【文章內容簡介】 因此合理的設計既應保證驅動電路易實現，又要保證圖像穩(wěn)定，無閃爍。動態(tài)顯示采用多路復用技術的動態(tài)掃描顯示方式，復用的程度不是無限增加的， 因為利用動態(tài)掃描顯示使我們看到一幅穩(wěn)定畫面的實質是利用了人眼的暫留效應和發(fā)光二極管發(fā)光時間的長短，發(fā)光的亮度等因素。對于一組數碼管動態(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，用來選擇第幾位數碼管工作，稱為位碼。由于各位數碼管的段線并聯，段碼的輸出對各位數碼管來說都是相同的。因此，在同一時刻如果各位數碼管的位選線都處于選通狀態(tài)的話，8位數碼管將顯示相同的字符。若要各位數碼管能夠顯示出與本位相應的字符，就必須采用掃描顯示方式。即在某一時刻，只讓某一位的位選線處于導通狀態(tài)，而其它各位的位選線處于關閉狀態(tài)。同時，段線上輸出相應位要顯示字符的字型碼。這樣在同一時刻，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，就可以使各位數碼管顯示出將要顯示的字符。雖然這些字符是在不同時刻出現的，而且同一時刻，只有一位顯示，其它各位熄滅，但由于數碼管具有余輝特性和人眼有視覺暫留現象，只要每位數碼管顯示間隔足夠短，給人眼的視覺印象就會是連續(xù)穩(wěn)定地顯示。數碼管不同位顯示的時間間隔可以通過調整延時程序的延時長短來完成。數碼管顯示的時間間隔也能夠確定數碼管顯示時的亮度，若顯示的時間間隔長，顯示時數碼管的亮度將亮些，若顯示的時間間隔短，顯示時數碼管的亮度將暗些。若顯示的時間間隔過長的話，數碼管顯示時將產生閃爍現象。所以，在調整顯示的時間間隔時，即要考慮到顯示時數碼管的亮度，又要數碼管顯示時不產生閃爍現象。靜態(tài)顯示，是由微型計算機一次輸出顯示模型后，就能保持該顯示結果，直到下次發(fā)送新的顯示模型為止。靜態(tài)顯示驅動程序簡單，且CPU占用率低，但每個LED數碼管需要一個鎖存器來鎖存每一個顯示位的筆段代碼，硬件開銷大，僅適合顯示位數較少的場合。為了在顯示部分節(jié)省單片機I/O口，故采用動態(tài)顯示方式。高效、方便的LED顯示驅動電路是構成完善的單片機系統(tǒng)必不可少的元素。常用的LED顯示驅動電路有并行譯碼方式、串行—并行轉換方式等。串行—并行轉換方式顯示同樣的位數使用單片機的口線大大減少，并且可以讓LED顯示BCD碼以外的字符(如A、B、C、D 等)，但是，當要顯示的位數較多時，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，以便進行串行通信，從而限制了這種方式的使用范圍。本設計采用并行譯碼方式，譯碼后動態(tài)顯示?！?，經2片7段LED顯示驅動電路CD4511譯碼后驅動LED顯示，～～，即可顯示出相應的數字?！刂埔F實的位數。CD4511是一個用于驅動共陰極LED（數碼管）顯示器的BCD碼—七段碼譯碼器，特點：具有BCD轉換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域寗覮ED顯示器。CD4511是一片CMOS BCD—鎖存/7 段譯碼/驅動器，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，顯示器正常顯示，加低電平時，顯示器一直顯示數碼“8”，各筆段都被點亮，以檢查顯示器是否有故障。BI為消隱功能端，低電平時使所有筆段均消隱，正常顯示時，B1端應加高電平。另外CD4511有拒絕偽碼的特點，當輸入數據越過十進制數9(1001)時，顯示字形也自行消隱。LE是鎖存控制端，高電平時鎖存，低電平時傳輸數據。a～g是7段輸出，可驅動共陰LED數碼管。另外，CD4511顯示數“6”時，a段消隱；顯示數“9”時，d段消隱，所以顯示9這兩個數時，字形不太美觀。所謂共陰LED數碼管是指7段LED的陰極是連在一起的，在應用中應接地。限流電阻要根據電源電壓來選取，電源電壓5V時可使用300Ω的限流電阻。關于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間，在連接顯示電路之前要明確共陰型8段LED的10個管腳與各段發(fā)光二極管的對應關系，熟悉CD4511管腳位置，然后才能開始進行連接[19]。在連接過程中，需要注意以下幾點：1. LED數碼管各管腳與CD4511各管腳的對應關系要十分清楚，所有LED數碼管與CD4511的連接方式要統(tǒng)一。2. 明確單片機管腳功能。本設計定義了P0口連接兩片的CD4511腳，~ ，通過三極管是否導通來選擇要顯示的LED。3. 編寫一段顯示程序，燒錄進單片機，檢查好電源正負端和P0連接是否正確。檢查無誤后上電，檢查顯示電路是否正確。 按鍵電路設計根據功能需要，本時鐘需要設置以下功能鍵：校對選擇鍵，加1操作鍵，減1操作鍵，鬧鈴定時選擇鍵，鬧鈴路數選擇鍵，跳出校對/設置時間按鍵，鬧鈴開關鍵。按照鍵盤與CPU的連接方式可分為獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤。獨立式鍵盤是各個按鍵相互獨立，每個按鍵占用一個I/O口線，每根I/O口線上的按鍵不會影響其他I/O口上按鍵工作狀態(tài)。獨立式鍵盤電路配置靈活，軟件結構簡單，但每個按鍵必須占用一根I/O口，在按鍵數量較多時，I/O口線浪費較大，且電路結構復雜。矩陣式鍵盤適合按鍵較多時使用。當系統(tǒng)所需按鍵個數較多時，為減少鍵盤電路占用I/O引腳數目，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】。由于本設計的電子鐘最多需要7個按鍵，若采用矩陣式鍵盤時會有按鍵浪費，故采用的是獨立式鍵盤。對于內置了上拉電阻的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，與之連接的單片機管腳才會重新被拉回高電平。KKKKKK6鍵為自動復位按鍵。每次按下后，會自動彈出。單片機管腳只有在按鍵按下時為低電平，按鍵彈出后重新恢復高電平。 按鍵功能表按鍵鍵名功能屬性K1SET模式選擇自動復位K2UP數值加一操作自動復位K3DOWN數值減一操作自動復位K4OUT跳出功能選擇自動復位K5SSET定時選擇自動復位K6SS多路選擇自動復位K7Alarm鬧鈴開關自鎖按鍵操作說明如下：K1鍵：該鍵為自動復位鍵，在正常顯示時間狀態(tài)下，第一次按下后，開始校對秒，以后每次按下都會分別進入對分、小時。K2鍵：該鍵為自動復位鍵，在校對狀態(tài)下，每次按動該鍵，都會使相應校對位進行加1操作。例如：校對小時狀態(tài)，每按一下，小時位加1，當加至小時最高值23時，再按K4鍵，小時位回0。調分、秒與之皆相同，只是各位最高值不同。K3鍵：該鍵為自動復位鍵，與K2鍵類似，不同之處是該鍵每次按下將使相應校對位進行減1操作。K4鍵：該鍵為自動復位鍵，在校對狀態(tài)下，按動該鍵，都會跳出校對或定時狀態(tài)，正常顯示。K5鍵：該鍵為自動復位鍵，與K1鍵類似，不同之處是該鍵每次按下調整的是各路定時時間。K6鍵：該鍵為自動復位鍵，在定時狀態(tài)下，按下該鍵，可以選擇定時的通路每按下一次，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引腳和按鍵是否連接，可用萬用表檢查單片機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。 報警電路設計報警電路可以直接采用蜂鳴器鬧鈴，如當前時刻與鬧鈴時間相同，單片機向蜂鳴器送出高電平，蜂鳴器發(fā)聲。采用蜂鳴器鬧鈴結構簡單，控制方便，但是發(fā)出的鬧鈴聲音單一。也可以在編程的時候編寫一段音樂程序，待鬧鈴時間到時，調用該音樂程序給揚聲器，便響起音樂。不過該方法只能做一些簡單音樂，并且音樂程序會占用很多單片機存儲資源。還有一種方法是采用錄音放音芯片1420做鬧鈴，先對錄放音設備錄入一段音樂，當到設定時間時，單片機控制錄放音設備放音。采用錄放音電路，鈴聲可以是預先設定的一段自己喜歡的音樂，符合電器設備人性化的要求。且1420芯片可以分段錄音，還具有語音報時功能。另外，也可以購置一塊音樂集成電路，加置在單片機和蜂鳴器之間，當單片機連接鬧鈴電路的管腳送出高電平時，音樂集成電路會給蜂鳴器特定脈沖，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。報警電路是本設計中的重點，故采用最簡單的方法，用發(fā)光二極管代替，為了區(qū)分報警的路數，用三種不同顏色的發(fā)光二極管來區(qū)分。一個發(fā)光二極管占用單片機一根I/O口實現一路報警、共需3個I/O口。當I/O引腳為高電平時，發(fā)光二極管點亮。 復位電路設計復位是單片機的初始化操作，以便使CPU和系統(tǒng)中其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當單片機系統(tǒng)在運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，也可按復位鍵重新啟動。復位后，PC內容初始化為0000H，使單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序。單片機復位后，除了PC之外，還對片內的特殊功能寄存器有影響。 單片機寄存器的復位狀態(tài)表寄存器復位狀態(tài)寄存器復位狀態(tài)PC0000HTCON00HACC00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HPP3FFHSCON00HIP000000BSBUF不定IE000000BPCON0B(NMOS)TMOD00H00000B(CHMOS)單片機復位后不影響內部RAM的狀態(tài)[17]。89C52單片機復位信號的輸入端是RST引腳，高電平有效。其有效時間持續(xù)24個時鐘周期（2個機器周期）以上。RST端的外部復位電路有兩種操作方式：上電自動復位和按鍵手動復位。上電自動復位是利用電容儲電來實現的，(a)所示。上電瞬間，RC電路充電，RST端出現正脈沖，隨著充電電流的減少，RST的電位逐漸下降。按鍵手動復位有電平方式和脈沖方式兩種。按鍵電平復位是相當于RST端通過電阻接高電平，(b)所示；按鍵脈沖復位，利用RC微分電路產生正脈沖，(c)所示。 上電復位和按鍵復位電路出于應用方便，本設計采用按鍵電平復位電路。實際電路請參見附錄B，復位按鍵為K8。 振蕩電路設計單片機工作時，是在統(tǒng)一的時鐘脈沖控制下一拍一拍地進行的。這個脈沖是由單片機控制器中的時序電路發(fā)出的。單片機的時序就是CPU在執(zhí)行指令時所需控制信號的時間順序，為了保證各部件間的同步工作，單片機內部電路應在唯一的時鐘信號下嚴格地控時序進行工作。要給單片機提供時序，就需要相關的硬件電路，即振蕩器和時鐘電路。51單片機內部有一個高增益反相放大器，這個反相放大器的作用就是用于構成振蕩器用的，但要形成時鐘，外部還需要加一些附加電路。利用單片機內部的振蕩器，然后在引腳XTAL1和引腳XTAL2兩端接晶振，就構成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內部時鐘電路，外接晶振時，晶振兩端的電容一般選擇為30PF左右；這兩個電容對頻率有微調的作用。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M可能安裝得與單片機芯片靠近。第四章 系統(tǒng)軟件設計C51單片機可以應用匯編語言和C語言進行編程。匯編語言與機器指令一一對應所以用匯編語言編寫的程序在單片機里運行起來效率較高。C語言程序可讀性高，更便于理解。本設計使用C語言編程。 主程序設計第一次上電，系統(tǒng)先進行初始化， LED顯示初始時間“12：00：00”，并開始走時。此刻若按K1鍵，時鐘進入校時狀態(tài)，秒位閃爍，若繼續(xù)按K1健，分位、時位一次閃爍，第四次按下時，進入報警時間設置狀態(tài)。單片機依次開始調時間校正程序、DS1302子程序、報警時間設置子程序、報警子程序，返回程序開頭循環(huán)運行。 多路喚醒儀主程序流程圖 子程序設計 實時時鐘子程序設計該程序主要實現對DS1302寫保護、充電，對年、月、日、時、分、秒等寄存器的讀寫操作。在讀寫操作子程序中都執(zhí)行了關中斷指令，因為在串行通信時對時序要求比較高，而且在此是用I/O口軟件模擬串行時鐘脈沖，所以在通信過程中最好保證傳輸的連續(xù)性，不要允許中斷。 實時時鐘子程序流程圖DS1302每次上電時自動處于暫停狀態(tài)，必須把秒寄存器的位7置位0，時鐘才開始計時。如果DS1302一直沒有掉電，則不存在此問題。在進行寫操作時，需要先解除寫保護寄存器的“禁止”狀態(tài)。當用多字節(jié)模式進行操作時，必須寫夠8字節(jié)[18]。源程序見附錄A。 顯示子程序設計。由6個共陰極的數碼管組成時、分、秒的顯示。， 至R13與VT1至VT3的基極相連接。這樣通過P0口送出一個存儲單元的高位、低位BCD顯示代碼，通過P2口送出掃描選通代碼輪流點亮LED1至LED6，就會將要顯示的數據在數碼管中顯示出來。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對鍵盤掃描的方法有隨機掃描方式、定時掃描方式和中斷掃描方式。在隨機掃描方式中，CPU完成某特定任務后，即執(zhí)行鍵盤掃描程序，以確定鍵盤有無按鍵輸入，然后根據按鍵功能轉去執(zhí)行相應的操作。在執(zhí)行鍵盤按鍵規(guī)定的功能中不理睬鍵盤輸入。定時掃描方式與隨機掃描方式基本相同，只是利用CPU內的定時中斷，每隔一定時間掃描有無按鍵被按下，鍵盤反應速度較快，在處理按鍵功能過程中，可以通過鍵盤命令進行干預，如取消、暫停等操作。在中斷掃描方式下，并不需要經常監(jiān)控鍵盤有無按鍵輸入。因此，在隨機掃描方式和定時中斷掃描方式中，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，即可構成具有中斷掃描方式的鍵盤。當鍵盤上任一按鍵被按下時，與門輸出低電平，INT1中斷有效，表明鍵盤有按鍵輸