【文章內(nèi)容簡介】 書（ 2020） 5 ? TXD（串行輸出口） ? /INT0（外部中斷 0） ? /INT1（外部中斷 1） ? T0（記時(shí)器 0 外部輸入） ? T1（記時(shí)器 1 外部輸入） ? /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） ? /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） ? RST：復(fù)位輸入。 ? ALE/PROG：如果對(duì)外部存儲(chǔ)器進(jìn)行訪問，那么輸出的電平將用于對(duì)地址字節(jié)的鎖存。一般情況下， ALE 端輸出的為穩(wěn)定的脈沖信號(hào)。 ? /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。 ? XTAL1：內(nèi)部時(shí)鐘電路和反向振蕩放大器的輸入端口。 ? XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 圖 引腳圖 單片機(jī)引腳分配 和 用于數(shù)碼顯示； 用于蜂鳴器鬧鐘報(bào)警； 用于按鍵； RST 用于上電復(fù)位； XTAL XTAL2 用于晶振。 本設(shè)計(jì)所用主控制模塊如圖所示。 數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 6 圖 設(shè)計(jì)主控模塊 顯示模塊 顯示器由 3 個(gè)共陽兩位 LED 數(shù) 碼管組成。共陽極數(shù)碼管就是將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起，形成只有一個(gè)公共陽極揭發(fā)，當(dāng)需要用到共陽極數(shù)碼管的時(shí)候應(yīng)將公共極接 +5V 電壓，如果有一個(gè)字段的發(fā)光二極管的陰極輸入為低電平時(shí)，那么相應(yīng)字段的二極管就點(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 [11]。 LED 數(shù)碼管是用好幾個(gè)發(fā)光二極管封裝而成的，從外表上看就像一個(gè)“ 8”字型的 器件 ，內(nèi)部引線已經(jīng)連接完畢，而只是將它們的各個(gè)筆劃引出來接成公共電極 就行了。每個(gè) LED 數(shù)碼管總共有 8 個(gè)段數(shù)，其中 7 段用于對(duì)數(shù)字的顯示，還有一段是用于顯示小數(shù)點(diǎn)的。 [12] 圖 LED 顯示器的符號(hào) 圖 共陽極接線圖 本設(shè)計(jì)顯示器由 3個(gè) 2位 7段 LED數(shù)碼管組成。通過總線分別與單片機(jī)的 口和 口連接。其中 口顯示時(shí)、 口顯示分、 口顯示秒。 [13]如圖 所示： 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（ 2020） 7 圖 顯示電路 復(fù)位模塊 本設(shè)計(jì)采用自動(dòng)上電復(fù)位，電路復(fù)位后 P0－ P3口引 腳全部表現(xiàn)為高電平，特殊功能寄存器和程序計(jì)數(shù)器將全部被清零。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，單片機(jī)將從 ROM 的 00H 處開始運(yùn)行程序 [8]。復(fù)位通常是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。電路圖如圖所示： 圖 復(fù)位電路 按鍵模塊 按鍵控制模塊由 3 個(gè)按鍵組成。系統(tǒng)通過掃描按鍵是否被按下，來設(shè)定各模塊的工作情況，使計(jì)時(shí)器可以在按鍵的控制下，有序地進(jìn)行工作。設(shè)計(jì)中每個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)各自的功能，操作方式十分簡單 [9]。如圖所示： 數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 8 圖 按鍵模塊 晶振模塊 晶振模塊 的組成只有兩種元器件，一個(gè)晶振和兩個(gè)電容，兩個(gè)電容的與晶振相串聯(lián)后連接到單片機(jī)上，并接地。要是單片機(jī)能夠正常的工作，就必須要有晶振電路來給其提供時(shí)鐘頻率，而且隨著該頻率的不同單片機(jī)的工作速度也就不一樣。 圖 晶振模塊 鬧鐘模塊 鬧鐘模塊是由一個(gè) PNP 型的三極管，一個(gè)電阻和一個(gè)蜂鳴器組成的，三極管的發(fā)射極接電壓，基極經(jīng)電阻與單片機(jī)相連，集電極與蜂鳴器相連，而蜂鳴器的另一端接地。當(dāng)單片機(jī) 引腳輸出一個(gè)電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器報(bào)警，從而達(dá)到鬧鐘的功效。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（ 2020） 9 圖 鬧鐘模塊 本次設(shè)計(jì)的數(shù)字電子鐘概括講就包括以上六個(gè)基本模塊，每個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)各自的功能，互不干擾。原理圖見附錄 1， PCB 圖見附錄 4。 數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 10 4 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì) 程序流程圖 各個(gè)中斷口的首地址是在程序運(yùn)行后再設(shè)置的，緊接著中斷被開啟，中斷開啟后將比較設(shè)定時(shí)間與當(dāng)時(shí)時(shí)間，倘若兩項(xiàng)比較不一致，則顯示時(shí)鐘然后進(jìn)行掃描，并程序繼續(xù)往下執(zhí)行 [14]。倘若達(dá)到了鬧鐘設(shè)定數(shù)值，則向鬧鐘。當(dāng)外部中斷有相應(yīng)時(shí)，鬧鐘就會(huì)停止。 圖 調(diào)時(shí)鐘流程圖 顯示時(shí)鐘 是否按下一次（調(diào)時(shí)） 顯示 否按下兩次（調(diào)分） 顯示 鬧鈴比較處 開 始 Y N Y N 結(jié) 束 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（ 2020） 11 當(dāng) 按下一次調(diào)時(shí)；按下兩次調(diào)分；在此基礎(chǔ)上 按下數(shù)值加一、按下 數(shù)值減一， 設(shè)定完成之后再 顯示 。 設(shè)置鬧鐘時(shí)間 回到鬧鈴比較處 圖 設(shè)鬧鐘流程圖 開始對(duì)鬧鐘時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)，按 三次 和 、 分別對(duì) 鬧鐘 時(shí)鐘加一 或減一 ，按 四次和 、 分別對(duì)鬧鐘分鐘進(jìn)行加一或減一設(shè)置， 查看顯示值，再判斷是否退出回到鬧鈴比較處。 顯示原鬧鐘時(shí)間 按下三次 ?（調(diào)鬧鐘時(shí)） 顯示 按下四次 ?（調(diào)鬧鐘分） 顯示 是否退出 鬧鈴比較處 開 始 Y N Y N 結(jié) 束 數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 12 圖 主時(shí)鐘計(jì)時(shí)流程圖 重置初值 (20H)=0? 秒單元加 1 秒 單 元=60？ 分單元加 1，秒清零 分 單元=60？ 時(shí)單元加 1，分清零 時(shí) 單 元=24？ 時(shí)分秒單元清零 中斷返回 開 始 N N N N Y Y Y Y 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（ 2020） 13 該程序是主時(shí)鐘的中斷服務(wù)程序，先要對(duì)其設(shè)定一個(gè)初始值，查看首地址中的值是否為零，如果為零，則秒單位自動(dòng)加一，當(dāng)秒為 60 時(shí)，則分就會(huì)自動(dòng)加一 [15]。當(dāng)分為60 時(shí)，時(shí)加一。當(dāng)時(shí)為 24 時(shí)，對(duì)秒分時(shí)都清零。然后返回中斷。 秒信號(hào)發(fā) 生器是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基行，由晶振和分頻器實(shí)現(xiàn)的，將標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)送入“秒計(jì)數(shù)器”，秒計(jì)數(shù)器采用 60 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每當(dāng)累計(jì) 60 秒時(shí)發(fā)一個(gè)“分脈沖”信號(hào)，該信號(hào)作為分計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖。以此類推，分計(jì)數(shù)器與時(shí)計(jì)數(shù)器均采用同樣的方式進(jìn)行計(jì)數(shù)。 數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 14 5 系統(tǒng)調(diào)試 數(shù)字電子鐘的系統(tǒng)調(diào)試包括軟件調(diào)試，硬件調(diào)試。硬件調(diào)試包括電源模塊、顯示模塊、按鍵模塊等模塊的調(diào)式，軟件調(diào)試就是通過修改軟件程序，使電子鐘的功能完善，能滿足課題的基本要求，并提高數(shù)字電子鐘的精度。首先使用軟件仿真，并不斷的進(jìn)行調(diào)試，直到仿真結(jié)果能滿足設(shè)計(jì)的要求為止，當(dāng) 軟件調(diào)試成功了，才開始硬件電路的調(diào)試，如此進(jìn)行軟硬件聯(lián)合調(diào)試 [19]。 軟件調(diào)試 Proteus 軟件調(diào)試 PROTEUS 不僅綜合了許多模塊，而且包含了各種信號(hào)源、虛擬儀器等等。我們可以運(yùn)用其來模擬各種電路的仿真運(yùn)行 [20]。比如說有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、 RS232 動(dòng)態(tài)仿真、 I2C 調(diào)試器、 SPI 調(diào)試器、鍵盤和 LCD 系統(tǒng)仿真的功能 [21]；它還包含了專門用來精確測量與分析的高級(jí)仿真圖表。它們構(gòu)成了單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真的完整的虛擬實(shí)驗(yàn)室。 根據(jù)課題系統(tǒng) 設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行 Keil 和 Proteus 系統(tǒng)仿真，不斷調(diào)試程序，直到符合功能要求。 Proteus 總體仿真圖 51 所示。 圖 仿真圖 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（ 2020） 15 Keil 軟件調(diào)試 首選 在 Keil 軟件 中 根據(jù)設(shè)計(jì)要求 編好一個(gè)程序 代碼 ， 確保編譯沒有錯(cuò)誤后 ， 再 添加到 PROTEUS 仿真軟件中的 STC89C51 芯片中，保存，運(yùn)行，觀察是否 能 得到想要的結(jié)果 ； 如果不 能， 則回到 Keil 中 重新 改進(jìn)程序，再編譯、仿真，直至所有功能均可實(shí)現(xiàn) 為止 。 顯示時(shí)鐘功能，要能顯示時(shí)、分、秒。 清零功能，按下清零鍵當(dāng)前時(shí)間從 初始值 走起。 設(shè)置鬧鐘時(shí)間 功 能， 分別按下 S1 鍵三次和四次 ，進(jìn)行調(diào) 時(shí)和分的調(diào)節(jié) 。 鬧鈴功能， 當(dāng)達(dá) 到了設(shè)定的 鬧鐘 時(shí)間后 ， 蜂鳴器 就會(huì)不斷的 發(fā)出聲音。 硬件調(diào)試 軟件系統(tǒng)測試能夠正確的顯示時(shí)間以及鬧鐘，然后把各模塊組合在一起，就做成完整的數(shù)字電子鐘，實(shí)物圖附錄 3 所示。經(jīng)過不斷的軟硬件聯(lián)合調(diào)試，修改程序和硬件連接，最終完成的作品就能實(shí)現(xiàn)數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)所提出的功能。 數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 16 總 結(jié) 畢業(yè)設(shè)計(jì)其實(shí)是一次綜合性的實(shí)踐，它將我們所學(xué)的各種知識(shí)綜合運(yùn)用到實(shí)踐上，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中， 我通過查閱資料來擴(kuò)展所學(xué)的知識(shí)，并將它們串聯(lián)在一起，進(jìn)而加深對(duì)所學(xué) 理論知識(shí)的理解，在此基礎(chǔ)上鍛煉了操作能力。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，獲益良多。掌握了用 C 語言來編寫程序，學(xué)會(huì)了使用 Proteus 和 Keil 軟件來模擬單片機(jī)的仿真。此外，在收集、查閱、應(yīng)用文獻(xiàn)資料的過程中，學(xué)會(huì)了如何根據(jù)實(shí)際需要有選擇有價(jià)值性的資料，從而來確定能滿足系統(tǒng)要求的元件及型號(hào)。 在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，將會(huì)遇到各種各樣的問題，面對(duì)在設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的大小問題，就需要有針對(duì)性的對(duì)問題進(jìn)行分析，從而解決好每一個(gè)小問題，這樣才能確保整個(gè)系統(tǒng)的正確性。第一，要查看是不是軟件編程中出現(xiàn)了問題，如果連程序都沒有完善好，那么，程 序下載到硬件電路中，在實(shí)際操作的過程中就肯定會(huì)存在問題。找到問題所在后，自己解決不了的，可以找老師、同學(xué)一起討論研究，不斷地完善自己所設(shè)計(jì)的數(shù)字電子鐘?？傊诶碚撆c實(shí)踐相結(jié)合的過程中，只有不斷地思考和不斷地動(dòng)手實(shí)踐，才能減小理論與實(shí)踐之間的距離，將理論知識(shí)充分的運(yùn)用到實(shí)踐中去。 在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我的能力在多方面都得到了提高，尤其在單片機(jī)軟件編程及元器件的焊接制作方面受益匪淺。軟件設(shè)計(jì)是個(gè)即靈活又細(xì)膩的工作，我要細(xì)心地去發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，去不斷完善，以此來培養(yǎng)我良好的邏輯思維能力以及分析問題，解決問題 的能力。元器件焊接時(shí)，要求我在原理圖完成后一定要進(jìn)行電氣檢查，這樣可以降低錯(cuò)誤率，提高制作出來的單片機(jī)的成功率。經(jīng)過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我不僅對(duì)所學(xué)的知識(shí)有了更加深入的理解，而且還鍛煉了自己的動(dòng)手能力，這所以的一切將會(huì)為我今后的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 鹽城工學(xué)院