【文章內容簡介】 ；對于具有驅 動電路和單片機接口的LCD 顯示模塊，一般多采用并行接口，對單片機的接口要求較高，占用資源多；另外， AT89C51 單片機本身沒有專門的 LCD 驅動接口。而 LED 數碼管作為一種主動顯示器件，具有結構簡單、亮度高、響應速度快、價格便宜、易于購買等優(yōu)點，而且有遠距離視覺效果，很適合夜間或者遠距離操作。因此在本設計中，我們采用兩個 3 位數碼管作為顯示介質。 數碼管顯示可以分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。由于本設計需要采用兩個三位數碼管顯示時間，如果靜態(tài)顯示則占用的口線多，硬件電路復雜，所以采用動態(tài)顯示。 動態(tài)顯示是一位一位地 輪流點亮各位數碼管，這種逐位點亮顯示器的方式稱為位掃描。通常各位數碼管的段選線相應并聯在一起，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碼管并送出相應的段碼，在另一時刻選通另一數碼管，并送出相應的段碼，依次規(guī)律循環(huán)，即可以使各位數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，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)學院畢業(yè)設計（論文） 電子秒表的設計 11 示的感覺。數碼管的結構及字形碼表如圖 25 所示。在設計中，我們采用 LED 圖 25 數碼管結構圖 動態(tài)顯示，用 P0 口驅動顯示。 由于 P0 口的輸出級是開漏電路，用它驅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)學院畢業(yè)設計（論文） 電子秒表的設計 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，調整方便，已逐漸取代分立元件，在生產中被廣泛采用。 系統(tǒng)硬件控制電路 系統(tǒng)總電路由以上設計的顯示電路，時鐘電路，按鍵電路和復位電路組成，只要將單片機與 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 單片機為主電路的核心部分，各個電路均和單片機相連接，由單片機統(tǒng)籌和協(xié)調各個電路的運行工作。 AT89C51 單片機提供了 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，這樣可以為單片機提供穩(wěn)定的始終脈沖。 圖 27 系統(tǒng)總電路圖 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 電子秒表的設計 13 復位電路同晶振電路，單片機設有一個專用的硬件復位接口，并設置為高電平有效。 按鍵電路與單 片機的端口連接可以由用戶自己設定，本設計中軟件復位鍵和查看鍵分別接單片機的 和 ，均設為低電平有效。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的特殊接口 和 ，這兩個 I/O 口的第二功能分別為單片機的外部中斷 1 端口和外部中斷 0 端口。同樣設置為位低電平有效。 顯示電路由五位數碼管組成，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 ，高電平的驅動能力很弱，所以需要接上拉電阻來提高 P0 的高電平驅動能力。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，當 ~端口任意一個端口為高電平時，與其相對應的三極管就導通，對應的數碼管導通顯示。 通過以上設計已經將各部分電路與單片機有機的結合到一起，硬件部分的設計以大功告成，剩下的部分就是對單片機的編程，使單片機按程序運行，實現數字電子秒表的全部功能。 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 電子秒表的設計 14 第三章 系統(tǒng)軟件的設計 待硬件電路接線完成后，通?？上染帉懞唵蔚臏y試程序 對硬件電路進行測試，排除硬件電路設計中存在的錯誤。然后根據設計任務的要求確定系統(tǒng)程序的整體結構，盡可能采用模塊化程序設計的方法，將任務劃分為相對獨立的功能模塊，明確各模塊的功能、時間順序和相互關系，并畫出各程序模塊的流程圖，根據流程圖逐一編寫程序，最后將各個模塊連接成完整的程序。 程序設計的主要思想 本設計決定采用 C 語言進行編寫。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： （ 1）程序結構簡潔、緊湊、規(guī)整，表達式簡練、使用靈活。 （ 2） 編寫的程序可讀性強，編譯效率高。 （ 3）具有豐富的運算符，多達 34 種。豐富的數據類型與豐富的運算符相結合，使 C 語言具有表達靈活和效率高等特點。 （ 4）數據類型種類繁多。 C 語言具有 5 種基本的數據類型和多種構造數據類型以及復合的導出類型，同時還提供了與地址密切相關的指針機器運算符。指針可以指向各種類型的簡單變量、數組、結構和聯合，乃至函數等。此外， C 語言還允許用戶自己定義數據類型。 （ 5）是一種結構化程序設計語言，特別適合大型程序的模塊化設計。 C 語言具有編寫結構化程序所必需的基本流程控制語句， C 語言程序是由函數 集合構成的，函數各自獨立，并且作為模塊化設計的基本單位。 說明： C 語言的源文件，可以分割成多個源程序，分別進行編譯，然后連接起來構成可知性的目標文件，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，使數據可以按其需要在相應的作用域起作用，從而提高了程序的可靠性。 （ 6）語法限制不太嚴格，程序設計自由度大。例如，對數組下標越界不作檢查，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，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)學院畢業(yè)設計（論文） 電子秒表的設計 15 放寬了語法的檢查。程序員應當仔 細檢查程序，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，能進行位（ bit）操作，能實現匯編語言的大部分功能，可以直接對硬件進行操作。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）生成的目標代碼質量高，程序執(zhí)行效率高。它一般只比匯編程序生成的目標代碼率低 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計語言，常被稱為中級語 言。它既有高級語言的基本特點，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。 程序流程圖設計 這里采用順序結構，通過對按鍵的掃描，判斷要實現什么功能。如圖 31 所示。 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 電子秒表的設計 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 總結后有以下四點 ： ① 實現了單片機仿真和 SPICE 電路仿真相結合 的功能 。 ② 支持 目前 主流單片機系統(tǒng)的仿真。 ③ 提供 了 軟件調試功能 ，并可以 與 WAVE 聯合仿真調試 。④ 具有強大的原理圖繪制功能?？傊?，該軟件是一款集單片機和 SPICE 分析于一身的仿真軟件，功能極其強大。 在電子領域中也起到了很大的作用，它的出現仿真不需要先焊接電路，可以先仿真調試通過后在焊電路，節(jié)省了不少在硬件調試上所花的時間。 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 電子秒表的設計 17 Proteus ISIS 的工作界面是一種標準的 Windows 界面。 它 包括標題欄、主菜單、狀態(tài)欄、標準工具欄、繪圖工具欄、對象選擇按鈕、預覽對象方位控制按鈕、仿真進程控制按鈕、預覽窗口、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。下面拿本設計中的一個仿真例子作簡述說明。運行 Proteus ISIS 后，繪制 病床呼叫系統(tǒng) 的原理圖 。 首先打開已經畫好的 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 芯片就已經讀取了本設計中的 HEX 文件。單擊 “三角形按鈕 ”進行仿真。 通過對仿真結果的觀察來對程序進行修改， 最終使程序到達設計要求。 仿真圖如圖 32 所示。 圖 32 仿真圖 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 電子秒表的設計 18 第四章 系統(tǒng)調試 軟件程序編譯與調試 （ 1）輸入源程序 打開 keil軟件，輸入源程序，輸入時應以西文方式輸入字母和符號，且中文注釋前要加分號。 （ 2）對源程序進行編譯和糾錯 根據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)”，編譯結束。 （ 3）確定調試方案 在調試程序前一定要認真分析源程序，明確各功能程序運行的預期結果。然后結合源程序應達到的結果，確定出如何通過某些關鍵參數和實驗現象檢驗程序運行結果正確與否 。 （ 4）調試程序 調試程序時首先要明確程序的具體功能，對程序做認真分析。程序運行后，觀察有無顯示，時鐘是否工作，運行結果是否正確。若運行結果不正確，首先應根據程序運行的實際現象分析判斷哪些因素可引起相關故障，再通過調試方法逐一認證和排除。通過反復調試，發(fā)現并排除軟件與硬件存在的各類問題，以滿足系統(tǒng)設計的預期目的。在編譯調試通過以后，生成 hex 文件以待仿真之用。 系統(tǒng)聯調 系統(tǒng)聯調就是把程序加載到單片機上去進行調試。 首先是把顯示程序加載上去，進行調試時，看數碼管的顯示是否正確，還要看顯示的亮度是否 太暗或太亮，是否出現了閃爍現象，如果顯示不正確，就檢查一下數碼管的引腳和單片機的連線是否接錯了。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，應適當調整。如果出現閃爍現象，就要改變一下延時時間，直到合理為止。然后把整個的設計程序都加載到單片機上去調試。把單片機放到電路板上，進行整個系統(tǒng)程序的調試。接上電源，按一下開始按鈕?？匆幌嘛@示是否正確，時間運行是否符合運行軌跡。也對照一下數碼管顯示的次序是否正確。運行一段時間后，按一下停止按鈕，讓秒表停止。 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 電子秒表的設計 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 教師袁芬老師的耐心指導！ 老師細心給我們講解了有關論文的各方面主義的事項，還有有關電子秒表講解，老師在這一方面給了我們很大的幫助，有不懂的老師細心的給我們講解，非 常感謝老師。主要是編程學的不太成功，在老師的細心指導下，然后再加以修改錯誤，最后完成設計。在論文的格式和排版問題有很多小地方的錯誤，經過老師的耐心指導，終于完成了畢業(yè)設計。 接著，我還要感謝我的寢室同學和身邊的朋友，正是在這樣一個團結友愛，相互促進的環(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)設計讓我學到了許多東西，讓我知 道了做什么事