【文章內(nèi)容簡介】 ；對于具有驅(qū) 動電路和單片機(jī)接口的LCD 顯示模塊，一般多采用并行接口，對單片機(jī)的接口要求較高，占用資源多；另外， AT89C51 單片機(jī)本身沒有專門的 LCD 驅(qū)動接口。而 LED 數(shù)碼管作為一種主動顯示器件，具有結(jié)構(gòu)簡單、亮度高、響應(yīng)速度快、價格便宜、易于購買等優(yōu)點(diǎn)，而且有遠(yuǎn)距離視覺效果，很適合夜間或者遠(yuǎn)距離操作。因此在本設(shè)計中，我們采用兩個 3 位數(shù)碼管作為顯示介質(zhì)。 數(shù)碼管顯示可以分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。由于本設(shè)計需要采用兩個三位數(shù)碼管顯示時間，如果靜態(tài)顯示則占用的口線多，硬件電路復(fù)雜，所以采用動態(tài)顯示。 動態(tài)顯示是一位一位地 輪流點(diǎn)亮各位數(shù)碼管，這種逐位點(diǎn)亮顯示器的方式稱為位掃描。通常各位數(shù)碼管的段選線相應(yīng)并聯(lián)在一起，由一個 8 位的 I/O 口控制；各位的公共陰極位選線由另外的 I/O 口線控制。動態(tài)方式顯示時，各數(shù)碼管輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示必須采用掃描方式，即在某一時刻只選通一位數(shù)碼管并送出相應(yīng)的段碼，在另一時刻選通另一數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼，依次規(guī)律循環(huán)，即可以使各位數(shù)碼管顯示將要顯示的字符，雖然這些字符是在不同時刻分別顯示，但由于人眼存在視覺暫留效應(yīng)，只要每位顯示間隔足夠短就可以給人同時顯無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 電子秒表的設(shè)計 11 示的感覺。數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)及字形碼表如圖 25 所示。在設(shè)計中，我們采用 LED 圖 25 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖 動態(tài)顯示，用 P0 口驅(qū)動顯示。 由于 P0 口的輸出級是開漏電路，用它驅(qū)動時需要外接上拉電阻才能輸出高電平。電路如圖 26 所示。 圖 26 顯示電路 電源電路 電源電路是 系統(tǒng) 最基本 的部分 ，任何電路都離不開電源部分 ，由于三端集成a bcdegGNDfdpGNDabcefgddpabcdefgdpdpgfedcba＋ 5V（a ） （b ）無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 電子秒表的設(shè)計 12 穩(wěn)壓器件所組成的穩(wěn)壓電源線路簡單，性能穩(wěn)定，工作可靠，調(diào)整方便，已逐漸取代分立元件，在生產(chǎn)中被廣泛采用。 系統(tǒng)硬件控制電路 系統(tǒng)總電路由以上設(shè)計的顯示電路，時鐘電路，按鍵電路和復(fù)位電路組成，只要將單片機(jī)與 以上各部分電路合理的連接就組成了系統(tǒng)總電路。系統(tǒng)總電路圖如圖 27 所示。 AT89C51 單片機(jī)為主電路的核心部分，各個電路均和單片機(jī)相連接，由單片機(jī)統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)各個電路的運(yùn)行工作。 AT89C51 單片機(jī)提供了 XTAL1 和 XTAL2 兩個專用引腳接晶振電路，因此只要將晶振電路接到兩個專用引腳即可為單片機(jī)提供時鐘脈沖，但在焊接晶振電路時要盡量使晶振電路靠近單片機(jī)，這樣可以為單片機(jī)提供穩(wěn)定的始終脈沖。 圖 27 系統(tǒng)總電路圖 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 電子秒表的設(shè)計 13 復(fù)位電路同晶振電路，單片機(jī)設(shè)有一個專用的硬件復(fù)位接口，并設(shè)置為高電平有效。 按鍵電路與單 片機(jī)的端口連接可以由用戶自己設(shè)定，本設(shè)計中軟件復(fù)位鍵和查看鍵分別接單片機(jī)的 和 ，均設(shè)為低電平有效。而另外的開始鍵和暫停鍵兩鍵使用了外部中斷，所以需要連接到單片機(jī)的特殊接口 和 ，這兩個 I/O 口的第二功能分別為單片機(jī)的外部中斷 1 端口和外部中斷 0 端口。同樣設(shè)置為位低電平有效。 顯示電路由五位數(shù)碼管組成，采用動態(tài)顯示方式，因此有 8 位段控制端和 5位位控制端，八位段控制接 P0 口， ~ 分別控制數(shù)碼顯示管的 a、 b、 c、 d、e、 f、 g、 dp 顯示， AT89C52 的 P0 口沒有集成上拉電阻 ，高電平的驅(qū)動能力很弱，所以需要接上拉電阻來提高 P0 的高電平驅(qū)動能力。五位位控制則由低位到高位分別接到 ~ 口， NPN 三極管 9013 做為位控制端的開關(guān)，當(dāng) ~端口任意一個端口為高電平時，與其相對應(yīng)的三極管就導(dǎo)通，對應(yīng)的數(shù)碼管導(dǎo)通顯示。 通過以上設(shè)計已經(jīng)將各部分電路與單片機(jī)有機(jī)的結(jié)合到一起，硬件部分的設(shè)計以大功告成，剩下的部分就是對單片機(jī)的編程，使單片機(jī)按程序運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)數(shù)字電子秒表的全部功能。 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 電子秒表的設(shè)計 14 第三章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計 待硬件電路接線完成后，通?？上染帉懞唵蔚臏y試程序 對硬件電路進(jìn)行測試，排除硬件電路設(shè)計中存在的錯誤。然后根據(jù)設(shè)計任務(wù)的要求確定系統(tǒng)程序的整體結(jié)構(gòu)，盡可能采用模塊化程序設(shè)計的方法，將任務(wù)劃分為相對獨(dú)立的功能模塊，明確各模塊的功能、時間順序和相互關(guān)系，并畫出各程序模塊的流程圖，根據(jù)流程圖逐一編寫程序，最后將各個模塊連接成完整的程序。 程序設(shè)計的主要思想 本設(shè)計決定采用 C 語言進(jìn)行編寫。首先是考慮到對 C 語言程序的編寫比匯編要熟識的多，當(dāng)然對于程序的編寫 C 語言也會方便簡單易懂的多。 C 語言的特點(diǎn)： （ 1）程序結(jié)構(gòu)簡潔、緊湊、規(guī)整，表達(dá)式簡練、使用靈活。 （ 2） 編寫的程序可讀性強(qiáng)，編譯效率高。 （ 3）具有豐富的運(yùn)算符，多達(dá) 34 種。豐富的數(shù)據(jù)類型與豐富的運(yùn)算符相結(jié)合，使 C 語言具有表達(dá)靈活和效率高等特點(diǎn)。 （ 4）數(shù)據(jù)類型種類繁多。 C 語言具有 5 種基本的數(shù)據(jù)類型和多種構(gòu)造數(shù)據(jù)類型以及復(fù)合的導(dǎo)出類型，同時還提供了與地址密切相關(guān)的指針機(jī)器運(yùn)算符。指針可以指向各種類型的簡單變量、數(shù)組、結(jié)構(gòu)和聯(lián)合，乃至函數(shù)等。此外， C 語言還允許用戶自己定義數(shù)據(jù)類型。 （ 5）是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計語言，特別適合大型程序的模塊化設(shè)計。 C 語言具有編寫結(jié)構(gòu)化程序所必需的基本流程控制語句， C 語言程序是由函數(shù) 集合構(gòu)成的，函數(shù)各自獨(dú)立，并且作為模塊化設(shè)計的基本單位。 說明： C 語言的源文件，可以分割成多個源程序，分別進(jìn)行編譯，然后連接起來構(gòu)成可知性的目標(biāo)文件，為開發(fā)大型軟件提供了極大的方便。 C 語言還提供了多種存儲屬性，使數(shù)據(jù)可以按其需要在相應(yīng)的作用域起作用，從而提高了程序的可靠性。 （ 6）語法限制不太嚴(yán)格，程序設(shè)計自由度大。例如，對數(shù)組下標(biāo)越界不作檢查，由程序編寫者自己保證程序的正確。一般的高級語言語法檢查比較嚴(yán)，能檢測出幾乎所有的語法錯誤，而 C 語言允許程序編寫者有較大的自由度，因此無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 電子秒表的設(shè)計 15 放寬了語法的檢查。程序員應(yīng)當(dāng)仔 細(xì)檢查程序，保證其正確，而不要過分依賴 C語言編譯程序去查錯。 （ 7）允許直接訪問物理地址，能進(jìn)行位（ bit）操作，能實(shí)現(xiàn)匯編語言的大部分功能，可以直接對硬件進(jìn)行操作。因此， C 語言既具有高級語言的功能，又兼容低級語言的許多功能，可用來編寫系統(tǒng)軟件。 （ 8）生成的目標(biāo)代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高。它一般只比匯編程序生成的目標(biāo)代碼率低 10%～ 20%。 （ 9）具有較高的可移植性。它的語句基本上無須修改就能用于各種型號的計算機(jī)和各種操作系統(tǒng)。 C 語言是處于匯編語言和高級語言之間的一種中間型程序設(shè)計語言，常被稱為中級語 言。它既有高級語言的基本特點(diǎn)，又具有匯編語言面向硬件和系統(tǒng)，可以直接訪問硬件的功能。 程序流程圖設(shè)計 這里采用順序結(jié)構(gòu)，通過對按鍵的掃描，判斷要實(shí)現(xiàn)什么功能。如圖 31 所示。 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 電子秒表的設(shè)計 16 圖 31 程序流程圖 軟件程序的仿真 Proteus ISIS 是英國 Labcenter 公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件 ，它 可以仿真、分析 (SPICE)各種模擬器件和集成電路 。 該軟件的 主要 特點(diǎn) 總結(jié)后有以下四點(diǎn) ： ① 實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和 SPICE 電路仿真相結(jié)合 的功能 。 ② 支持 目前 主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。 ③ 提供 了 軟件調(diào)試功能 ，并可以 與 WAVE 聯(lián)合仿真調(diào)試 。④ 具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能?？傊?，該軟件是一款集單片機(jī)和 SPICE 分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。 在電子領(lǐng)域中也起到了很大的作用，它的出現(xiàn)仿真不需要先焊接電路，可以先仿真調(diào)試通過后在焊電路，節(jié)省了不少在硬件調(diào)試上所花的時間。 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 電子秒表的設(shè)計 17 Proteus ISIS 的工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的 Windows 界面。 它 包括標(biāo)題欄、主菜單、狀態(tài)欄、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、繪圖工具欄、對象選擇按鈕、預(yù)覽對象方位控制按鈕、仿真進(jìn)程控制按鈕、預(yù)覽窗口、對象選擇器窗口、圖形編輯窗口 等十幾個工具，方便了使用者的使用 。 Proteus ISIS 繪制原理圖的操作與 Protel 99se 繪制原理圖的操作基本相同，在這里就不再作贅述。下面拿本設(shè)計中的一個仿真例子作簡述說明。運(yùn)行 Proteus ISIS 后，繪制 病床呼叫系統(tǒng) 的原理圖 。 首先打開已經(jīng)畫好的 proteus DSN 文件，雙擊圖中的 AT89C51 芯片，就彈出一個窗口，在 Program File 項中通過路徑選擇在 WAVE 中生成的 HEX 文件，雙擊選中后確定，這樣仿真圖中的 AT89C51 芯片就已經(jīng)讀取了本設(shè)計中的 HEX 文件。單擊 “三角形按鈕 ”進(jìn)行仿真。 通過對仿真結(jié)果的觀察來對程序進(jìn)行修改， 最終使程序到達(dá)設(shè)計要求。 仿真圖如圖 32 所示。 圖 32 仿真圖 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 電子秒表的設(shè)計 18 第四章 系統(tǒng)調(diào)試 軟件程序編譯與調(diào)試 （ 1）輸入源程序 打開 keil軟件，輸入源程序，輸入時應(yīng)以西文方式輸入字母和符號，且中文注釋前要加分號。 （ 2）對源程序進(jìn)行編譯和糾錯 根據(jù)自動編譯提供的錯誤信息逐條糾正錯誤，直至編譯信息提示 “錯誤 (0)”，編譯結(jié)束。 （ 3）確定調(diào)試方案 在調(diào)試程序前一定要認(rèn)真分析源程序，明確各功能程序運(yùn)行的預(yù)期結(jié)果。然后結(jié)合源程序應(yīng)達(dá)到的結(jié)果，確定出如何通過某些關(guān)鍵參數(shù)和實(shí)驗現(xiàn)象檢驗程序運(yùn)行結(jié)果正確與否 。 （ 4）調(diào)試程序 調(diào)試程序時首先要明確程序的具體功能，對程序做認(rèn)真分析。程序運(yùn)行后，觀察有無顯示，時鐘是否工作，運(yùn)行結(jié)果是否正確。若運(yùn)行結(jié)果不正確，首先應(yīng)根據(jù)程序運(yùn)行的實(shí)際現(xiàn)象分析判斷哪些因素可引起相關(guān)故障，再通過調(diào)試方法逐一認(rèn)證和排除。通過反復(fù)調(diào)試，發(fā)現(xiàn)并排除軟件與硬件存在的各類問題，以滿足系統(tǒng)設(shè)計的預(yù)期目的。在編譯調(diào)試通過以后，生成 hex 文件以待仿真之用。 系統(tǒng)聯(lián)調(diào) 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)就是把程序加載到單片機(jī)上去進(jìn)行調(diào)試。 首先是把顯示程序加載上去，進(jìn)行調(diào)試時，看數(shù)碼管的顯示是否正確，還要看顯示的亮度是否 太暗或太亮，是否出現(xiàn)了閃爍現(xiàn)象，如果顯示不正確，就檢查一下數(shù)碼管的引腳和單片機(jī)的連線是否接錯了。如果有太暗或太亮的問題，說明限流的電阻的電阻值不合理，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整。如果出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，就要改變一下延時時間，直到合理為止。然后把整個的設(shè)計程序都加載到單片機(jī)上去調(diào)試。把單片機(jī)放到電路板上，進(jìn)行整個系統(tǒng)程序的調(diào)試。接上電源，按一下開始按鈕?？匆幌嘛@示是否正確，時間運(yùn)行是否符合運(yùn)行軌跡。也對照一下數(shù)碼管顯示的次序是否正確。運(yùn)行一段時間后，按一下停止按鈕，讓秒表停止。 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 電子秒表的設(shè)計 19 致謝 在畢業(yè)論文的完成過程中，我首先要感謝我的指導(dǎo) 教師袁芬老師的耐心指導(dǎo)！ 老師細(xì)心給我們講解了有關(guān)論文的各方面主義的事項，還有有關(guān)電子秒表講解，老師在這一方面給了我們很大的幫助，有不懂的老師細(xì)心的給我們講解，非 常感謝老師。主要是編程學(xué)的不太成功，在老師的細(xì)心指導(dǎo)下，然后再加以修改錯誤，最后完成設(shè)計。在論文的格式和排版問題有很多小地方的錯誤，經(jīng)過老師的耐心指導(dǎo)，終于完成了畢業(yè)設(shè)計。 接著，我還要感謝我的寢室同學(xué)和身邊的朋友，正是在這樣一個團(tuán)結(jié)友愛，相互促進(jìn)的環(huán)境中，在和他們的相互幫助和啟發(fā)中，才有我今天的小小收獲。 這次的畢業(yè)設(shè)計讓我學(xué)到了許多東西，讓我知 道了做什么事