【文章內(nèi)容簡介】 因此合理的設(shè)計(jì)既應(yīng)保證驅(qū)動(dòng)電路易實(shí)現(xiàn)，又要保證圖像穩(wěn)定，無閃爍。動(dòng)態(tài)顯示采用多路復(fù)用技術(shù)的動(dòng)態(tài)掃描顯示方式，復(fù)用的程度不是無限增加的， 因?yàn)槔脛?dòng)態(tài)掃描顯示使我們看到一幅穩(wěn)定畫面的實(shí)質(zhì)是利用了人眼的暫留效應(yīng)和發(fā)光二極管發(fā)光時(shí)間的長短，發(fā)光的亮度等因素。對于一組數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示需要由兩組信號來控制：一組是字段輸出口輸出的字形代碼，用來控制顯示的字形，稱為段碼；另一組是位輸出口輸出的控制信號，用來選擇第幾位數(shù)碼管工作，稱為位碼。由于各位數(shù)碼管的段線并聯(lián)，段碼的輸出對各位數(shù)碼管來說都是相同的。因此，在同一時(shí)刻如果各位數(shù)碼管的位選線都處于選通狀態(tài)的話，8位數(shù)碼管將顯示相同的字符。若要各位數(shù)碼管能夠顯示出與本位相應(yīng)的字符，就必須采用掃描顯示方式。即在某一時(shí)刻，只讓某一位的位選線處于導(dǎo)通狀態(tài)，而其它各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)。同時(shí)，段線上輸出相應(yīng)位要顯示字符的字型碼。這樣在同一時(shí)刻，只有選通的那一位顯示出字符，而其它各位則是熄滅的，如此循環(huán)下去，就可以使各位數(shù)碼管顯示出將要顯示的字符。雖然這些字符是在不同時(shí)刻出現(xiàn)的，而且同一時(shí)刻，只有一位顯示，其它各位熄滅，但由于數(shù)碼管具有余輝特性和人眼有視覺暫留現(xiàn)象，只要每位數(shù)碼管顯示間隔足夠短，給人眼的視覺印象就會(huì)是連續(xù)穩(wěn)定地顯示。數(shù)碼管不同位顯示的時(shí)間間隔可以通過調(diào)整延時(shí)程序的延時(shí)長短來完成。數(shù)碼管顯示的時(shí)間間隔也能夠確定數(shù)碼管顯示時(shí)的亮度，若顯示的時(shí)間間隔長，顯示時(shí)數(shù)碼管的亮度將亮些，若顯示的時(shí)間間隔短，顯示時(shí)數(shù)碼管的亮度將暗些。若顯示的時(shí)間間隔過長的話，數(shù)碼管顯示時(shí)將產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。所以，在調(diào)整顯示的時(shí)間間隔時(shí)，即要考慮到顯示時(shí)數(shù)碼管的亮度，又要數(shù)碼管顯示時(shí)不產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。靜態(tài)顯示，是由微型計(jì)算機(jī)一次輸出顯示模型后，就能保持該顯示結(jié)果，直到下次發(fā)送新的顯示模型為止。靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)程序簡單，且CPU占用率低，但每個(gè)LED數(shù)碼管需要一個(gè)鎖存器來鎖存每一個(gè)顯示位的筆段代碼，硬件開銷大，僅適合顯示位數(shù)較少的場合。為了在顯示部分節(jié)省單片機(jī)I/O口，故采用動(dòng)態(tài)顯示方式。高效、方便的LED顯示驅(qū)動(dòng)電路是構(gòu)成完善的單片機(jī)系統(tǒng)必不可少的元素。常用的LED顯示驅(qū)動(dòng)電路有并行譯碼方式、串行—并行轉(zhuǎn)換方式等。串行—并行轉(zhuǎn)換方式顯示同樣的位數(shù)使用單片機(jī)的口線大大減少，并且可以讓LED顯示BCD碼以外的字符(如A、B、C、D 等)，但是，當(dāng)要顯示的位數(shù)較多時(shí)，仍需占用較多的口線，并且在許多情況下需要串口工作在UART方式，以便進(jìn)行串行通信，從而限制了這種方式的使用范圍。本設(shè)計(jì)采用并行譯碼方式，譯碼后動(dòng)態(tài)顯示?！?，經(jīng)2片7段LED顯示驅(qū)動(dòng)電路CD4511譯碼后驅(qū)動(dòng)LED顯示，～～，即可顯示出相應(yīng)的數(shù)字?！刂埔F(xiàn)實(shí)的位數(shù)。CD4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極LED（數(shù)碼管）顯示器的BCD碼—七段碼譯碼器，特點(diǎn)：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流。可直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器。CD4511是一片CMOS BCD—鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動(dòng)器，引腳排列如圖 2 所示。其中a b c d為BCD碼輸入，a為最低位。LT為燈測試端，加高電平時(shí)，顯示器正常顯示，加低電平時(shí)，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點(diǎn)亮，以檢查顯示器是否有故障。BI為消隱功能端，低電平時(shí)使所有筆段均消隱，正常顯示時(shí)，B1端應(yīng)加高電平。另外CD4511有拒絕偽碼的特點(diǎn)，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過十進(jìn)制數(shù)9(1001)時(shí)，顯示字形也自行消隱。LE是鎖存控制端，高電平時(shí)鎖存，低電平時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。a～g是7段輸出，可驅(qū)動(dòng)共陰LED數(shù)碼管。另外，CD4511顯示數(shù)“6”時(shí)，a段消隱；顯示數(shù)“9”時(shí)，d段消隱，所以顯示9這兩個(gè)數(shù)時(shí)，字形不太美觀。所謂共陰LED數(shù)碼管是指7段LED的陰極是連在一起的，在應(yīng)用中應(yīng)接地。限流電阻要根據(jù)電源電壓來選取，電源電壓5V時(shí)可使用300Ω的限流電阻。關(guān)于CD4511的具體編程方法。 顯示面板LED分布圖 為了電路能正常顯示時(shí)間，在連接顯示電路之前要明確共陰型8段LED的10個(gè)管腳與各段發(fā)光二極管的對應(yīng)關(guān)系，熟悉CD4511管腳位置，然后才能開始進(jìn)行連接[19]。在連接過程中，需要注意以下幾點(diǎn)：1. LED數(shù)碼管各管腳與CD4511各管腳的對應(yīng)關(guān)系要十分清楚，所有LED數(shù)碼管與CD4511的連接方式要統(tǒng)一。2. 明確單片機(jī)管腳功能。本設(shè)計(jì)定義了P0口連接兩片的CD4511腳，~ ，通過三極管是否導(dǎo)通來選擇要顯示的LED。3. 編寫一段顯示程序，燒錄進(jìn)單片機(jī)，檢查好電源正負(fù)端和P0連接是否正確。檢查無誤后上電，檢查顯示電路是否正確。 按鍵電路設(shè)計(jì)根據(jù)功能需要，本時(shí)鐘需要設(shè)置以下功能鍵：校對選擇鍵，加1操作鍵，減1操作鍵，鬧鈴定時(shí)選擇鍵，鬧鈴路數(shù)選擇鍵，跳出校對/設(shè)置時(shí)間按鍵，鬧鈴開關(guān)鍵。按照鍵盤與CPU的連接方式可分為獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤。獨(dú)立式鍵盤是各個(gè)按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵占用一個(gè)I/O口線，每根I/O口線上的按鍵不會(huì)影響其他I/O口上按鍵工作狀態(tài)。獨(dú)立式鍵盤電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個(gè)按鍵必須占用一根I/O口，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，I/O口線浪費(fèi)較大，且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜。矩陣式鍵盤適合按鍵較多時(shí)使用。當(dāng)系統(tǒng)所需按鍵個(gè)數(shù)較多時(shí)，為減少鍵盤電路占用I/O引腳數(shù)目，一般采用矩陣鍵盤形式。在矩陣鍵盤電路中，行線是輸入引腳，列線是輸出引腳（當(dāng)然也可以將行線作為輸出引腳，而列線作為輸入引腳）【24】。由于本設(shè)計(jì)的電子鐘最多需要7個(gè)按鍵，若采用矩陣式鍵盤時(shí)會(huì)有按鍵浪費(fèi)，故采用的是獨(dú)立式鍵盤。對于內(nèi)置了上拉電阻的I/O引腳來說，外接上拉電阻沒有意義[16]。 鍵盤電路其中K7為帶自鎖按鍵，每次按下后，從高電平被拉至低電平。只有再次按下，按鍵彈出，與之連接的單片機(jī)管腳才會(huì)重新被拉回高電平。KKKKKK6鍵為自動(dòng)復(fù)位按鍵。每次按下后，會(huì)自動(dòng)彈出。單片機(jī)管腳只有在按鍵按下時(shí)為低電平，按鍵彈出后重新恢復(fù)高電平。 按鍵功能表按鍵鍵名功能屬性K1SET模式選擇自動(dòng)復(fù)位K2UP數(shù)值加一操作自動(dòng)復(fù)位K3DOWN數(shù)值減一操作自動(dòng)復(fù)位K4OUT跳出功能選擇自動(dòng)復(fù)位K5SSET定時(shí)選擇自動(dòng)復(fù)位K6SS多路選擇自動(dòng)復(fù)位K7Alarm鬧鈴開關(guān)自鎖按鍵操作說明如下：K1鍵：該鍵為自動(dòng)復(fù)位鍵，在正常顯示時(shí)間狀態(tài)下，第一次按下后，開始校對秒，以后每次按下都會(huì)分別進(jìn)入對分、小時(shí)。K2鍵：該鍵為自動(dòng)復(fù)位鍵，在校對狀態(tài)下，每次按動(dòng)該鍵，都會(huì)使相應(yīng)校對位進(jìn)行加1操作。例如：校對小時(shí)狀態(tài)，每按一下，小時(shí)位加1，當(dāng)加至小時(shí)最高值23時(shí)，再按K4鍵，小時(shí)位回0。調(diào)分、秒與之皆相同，只是各位最高值不同。K3鍵：該鍵為自動(dòng)復(fù)位鍵，與K2鍵類似，不同之處是該鍵每次按下將使相應(yīng)校對位進(jìn)行減1操作。K4鍵：該鍵為自動(dòng)復(fù)位鍵，在校對狀態(tài)下，按動(dòng)該鍵，都會(huì)跳出校對或定時(shí)狀態(tài)，正常顯示。K5鍵：該鍵為自動(dòng)復(fù)位鍵，與K1鍵類似，不同之處是該鍵每次按下調(diào)整的是各路定時(shí)時(shí)間。K6鍵：該鍵為自動(dòng)復(fù)位鍵，在定時(shí)狀態(tài)下，按下該鍵，可以選擇定時(shí)的通路每按下一次，改變一次，3循環(huán)。K7鍵：該鍵為帶自鎖按鍵，按下后鬧鈴開啟，彈出后鬧鈴關(guān)閉。為了確保按鍵電氣連接正確，需要檢測其焊接是否正確。按鍵電路比較簡單，故檢查起來也很容易。只需用萬用便檢測單片機(jī)引腳和按鍵是否連接，可用萬用表檢查單片機(jī)接按鍵的引腳與地是否連通，按下按鍵再次檢查。若按下連通，松開不連通，說明連接正確。 報(bào)警電路設(shè)計(jì)報(bào)警電路可以直接采用蜂鳴器鬧鈴，如當(dāng)前時(shí)刻與鬧鈴時(shí)間相同，單片機(jī)向蜂鳴器送出高電平，蜂鳴器發(fā)聲。采用蜂鳴器鬧鈴結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，但是發(fā)出的鬧鈴聲音單一。也可以在編程的時(shí)候編寫一段音樂程序，待鬧鈴時(shí)間到時(shí)，調(diào)用該音樂程序給揚(yáng)聲器，便響起音樂。不過該方法只能做一些簡單音樂，并且音樂程序會(huì)占用很多單片機(jī)存儲(chǔ)資源。還有一種方法是采用錄音放音芯片1420做鬧鈴，先對錄放音設(shè)備錄入一段音樂，當(dāng)?shù)皆O(shè)定時(shí)間時(shí)，單片機(jī)控制錄放音設(shè)備放音。采用錄放音電路，鈴聲可以是預(yù)先設(shè)定的一段自己喜歡的音樂，符合電器設(shè)備人性化的要求。且1420芯片可以分段錄音，還具有語音報(bào)時(shí)功能。另外，也可以購置一塊音樂集成電路，加置在單片機(jī)和蜂鳴器之間，當(dāng)單片機(jī)連接鬧鈴電路的管腳送出高電平時(shí)，音樂集成電路會(huì)給蜂鳴器特定脈沖，使蜂鳴器發(fā)聲。此類集成電路體積較小，使用方便，不足的是音樂簡單、單一。報(bào)警電路是本設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)，故采用最簡單的方法，用發(fā)光二極管代替，為了區(qū)分報(bào)警的路數(shù)，用三種不同顏色的發(fā)光二極管來區(qū)分。一個(gè)發(fā)光二極管占用單片機(jī)一根I/O口實(shí)現(xiàn)一路報(bào)警、共需3個(gè)I/O口。當(dāng)I/O引腳為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮。 復(fù)位電路設(shè)計(jì)復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，以便使CPU和系統(tǒng)中其他部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，也可按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。復(fù)位后，PC內(nèi)容初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。單片機(jī)復(fù)位后，除了PC之外，還對片內(nèi)的特殊功能寄存器有影響。 單片機(jī)寄存器的復(fù)位狀態(tài)表寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)PC0000HTCON00HACC00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HPP3FFHSCON00HIP000000BSBUF不定IE000000BPCON0B(NMOS)TMOD00H00000B(CHMOS)單片機(jī)復(fù)位后不影響內(nèi)部RAM的狀態(tài)[17]。89C52單片機(jī)復(fù)位信號的輸入端是RST引腳，高電平有效。其有效時(shí)間持續(xù)24個(gè)時(shí)鐘周期（2個(gè)機(jī)器周期）以上。RST端的外部復(fù)位電路有兩種操作方式：上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位。上電自動(dòng)復(fù)位是利用電容儲(chǔ)電來實(shí)現(xiàn)的，(a)所示。上電瞬間，RC電路充電，RST端出現(xiàn)正脈沖，隨著充電電流的減少，RST的電位逐漸下降。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。按鍵電平復(fù)位是相當(dāng)于RST端通過電阻接高電平，(b)所示；按鍵脈沖復(fù)位，利用RC微分電路產(chǎn)生正脈沖，(c)所示。 上電復(fù)位和按鍵復(fù)位電路出于應(yīng)用方便，本設(shè)計(jì)采用按鍵電平復(fù)位電路。實(shí)際電路請參見附錄B，復(fù)位按鍵為K8。 振蕩電路設(shè)計(jì)單片機(jī)工作時(shí)，是在統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖控制下一拍一拍地進(jìn)行的。這個(gè)脈沖是由單片機(jī)控制器中的時(shí)序電路發(fā)出的。單片機(jī)的時(shí)序就是CPU在執(zhí)行指令時(shí)所需控制信號的時(shí)間順序，為了保證各部件間的同步工作，單片機(jī)內(nèi)部電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號下嚴(yán)格地控時(shí)序進(jìn)行工作。要給單片機(jī)提供時(shí)序，就需要相關(guān)的硬件電路，即振蕩器和時(shí)鐘電路。51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，這個(gè)反相放大器的作用就是用于構(gòu)成振蕩器用的，但要形成時(shí)鐘，外部還需要加一些附加電路。利用單片機(jī)內(nèi)部的振蕩器，然后在引腳XTAL1和引腳XTAL2兩端接晶振，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘電路，外接晶振時(shí)，晶振兩端的電容一般選擇為30PF左右；這兩個(gè)電容對頻率有微調(diào)的作用。為了減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定?？煽康毓ぷ鳎袷幤骱碗娙輵?yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近。第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)C51單片機(jī)可以應(yīng)用匯編語言和C語言進(jìn)行編程。匯編語言與機(jī)器指令一一對應(yīng)所以用匯編語言編寫的程序在單片機(jī)里運(yùn)行起來效率較高。C語言程序可讀性高，更便于理解。本設(shè)計(jì)使用C語言編程。 主程序設(shè)計(jì)第一次上電，系統(tǒng)先進(jìn)行初始化， LED顯示初始時(shí)間“12：00：00”，并開始走時(shí)。此刻若按K1鍵，時(shí)鐘進(jìn)入校時(shí)狀態(tài)，秒位閃爍，若繼續(xù)按K1健，分位、時(shí)位一次閃爍，第四次按下時(shí)，進(jìn)入報(bào)警時(shí)間設(shè)置狀態(tài)。單片機(jī)依次開始調(diào)時(shí)間校正程序、DS1302子程序、報(bào)警時(shí)間設(shè)置子程序、報(bào)警子程序，返回程序開頭循環(huán)運(yùn)行。 多路喚醒儀主程序流程圖 子程序設(shè)計(jì) 實(shí)時(shí)時(shí)鐘子程序設(shè)計(jì)該程序主要實(shí)現(xiàn)對DS1302寫保護(hù)、充電，對年、月、日、時(shí)、分、秒等寄存器的讀寫操作。在讀寫操作子程序中都執(zhí)行了關(guān)中斷指令，因?yàn)樵诖型ㄐ艜r(shí)對時(shí)序要求比較高，而且在此是用I/O口軟件模擬串行時(shí)鐘脈沖，所以在通信過程中最好保證傳輸?shù)倪B續(xù)性，不要允許中斷。 實(shí)時(shí)時(shí)鐘子程序流程圖DS1302每次上電時(shí)自動(dòng)處于暫停狀態(tài)，必須把秒寄存器的位7置位0，時(shí)鐘才開始計(jì)時(shí)。如果DS1302一直沒有掉電，則不存在此問題。在進(jìn)行寫操作時(shí)，需要先解除寫保護(hù)寄存器的“禁止”狀態(tài)。當(dāng)用多字節(jié)模式進(jìn)行操作時(shí)，必須寫夠8字節(jié)[18]。源程序見附錄A。 顯示子程序設(shè)計(jì)。由6個(gè)共陰極的數(shù)碼管組成時(shí)、分、秒的顯示。， 至R13與VT1至VT3的基極相連接。這樣通過P0口送出一個(gè)存儲(chǔ)單元的高位、低位BCD顯示代碼，通過P2口送出掃描選通代碼輪流點(diǎn)亮LED1至LED6，就會(huì)將要顯示的數(shù)據(jù)在數(shù)碼管中顯示出來。從P0口輸出的代碼是BCD碼，從P2口輸出的就是位選碼。這是掃描顯示原理。 顯示子程序 鍵盤掃描子程序單片機(jī)對鍵盤掃描的方法有隨機(jī)掃描方式、定時(shí)掃描方式和中斷掃描方式。在隨機(jī)掃描方式中，CPU完成某特定任務(wù)后，即執(zhí)行鍵盤掃描程序，以確定鍵盤有無按鍵輸入，然后根據(jù)按鍵功能轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的操作。在執(zhí)行鍵盤按鍵規(guī)定的功能中不理睬鍵盤輸入。定時(shí)掃描方式與隨機(jī)掃描方式基本相同，只是利用CPU內(nèi)的定時(shí)中斷，每隔一定時(shí)間掃描有無按鍵被按下，鍵盤反應(yīng)速度較快，在處理按鍵功能過程中，可以通過鍵盤命令進(jìn)行干預(yù)，如取消、暫停等操作。在中斷掃描方式下，并不需要經(jīng)常監(jiān)控鍵盤有無按鍵輸入。因此，在隨機(jī)掃描方式和定時(shí)中斷掃描方式中，CPU常處于空掃描狀態(tài)，在一定程度上降低了CPU的利用率。為此，也可以采用中斷掃描方式來監(jiān)控有無按鍵輸入。在所有鍵盤電路中的鍵盤輸入線上增加與門電路，即可構(gòu)成具有中斷掃描方式的鍵盤。當(dāng)鍵盤上任一按鍵被按下時(shí)，與門輸出低電平，INT1中斷有效，表明鍵盤有按鍵輸