【文章內(nèi)容簡介】 III1 設(shè)計(jì)課題任務(wù)、功能要求說明及總體方案 設(shè)計(jì)課題任務(wù)由單片機(jī)接受控制鍵盤的控制遞增計(jì)時(shí)，數(shù)碼管顯示計(jì)時(shí)時(shí)間。顯示格式為XX（分）—XX（秒）—XX（毫秒），繪制硬件接線圖，并進(jìn)行系統(tǒng)仿真和實(shí)物板子實(shí)現(xiàn)。畫出程序流程圖并編寫程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)功能。 功能要求說明用AT89S52單片機(jī)作為主要控制芯片，以四位一體共陽極數(shù)碼顯示管通過三極管驅(qū)動作為顯示部分，設(shè)計(jì)一個(gè)具有特定功能的數(shù)字式秒表。該數(shù)字式秒表上電或按鍵復(fù)位后能自動顯示系統(tǒng)提示符“P.”，進(jìn)入準(zhǔn)備工作狀態(tài)。該數(shù)字式秒表應(yīng)具有開始、暫停、連續(xù)、清零和停止功能。 設(shè)計(jì)課題總體方案介紹及工作原理說明使用AT89S52單片機(jī)作為核心控制部件，采用12M晶體振蕩器及微小電容構(gòu)成振蕩電路；用兩個(gè)四位一體共陽極數(shù)碼顯示管作為顯示部分，構(gòu)成數(shù)字式秒表的主體結(jié)構(gòu)，配合獨(dú)立式鍵盤和復(fù)位電路完成此秒表的復(fù)位、計(jì)時(shí)、連續(xù)、清零、停止各項(xiàng)功能。對于時(shí)鐘，它有兩方面的意義：一是指為保障系統(tǒng)正常工作的基準(zhǔn)振蕩定時(shí)信號，主要由晶振和外圍電路組成，晶振頻率的大小決定了單片機(jī)系統(tǒng)工作的快慢；二是指系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)時(shí)鐘，即定時(shí)時(shí)間，它通常有兩種實(shí)現(xiàn)方法：一是用軟件實(shí)現(xiàn)，即用單片機(jī)內(nèi)部的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)，但誤差很大，主要用在對時(shí)間精度要求不高的場合；二是用專門的時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)，在對時(shí)間精度要求很高的情況下，通常采用這種方法。LED數(shù)碼顯示器有兩種連接方法：共陽極接法，把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極，使用時(shí)公共陽極接+5V，每個(gè)發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。共陰極接法，把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極，使用時(shí)公共陰極接地。每個(gè)發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。鍵盤部分方案：鍵盤控制采用獨(dú)立式按鍵，每個(gè)按鍵的一端均接地，另一端直接和P1口相連，在按鍵和P1口之間通過10K電阻與+5V電源相連。鍵盤通過檢測輸入線的電平狀態(tài)就可以很容易地判斷哪個(gè)鍵被按下了，這種方法操作速度高而且軟件結(jié)構(gòu)很簡單，比較適合按鍵較少或者操作速度較高的場合，這種獨(dú)立式接口的應(yīng)用很普遍。顯示部分方案：顯示部分采用動態(tài)顯示。數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)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(gè)顯示筆畫“a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端連在一起，另外為每個(gè)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(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字型碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機(jī)對位選通COM端電路的控制，所有我們只要將需要顯示數(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。通過分的時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。動態(tài)顯示是利用人眼視覺暫留特性來實(shí)現(xiàn)顯示的。事實(shí)上，顯示器上任何時(shí)刻只有一個(gè)數(shù)碼管有顯示。由于各數(shù)碼管輪流顯示的時(shí)間間隔短、節(jié)奏快，人的眼睛反應(yīng)不過來，因此看到的是連續(xù)顯示的現(xiàn)象。為防止閃爍延時(shí)的時(shí)間在1ms左右，不能太長，也不能太短。本設(shè)計(jì)可采用P0口直接驅(qū)動八段數(shù)碼管顯示。此方案成本低，而且單片機(jī)的I/O口占用較少，可以節(jié)約單片機(jī)接口資源，而且功耗更低。此電路采用單片機(jī)的P0口作為數(shù)碼顯示管的段控，采用P2口作為數(shù)碼管的位控。8個(gè)獨(dú)立式鍵盤分別接在單片機(jī)的P1口上，以及其他部分構(gòu)成數(shù)字式秒表的硬件電路。通過編寫程序使用單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器，以及軟件延時(shí)，中斷資源來實(shí)現(xiàn)秒計(jì)時(shí)和相關(guān)控制。此數(shù)字式秒表的硬件整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。復(fù)位電路振蕩電路電源AT89S52驅(qū)動電路數(shù)碼顯示限流獨(dú)立式鍵盤圖1 數(shù)字式秒表的硬件結(jié)構(gòu)圖2 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 硬件系統(tǒng)各模塊功能簡要介紹 AT89S52簡介（1）與MCS51產(chǎn)品相兼容；（2）具有8KB可改寫的Flash內(nèi)部程序存儲器，可擦寫1000次；（3）256字節(jié)內(nèi)部RAM；（4）32根可編程I/O口；（5）3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；（6） 8個(gè)中斷源；（7）可編程中串行口；（8）低功耗空閑掉電方式。它的價(jià)格便宜，功能強(qiáng)大，能耗低。很大程度上減少總電路的復(fù)雜性，提高了所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其芯片引腳圖如圖2所示。圖2 單片機(jī)AT89S52引腳圖 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號，單片機(jī)本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作。在AT89S52芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳ATAL1，輸出端為引腳XTAL2，在芯片的外部通過這兩個(gè)引腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。此電路采用12MHz的石英晶振。 鍵盤電路此設(shè)計(jì)使用獨(dú)立式鍵盤接在單片機(jī)的P1口上但通過軟件賦予其中五個(gè)按鍵功能，其中S2是開始鍵，S3是暫停鍵，S4繼續(xù)計(jì)時(shí)鍵，S5是停止鍵，S6是清零鍵。注意使用時(shí)只有在暫停狀態(tài)下才能繼續(xù)計(jì)時(shí)，在停止時(shí)不能繼續(xù)計(jì)時(shí)。 復(fù)位電路的選擇 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是把PC初始化為0000H,使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵以重新啟動。RST引腳是單片機(jī)復(fù)位信號的輸入端，復(fù)位信號是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24個(gè)振蕩周期（即2個(gè)機(jī)器周期）以上，使用頻率為12MHz的晶振，則復(fù)位信號持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過2us才能完成復(fù)位操作。復(fù)位操作上有電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種方式。上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。按鍵電平復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與Vcc電源接通而實(shí)現(xiàn)的。在本設(shè)計(jì)中采用了按鍵電平復(fù)位方式，其復(fù)位電路如圖24所示。 驅(qū)動及顯示電路數(shù)碼管實(shí)際上是由二極管構(gòu)成發(fā)光二極管正常工作時(shí)，正向電流約為10mA，為了使數(shù)碼管達(dá)到一定的亮度而又不至于由于電流過大而損壞，我們使用三極管S8550作為數(shù)碼管的驅(qū)動，同時(shí)在P0口和P2口上串上470Ω的電阻。此處使用四位一體共陰極數(shù)碼管，由于驅(qū)動電路決定了此處共陰極數(shù)碼管和共陽極數(shù)碼管均可采用而且均采用共陽極代碼來編寫顯示程序。 單片機(jī)下載口電路下載口主要是一個(gè)十芯的底座，可以通過使用USB下載線對單片機(jī)進(jìn)行程序下載。 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖 電路圖原理此處電路原理圖以及PCB原理圖的繪制均使用protel99完成，protel99提供一個(gè)集成的設(shè)計(jì)環(huán)境，包括原理圖設(shè)計(jì)和PCB布線工具。根據(jù)硬件接線要求設(shè)計(jì)繪制電路原理圖及PCB。具體電路圖見附錄 PCB圖PCB圖設(shè)計(jì)時(shí)，首先要使元器件盡量少，這樣既可以節(jié)約材料，又可以使布線更加短，減少干擾，同時(shí)還應(yīng)該注意盡量減少線路之間的寄生電容和電感，布線時(shí)需要將線寬設(shè)置得比較寬這樣可以提高腐蝕電路板時(shí)的成功率，焊盤大小也要設(shè)置的比較大，這樣在腐蝕環(huán)節(jié)和焊接環(huán)節(jié)比較容易成功。不易出現(xiàn)短線的現(xiàn)象和焊盤剝離的現(xiàn)象。雙面布線時(shí)芯片和針腳多的元件需將焊接點(diǎn)置于底層，這樣才能比較方便焊接。電路板PCB圖見附錄。 元器件布局圖 圖見附錄 元器件清單 圖見附錄3 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 使用單片機(jī)資源情況本次電子鐘設(shè)計(jì)除了使用單片機(jī)工作所必須的硬件資源（如連接晶振的引腳XTAL1和XTAL2，復(fù)位引腳RESET）外，對單片機(jī)的硬件資源還做了具體的安排。（1） P0口：。（2） P1口：。（3） P2口：。（4） 使用通用寄存器RO、R1來延時(shí)，R2R7作為數(shù)據(jù)的保護(hù)和處理。（5） ， 軟件系統(tǒng)各模塊功能簡要介紹顯P程序和鍵掃程序（主程序，顯示P，也判斷有無鍵按下，若有，則跳轉(zhuǎn)相應(yīng)標(biāo)志地方執(zhí)行相應(yīng)程序）數(shù)碼管顯示程序（顯示當(dāng)前的各位的數(shù)據(jù)情況）數(shù)據(jù)處理程序（讓秒表的每個(gè)位隨時(shí)間變化并保存在寄存器里）KS（鍵掃描子程序）DL（毫秒延時(shí)子程序）TAB(共陽數(shù)碼管字型代碼表) 軟件系統(tǒng)程序流程框圖 顯P程序和鍵掃程序開始開啟位控給段控賦顯示P的值有無按鍵按下YNNNNN跳轉(zhuǎn)并執(zhí)行相應(yīng)的程序YYYYY圖3 顯P程序和鍵掃程