【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的制作 本次設(shè)計(jì)的數(shù)字鐘系統(tǒng)中由于頻率不是特別高，所以在設(shè)計(jì) PCB 板時(shí)不存在考慮走線(xiàn)之間頻率干擾問(wèn)題， 但由于設(shè)計(jì)規(guī)定了 PCB 板的大小為 7*9cM，并且是單面板，所以對(duì)我們的設(shè)計(jì)帶來(lái)了一定的難度，在設(shè)計(jì)中不得不通過(guò)走飛線(xiàn)的方式完成 PCB 板的制作。 5． 1 PCB 板的制作規(guī)則 我在數(shù)字鐘設(shè)計(jì)中采用 Orcad 軟件平臺(tái)， 完成了 PCB 的制作， 在 PCB 的設(shè)計(jì)中需注意以下的一些規(guī)則： （ 1） 在 Orcad 中制作 PCB 時(shí)一定要注意板層的設(shè)置，我們本次設(shè)計(jì)的是單面板，所以需將 Bottom 層設(shè)為走線(xiàn)層， TOP 層設(shè)為絲印層（ DOC 層），別的板層全部設(shè)為 不走線(xiàn)層。 （ 2） 由于本次設(shè)計(jì)的單面板大小規(guī)定為 7*9Cm,所以在開(kāi)始制定板框大小時(shí)，在 Global 層畫(huà)邊框時(shí)，將其設(shè)置為規(guī)定的大小，然后根據(jù)一定的規(guī)則放置元件，放置元件時(shí)應(yīng)讓元件間的走線(xiàn)距離最小。 （ 3） 放置元件時(shí)須注意一些規(guī)則，例如將單片機(jī)的晶振和 電容靠近單片機(jī)放置， 將電源供電的 USB 接口靠近板框放置等。 （ 4） 在放置完元件之后，進(jìn) 行布線(xiàn)時(shí)需注意一些走線(xiàn)時(shí)的設(shè)置，最重要的是元件過(guò)孔的孔徑設(shè)置，為了制作方便，本次制作設(shè)為 、 、當(dāng)然，設(shè)置了孔徑，還需注意焊盤(pán)的大小，軟件默認(rèn)的焊盤(pán)大小一般太小，焊接時(shí)不太方便 ；其次是走線(xiàn)的安全間距設(shè)置， 走線(xiàn)間距一般默認(rèn)為軟件的設(shè)置，即 ；下來(lái)就是走線(xiàn)的一些規(guī)則設(shè)置，如果是自動(dòng)布線(xiàn)，則可設(shè)置布線(xiàn)時(shí)的一些規(guī)則，如果是手工布線(xiàn)，則可根據(jù)需要進(jìn)行布線(xiàn)。 （ 5） 在走線(xiàn)時(shí)一定要注意電源走線(xiàn)的設(shè)置，電源的走線(xiàn)一定要寬，這樣承載的電流會(huì)更大， 電流的大小與走線(xiàn)的寬度之間有一定的計(jì)算公式，可以作 參考。為了使單面板的布線(xiàn)方便，飛線(xiàn)更少，我們將地線(xiàn)設(shè)為敷銅種子，在敷銅時(shí)與大面積的銅相接。 5． 2 飛線(xiàn)的處理 由于 制作的 是單面板，難免有很多的飛線(xiàn)，在制作完 PCB 板之后，需處理飛線(xiàn)。 經(jīng)常選取的辦法是打過(guò)孔，這樣在加工之后可以采用飛線(xiàn)將其連接。當(dāng)然，飛線(xiàn)的多少取決于布線(xiàn)的水平高低。有時(shí)為了減少飛線(xiàn)而走很遠(yuǎn)的路，這樣帶來(lái)高頻的影響，我覺(jué)得這種方法應(yīng)該避免。 5． 3 PCB 制作中的注意事項(xiàng) USB 供電 單片機(jī)數(shù)字鐘設(shè)計(jì)報(bào)告 10 （ 1）要注意焊盤(pán)的大小、過(guò)孔的大小、走線(xiàn)的安全間距及走線(xiàn)的寬帶，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候應(yīng)該用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測(cè)量，保證元器件能夠合適的 插進(jìn)去。 （ 2）對(duì)于一些自己制作的原件封裝，一定要測(cè)量使之合理。 （ 3）電源走線(xiàn)一定要寬，實(shí)際上是越寬越好，但過(guò)寬會(huì)影響布線(xiàn)的效率。適當(dāng)?shù)臅r(shí)候我們可以大概的計(jì)算一下， 使之更加合理。 （ 4）在布線(xiàn)時(shí)我們一定要弄清楚板層，有時(shí)一個(gè)放錯(cuò)了板層的字符，會(huì)帶來(lái)制作時(shí)的困難，要想合理的完成制作，必須清楚板層。 （ 5）首次在 PCB 板上放置 USB 接口，一定要注意正負(fù)極不能接反。 （ 6）如果有必要，可以在每個(gè)芯片的 VCC 極和 GND極之間跨接一個(gè) ~之間的瓷片電容。為了使電源電壓穩(wěn)定，可以在電源電壓與 地之間接一個(gè)濾波電容，如果電源電壓波動(dòng)較大，則可以使用穩(wěn)壓芯片來(lái)穩(wěn)壓。 （ 7）在敷完銅之后，需要觀(guān)察敷銅區(qū)域，避免有些接地的敷銅區(qū)域形成孤島。如果存在孤島，則需要與最近敷銅區(qū)連接起來(lái)，經(jīng)常采用打過(guò)孔走飛線(xiàn)的方式使其連接起來(lái)。 （ 8）在放置元件時(shí)，由于設(shè)置了安全間距，元件放置較近時(shí)會(huì)出現(xiàn)報(bào)錯(cuò)提示，但這對(duì) PCB 板的制作是沒(méi)影響的。 5． 4 制作后的 PCB 板如下 軟件模塊的設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)單片機(jī)數(shù)字鐘，供可選擇的語(yǔ)言有匯編語(yǔ)言和 C 語(yǔ)言?xún)煞N選擇，單片機(jī)數(shù)字鐘設(shè)計(jì)報(bào)告 11 從總體角度考慮，兩種語(yǔ)言各有其優(yōu)缺點(diǎn)。匯編語(yǔ)言在編寫(xiě)過(guò)程中 可以較容易的計(jì)算出機(jī)器周期，這樣可以計(jì)算出相應(yīng)的延時(shí)與誤差，并且在編譯過(guò)程中精度較高，執(zhí)行效率也較高，是各種語(yǔ)言中執(zhí)行效率最高的一種。相反，匯編語(yǔ)言又是一種較為低級(jí)的語(yǔ)言，編寫(xiě)起來(lái)難度較大，程序量也較大， 不易編寫(xiě)大規(guī)模的系統(tǒng)。 C 語(yǔ)言它的靈活性較強(qiáng)，語(yǔ)法功能也比較強(qiáng)大，對(duì)于同一個(gè)設(shè)計(jì)，與匯編語(yǔ)言相比，工作量較小，完全可以實(shí)現(xiàn)匯編無(wú)法實(shí)現(xiàn)的一些功能。雖然 C 語(yǔ)言具有強(qiáng)大的功能，但也有不足之處，比如在循環(huán)延時(shí)時(shí)不易計(jì)算出相應(yīng)的機(jī)器周期，還有，采用不同的編譯器，可能以不同的方式編譯出不同的機(jī)器碼。 由于本次設(shè)計(jì)的單片 機(jī)數(shù)字鐘編程量較大，又考慮到后面的工作過(guò)程中將大量使用 C 語(yǔ)言編程，所以本次編寫(xiě)過(guò)程采用 C 語(yǔ)言，基于 Kiel C3 軟件來(lái)完成軟件模塊的設(shè)計(jì)工作。 6． 1 數(shù)字鐘總體設(shè)計(jì)框圖 編程 設(shè)計(jì) 數(shù)字鐘大家可能最常用的就是采用單片機(jī)中的定時(shí)器定時(shí)的方法，由于定時(shí)器不能一次定時(shí) 1s，所以需采用定時(shí)一定的時(shí)間，循環(huán)疊加的方法，加到一秒后，將其顯示的秒加一，然后判斷分和時(shí)是否加一，這樣就完成了數(shù)字鐘的最基本制作。 我在此次設(shè)計(jì)中采用的方法完全不同于上面的常規(guī)方法，主要是受到了EDA 中并行的影響，當(dāng)然，單片機(jī)中是不可能實(shí)現(xiàn)并 行的，但我們可以用串行的方式模擬并行 ，實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的掃描及采用延時(shí)粗略計(jì)算出 1s 的延時(shí)，這樣很多人可能認(rèn)為不準(zhǔn)確，但我們可以分好多的延時(shí)，這樣在校時(shí)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)改一個(gè)數(shù)字出現(xiàn)大的變化的情況。 程序設(shè)計(jì)框圖如下： 開(kāi) 始 F0 = 1 設(shè)置鬧鐘的時(shí)間 =當(dāng)前時(shí)間 F0 = 0 F0 = 1 鬧鐘報(bào)警 Y Y N N 鬧鐘流程圖 單片機(jī)數(shù)字鐘設(shè)計(jì)報(bào)告 12 開(kāi) 始 掃 描 顯示時(shí)間 I + + 總延時(shí) 1s i=0 秒加一 分 =60 秒 =00 分加一 秒 =60 分 =00 時(shí)加一 時(shí) =24 時(shí) =00 Y Y Y Y N N N N 正常走時(shí)流程圖 單片機(jī)數(shù)字鐘設(shè)計(jì)報(bào)告 13 開(kāi) 始 給時(shí)分秒 6位數(shù)分配6 字節(jié)靜態(tài)存儲(chǔ)空間 中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置 開(kāi)外中斷 設(shè)置鬧鐘？ 防抖延時(shí) 設(shè)置鬧鐘？ 開(kāi)定時(shí)器 0，定時(shí) 50ms 定時(shí)器中斷？ 將當(dāng)前時(shí)分秒保 存到靜態(tài)空間 N 時(shí)分秒全置零 掃描顯示 是否外中斷？ N 設(shè)置鬧鐘？ Y 保存鬧鐘設(shè)置時(shí)間 中斷服務(wù)，對(duì)時(shí)及設(shè)置鬧鐘，相 應(yīng)的時(shí)分加一 Y 計(jì)數(shù)器 m++ Y 取出設(shè)鬧鐘之前保存時(shí)間 加上 m*50ms 的設(shè)置鬧鐘耗時(shí)時(shí)間，掃描顯示正常時(shí)間 Y Y 延 時(shí) 正常走時(shí) N N N 鬧鐘設(shè)置流程圖 單片機(jī)數(shù)字鐘設(shè)計(jì)報(bào)告 14 6． 2 源程序 源程序見(jiàn) 附件 Ⅰ 。 設(shè)計(jì)中的問(wèn)題分析與解決 由于這是我第一次系統(tǒng)地進(jìn)行設(shè)計(jì)，難免會(huì)遇到很多的問(wèn)題。當(dāng)然，作為我們初學(xué)者來(lái)說(shuō)，遇到問(wèn)題越多收獲也就也多，這就要看我們解決問(wèn)題能力及方案了。下面是我在這次設(shè)計(jì)中所遇到的一些問(wèn)題總結(jié)。 （ 1） 由于此次設(shè)計(jì)數(shù)字鐘，主要是由軟件來(lái)完成的，所以硬件中的問(wèn)題相對(duì)來(lái)說(shuō)較少。當(dāng)我們將 PCB 板設(shè)計(jì)完之后，焊接上元件之后，如果出現(xiàn)不正常工作的情況，我們可以確定是硬件問(wèn)題。 解決方案：①檢查單片機(jī)是否正常工作，我們可以使用示波器進(jìn)行觀(guān)察單片機(jī)ALE（第 30 引腳）的輸出波形，如果輸出波形的頻率是晶振頻率 的 6 分頻，則證明單片機(jī)是正常工作的。 ②如果單片機(jī)第 31 引腳沒(méi)有輸出波形，首先應(yīng) 檢查晶振 的好壞，我們可以更換晶振看其是否能正常工作。 ③如果還不正常工作，說(shuō)明是硬件電路的設(shè)計(jì)有問(wèn)題，首先我們應(yīng)該檢查的是所有芯片的電源是否正常。 （ 2） 我們采用 C 語(yǔ)言，利用單片機(jī)中的優(yōu)點(diǎn)中斷和定時(shí)器，完成數(shù)字鐘其實(shí)很容易實(shí)現(xiàn)，但要完成精度相當(dāng)高的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)，加上實(shí)現(xiàn)校時(shí)和鬧鐘功能之后，我們會(huì)遇到很多的問(wèn)題。 首先是怎么避免由按鍵造成的延時(shí)誤差，我們 總結(jié) 的方案有 4 種，分別是： ① 計(jì)算出按鍵延時(shí)的具體時(shí)間，按鍵一次則給定時(shí)器加上相應(yīng)的按鍵延時(shí)時(shí)間，這樣雖然可以大大的減小按鍵延時(shí)帶來(lái)的時(shí)間誤差，但還是有一定量的機(jī)器周 期的延時(shí)。例如使用這種方法又需在定時(shí)器中添加一些判斷語(yǔ)句，當(dāng)符合條件時(shí)，將會(huì)增加一定 的機(jī)器周期。 ②通過(guò)采用設(shè)置優(yōu)先級(jí)的方式可以清除按鍵防抖延時(shí)，在主程序中我們需要將定時(shí)器的中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)為最高，別的中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)為低，這樣我們?cè)诎存I中斷時(shí)，如果定時(shí)器還未中斷，則響應(yīng)外部中斷，這樣對(duì)定時(shí)器的定時(shí)沒(méi)有影響；如果在響應(yīng)外部中斷的時(shí)候，有定時(shí)中斷，則優(yōu)先響應(yīng)定時(shí)中斷，這樣又對(duì)定時(shí)器的定時(shí)沒(méi)有影響；如果在響應(yīng)定時(shí)中斷時(shí)，則別的中斷不會(huì)影響到定時(shí)器的正常定時(shí)。 （ 3）在設(shè)定鬧鐘時(shí)間時(shí)，我們要確保定時(shí)器的 正常工作，如何 既要讓數(shù)碼管顯示鬧鐘設(shè)置的相應(yīng)時(shí)間，并且定時(shí)器的正常計(jì)數(shù)不能受到影響，我們應(yīng)該如何解決這個(gè)矛盾呢 ? 解決方案：為了使編程更加方便，我們專(zhuān)門(mén)設(shè)置了一個(gè)啟動(dòng)設(shè)置鬧鐘的開(kāi)關(guān)，當(dāng)開(kāi)關(guān)設(shè)為高電平時(shí)，則為鬧鐘設(shè)置，首先數(shù)碼管上全部顯示零，即清零。然后按相應(yīng)的校時(shí)按鈕，則數(shù)碼管顯示被設(shè)置的相應(yīng)時(shí)間，在設(shè)置鬧鐘的這期間，是如何確保相應(yīng)時(shí)間的準(zhǔn)確性呢？我是這樣解決的，當(dāng)啟動(dòng)設(shè)置鬧鐘開(kāi)關(guān)之后，在程序中同時(shí)啟動(dòng)另一個(gè)定時(shí)器開(kāi)始定時(shí)工作，當(dāng)定到 50ms 時(shí)，發(fā)生中斷，相應(yīng)的變量加一，這樣我們就可以計(jì)算出在設(shè)置鬧鐘時(shí)所花費(fèi)的時(shí)間 。當(dāng)設(shè)置鬧鐘開(kāi)關(guān)置到相應(yīng)的低電平時(shí)，說(shuō)明設(shè)置鬧鐘結(jié)束，在這同時(shí)，我們將變量所記的數(shù) 與50ms 相乘，計(jì)算出與之對(duì)應(yīng)的秒數(shù)，加到鬧鐘設(shè)置之前保存到靜態(tài)變量中的數(shù)上。這種方法有一定的缺陷，會(huì)造成一定的延時(shí)，經(jīng)過(guò)軟件處理，延時(shí)將在 0~之間隨機(jī)產(chǎn)生。 （ 4）在測(cè)量數(shù)字鐘精度時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題，在數(shù)字鐘正常工作時(shí)，會(huì)單片機(jī)數(shù)字鐘設(shè)計(jì)報(bào)告 15 出現(xiàn)秒與秒之間不相等的情況，比如在 10 分鐘之內(nèi)我們與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間進(jìn)行比較會(huì)發(fā)現(xiàn)，有時(shí)發(fā)現(xiàn)時(shí)間走的快，有時(shí)時(shí)間走的慢。 解決方案：后面在程序中發(fā)現(xiàn)，原因是由于程序中的 if 判斷語(yǔ)句 ，在判斷過(guò)程中 當(dāng)滿(mǎn)足條件時(shí)，會(huì)執(zhí)行更多的語(yǔ)句，這樣會(huì)有相應(yīng)的機(jī)器周期的延時(shí)，所以會(huì)出現(xiàn)時(shí)間一會(huì)走的快一會(huì)走的慢的情況。這種情況只有通過(guò)減少 if 語(yǔ)句，怎么減少 if 語(yǔ)句呢？我們可以充分利用單片機(jī)的自身?xiàng)l件，充分利用單片機(jī)中的定時(shí)器，定時(shí)器不夠用時(shí)我們可以選用 89c52 系列。 設(shè)計(jì)總結(jié)與心得 單片機(jī)數(shù)字鐘可以說(shuō)是一個(gè)較小的系統(tǒng)， 開(kāi)始時(shí)我們覺(jué)得通過(guò) C 語(yǔ)言較容易實(shí)現(xiàn)，確實(shí)，只實(shí)現(xiàn)一個(gè)能夠正常走時(shí)并且能夠校時(shí)的數(shù)字鐘是比較容易的。但我們想錯(cuò)了，畢竟是第一次從總體角度來(lái)考慮地完成一個(gè)小系統(tǒng)，好多的實(shí)際性的問(wèn)題我們沒(méi)有考慮，所以造成 我們最終設(shè)計(jì)的數(shù)字鐘精度不高，并且存在好多問(wèn)題，當(dāng)然問(wèn)題多了對(duì)我們來(lái)說(shuō)是好事，這樣我們?cè)诮鉀Q更多問(wèn)題時(shí)學(xué)會(huì)更多解決問(wèn)題的方法，對(duì)我們也算是長(zhǎng)長(zhǎng)經(jīng)驗(yàn)吧。 最開(kāi)始我們需要總體設(shè)計(jì)，這就是常常說(shuō)的算法。平時(shí)的編程實(shí)現(xiàn)的都是小功能，我們按照自己的想法直接寫(xiě)下去就可以實(shí)現(xiàn)，但這次不一樣，我們不但要實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的正常工作，而且需要加上設(shè)置鬧鐘及鬧鐘到報(bào)警和是否已經(jīng)設(shè)置了鬧鐘的指示燈提示，這在我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)會(huì)遇到好多的矛盾，當(dāng)然矛盾我們可以一個(gè)個(gè)的解決，當(dāng) 然 更重要的是在解決矛盾時(shí) 我們要確保時(shí)間的準(zhǔn)確性，這又需要我們計(jì)算機(jī)器周期和處理一些延時(shí)程序的延時(shí)，這可能是我們本次設(shè)計(jì)中最 困難的問(wèn)題，我們?cè)诮鉀Q這個(gè)問(wèn)題中更深入的理解了單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，也學(xué)會(huì)了合理利用單片機(jī)中的定時(shí)器和中斷處理。 除了在編寫(xiě)程序中遇到的問(wèn)題之外，我對(duì)程序又有了更深一層的認(rèn)識(shí)，就像王老師經(jīng)常說(shuō)的那樣，人類(lèi)只是現(xiàn)在還沒(méi)有弄清楚人類(lèi)的思維方式，如果有一天生物科技真正研究通了人類(lèi)自己的思維方式，機(jī)器人將真的會(huì)有自己的思維方式，可能真的就會(huì)戰(zhàn)勝人類(lèi)了。在這次設(shè)計(jì)中，讓我真的明白了，只要我們想明白的事情，我們一定會(huì)用程序?qū)⑵涿枋龀鰜?lái) ，不管它有多么的復(fù)雜。 接 下來(lái)就是 PCB 的制作，這次可算是經(jīng)歷了全部過(guò)程，從畫(huà)原理圖到 PCB的導(dǎo)出，最后到生產(chǎn)加工出成品，尤其是 PCB 板的加工生產(chǎn)過(guò)程尤為重要，從生產(chǎn)加工中我們可以學(xué)到很多在畫(huà) PCB 時(shí)的注意事項(xiàng)，也理解了我們?cè)谲浖械母鞣N設(shè)置的重要性及 的差距。看著加工機(jī)床的機(jī)械臂在那兒來(lái)回著工