shí)現(xiàn) 的功能。5.4仿真結(jié)果II：冋綏 L佃L-EK-做-1怛廣39i r Vm A,IF FLI1O：A.MWWAHbH北*前:iif WKllLJ 也左- PZM 口 L佃LU3 fiim 4i71®仁，=i:77FS9 HOzcrw ra *r-< rjjWT* f l 3BTTRUC ra&Td nQF3-W*D3F*K hi ir*rn tj 4jjd rim峙 ii* 曲 PDImC'?圖5-1電子鐘的起始狀態(tài)圖5-1顯示的是：程序倒入單片機(jī)后，點(diǎn)擊開始，顯示電子鐘的起始狀態(tài)，系統(tǒng)從1

40、2： 59： 40開始計(jì)時(shí)。圖5-2 K1斷開十二時(shí)制計(jì)時(shí)圖5-2顯示的是：系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，斷開K1，電子鐘按十二時(shí)制計(jì)時(shí)，顯示當(dāng)前時(shí)間 01： 01： 01:er E二UftDo1 -i n-l=l_.n:rrriSfiJ.i/iI兀甲ri圭可tL6：Enr !9：0&：H4圖5-3 K1閉合二十四時(shí)制計(jì)時(shí)圖5-3顯示的是：系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，在 K2閉合的狀態(tài)下，電子鐘按二十四時(shí)制計(jì)時(shí)，顯示當(dāng)前時(shí)間13： 06： 44圖5-4二十四時(shí)制K2閉合進(jìn)行時(shí)間設(shè)置圖5-4顯示的是：系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，閉合 K2進(jìn)行時(shí)間設(shè)置，按6次K3鍵，把時(shí)"rrnrmTrrn：rrrTi"n

41、'nrori*iUSFyr nnrs.亠niiwr iirn iLTQAU&-.CUCAr3.i.T»:i rziTT rsviTiP3 4TD Pj-jfl I purm 7 ! «*E9»13EflQU I-ft *n iwnVQJAb 卜 MW »D£L*I>VnTuihl:<n»L23LfAMi ra va>i 3SfA>： ?33TA?J 中陽(yáng) D#AIKIRFi j ?> rz *：9*£aiCi吐n J需fi£:mna*丁屮 m吃訐小-neF»R

42、klP1 P3 3i1l"I *MS叮kk蟲腳*1 V*3?iFT卒 ” thp .存av nn間調(diào)整至19： 06： 44?？偨Y(jié)單片機(jī)是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科， 畢業(yè)設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)， 發(fā)現(xiàn)、 提出、分析和解決實(shí)際問(wèn)題，鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具 體訓(xùn)練和考察過(guò)程，為自己今后從事與單片機(jī)控制系統(tǒng)有關(guān)的工作打下了基礎(chǔ)。雖然 在做畢業(yè)設(shè)計(jì)以前已經(jīng)系統(tǒng)的把單片機(jī)課本認(rèn)真的學(xué)習(xí)了一下，但是在剛開始時(shí)還是 有點(diǎn)一頭霧水，不知道該從哪里下手。令人欣慰的是經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的學(xué)習(xí)，雖然過(guò)程很 艱辛，問(wèn)了很多朋友，但是總算實(shí)現(xiàn)了電子鐘的功能，所有的努力都很值得。這幾個(gè) 月

43、的大部分時(shí)間都在研究程序怎么處理，在這個(gè)過(guò)程中加深了對(duì) C 語(yǔ)言命令的應(yīng)用， 而且也更加了解到軟硬件配套的重要性。以下是本次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)心得與體 會(huì)。（1）在設(shè)計(jì)程序之前， 務(wù)必要對(duì)所學(xué)單片機(jī)課程的容有一個(gè)系統(tǒng)的了解知道單片 機(jī)片片外的容及其功能。（2）設(shè)計(jì)程序采用什么編程語(yǔ)言并不是非常重要， 關(guān)鍵要有一個(gè)清晰的思路和一 個(gè)完整的軟件流程圖。模塊化的設(shè)計(jì)思想在程序設(shè)計(jì)中的作用是十分大的，它可以提 供一個(gè)比較清晰的思路，并且很容易找到頭緒，不至于在設(shè)想一個(gè)程序時(shí)感覺到無(wú)從 下手。（3）在設(shè)計(jì)程序時(shí)，不能妄想一次就將整個(gè)程序設(shè)計(jì)好， “反復(fù)修改，不斷改進(jìn)” 是程序設(shè)計(jì)的必經(jīng)之路。程序剛開始

44、編好時(shí)，一般情況下會(huì)存在很多錯(cuò)誤，要不斷地 修改，不斷的改進(jìn)才能達(dá)到預(yù)期的目的，編寫程序的時(shí)間并不是很長(zhǎng)，主要是修改程 序會(huì)花很多時(shí)間。（4）要養(yǎng)成注釋程序的好習(xí)慣，一個(gè)程序的完美與否不僅僅是實(shí)現(xiàn)功能，而應(yīng)該 讓人一看就能明白你的思路，這樣也為資料的保存和交流提供了方便。剛開始在編寫 程序時(shí)，很不習(xí)慣于寫注釋，感覺很麻煩，而且沒用，但是在修改的過(guò)程中就遇到了 較大的麻煩，以至于不得不重新的做了注釋，以增加程序的易讀性，從而使修改過(guò)程 變得容易一些。總之，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅鞏固了所學(xué)的單片機(jī)基本知識(shí)，還有助于加強(qiáng)個(gè)人動(dòng)手 能力，這些能力在以后的工作或者是學(xué)習(xí)中一定會(huì)起到不小的作用，看到自己幾個(gè)月

45、的成果，感覺一切的辛苦和艱難都是值得的。參考文獻(xiàn)1 天漢. 單片機(jī)原理與接口技術(shù) M.: 電子工業(yè) .2009.2 海濱.單片機(jī)技術(shù)課程設(shè)計(jì)與項(xiàng)目實(shí)例 M.: 中國(guó)電力 .2009.3 思銘.交通燈的一種新型智能控制系統(tǒng) J. 自動(dòng)化與信息工程 ,2006, 第 2期.4 胡漢才.單片機(jī)原理及接口技術(shù)（第三版）M.:清華大學(xué).2010.5 欣.51 單片機(jī)實(shí)用實(shí)例詳解 M.: 清華大學(xué) .2010. 王東鋒單片機(jī)C語(yǔ)言應(yīng)用100例M.:電子工業(yè).2009.7 薛小玲 . 單片機(jī)接口模塊應(yīng)用與開發(fā)實(shí)例詳解 M.: 航空航天大學(xué) .2010.8 王愛學(xué) . 一種交通信號(hào)燈模糊控制器的模型設(shè)計(jì) J.

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48、電子工業(yè) .2011.24 毅剛 .單片機(jī)原理及應(yīng)用 M.: 高等教育 .2010.經(jīng)過(guò)將近兩個(gè)多月的準(zhǔn)備和查找資料，在老師的指導(dǎo)下，我的畢業(yè)論文終于寫完 了。在論文的寫作過(guò)程中遇到了無(wú)數(shù)的困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫助下度過(guò)了感老師對(duì)我的教育培養(yǎng)。他們細(xì)心指導(dǎo)我的學(xué)習(xí)與研究，在此，我要向諸位老師深深 地鞠上一躬。我尤其要強(qiáng)烈感我的指導(dǎo)老師，他給予了我無(wú)私的幫助和指導(dǎo)，不厭其 煩的幫助我進(jìn)行論文的修改和改進(jìn)。在此，我再次向關(guān)心我學(xué)習(xí)，并且在我完成論文 過(guò)程中給予我?guī)椭椭С值睦蠋熀屯瑢W(xué)們表示衷心的感和祝愿！我在此衷心祝福老師 身體健康，工作順利，事業(yè)節(jié)節(jié)高！另外，在校圖書館查找資料的時(shí)候，圖

49、書館的老師也給我提供了很多方面的支持 與幫助。在此向幫助和指導(dǎo)過(guò)我的各位老師表示最衷心的感！本文引用了數(shù)位學(xué)者的 研究文獻(xiàn)，感這篇論文所涉及到的各位學(xué)者，如果沒有各位學(xué)者的研究成果的幫助和 啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。同時(shí)感我的同學(xué)和朋友，在我寫論文的過(guò)程中 給予我了很多素材，還在論文的撰寫和排版等過(guò)程中提供熱情的幫助。由于我的學(xué)術(shù)水平有限，所寫論文難免有不足之處，懇請(qǐng)各位老師和學(xué)友批評(píng)和 指正！再次感關(guān)心和在我寫作工程中給予我?guī)椭椭С掷蠋熀屯瑢W(xué)們！大家啦！大家 辛苦了。附錄附錄 I 子程序設(shè)計(jì) 延時(shí)子程序void DelayMS(uint x)uchar i;while(-x) fo

50、r(i=0;i<120;i+);時(shí)間顯示子程序void Display_Time()uchar i;for(i=0;i<7;i+)P2=(disp_Bufferi<<4)|i|0x08;DelayMS(5);P2&=0xF7;DelayMS(5);時(shí)鐘調(diào)整子程序void Adjust_and_Set_Clock()while(K2=0)if(K1=0)f_24=1;disp_Buffer6|=0x02;elsef_24=0;disp_Buffer6&=0xFD; if(K3=0)DelayMS(150);Add_Hour();if(K4=0)DelayM

51、S(150);current_Time1=(current_Time1+1)%60;Refresh_Disp_Buffer();Display_Time();附錄 II 源程序#include<reg51.h>#include<intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar tCount=0;/ 時(shí)鐘設(shè)置開關(guān)及按鍵sbit K仁POP;12h/24h選擇鍵sbit K2=P0A1;/設(shè)置鍵sbit K3=P0A2;/小時(shí)加sbit K4=P0A3;/分鐘加uchar current_Time=12,59,40;/當(dāng)前時(shí)間：時(shí)分秒uchar disp