【正文】 接口技術(shù)課程設(shè)計(jì) 1 單片機(jī)原理與接口技術(shù) 課 程 設(shè) 計(jì) 成績(jī)?cè)u(píng)定表 設(shè)計(jì)課題 ： 基于 89C51 的數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì) 學(xué)院名稱 ： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) ： 自動(dòng) F1106 學(xué)生姓名 ： 學(xué) 號(hào) ： 指導(dǎo)教師 ： 設(shè)計(jì)地點(diǎn) ： 31630 設(shè)計(jì)時(shí)間 ： 20201216～ 20201227 指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 成績(jī) : 簽名： 年 月 日 單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì) 2 單片機(jī)原理與接口技術(shù) 課 程 設(shè) 計(jì) 課程設(shè)計(jì)名稱： 基于 89C51 的數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì) 專 業(yè) 班 級(jí) ： 自動(dòng) F1106 學(xué) 生 姓 名 ： 學(xué) 號(hào) ： 指 導(dǎo) 教 師 ： 課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 課程設(shè)計(jì)時(shí)間： 20201216～ 20201227 單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì) 3 單片機(jī)系統(tǒng) 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 學(xué)號(hào) 題 目 基于 89C51 的數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì) 課題性質(zhì) 工程設(shè)計(jì) 課題來(lái)源 自擬 指導(dǎo)教師 主要內(nèi)容 （參數(shù)） 利用 89C51 設(shè)計(jì)一種 數(shù)字電子鐘 ， 實(shí)現(xiàn)以下功能： 能夠準(zhǔn)確顯示年、月、日、秒、分、時(shí)及星期 ； 可隨時(shí)進(jìn)行時(shí)間調(diào)整，完成準(zhǔn)確的校時(shí)； 達(dá)到整點(diǎn)時(shí)，蜂鳴器發(fā)出鈴聲報(bào)時(shí)； 任務(wù)要求 （進(jìn)度） 第 12 天：熟悉課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求，查閱技術(shù)資料，完成數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)的任務(wù)書。 附錄一：系統(tǒng)原理圖 ................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。怎樣讓時(shí)鐘更好的為人民服務(wù)，這就要求人們不斷設(shè)計(jì)出新型時(shí)鐘。 設(shè)計(jì)思 想及基本功能 本設(shè)計(jì)在實(shí)現(xiàn)一般的數(shù)字電子鐘的要求前提下，結(jié)合單片機(jī)知識(shí)以及電路知識(shí)，本著使電路工作穩(wěn)定，降低能耗，減少器件的使用，節(jié)約成本，現(xiàn)實(shí)使用價(jià)值高的原則而設(shè)計(jì)。 方案二： 采用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示，點(diǎn)陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對(duì)于顯示文字比較適合 ,如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費(fèi) ,且價(jià)格也相對(duì)較高 ,所以也 單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì) 8 不用此種作為顯示。利用人的視覺(jué)暫留功能可以看到整個(gè)顯示，但必須保證掃描速度足夠快，字符才不閃爍。 方案二： 采用 DS1302 時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘， DS1302 芯片是一種高性能的時(shí)鐘芯片，可自動(dòng)對(duì)秒、分、時(shí)、日、周、月、年以及閏年補(bǔ)償?shù)哪?進(jìn)行計(jì)數(shù)，而且精度高 ,RAM做為數(shù)據(jù)暫存區(qū)，工作電壓 ～ 范圍內(nèi)， 時(shí)耗電小于 300nA. 從時(shí)間計(jì)時(shí)的精度以及提高單片機(jī)工作效率角度考慮，本設(shè)計(jì)采用方案二。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，因此只需外接晶振源，就能產(chǎn)生一定頻率的時(shí)鐘信號(hào)送到單片機(jī)的內(nèi)部的各個(gè)單元。在復(fù)位電路中提供復(fù)位信號(hào)，等到系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，再撤銷復(fù)位信號(hào)。在測(cè)量控制系統(tǒng)中，特別是長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人職守的測(cè)控系統(tǒng)中，經(jīng)常需要記錄某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)及其出現(xiàn)的時(shí)間。 ～ 電壓工作范圍； 對(duì)于小于 31 天的月和月末的日期自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，還包括閏年校正的功能。在開(kāi)始 8個(gè)時(shí)鐘周期，把命令字節(jié)裝入移位寄存器之后，另外的時(shí)鐘周期在讀操作時(shí)輸出數(shù)據(jù)，在寫操作時(shí)寫入數(shù)據(jù)。位 6如果為 0，則表示存取日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)； 為 1 表示存取 RAM 數(shù)據(jù)。必須按數(shù)據(jù)傳送的次序?qū)懽钕鹊?8個(gè)寄存器。如果斷電時(shí)間較短（幾小時(shí)或幾天），可以用漏電較小的普通電解電容代替（ 100μ F就可以保證 1 小時(shí)的正常走時(shí)），本設(shè)計(jì)采用 3V 的鋰電子電池。閉合和釋放過(guò)程都要經(jīng)過(guò)一定的過(guò)程才能達(dá)到穩(wěn)定，這一過(guò)程是處于高、低電平之間的一種不穩(wěn)定狀態(tài)，稱為抖動(dòng)。 顯示電路 顯示電路中用到的元器件介紹： （ 1）數(shù)碼管 LED LED 顯示器由若干個(gè)發(fā)光二極管組成，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)筆畫或一個(gè)點(diǎn)就發(fā)光。透過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè) LED 數(shù)碼管的 COM 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)。三態(tài)總線驅(qū)動(dòng)輸出 單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì) 18 74573的引腳圖如下： 圖 362 74573 引腳圖 顯示電路設(shè)計(jì)： 本設(shè)計(jì)采用 16 個(gè)共陰極數(shù)碼管，其中 DS1DS4 顯示年， DS5DS6 顯示月，DS7DS8 顯示日， DS9DS10 顯示時(shí)， DS11DS12 顯示分， DS13DS14 顯示秒， DS15顯示星期， DS16 用于整點(diǎn)報(bào)時(shí)時(shí)的閃爍位。 主程序軟件設(shè)計(jì) 流程圖如圖 41所示，可以看到主程序采用模塊化設(shè)計(jì)。 當(dāng)有鍵按下時(shí)，調(diào)用 10ms 延時(shí)程序，再判斷是否有鍵按下無(wú)則返回，若有先調(diào)用顯示程序再判斷是否松開(kāi)，否則再轉(zhuǎn)到顯示程序，這樣避免了在按鍵松開(kāi)之前能正常顯示。所有時(shí)序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。在串行時(shí)鐘的下降沿，DS1302 向 I/O 端口輸出一位數(shù)據(jù)， 8個(gè)串行時(shí)鐘脈沖就可以輸出一字節(jié)的數(shù)據(jù)。當(dāng)四個(gè)標(biāo)志位均為 1時(shí)，則啟動(dòng)報(bào)時(shí)，在此僅用蜂鳴器蜂鳴 10s 代替。 本設(shè)計(jì)是在 Proteus 軟件和 Wava6000 軟件相結(jié)合調(diào)試的，完全用仿真軟件 單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì) 26 在 PC 機(jī)上對(duì)目標(biāo)電路原理圖和程序進(jìn)行檢測(cè)和調(diào)試。關(guān)于調(diào)試工作，大體上可以分為四步： 單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì) 27 步驟一：線路檢查。最好在電源與其余電路之間串接一個(gè)電流表。 圖 52 硬件調(diào)試實(shí)物圖 單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì) 28 6 總結(jié) 不知不覺(jué)，為期兩周的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束，在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中收獲真的很多。自己感覺(jué)本設(shè)計(jì)就在萬(wàn)年歷、時(shí)間牌等方面，具有現(xiàn)實(shí)實(shí)用價(jià)值。 軟件設(shè)計(jì)是核心部分，具有多樣化，靈活性高，易移植等優(yōu)點(diǎn)，要深深理會(huì)各指令的含義才能更加熟練應(yīng)用，中斷的合理利用可以減少 CPU 利用資源，具有執(zhí)行效率高等優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)用到定時(shí)器中斷以減少對(duì) CPU的占用，更好的處理其他功能。 步驟四：檢查芯片的邏輯關(guān)系是否出錯(cuò)。調(diào)試的方法有兩種：一種是斷開(kāi)樣機(jī)穩(wěn)壓電源的輸出端，檢查空載時(shí)電源工作情況；另一種是拔下樣機(jī)上的主要集成芯片，檢查電源的負(fù)載能力（用假負(fù)載）。 整體程序調(diào)試：即把各子程序整體連起來(lái)進(jìn)入到綜合電路調(diào)試，看是否能實(shí)現(xiàn)預(yù)計(jì)的功能顯示。通過(guò)軟件和硬件相結(jié)合系統(tǒng)即可運(yùn)行。此時(shí)定時(shí)器采用定時(shí)中斷的工作方式，這樣可以充分利用 CPU 資源。如果在傳送過(guò)程中 RST置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送， I/O 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。 K2 為加 1 鍵， K3 為減 1 鍵， K4 為總返回鍵，即在調(diào)時(shí)見(jiàn)時(shí)不用只有按下 K1 鍵值為 8 才返回，而通過(guò)按下 K4鍵即可返回。 （ 2）寄存器的 初始化主要是初始化執(zhí)行程序時(shí)用到的部分 RAM 空間，防止程序執(zhí)行時(shí)帶來(lái)混亂。兩個(gè)譯碼器的 16個(gè)輸出端分別接 16 個(gè)數(shù)碼管，用于 LED 的位選端。當(dāng)使能為低時(shí)，輸出將鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平上。 74HC138 封裝如圖 361所示。將各段發(fā)光二極管連在一起的叫共陽(yáng)極顯示器，用低電平驅(qū)動(dòng)；將陰極連在一起的叫共陰極顯示器，用高電平驅(qū)動(dòng)。 單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì) 16 K1S W P BK2S W P BK3S W P BK4S W P BR51KR61KR71KR81KV C CP 1. 0P 1. 1P 1. 2P 1. 3 圖 35 鍵盤電路 各按鍵對(duì)應(yīng)的功能如下： （ 1） K1 鍵為功能移位鍵，依據(jù)按下的次數(shù)對(duì)應(yīng)選中調(diào)節(jié)年、月、日、時(shí)、分、秒或者星期，具體在鍵盤子程序中詳細(xì)介紹。 V c c 21X12X23GND4V c c 18S C L K7I / O6R S T5U4D S 1 30 2Y132 .7 68B T 13VC40. 1u FV C CB A T T +S C L KI / OR S T 圖 346 DS1302 時(shí)鐘電路 鍵盤電路 本設(shè)計(jì)用到四個(gè)獨(dú)立式鍵盤分別接到 P1 口的低 4 位，為保證 P1 口低 4位在按鍵無(wú)按下時(shí)為高電平，特在 P1 口的低四位外接上拉電阻。 圖 344數(shù)據(jù)讀 寫程序 DS1302 共有 12 個(gè)寄存器，其中有 7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為 BCD 碼形式，其日歷、時(shí)間寄存器及其控制字見(jiàn)表 345，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作。 圖 343 控制字節(jié)的含義 為了提高對(duì) 32 個(gè)地址的尋址能力（地址 /命令位 1～ 5＝邏輯 1），可以把時(shí)鐘 /日歷或 RAM 寄存器規(guī)定為多字節(jié)（ burst）方式。只有在SCLK 為低電平時(shí)，才能將 RST 置為高電平。 DS1302 由 VCC1或 VCC2中較大者供電?？蛇x的慢速充電（至 VCC1）的能力。 DS1302 的性能特性如下： R31 0 KR42 0 0K0S W P BV C C+C72 2 u FR E T 圖 33 復(fù)位電路圖 時(shí)鐘電路 DS1302 芯片介紹 低功耗時(shí)鐘芯片 DS1302 可以對(duì)年、月、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能。晶振電路如下 圖所示。在這個(gè)電路中采用了三端集成穩(wěn)壓器 LM7805，可以輸出 5V的直流電壓以供給單片機(jī)。 本設(shè)計(jì)采用 LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描 ,由于 LED數(shù)碼管價(jià)格適中 ,對(duì)于顯示數(shù)字最合適 ,而且采用動(dòng)態(tài)掃描法與單片機(jī)連接時(shí) ,占用的單片機(jī)口線少，所以本設(shè)計(jì)采用方案四。靜態(tài)顯示時(shí)較小的電流能獲得較高的亮度，且字符不閃爍。 （ 4）使用 LED 顯示時(shí)間參數(shù)。 本文設(shè)計(jì)的日歷和時(shí)鐘的顯示廣泛用于小型智能家用電子產(chǎn)品，如電子鐘。單片機(jī)以其高可靠性、高性價(jià)比、低電壓、低功耗等一系列優(yōu)點(diǎn)，近幾年得到迅猛發(fā)展和大范圍推廣，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)、通訊設(shè)備、日常消費(fèi)類產(chǎn)品和玩具等。第 8 天：實(shí)驗(yàn)室調(diào)試。 第 910 天：撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。并且已經(jīng)深入到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)以及人民生活的各個(gè)方面，如車間流水線控制、自動(dòng)化系統(tǒng)等、智能 型家用電器（冰箱、空調(diào)、彩電）等。 利用單片機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 DS1302 進(jìn)行記時(shí)，外加整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路和顯 單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì) 7 示電路，可實(shí)現(xiàn)時(shí)間的調(diào)整和顯示。 (5)上電后，電子鐘顯示“ 2020 年 12 月 31 日 23 時(shí) 59分 59秒 星期 2”。但當(dāng)所顯示的位數(shù)較多時(shí)，靜態(tài)顯示所需的 I/O 口太多，造成了資源的浪費(fèi)。 時(shí)鐘芯片的選擇方案和論證 方案一： 直接采用單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)器提供秒信號(hào)，使用程序?qū)崿F(xiàn)年、月、日、星期、時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)。 T1T R A N S 11234D1B R I D G E 1V