【文章內(nèi)容簡介】 半導體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。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)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按 能顯示多少個 “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極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極 (COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應用時應將公共極 COM 接到 +5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。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)碼管在應用時應將公共極 COM 接到地線 GND 上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮。 當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。 畢業(yè) 設(shè)計（ 論文 ） 第 20 頁 共 66 頁 1. 靜態(tài)顯示驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的 I/O 端口進行驅(qū)動，或者使用如 BCD 碼二 十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用 I/O端口多，如驅(qū)動 5 個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 58 ＝ 40根 I/O 端口來驅(qū)動，要知道一個 89S51 單片機可用的 I/O 端 口才 32 個呢：），實際應用時必須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬件電路的復雜性。 2. 動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的 8個顯示筆劃 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，位選通由各自獨立的 I/O 線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通 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，該位就 顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的 COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為 1～ 2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，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)，不會有閃爍感，動態(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。 LED 數(shù)碼管 是以發(fā)光二極管作筆段并按共陰極方式或共陽極方式連接后封裝而成的。有兩種 LED 數(shù)碼管的外形與內(nèi)部結(jié)構(gòu) — — 公共陽極和公共陰極， a～ g是 7 個筆段電極， DP為小數(shù)點。 LED 數(shù)碼管型號較多，規(guī)格尺寸也各異，顯示顏色有紅、綠、橙等。 LED 數(shù)碼管分共陽極與共陰極兩種， 共陽極 工作特點是，當筆段電極接低電平，公共陽極接高電平時，相應筆段可以發(fā)光。共陰極 LED 數(shù)碼管則與之相反，它是將發(fā)光二極管的陰極 (負極 )短接后作為公共陰極。當驅(qū)動信號為高電平才能發(fā)光。使用 LED 數(shù)碼管時，工作電流一般選 10mA 左右／段，既保證亮度適中，又不會損壞器件。本設(shè)計采用的是 7SEGMPX6CA7SEGMPX6CA是集成了的六位七段共陽極數(shù)碼 管。 畢業(yè) 設(shè)計（ 論文 ） 第 21 頁 共 66 頁 按鍵控制 當遇到停電情況，步進電機停止運行，當恢復供電后，需要改變步進電機轉(zhuǎn)速或者轉(zhuǎn)動方向來調(diào)整塔鐘指針指示到正確時間，因此需要按鍵來控制。 一共設(shè)置了 5 個按鍵，它們的名稱與功能分別如下所述： —— 使步進電機正轉(zhuǎn)，同時具有啟動電機功能 —— 使步進電機反轉(zhuǎn)，同時具有啟動電機功能 —— 使步進電機轉(zhuǎn)速加快 —— 使步進電機轉(zhuǎn)速減慢 —— 使步進電機停止轉(zhuǎn)動，同時具有復位電機初始 狀態(tài)功能 各部分芯片選擇 主控 制電路芯片選用 AT89C51，步進電機驅(qū)動選用 二 極管和電阻以及專用驅(qū)動芯片 ULN2020A，報時系統(tǒng)選用蜂鳴器報警 。 AT89C51 單片機特性 AT89C51 是一種低功耗 ,高性能的 8 位 的 CMOS 微處理器芯片 ， 片內(nèi)帶有 4K字節(jié)的閃速可編及可擦除只讀存儲器 ,簡寫為 PEROM。 該芯片的制造采用了 ATEML公司的高密度非易揮發(fā)存儲器的生產(chǎn)技術(shù) ， 并與工業(yè)標準的 80C51 指令集與管腳分布相兼容 。 片上的允許在線對程序存儲器重新編程 ， 也可用常規(guī)的非易揮發(fā)存儲芯片編程器編程 。 AT89C51 將功能多樣的 8位 CPU 與 PEROM 結(jié)合在同一個芯片上 為許多嵌人式控制應用提供了高度 靈活并且價格適宜的方案 。 這種 AT89C51具有以下標準特性 :4K字節(jié)的 PEROM,128字節(jié)的 RAM,32條 I/O線 ,兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 ,一個五源兩級的中斷結(jié)構(gòu) ,一個全雙 I 的串行口 ,片內(nèi)振蕩器與時鐘電路。 AT89C51 為 PEROM 陣列的編程提供了所有必需的時序與高電壓 ,不需要任何外部支持電路。此外 ,AT89C51 還支持兩種軟件可選的省電模式。其中閑置模式下 ,CPU 停止工作 ,但 RAM、定時器計數(shù)器、串行口與中斷系統(tǒng)仍然在起作用。在掉電模式下 ,只保存 RAM 的內(nèi)容 ,振蕩器停振 ,關(guān)閉芯片的所有其它功能 ,直到 下一次硬件復位到來。 畢業(yè) 設(shè)計（ 論文 ） 第 22 頁 共 66 頁 4 軟件部分編程 所謂時鐘計時，就是以秒，分，時為單位進行的計時，廣泛用于日常生活中。 選用的 AT89C51 的定時器 /計數(shù)器來實現(xiàn)計時，是一個非常普遍的應用。首先對幾個相關(guān)問題進行說明。 。時鐘計時的關(guān)鍵問題是秒的產(chǎn)生，因為秒是最小的時鐘單位，但使用 AT89C51 的定時器 /計數(shù)器進行定時，即使按做工作方式 1，其最大定時也只能達到 131ms，離 1s 還很遠。因此，把秒計時用硬件定時和軟件計數(shù)想結(jié)合的方法實現(xiàn)，例如把定時器的定時設(shè)定為 125ms， 這樣計數(shù) 8次就可以得到 1s，而 8 次計數(shù)可用軟件方法實現(xiàn)。 為得到 125ms 定時，可以使用定時器 /計數(shù)器 0，以工作方式 1 進行，假定單片機為 12MHz 晶振，設(shè)計數(shù)初值為 X，則有如下等式： 65536— X=125000 計算得計數(shù)初值 X=3036，二進制表示為 101111011100，十六進制表示為 0BDCH。 ，即通過中斷服務程序進行計數(shù)器溢出次數(shù)（每次 125ms）的累計，計滿 8次即得到秒計時。 。例如，秒計數(shù) 單元每次加 1，都要比較判斷是否計滿 60，則繼續(xù)計數(shù)；若計滿 60，則轉(zhuǎn)去對分計數(shù)單元加 1. 4．設(shè)置時鐘顯示緩沖區(qū)。假定時鐘時間在 6位 LED 顯示器上顯示（時，分，秒各占兩位）。因此，要在內(nèi)部 RAM 中設(shè)置 6 個單元的顯示緩沖區(qū)，從左向右依次存放時，分，秒的數(shù)值。顯示單元與 LED 顯示位的對應關(guān)系如下： LED5 LED4 LED3 LED2 LED1 LED0 75H 74H 73H 72H 71H 70H 畢業(yè) 設(shè)計（ 論文 ） 第 23 頁 共 66 頁 主程序 MAIN 主程序的主要功能是進行定時器 /計數(shù)器的初始化編程，然后通 過反復調(diào)用顯示子程序的方法，等待 125ms 定時中斷的出現(xiàn)。其流程如下圖所示。 圖 MAIN程序流程圖 MAIN 顯示緩沖清 0 定時器 0，工作方式 1 裝計數(shù)初值 定時開始 開中斷 設(shè)置循環(huán)次數(shù) 調(diào)用顯示子程序 畢業(yè) 設(shè)計（ 論文 ） 第 24 頁 共 66 頁 程序如下： ORG 8000H START:AJMP MAIN ORG 800BH AJMP PITO ORG 8100H MAIN:MOV R0,70H 顯示緩沖首地址 MOV R7,06H 顯示位數(shù) ML1:MOV @R0,00H 顯示緩沖清 0 INC R0 DJNZ R7,ML1 MOV 7AH,0AH 。放入 熄滅符 數(shù)據(jù) MOV TMOD,01H 定時器 0，工作方式 1 MOV TL0,0DCH 裝計數(shù)初值 MOV TH0,0BH SETB TR0 TR0置 1，定時開始 MOV IE,01H 允許中斷 MOV 30H,08H 設(shè)置循環(huán)次數(shù) ML0:LCALL DISPLAY 調(diào)用顯示子程序 SJMP ML0 中斷服務程序 PITO 中斷服務程序的主要功能是進行計時操作。程序開始先判斷計數(shù)溢出是否滿了 8 次，若不滿 8 次表明還沒有到達最小計時單位秒，則中斷返回；若滿 8 次表明已到達最小計時單位秒，則程序繼續(xù)向下執(zhí)行，同理進行分和時的計時。 其中計時到 1 小時的時候跳轉(zhuǎn)到報時子程序。 其流 程如下圖所示。 畢業(yè) 設(shè)計（ 論文 ） 第 25 頁 共 66 頁 圖 PITO程序流程圖 PITO 計數(shù)器重新加載 循環(huán)次數(shù)減 1 是否滿 8 次？ 秒加 1 是否滿 60s？ 秒緩沖清 0，分加 1 是否滿 60min？ 分緩沖清 0，時加 1 啟動報時程序 是否滿 24h? 時清 0 Y 返回 N N N N Y Y Y 畢業(yè) 設(shè)計（ 論文 ） 第 26 頁 共 66 頁 程序如下： PITO:MOV TL0,0DCH 計數(shù)器重新加載 MOV TH0,0BH MOV A,30H DEC A 循環(huán)次數(shù)減 1 MOV 30H,A JNZ RET0 不滿 8次，轉(zhuǎn) RETO 返回 MOV 30H,08H 滿 8次，開始計時操作 MOV R0,70H 秒顯示緩沖單元地址 ACALL DAAD1 秒加 1 MOV A,R2 加 1后秒值在 R2 中 XRL A,60H 判斷是否到 60S JNZ RET0 不到，則轉(zhuǎn) RETO 返回 ACALL CLR0 到 60S,則秒顯示緩沖單元清 0 MOV R0,72H 分顯示緩沖單元地址 ACALL DAAD1 分加 1 MOV A,R2 XRL A,60H 判斷是否到 60MIN JNZ RET0 ACALL CLR0 到 60MIN，則分顯示緩沖單元清 0 MOV R0,74H 時顯示緩沖單元地址 ACALL DAAD1 時加 1 INC R3 MOV R4,R3 ACALL ABC 跳轉(zhuǎn)到報時程序 MOV A,R2 XRL A,24H 判斷是否到 24H JNZ RET0 ACALL CLR0 到 24H，則時顯示緩沖單元清 0 畢業(yè) 設(shè)計（ 論文 ） 第 27 頁 共 66 頁 RET0:RETI CLR0:CLR A 清緩沖單元子程序 MOV @R0,A 10 位數(shù)緩沖單元清 0 DEC R0 MOV @R0,A 個位數(shù)緩沖單元清 0 RET 加 1 子程序 DAAD1 加 1 子程序用于 完成對秒，分，時的加 1 操作，中斷服務程序中在秒，分，時加 1共有 3 處調(diào)用