【正文】 單片機(jī)引腳圖和結(jié)果框圖如下圖 1 和圖 2 所示： 圖 1 AT89C51 引腳圖 圖 2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 硬件模塊設(shè)計 系統(tǒng)硬件框圖 其核心部件是 89C51 單片機(jī)，由 89C51 單片機(jī)內(nèi)部定時器及循環(huán)延時確定時間，并且通過掃描驅(qū)動 8 位數(shù)碼管來顯示計數(shù)器時間，還可以通過外部中斷校對時間和設(shè)置鬧鐘，并且檢測鬧鐘開關(guān)，如果鬧鐘時間到 ，則驅(qū)動蜂鳴器。 數(shù)據(jù)流圖 硬件電路設(shè)計 晶體振蕩器電路 晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的 12MHz 的方波信號 ,可保證數(shù)字鐘的走時準(zhǔn)確及穩(wěn)定 .不管是指針式的電子鐘還是數(shù)字顯示的電子鐘都使用了晶體振蕩器電路 。給單片機(jī)提供時鐘的電路圖有如下兩種： 80C51 CPU 處理 晶 振 外中斷 各種按鍵 數(shù) 據(jù) 輸 入 數(shù)據(jù)輸出 數(shù)據(jù)輸出 數(shù)據(jù)輸出 數(shù)碼管 蜂鳴器 鬧鐘 指示 80C51CPU 電源 8 位數(shù)碼管 蜂鳴器 復(fù)位電路 振蕩器 外部中斷對 時 /設(shè)置鬧鐘 鬧鐘 設(shè)置 及開關(guān)控制 由于我本次設(shè)計主要是針對數(shù)字鐘的設(shè)計，并且外部時鐘源不好加到電路中，精度又不是特別高，所以我選用內(nèi)部時鐘方式。 蜂鳴器驅(qū)動電路 為了能在設(shè)置的鬧鐘時間很方便的提示我們，需要通過蜂鳴器的報警來提醒，由于單片機(jī)輸出的方波驅(qū)動能力太弱，要使蜂鳴器發(fā)出的聲音更亮些，需要加上驅(qū)動電路。驅(qū)動電路我采用 PNP 管 9012，具體電路圖如下所示： 復(fù)位電路設(shè)計 復(fù)位電路分兩種方式，分別是上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位。 上電自動復(fù)位電路是在加電瞬間電容通過充電來實(shí)現(xiàn)的，其電路圖如下所示。在通電瞬間，電容 C 通過電阻 R 充電， RST 端出現(xiàn)正脈沖，用以復(fù)位。只要電源 VCC 的上升時間不超過 1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動上電復(fù) 位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。 手動復(fù)位是指通過一按鈕開關(guān)，使單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。系統(tǒng)上電運(yùn)行后，若需要復(fù)位，一般是通過手動復(fù)位來實(shí)現(xiàn)的。通常采用手動復(fù)位和上電自動復(fù)位組合，其電路如下圖所示。 由于設(shè)計的數(shù)字鐘無需上電復(fù)位，所以采用按鍵電平復(fù)位，如上 b 圖所示。 位選及數(shù)碼管驅(qū)動電路 為了讓數(shù)碼管的顯示更清晰，我選用 74HC573 鎖存器來驅(qū)動數(shù)碼管。由于8 位數(shù)碼管 的顯示是經(jīng)過一位一位顯示的，當(dāng)它的掃描頻率在 50Hz~100Hz 之間時，我們就不會看出它的位顯示，并且顯示的亮度正好合適，數(shù)碼管的位選我通過 38 譯碼器 74HC138，具體連接關(guān)系如下圖所示： 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)的最小系統(tǒng)由 4 部分構(gòu)成，分別是：單片機(jī)、振蕩電路、復(fù)位電路、RAM 和 ROM。具體組成如下所示： 位選 鎖存驅(qū)動 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 電源電路 單片機(jī)正常工作是 +5V 電壓，本次設(shè)計不做電源部分，采用 USB 供電，由于USB 供電較為穩(wěn)定，所以 不需要穩(wěn)壓部分，直接給單片機(jī)供電，這樣就減少了7805 穩(wěn)壓?？?。具體電路如下所示： PCB 板的制作 本次設(shè)計的數(shù)字鐘系統(tǒng)中由于頻率不是特別高，所以在設(shè)計 PCB 板時不存在考慮走線之間頻率干擾問題，但由于設(shè)計規(guī)定了 PCB 板的大小為 7*9cM，并且是單面板，所以對我們的設(shè)計帶來了一定的難度，在設(shè)計中不得不通過走飛線的方式完成 PCB 板的制作。 5． 1 PCB 板的制作規(guī)則 我在數(shù)字鐘設(shè)計中采用 Orcad 軟件平臺，完成了 PCB 的制作，在 PCB 的設(shè)計中需注意以下的一些 規(guī)則： （ 1） 在 Orcad 中制作 PCB 時一定要注意板層的設(shè)置，我們本次設(shè)計的是單面板，所以需將 Bottom 層設(shè)為走線層， TOP 層設(shè)為絲印層（ DOC 層），別的板層全部設(shè)為不走線層。 （ 2） 由于本次設(shè)計的單面板大小規(guī)定為 7*9Cm,所以在開始制定板框大小時，USB 供電 在 Global 層畫邊框時，將其設(shè)置為規(guī)定的大小，然后根據(jù)一定的規(guī)則放置元件，放置元件時應(yīng)讓元件間的走線距離最小。 （ 3） 放置元件時須注意一些規(guī)則，例如將單片機(jī)的晶振和電容靠近單片機(jī)放置，將電源供電的 USB 接口靠近板框放置等。 （ 4） 在放置完元件之后，進(jìn)行布線時需注意一些走線時的設(shè)置 ，最重要的是元件過孔的孔徑設(shè)置，為了制作方便，本次制作設(shè)為 、 、當(dāng)然，設(shè)置了孔徑，還需注意焊盤的大小，軟件默認(rèn)的焊盤大小一般太小，焊接時不太方便；其次是走線的安全間距設(shè)置，走線間距一般默認(rèn)為軟件的設(shè)置，即 ；下來就是走線的一些規(guī)則設(shè)置，如果是自動布線，則可設(shè)置布線時的一些規(guī)則，如果是手工布線，則可根據(jù)需要進(jìn)行布線。 （ 5） 在走線時一定要注意電源走線的設(shè)置，電源的走線一定要寬，這樣承載的電流會更大，電流的大小與走線的寬度之間有一定的計算公式，可以作參考。為了使單面板的布線方便， 飛線更少，我們將地線設(shè)為敷銅種子，在敷銅時與大面積的銅相接。 5． 2 飛線的處理 由于制作的是單面板，難免有很多的飛線，在制作完 PCB 板之后，需處理飛線。經(jīng)常選取的辦法是打過孔，這樣在加工之后可以采用飛線將其連接。當(dāng)然，飛線的多少取決于布線的水平高低。有時為了減少飛線而走很遠(yuǎn)的路，這樣帶來高頻的影響，我覺得這種方法應(yīng)該避免。 5． 3 PCB 制作中的注意事項(xiàng) （ 1）要注意焊盤的大小、過孔的大小、走線的安全間距及走線的寬帶，在適當(dāng)?shù)臅r候應(yīng)該用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測量，保證元器件能夠合適的插進(jìn)去。 （ 2）對于一些自己 制作的原件封裝，一定要測量使之合理。 （ 3）電源走線一定要寬，實(shí)際上是越寬越好，但過寬會影響布線的效率。適當(dāng)?shù)臅r候我們可以大概的計算一下，使之更加合理。 （ 4）在布線時我們一定要弄清楚板層，有時一個放錯了板層的字符，會帶來制作時的困難，要想合理的完成制作，必須清楚板層。 （ 5）首次在 PCB 板上放置 USB 接口，一定要注意正負(fù)極不能接反。 （ 6）如果有必要，可以在每個芯片的 VCC極和 GND極之間跨接一個 ~之間的瓷片電容。為了使電源電壓穩(wěn)定，可以在電源電壓與地之間接一個濾波電容，如果電源 電壓波動較大，則可以使用穩(wěn)壓芯片來穩(wěn)壓。 （ 7）在敷完銅之后，需要觀察敷銅區(qū)域，避免有些接地的敷銅區(qū)域形成孤島。如果存在孤島，則需要與最近敷銅區(qū)連接起來，經(jīng)常采用打過孔走飛線的方式使其連接起來。 （ 8）在放置元件時，由于設(shè)置了安全間距，元件放置較近時會出現(xiàn)報錯提示，但這對 PCB 板的制作是沒影響的。 軟件模塊的設(shè)計 本次設(shè)計單片機(jī)數(shù)字鐘，供可選擇的語言有匯編語言和 C 語言兩種選擇，從總體角度考慮，兩種語言各有其優(yōu)缺點(diǎn)。匯編語言在編寫過程中可以較容易的計算出機(jī)器周期，這樣可以計算出相應(yīng)的延時與誤差，并且在 編譯過程中精度較高，執(zhí)行效率也較高，是各種語言中執(zhí)行效率最高的一種。相反，匯編語言又是一種較為低級的語言，編寫起來難度較大，程序量也較大，不易編寫大規(guī)模的系統(tǒng)。 C 語言它的靈活性較強(qiáng)，語法功能也比較強(qiáng)大，對于同一個設(shè)計，與匯編語言相比，工作量較小，完全可以實(shí)現(xiàn)匯編無法實(shí)現(xiàn)的一些功能。雖然 C 語言具有強(qiáng)大的功能，但也有不足之處，比如在循環(huán)延時時不易計算出相應(yīng)的機(jī)器周期，還有，采用不同的編譯器，可能以不同的方式編譯出不同的機(jī)器碼。 由于本次設(shè)計的單片機(jī)數(shù)字鐘編程量較大，又考慮到后面的工作過程中將大量使用 C 語言編程， 所以本次編寫過程采用 C 語言，基于 Kiel C3 軟件來完成軟件模塊的設(shè)計工作。 6． 1 數(shù)字鐘總體設(shè)計框圖 編程 設(shè)計 數(shù)字鐘大家可能最常用的就是采用單片機(jī)中的定時器定時的方法，由于定時器不能一次定時 1s，所以需采用定時一定的時間，循環(huán)疊加的方法，加到一秒后，將其顯示的秒加一，然后判斷分和時是否加一，這樣就完成了數(shù)字鐘的最基本制作。 我在此次設(shè)計中采用的方法完全不同于上面的常規(guī)方法，主要是受到了EDA 中并行的影響，當(dāng)然，單片機(jī)中是不可能實(shí)現(xiàn)并行的，但我們可以用串行的方式模擬并行，實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的掃描及采用延時粗 略計算出 1s 的延時，這樣很多人可能認(rèn)為不準(zhǔn)確，但我們可以分好多的延時