【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（記時器 0 外部輸入） ? T1（記時器 1 外部輸入） ? /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） ? /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） ? RST：復(fù)位輸入。 ? ALE/PROG：如果對外部存儲器進行訪問，那么輸出的電平將用于對地址字節(jié)的鎖存。一般情況下， ALE 端輸出的為穩(wěn)定的脈沖信號。 ? /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。 ? XTAL1：內(nèi)部時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 單片機引腳分配 和 用于數(shù)碼顯示； 用于蜂鳴器鬧鐘報警； 用于按鍵； RST 用于上電復(fù)位； XTAL XTAL2 用于晶振。 本設(shè)計所用主控制模塊如圖所示。 數(shù)字電子鐘的設(shè)計與實現(xiàn) 6 圖 設(shè)計主控模塊 顯示模塊 顯示器由 3 個共陽兩位 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，形成只有一個公共陽極揭發(fā)，當(dāng)需要用到共陽極數(shù)碼管的時候應(yīng)將公共極接 +5V 電壓，如果有一個字段的發(fā)光二極管的陰極輸入為低電平時，那么相應(yīng)字段的二極管就點亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮 [11]。 LED 數(shù)碼管是用好幾個發(fā)光二極管封裝而成的，從外表上看就像一個“ 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筆劃引出來接成公共電極 就行了。每個 LED 數(shù)碼管總共有 8 個段數(shù)，其中 7 段用于對數(shù)字的顯示，還有一段是用于顯示小數(shù)點的。 [12] 圖 LED 顯示器的符號 圖 共陽極接線圖 本設(shè)計顯示器由 3個 2位 7段 LED數(shù)碼管組成。通過總線分別與單片機的 口和 口連接。其中 口顯示時、 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)計說明書（ 2020） 7 圖 顯示電路 復(fù)位模塊 本設(shè)計采用自動上電復(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，單片機將從 ROM 的 00H 處開始運行程序 [8]。復(fù)位通常是由外部的復(fù)位電路來實現(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，使計時器可以在按鍵的控制下，有序地進行工作。設(shè)計中每個按鍵實現(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)計與實現(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，一個晶振和兩個電容，兩個電容的與晶振相串聯(lián)后連接到單片機上，并接地。要是單片機能夠正常的工作，就必須要有晶振電路來給其提供時鐘頻率，而且隨著該頻率的不同單片機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 PNP 型的三極管，一個電阻和一個蜂鳴器組成的，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 引腳輸出一個電平時，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器報警，從而達到鬧鐘的功效。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（ 2020） 9 圖 鬧鐘模塊 本次設(shè)計的數(shù)字電子鐘概括講就包括以上六個基本模塊，每個模塊實現(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)計與實現(xiàn) 10 4 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計 程序流程圖 各個中斷口的首地址是在程序運行后再設(shè)置的，緊接著中斷被開啟，中斷開啟后將比較設(shè)定時間與當(dāng)時時間，倘若兩項比較不一致，則顯示時鐘然后進行掃描，并程序繼續(xù)往下執(zhí)行 [14]。倘若達到了鬧鐘設(shè)定數(shù)值，則向鬧鐘。當(dāng)外部中斷有相應(yīng)時，鬧鐘就會停止。 圖 調(diào)時鐘流程圖 顯示時鐘 是否按下一次（調(diào)時） 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)計說明書（ 2020） 11 當(dāng) 按下一次調(diào)時；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)置鬧鐘時間 回到鬧鈴比較處 圖 設(shè)鬧鐘流程圖 開始對鬧鐘時間進行調(diào)節(jié)，按 三次 和 、 分別對 鬧鐘 時鐘加一 或減一 ，按 四次和 、 分別對鬧鐘分鐘進行加一或減一設(shè)置， 查看顯示值，再判斷是否退出回到鬧鈴比較處。 顯示原鬧鐘時間 按下三次 ?（調(diào)鬧鐘時） 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)計與實現(xiàn) 12 圖 主時鐘計時流程圖 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？ 時單元加 1，分清零 時 單 元=24？ 時分秒單元清零 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)計說明書（ 2020） 13 該程序是主時鐘的中斷服務(wù)程序，先要對其設(shè)定一個初始值，查看首地址中的值是否為零，如果為零，則秒單位自動加一，當(dāng)秒為 60 時，則分就會自動加一 [15]。當(dāng)分為60 時，時加一。當(dāng)時為 24 時，對秒分時都清零。然后返回中斷。 秒信號發(fā) 生器是整個系統(tǒng)的時基行，由晶振和分頻器實現(xiàn)的，將標(biāo)準秒信號送入“秒計數(shù)器”，秒計數(shù)器采用 60 進制計數(shù)器，每當(dāng)累計 60 秒時發(fā)一個“分脈沖”信號，該信號作為分計數(shù)器的時鐘脈沖。以此類推，分計數(shù)器與時計數(shù)器均采用同樣的方式進行計數(shù)。 數(shù)字電子鐘的設(shè)計與實現(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，并不斷的進行調(diào)試，直到仿真結(jié)果能滿足設(shè)計的要求為止，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源、虛擬儀器等等。我們可以運用其來模擬各種電路的仿真運行 [20]。比如說有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、 RS232 動態(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仿真圖表。它們構(gòu)成了單片機系統(tǒng)設(shè)計與仿真的完整的虛擬實驗室。 根據(jù)課題系統(tǒng) 設(shè)計要求，進行 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)計說明書（ 2020） 15 Keil 軟件調(diào)試 首選 在 Keil 軟件 中 根據(jù)設(shè)計要求 編好一個程序 代碼 ， 確保編譯沒有錯誤后 ， 再 添加到 PROTEUS 仿真軟件中的 STC89C51 芯片中，保存，運行，觀察是否 能 得到想要的結(jié)果 ； 如果不 能， 則回到 Keil 中 重新 改進程序，再編譯、仿真，直至所有功能均可實現(xiàn) 為止 。 顯示時鐘功能，要能顯示時、分、秒。 清零功能，按下清零鍵當(dāng)前時間從 初始值 走起。 設(shè)置鬧鐘時間 功 能， 分別按下 S1 鍵三次和四次 ，進行調(diào) 時和分的調(diào)節(jié) 。 鬧鈴功能， 當(dāng)達 到了設(shè)定的 鬧鐘 時間后 ， 蜂鳴器 就會不斷的 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現(xiàn)數(shù)字電子鐘設(shè)計所提出的功能。 數(shù)字電子鐘的設(shè)計與實現(xiàn) 16 總 結(jié) 畢業(yè)設(shè)計其實是一次綜合性的實踐，它將我們所學(xué)的各種知識綜合運用到實踐上，在整個設(shè)計過程中， 我通過查閱資料來擴展所學(xué)的知識，并將它們串聯(lián)在一起，進而加深對所學(xué) 理論知識的理解，在此基礎(chǔ)上鍛煉了操作能力。通過本次畢業(yè)設(shè)計，獲益良多。掌握了用 C 語言來編寫程序，學(xué)會了使用 Proteus 和 Keil 軟件來模擬單片機的仿真。此外，在收集、查閱、應(yīng)用文獻資料的過程中，學(xué)會了如何根據(jù)實際需要有選擇有價值性的資料，從而來確定能滿足系統(tǒng)要求的元件及型號。 在整個設(shè)計過程中，將會遇到各種各樣的問題，面對在設(shè)計過程中出現(xiàn)的大小問題，就需要有針對性的對問題進行分析，從而解決好每一個小問題，這樣才能確保整個系統(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，在實際操作的過程中就肯定會存在問題。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)計的數(shù)字電子鐘?？傊?，在理論與實踐相結(jié)合的過程中，只有不斷地思考和不斷地動手實踐，才能減小理論與實踐之間的距離，將理論知識充分的運用到實踐中去。 在畢業(yè)設(shè)計的過程中，我的能力在多方面都得到了提高，尤其在單片機軟件編程及元器件的焊接制作方面受益匪淺。軟件設(shè)計是個即靈活又細膩的工作，我要細心地去發(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，要求我在原理圖完成后一定要進行電氣檢查，這樣可以降低錯誤率，提高制作出來的單片機的成功率。經(jīng)過此次畢業(yè)設(shè)計，我不僅對所學(xué)的知識有了更加深入的理解，而且還鍛煉了自己的動手能力，這所以的一切將會為我今后的發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。 鹽城工學(xué)院