【正文】 /12T 可選。 時鐘振蕩電路 數(shù)碼管顯示電路 獨立按鍵電路 STC89C52 復位電路 3 圖 2 STC89C52引腳圖 時鐘振蕩電路的設計 單片機必須在時鐘的驅(qū)動下才能工作。在單片機內(nèi)部有一個時鐘振蕩電路，只要外界一個振蕩源就能產(chǎn)生一定的時鐘信號送到單片機內(nèi)部的各個單元，決定單片機的工作速度。本系統(tǒng)使用的是內(nèi)部時鐘方式。時鐘電路如下圖 2所示。一般選用石英晶體振蕩器。此電路在加電大約延遲 10ms 后振蕩器起振，在 XTAL2引腳產(chǎn)生幅度為 3V 左右的正弦波時鐘信號，其振 蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。電路中兩個電容 C C2 的作用有兩個：一是幫助振蕩器起振；二是對振蕩器的頻率進行微調(diào)。本系統(tǒng)的 C C2的值為 30pf。 圖 3 時鐘振蕩電路 復位 電路的設計 在上電或復位過程中，控制 CPU的復位狀態(tài)：這段時間內(nèi)讓 CPU保持復位狀 4 態(tài)，而不是一上電或剛復位完畢就工作，防止 CPU發(fā)出錯誤的指令、執(zhí)行錯誤操作，也可以提高電磁兼容性能。 無論用戶使用哪種類型的單片機 ,總要涉及到單片機復位電路的設計。而單片機復位電路設計的好壞 ,直接影響到整個系統(tǒng)工作的可靠性。許多用戶在設計完 單片機系統(tǒng) ,并在實驗室調(diào)試成功后 ,在現(xiàn)場卻出現(xiàn)了“死機”、“程序走飛”等現(xiàn)象 ,這主要是單片機的復位電路設計不可靠引起的。 基本的復位方式基本的復位方式基本的復位方式基本的復位方式 單片機在啟動時都需要復位，以使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。89 系列單片機的復位信號是從 RST 引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果 RST引腳上有一個高電平并維持 2 個機器周期 (24 個振蕩周期 )以上，則 CPU 就可以響應并將系統(tǒng)復位。單片機系統(tǒng)的復位方式有：手動按鈕 復位和上電復位。此系統(tǒng)我們選用了手動按鈕復位，手動按鈕復位需要人為在復位輸入端 RST 上加入高電平（圖 1）。一般采用的辦法是在 RST 端和正電源 Vcc 之間接一個按鈕。當人為按下按鈕時，則 Vcc的 +5V 電平就會直接加到 RST 端。手動按鈕復位的電路如所示。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復位的時間要求。 圖 4 復位電路 數(shù)碼管顯示電路的設計 led 數(shù)碼管（ LED Segment Displays）是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8” 字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只 需引出它們的各個筆劃，公共電極。 led 數(shù)碼管常用段數(shù)一般為 7 段有的另加一個小數(shù)點，還有一種是類似于 3位 “+1” 型。位數(shù)有半位， 1， 2， 3， 4， 5， 6， 8， 10 位等等 ....， led 數(shù)碼管 5 根據(jù) LED 的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解 LED 的這些特性，對編程是很重要的，因為不同類型的數(shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的 。 共陰和共陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。顏色有紅，綠，藍，黃等幾種。 led 數(shù)碼管廣泛用于儀表，時鐘，車站，家電等場合。選用時要注意產(chǎn)品 尺寸顏色，功耗，亮度，波長等。在這里我們使用的是 8 段數(shù)碼管顯示（包含小數(shù)點），通常在顯示上我們采用的方法一般包括兩種：一種是靜態(tài)顯示，另一種是動態(tài)顯示。其中靜態(tài)顯示的特點是顯示穩(wěn)定不閃爍，程序編寫簡單，但占用端口資源多，所耗得電能較大；動態(tài)顯示的特點是顯示穩(wěn)定性沒靜態(tài)好，程序編寫復雜，但是相對靜態(tài)顯示而言占用端口資源少。在本設計中，為了減少端口資源，降低電能消耗，采用的是動態(tài)顯示方法。本系統(tǒng)的倒計時時間的最大范圍是 9999S，要顯示出最大范圍的值，從而可知數(shù)碼管顯示電路要用到 4 位數(shù)碼管。 圖 5 數(shù)碼管顯 示電路原理圖 獨立按鍵電路設計 通過 5個獨立按鍵控制不同的 5 種工作方式。因為第五種工作方式為可調(diào)的 倒計時模式，所以另外加了四個調(diào)初始值的按鍵，一個計時開始 /停止鍵。 圖 6 獨立按鍵電路圖 6 3 系統(tǒng)軟件設計 倒時計器主程序流程圖 程序的的開始時先設定定時器 0，先給定時，器裝初值。檢測按鍵是否按下，如果有按鍵按下，進入相應的倒計時方式。定時器 0的定時時間是 50ms,每當進入定時中斷一次變量 aa 自動加一，當 aa 等于 20時即為計時一秒，此時計時器清零，重新賦初值，并且之前設定的倒計時初值 num 值自動減一，同時進行相關(guān)的顯示 。 Y 等待進入中斷 進入中斷 aa++ aa=20? 計數(shù)器清零 num 相應的顯示 重設計數(shù)初值，啟動 N Y 圖 7 主程序流程圖 開始 檢測按鍵 進入相應工作方式 7 定時器 0 的中斷程序流程 定時器 0 的定時時間是 50ms，用作掃描數(shù)碼管顯示，在定時器 0開啟時，定時器 0開始定時，此時主程序正常運行，當定時器 0的定時時間到時，主程序不在執(zhí)行，開始進入中斷程序，在中斷程序中，若計時了 1s 就對時間進行處理且計數(shù)標志清零，賦值給相應的變量且減 1，若沒有則計數(shù)標志就進行加 1，若倒計時的時間為零則重新賦值，中斷程序執(zhí)行完后返回主程序。如圖 8 所示。 圖 8定時器 0的中斷程序流程圖 開始 初始化及 T0 中斷設定 設置堆棧指針 計數(shù)器預清零 設置計數(shù)器初值 開中斷允許 等待中斷 8 4 系統(tǒng)功能測試 硬件調(diào)試的主要任務是排除硬件故障，其中包括設計錯誤和工藝性故障。 脫機檢查：用萬用表逐步按照電路原理圖檢查印制電路中所有器件的各引腳，尤其是電源的連接是否正確：檢查數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線是否有短路等故障，順序是否正確；檢查各開關(guān)按鍵是否能正常開關(guān)，是否連接正常；各限流電阻是否短路等內(nèi)容。為了保護芯片，應先對各 IC 電位進行檢查，確定其無誤后再插入芯片檢查。 聯(lián)機調(diào)試 :暫時拔掉 89C52 芯片，將仿真器的 40 仿真插 入89C52 的芯片插座進行調(diào)試，檢驗鍵盤 /顯示接口電路是否滿足要求設計?？梢酝ㄟ^一些簡單的測軟件來查看接口工作是否正常。例如，我們可以設計一個軟件，使 89C52 的 P P2 口輸出 55H 或 AAH，同時讀 P3 口，運行后用萬用表檢查相應端口電平是否一高一低，在仿真器中檢查讀入的 P3 口 8 位是否為 1，如果正常則說明 89C52 正常工作。還可以設計一個使所有 LED 全顯示“ 8.”的靜態(tài)顯示程序來檢驗 LED 的好壞。如果運行測試結(jié)果與預期不符，很容易根據(jù)故障現(xiàn)象判斷故障原因并采取針對性措施排除故障。開始時，數(shù)碼管的亮度不夠理想 。經(jīng)檢查知，是段選電阻（接 P0 口的限流電阻）太大。最后，換成 470 歐的電阻后，數(shù)碼管顯示正常。 軟件調(diào)試的任務是利用開發(fā)工具進行在線仿真調(diào)試，發(fā)現(xiàn)和糾正程序錯誤，同時也能發(fā)現(xiàn)硬件故障。程序的調(diào)試應一個模塊一個模塊地進行，首先單獨調(diào)試各功能子程序，檢驗程序是否能夠?qū)崿F(xiàn)預期的功能，接口電路的控制是否正常等 .最后逐步將各子程序連接起來進行聯(lián)調(diào)。本系統(tǒng)的程序的編寫就是在 Keil C 軟件中用 C 語言完成的。在程序中用到了一個定時器，為了使倒計時的時間準確，必須計算對定時器的初值，當程序完成之后，生成 HEX 文件。再利用 Proteus軟件進行仿真。 經(jīng)過仿真和實際測試，在實際使用時完全沒有閃爍。在程序中，定時器 50ms中斷一次，變量 aa 自增，中斷 20 次時，秒的顯示自減，誤差很小大約為 %。電路中的五個按鍵可以分別用來設定倒計時的計數(shù)范圍，系統(tǒng)由 5V電源來驅(qū)動。經(jīng)過測試與分析，此系統(tǒng)穩(wěn)定可用，滿足設計要求。 9 5 詳細儀器清單 表格 1 儀器清單 儀器名稱 數(shù)量 STC89C52 1 獨立按鍵 10 USB 接口 1 開關(guān) 2 四位共陰極數(shù)碼管 1 晶振 12M 1 1K 電阻 8 200R 電阻 8 30PF 電容 2 電阻 1 470R 電阻 1 22UF 電容 1 10 6 總結(jié)與致謝 在設計倒計時器課程設計的過程中，我深切體會到，實踐是理論運用的最好檢驗。本次設計是對我這一學期所學知識的一次綜合性檢測和考驗，無論是動手能力還是理論知識運用能力都得到了提高，同時加深了我對網(wǎng)絡資源認識，大大提高了查閱資料的能力和效率，使我有能有更多的時間去設計軟件部分。本系統(tǒng)要求我們要有豐富的編程經(jīng)驗，還要能會看單片機開發(fā)板原理圖，能熟悉那些I/O 口的作用，且能夠準確的運用數(shù)電等多方面的知識。在軟 件調(diào)試過程中，我學會不少的東西，掌握一些調(diào)試軟件的方法。在設計仿真圖和設計電路圖中，對Proteus、 Keil 和 Protel 等軟件掌握的更加牢固，而且所設計的基于單片機的倒計時器，精確度高，達到了應用要求 這次課程設計使我掌握了很多實踐知識，在老師和同學的幫助下對單片機有了進一步的了解。這次課程設計對我來說有著深遠的意義，讓我對未來的路又看得清楚了些。在此我要深深的感謝那些傳授我知識的老師們，是你們無私的奉獻，才會有如今掌握一定知識的我們。 11 參考文獻 [1] 朱定華 ,戴汝平 .單片微 機原理與應用 [M] 北京 :清華大學 出版社 ,2021 [2] 樓然苗 ,李光飛 .單片機課程設計指導 [M].北京 航空航天大學出版社 ,2021 [3] 張鑫 ,單片機原理及應用 (2版 )[M].電子工業(yè)出版社 ,2021 [4] 譚浩強著 . C程序設計 (第二版 )[M]. 清華大學出版社 ,1999 12 附錄一：倒計時器 DXP 原理圖 12Y112MC230pFC130pFS010uFC410KR1VCCK4K3K1 K2K8K7K6K5S10R9R8R7R6R2R3R4R5S13S11VCCVCCVBU