【正文】 為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話(huà)機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車(chē)無(wú)線(xiàn)通信、再到日常工作中隨處可見(jiàn)的移動(dòng)電話(huà)，集群移動(dòng)通信，無(wú)線(xiàn)電對(duì)講機(jī)等。 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容與任務(wù) 本課程設(shè)計(jì)是基于 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89CS51 單片機(jī)為主而設(shè)計(jì)的，本課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和任務(wù)是完成單片機(jī)最小系統(tǒng)板設(shè)計(jì)與制作，在此基礎(chǔ)上多功能定時(shí)器 5 通過(guò)編程設(shè)計(jì)家用多路定時(shí)控制器 。使其具有正常數(shù)字鐘功能，包括時(shí)間校正，具有至少三路定時(shí)開(kāi)關(guān)控制功能，每路定時(shí)時(shí)間可以任意設(shè)置。當(dāng)然，該定時(shí)器依然可以通過(guò)編程設(shè)計(jì)出多種功能，例如：電子日歷，交通指示燈等等。 2 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu) 圖 21 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu) 復(fù)位電路：通過(guò)復(fù)位電路使所有的狀態(tài)都恢復(fù)原始狀態(tài)。 時(shí)鐘電路：通過(guò)該電路產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)。 按鍵電路：通過(guò)該電路改變單片機(jī)控制的功能。 單片機(jī) ：控制整個(gè)電路。 復(fù)位電路 控制中心 單片機(jī) 按鍵電路 數(shù)碼管顯示 時(shí)鐘電路單元 多功能定時(shí)器 6 數(shù)碼管 : 顯示時(shí)間或者其它。 系統(tǒng)硬件單元電路設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 圖 22 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 該時(shí)鐘電路是由晶體振蕩器和兩個(gè)微調(diào)電容組成的。在單片機(jī)芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，其輸入端為引腳 XTAL1，其輸出端為引腳 XTAL2。只需要在片外通過(guò) XTAL1 和 XTAL2 引腳跨接晶體振蕩器或在引腳與地之間加接微調(diào)電容，形成反饋電路，振蕩器即可工作。由于該晶振使用的是 12MHZ 的晶體，因此它的時(shí)鐘周期是 ,機(jī)器周期為 1us。 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 圖 23 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 多功能定時(shí)器 7 2. 按鍵電路設(shè)計(jì) RST 鍵：復(fù)位鍵，按下后燈管均亮。 1 鍵： 其功能是當(dāng)該 鍵按下時(shí)，進(jìn)入時(shí)間調(diào)整功能 。 2 鍵：其功能是對(duì)被調(diào)整位加一。 3 鍵：其功能是對(duì)被調(diào)整位減一。 4 鍵：其功能是對(duì)定時(shí)進(jìn)行設(shè)置。 5 鍵：其功能是對(duì)被定時(shí)位加一。 6 鍵：其功能是對(duì)被定時(shí)位減一。 7 鍵：其功能是切換定時(shí)狀態(tài)和時(shí)鐘狀態(tài)。 8 鍵：其功能是切換星期、秒和時(shí)鐘狀態(tài)。 圖 24 按鍵電路設(shè)計(jì) 多功能定時(shí)器 8 數(shù)碼管電路設(shè)計(jì) 數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。 、 數(shù)碼管的分類(lèi) 數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè) ―8‖可分為 1 位、 2位、 4 位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極 (COM)的數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極 COM 接到 +5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極 管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極 (COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極 COM 接到地線(xiàn) GND 上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。 、 數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng) 方式 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(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 。 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(xiàn)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(kāi)，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的 COM多功能定時(shí)器 9 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 1～ 2ms，由于人的視覺(jué)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。 多功能定時(shí)器 10 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件流程圖 主程序流程圖： 圖 25 主程序流程圖 說(shuō)明 ：程序開(kāi)始執(zhí)行， 啟動(dòng)定時(shí)器 0 和定時(shí)器 1，然后執(zhí)行 while 語(yǔ)句，但條件一直成立，因此 while 語(yǔ)句中的子函數(shù)一直在執(zhí)行。 If 語(yǔ)句也一直在判斷有沒(méi)有 shift 鍵有沒(méi)有按下，是否進(jìn)入了調(diào)時(shí)調(diào)分的階段，一段進(jìn)入，通過(guò)鍵盤(pán)掃描和鍵值判斷，使得按鍵處理子程序進(jìn)入新的狀態(tài)，從而數(shù)碼管顯示新的內(nèi)容。 定時(shí)器 0 啟動(dòng) 定時(shí)器 1 啟動(dòng) 10 ? 比較函數(shù) 紅綠燈子 程序 開(kāi) 始 執(zhí)行子函數(shù) 刷新緩沖區(qū)子程序 LED 顯 示子程序 鍵盤(pán)掃描 多功能定時(shí)器 11 4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析 實(shí)驗(yàn)使用的儀器設(shè)備 本實(shí)驗(yàn)主要用到了電源，電腦，燒程器，電烙鐵，元器件若干。 測(cè)試結(jié)果分析 通過(guò)按 shift 鍵來(lái)改變電路狀態(tài) 第一次按下 shift 鍵，進(jìn)入調(diào)時(shí)狀態(tài)。 第二次按下 shift 鍵，進(jìn)入調(diào)分狀 態(tài)。 第三次按下 shift 鍵，進(jìn)入第一路定時(shí)的調(diào)時(shí)狀態(tài)。 第四次按下 shift 鍵，進(jìn)入第一路定時(shí)的調(diào)分狀態(tài)。 第五次按下 shift 鍵，回歸時(shí)鐘狀態(tài)。 第六次按下 shift 鍵，進(jìn)入第二路定時(shí)的調(diào)時(shí)狀態(tài)。 第七次按下 shift 鍵，進(jìn)入第二路定時(shí)的調(diào)分狀態(tài)。 第八次按下 shift 鍵，回歸時(shí)鐘狀態(tài)。 然后按下 1 鍵，進(jìn)入交通燈提示狀態(tài)。 按下 2 鍵，正式進(jìn)入交通燈狀態(tài)。 按下 shift 鍵，回歸原始時(shí)鐘狀態(tài)。 多功能定時(shí)器 12 結(jié)論 本次試驗(yàn)終于接近尾聲了，通過(guò)對(duì)家用多功能定時(shí)器進(jìn)行設(shè)計(jì)與制作，我了解了設(shè)計(jì)電路的程序，也讓我了 解了定時(shí)器的基本原理和設(shè)計(jì)理念。本次實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容是完成單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作，再在其基礎(chǔ)上通過(guò)編程設(shè)計(jì)多功能定時(shí)控制器。本課程設(shè)計(jì)最大的難點(diǎn)在于編程的創(chuàng)新，即在已有的基本程序上對(duì)程序進(jìn)行擴(kuò)充，盡可能多的實(shí)現(xiàn)定時(shí)的多種功能。由于本課程設(shè)計(jì)采用的是 C語(yǔ)言編寫(xiě)，更是增加了編寫(xiě)難度，只得重新看一些關(guān)于 Case、 Switch 等相關(guān)的語(yǔ)句、后來(lái)發(fā)現(xiàn)，其實(shí)只要了解了相關(guān)語(yǔ)句和想要實(shí)現(xiàn)的效果，編程其實(shí)并不難，雖然沒(méi)有什么特別的創(chuàng)新，但第一次系統(tǒng)的進(jìn)行這方面的訓(xùn)練無(wú)疑是為以后的深入打下基礎(chǔ)。還有就是一些關(guān)于一些問(wèn)題的處理 ，如：（ 1）軟件程序的調(diào)試應(yīng)該分模塊進(jìn)行，使每個(gè)模塊趨于完整，正確，最后將各個(gè)模塊整合起來(lái)進(jìn)行統(tǒng)調(diào)。（ 2）充分利用電路板上其他空余硬件資源來(lái)協(xié)助調(diào)試程序，即：用指示燈來(lái)指示有沒(méi)有調(diào)用鍵盤(pán)掃描子程序，有沒(méi)有掃描到鍵值，有沒(méi)有指示中斷，定時(shí)器 0和定時(shí)器有沒(méi)有工作等。接近兩個(gè)星期的堅(jiān)持，累，但卻快樂(lè)著。 我的創(chuàng)新：〔 1〕時(shí)鐘的設(shè)置和定時(shí)的設(shè)置分別采用獨(dú)立鍵控制，即：鍵 1和鍵 4。鍵 3 和鍵 6 為輔助調(diào)節(jié)按鈕。 〔 2〕單獨(dú)的鍵 7 用于顯示定時(shí)的開(kāi)啟和關(guān)閉狀態(tài)。即：當(dāng)按下 7鍵，相應(yīng)的定時(shí)開(kāi)啟狀態(tài) 會(huì)出現(xiàn)，再按一下，定時(shí)關(guān)閉狀態(tài)出現(xiàn)。 〔 3〕單獨(dú)的鍵 8 用于顯示星期和秒的走動(dòng)情況。即：當(dāng)按下八鍵，數(shù)碼管此時(shí)顯示的為星期和秒的走動(dòng)情況，秒的走動(dòng)顯示與仿真顯示一致。 多功能定時(shí)器 13 參考文獻(xiàn) [1]張俊謨 .單片機(jī)中級(jí)教程 .北京：北京航空航天大學(xué)出版社， [2]譚浩強(qiáng) .C 程序設(shè)計(jì)教程 .北京：清華大學(xué)出版社， [3]康華光，陳大欽 .電子技術(shù)基礎(chǔ) .北京：高等教育出版社， [4]沈衛(wèi)紅 .單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)例與分析 .北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2021 [5] Tyson Chandler. Protel 99 SE multifunction timer schematic and PCB design 5] Tyson Chandler. Protel 99 SE multifunction timer schematic and PCB design Board .Compilation of microputer and interface techniques， 2021 多功能定時(shí)器 14 附錄 系統(tǒng)硬件總電路 V C CV C CV C CV C CY0Y1Y2Y3Y0Y1Y2F3V C CViV C CR S TR S T P 1 . 0P1.0P 1 . 1P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 2V C CV C CV C CP 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7R S TP 3 . 0P 3 . 1P 3 . 2P 3 . 3P 3 . 4P 3 . 5P 3 . 6P 3 . 7X T A L 2X T A L 1O1O2O3O4O5O6O7P 0 . 7A L E/P S E NP 2 . 0P 2 . 1P 2 . 2P 2 . 3P 2 . 4P 2 . 5P 2 . 6P 2 . 7P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7P 3 . 1P 3 . 2P 3 . 3P 3 . 4P 3 . 5P 3 . 6P 3 . 7X T A L 1X T A L 2P 3 . 0A L E/P S E NP 2 . 7P 2 . 6P 2 . 5P 2 . 4P 2 . 3P 2 . 1P 2 . 0P 2 . 2P 2 . 1P 2 . 0O1O2O3O4O5O6O7Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5F0F1F2 Y3V C CO1O2O3O4O5O6O7O1O2O3O4O5O6O7O1O2O3O4O5O6O7O1O2O3O4O5O6O7F1F3F0F2P 3 . 3P 2 . 1P 2 . 0V C CV C C1234567891011121314151617181920J3C O N 2 01234567891011121314151617181920J4C O N 2 0A11B12Y13A24B25Y26GND7Y38B39A310Y411B412A413V C C14J P 17 4 L S 0 0A1B2C3/G 2 A4/G 2 B5G16Y77GND8Y69Y510Y411Y312Y213Y114Y015V C C16J P 47 4 L M 1 3 8P 1 . 01P 0 . 138P 1 . 12P 0 . 237P 1 . 23P 0 . 336P 1 . 34P 0 . 435P 1 . 45P 0 . 534P 1 . 56P 0 . 633P 1 . 67P 0 . 732