【正文】 單片機(jī)電子鐘課程設(shè)計(jì)一、 設(shè)計(jì)內(nèi)容要求 顯示時、分、秒。；每天可設(shè)置4個報警時間(時、分)。，設(shè)置時鐘及報警時間。，蜂鳴器鳴響1秒，然后停止。二、 硬件設(shè)計(jì)要求根據(jù)項(xiàng)目的要求，去選擇相應(yīng)的電路，比如MCU系統(tǒng)，輸入輸出驅(qū)動電路，電源供電電路。使用電子CAD，設(shè)計(jì)原理圖，印刷電路板圖。原理圖中元件電氣圖形符號，必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)。整體布局合理，標(biāo)注規(guī)范、明確、美觀，不產(chǎn)生歧義。列出完整的元件清單(標(biāo)號、型號及大小、封裝形式、數(shù)量)。估算電路板的功耗，并對供電形式提出要求。根據(jù)設(shè)計(jì)好的原理圖，焊接實(shí)物（可用萬用板）三、軟件設(shè)計(jì)要求n 簡單的用戶使用說明書。n 根據(jù)項(xiàng)目要求，設(shè)計(jì)軟件整體規(guī)劃，人機(jī)對話，各模塊的關(guān)聯(lián)，底層驅(qū)動模塊。n 程序在必要的地方進(jìn)行注釋。n 每個函數(shù)的出入口要有輸入輸出參數(shù)的說明。n 程序必須具有良好的可讀性，可重用，容易調(diào)試和維護(hù)。n 使用C語言進(jìn)行編程，允許中間加插匯編。四、設(shè)計(jì)內(nèi)容（一）、硬件設(shè)計(jì),XTAL2的連接 如右圖1X1,X2分別是系統(tǒng)時鐘信號Fosc的輸入、輸出端。 圖1晶振電路模塊 ，如果再考慮元件引腳的等效輸入電容，則兩個22p的電容構(gòu)成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇。本課程設(shè)計(jì)使用的開發(fā)板是電子科技協(xié)會制作8051C單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)，該開發(fā)板的使用的是石英晶體振蕩器，晶振頻率為 fo=,而振蕩電容CC2的典型值取值范圍為20—33pF，所以這里取22pF的瓷介電容。注意：為減少寄生電容對振蕩頻率的影響，在印制板上的電容C1和C2應(yīng)盡可能靠近CPU芯片的X1和X2引腳。、復(fù)位電路及復(fù)位引腳RST的連接入作圖2所示，開發(fā)板采用的是RC分立元件構(gòu)成的外部復(fù)位電路。圖2 復(fù)位電路掉電復(fù)位。當(dāng)正常工作時，二極管D801反偏，斷電后，VCC下降，當(dāng)VCC=0時，VCC與地GND等電位，電容C801通過D801放電，保證再上電時，RST引腳為高電平，CPU可靠復(fù)位。D801的作用是給電容C801提供放電通路。按鍵復(fù)位。但按下按鈕PB801時，電容C801通過R802放電，當(dāng)電容C801放電結(jié)束后，RET引腳電位由R802和R803分壓比決定，由于R802R803,因此RST引腳為高電平，CPU進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，松開復(fù)位按鈕后，電容C801充電，RST引腳電位下降，CPU脫離復(fù)位狀態(tài)，R802的作用是限制復(fù)位按鈕按下瞬間電容C801的放大電流，避免產(chǎn)生火花，以保護(hù)按鈕的觸點(diǎn)，其中R802=100Ω，R803==10u.、數(shù)碼管顯示電路如圖3所示，開發(fā)板數(shù)碼管顯示所用的是兩只4位LED數(shù)碼管，每一段由四只LED發(fā)光二極管以串聯(lián)的方式連接而成，為共陽LED數(shù)碼管,~，~。LED數(shù)碼顯示驅(qū)動電路使用動態(tài)顯示方式，開發(fā)板使用74HC138譯碼器進(jìn)行按位掃描選通，如電路圖3 所示，其中A，B，C是輸入端，—，Y0—Y7是輸出端，與PNP三極管8550的基極連接，控制端E3置1，E1，E2置為0，輸出低電平有效，如當(dāng)ABC=000時，A,B,C為0V，這時只有Y0輸出低電平，其余均為高電平。開發(fā)板采用的是PNP三極管8550驅(qū)動，以138輸出口Y0為例分析，當(dāng)Y0不被選通時，輸出為高電平，由于三極管發(fā)射級與VCC連接，這時，三極管不導(dǎo)通，處于截至狀態(tài)；當(dāng)Y0被選通時，輸出為低電平，b，c端的電壓,PN結(jié)導(dǎo)通，三極管飽和導(dǎo)通，從而驅(qū)動數(shù)碼管DB0。圖3 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)數(shù)碼管中各段發(fā)光二極管的伏安特性和普通二極管類似，只是正向壓較大，正向電阻也大，在一定范圍內(nèi)，其正向電流也發(fā)光亮度成正比。由于常規(guī)的數(shù)碼管起輝電流只有12mA,最大極限電流也只有1030mA,最大不超過50mA,所以它的輸入端在5V電源的電路信號相接時，一定要串加限流電阻，以免損壞元件。 基極的限流電阻Rb:本設(shè)計(jì)使用的開發(fā)板，基極的限流電阻Rb=,則基極電流Ib=(VCCVeb)/≈1mA,三極管8550的放大倍數(shù)β≈100，則集電極的最大電流為100mA,每一位數(shù)碼管有8段LED發(fā)光二極管，流過每一段發(fā)光二極管的電流為100/8=,所以Rb=。集極的限流電阻Rc:以單個發(fā)光二級管分析，如圖4所示，限流電阻Rc和LED內(nèi)阻構(gòu)成集電極的等效電阻R，其大小由LED二極管工作電流If決定，一般控制在3~20mA之間，根據(jù)電路圖4分析可知，Ic=If=(VCCVfVces)/Rc,①圖4 單個發(fā)光二級管其中Ic為集電極電流，If為LED工作電流，VCC為電源電壓，Vces為三極管飽和壓降，~，Vf為LED導(dǎo)通電壓，~。取Vf=2V,VCC=5V,Vces=,If=15mA時，求得限流電阻Rc大致為200Ω。而在該開發(fā)板中，集級的限流電阻Rc=1K，取Vf=2v,則有上式①可求得Ic=,達(dá)到數(shù)碼管的最小起輝電流1~2mA,因此可以使LED發(fā)亮，但發(fā)光效果不是很好，亮度比較小。 、蜂鳴器模塊圖4 蜂鳴器模塊電路如圖所示，，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器可以發(fā)出聲音。其基極的限流電阻R1401=10K，當(dāng)VCC=5V時，Ib=（）/10K≈,PNP三極管 8550的放大系數(shù)約為100，則最大集電極電流Ic大約43mA,足以驅(qū)動蜂鳴器工作。此時集極的限流電阻Rc的經(jīng)典值為10Ω。（注意，負(fù)載必須串聯(lián)在集電極，而不是發(fā)射極，否則PNP驅(qū)動管不可能進(jìn)入飽和狀態(tài)，功耗大，而且負(fù)載的壓降也小，蜂鳴器不能正常驅(qū)動） 、鍵盤設(shè)計(jì)模塊本設(shè)計(jì)使用的開發(fā)板，原來的設(shè)計(jì)4x4矩陣鍵盤，如圖5所示。圖5鍵盤模塊電路設(shè)計(jì)~，~。由于設(shè)計(jì)的問題，，。,即只有四個按鍵可以使用，其等效電路圖如圖5右圖所示。 、I2C總線圖6 I2C硬件設(shè)計(jì)I2C總線是一種串行數(shù)據(jù)總線，只有二根信號線，一根是雙向的數(shù)據(jù)線SDA如圖所示，另一根是時鐘線SCL。I2C總線在傳送數(shù)據(jù)過程中共有三種類型信號， 它們分別是：開始信號、結(jié)束信號和應(yīng)答信號。 開始信號：SCL為高電平時，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。. 結(jié)束信號：SCL為低電平時，SDA由低電平向高電平跳變，結(jié)束傳送數(shù)據(jù)。 延時時間大于4us。 應(yīng)答信號：接收數(shù)據(jù)的IIC在接收到8bit數(shù)據(jù)后，向發(fā)送數(shù)據(jù)的IC發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數(shù)據(jù)。CPU向受控單元發(fā)出一個信號后，等待受控單 元發(fā)出一個應(yīng)答信號，CPU接收到應(yīng)答信號后，根據(jù)實(shí)際情況作出是否繼續(xù)傳遞信號的判斷。如果一段時間內(nèi)沒有收到從機(jī)的應(yīng)答信號，則自動認(rèn)為從機(jī)已正確接收到數(shù)據(jù)。 I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時，時鐘信號為高電平期間，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定，只有在時鐘線上的信號為低電平期間，數(shù)據(jù)線上的高電平或低電平狀態(tài)才允許變化。如下圖所示 控制字節(jié)AT24C02的芯片地址（0xa0為寫，0xa1為讀）在起始條件之后，必須是器件的控制字節(jié)，其中高四位為器件類型識別符一般固定為1010，接著三位為片選，A0，A1，A2正好與芯片的1，2，3引角對應(yīng)，為當(dāng)前電路中的地址選擇線，開發(fā)板上三根地址線都為0。因此高七位是從機(jī)的地址，而第八位則是傳送方向位，0表示主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)(寫)，1表示主機(jī)接收數(shù)據(jù)(讀)，如右圖 任一地址寫入數(shù)據(jù)格式 任一地址讀取數(shù)據(jù)格式 、USB轉(zhuǎn)串口芯片（提供供電源，下載） 主要芯片PL2303 用于實(shí)現(xiàn)USB 和標(biāo)準(zhǔn)RS232 串行端口之間的轉(zhuǎn)換，完全遵從US