【文章內(nèi)容簡介】 機的電子時鐘的設(shè)計 14 出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通 COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的 COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間為 1～ 2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給 人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O端口，而且功耗更低 【 5】 。 數(shù)碼管的應(yīng)用 數(shù)碼管是一類顯示屏 通過對其不同的管腳輸入相對的電流會使其發(fā)亮從而顯示出數(shù)字。 可以顯示、時間、日期、溫度等所有可以用數(shù)字代替的參數(shù)。 由于它的價格便宜使用簡單，所以在電器特別是家電領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，如：空調(diào)、熱水器、冰箱等等。絕大多數(shù)熱水器用的都是數(shù)碼管其他家電也用液晶屏與熒光屏。 數(shù)碼管使用的電流與電壓 [10] 電流：靜態(tài)時，推薦使用 1015mA；動態(tài)時， 16/1動態(tài)掃描時，平均電流為45mA，峰值電流 5060mA。 電壓：當(dāng)選擇紅色時，使用 ；當(dāng)選擇綠色時，使用 。 基于單片機的電子時鐘的設(shè)計 15 第四章 電子時鐘的設(shè)計 可實現(xiàn)的功能 1．采用六位數(shù)碼管顯示小時、分鐘、秒，并且可以任意設(shè)定時間。 2．可以查看并且設(shè)定日期，日期采用年、月、日的顯示方式。 3．可以查看并設(shè)定鬧鐘，鬧鐘的顯示方式采用與時間相同的顯示方式。 4．可以查看并設(shè)定星期，數(shù)碼管的最后一位顯示星期，用數(shù)字 8表示星期日。 5．系統(tǒng)設(shè)定詳細說明： 系統(tǒng)的初始狀態(tài)為顯示時鐘 狀態(tài)，此時顯示小時、分鐘、秒。初始狀態(tài)下，按 K0鍵進入時間調(diào)整程序，按 K1鍵查看鬧鐘，按 K2鍵查看日期，按 K3鍵查看星期。 進入時間調(diào)整狀態(tài)后，首先調(diào)整分鐘，此時分鐘閃爍顯示，按 K1鍵加一，按K2鍵減一。按 K0鍵開始調(diào)整小時，此時小時閃爍顯示，按 K1鍵加一，按 K2鍵減一，再按 K0鍵后系統(tǒng)返回到顯示時間狀態(tài)。 在調(diào)整時間狀態(tài)下按下 K3鍵進入調(diào)整鬧鐘狀態(tài)，此時顯示原先的鬧鐘時間，并且鬧鐘分鐘閃爍顯示，此時按 K1鍵加一，按 K2鍵減一；調(diào)整后按 K0鍵轉(zhuǎn)換到鬧鐘小時調(diào)整單元，此時按 K1鍵加一，按 K2鍵減一。鬧鐘調(diào)整完 畢后按 K0鍵回到調(diào)整時間狀態(tài)，按 K3鍵轉(zhuǎn)到調(diào)整日期狀態(tài)。 在調(diào)整日期狀態(tài)下，日單元閃爍顯示，此時按 K1鍵加一，按 K2鍵減一；按下K0鍵進入調(diào)整月，此時按 K1鍵加一，按 K2鍵減一；按下 K0鍵進入調(diào)整年，此時按K1鍵加一，按 K2鍵減一。此時按下 K0鍵返回到調(diào)整時間狀態(tài)，按下 K3鍵進入調(diào)整星期狀態(tài)。 在調(diào)整星期狀態(tài)下，星期閃爍顯示，此時按 K1鍵加一，按 K2鍵減一。按下 K0鍵返回到調(diào)整時間狀態(tài)。此時分鐘閃爍顯示，按 K0鍵開始調(diào)整小時，此時小時閃爍顯示，再按 K0鍵后系統(tǒng)返回到顯示時間狀態(tài)。 軟件設(shè)計流程 秒 計數(shù)器的計數(shù)時鐘信號為 1Hz的標(biāo)準(zhǔn)信號，可以由 CPLD板上提供的 20MHZ基于單片機的電子時鐘的設(shè)計 16 的信號通過分頻得到。秒計數(shù)器的進位輸出信號作為分鐘計數(shù)器的計數(shù)信號，分鐘計數(shù)器的進位輸出信號又作為小時計數(shù)器的計數(shù)信號 [11].設(shè)計一個同時顯示時、分、秒 6個數(shù)字的數(shù)字鐘，則需要 6個七段顯示器。若同時點亮這 6個七段顯示器，則電路中會產(chǎn)生一個比較大的電流，很容易造成電路燒壞，我們通過掃描電路來解決這一問題，通過產(chǎn)生一個掃描信號 LT(0)一 LT(5)來控制 6個七段顯示器，依次點亮 6個七段顯示器，也就是每次只點亮一個七段顯示器。只要掃描信號 的頻率超過人的眼睛視覺暫留頻率 24Hz以上，就可以達到盡管每次點亮單個七段顯示器，卻能具有 6個同時顯示的視覺效果，而目顯示也不致閃爍抖動。其中 6位掃描信號一方面控制七段顯示器依次點亮，一方面控制 6選 1選擇器輸出相應(yīng)顯示數(shù)字。控制電路用來將控制時鐘的一些功能加入到整個正常計數(shù)的顯示電路中，通過最終的顯示來驗證控制電路的正確性 【 12】 。圖 （下頁圖 ）。 基于單片機的電子時鐘的設(shè)計 17 圖 基于單片機的電子時鐘的設(shè)計 18 圖 基于單片機的電子時鐘的設(shè)計 19 電子時鐘設(shè)計的部分主要流程 匯編語言是計算機提供給用戶 的最快最有效的語言，也是能夠利用計算機的所有硬件特性并能夠直接控制硬件的唯一語言。但是由于編寫和調(diào)試匯編語言程序要比高級語言復(fù)雜，因此目前其應(yīng)用不如高級語言廣泛 【 8】 。但對于對電子時鐘的設(shè)計這樣的程序來說，用匯編語言是最快最有效的語言，下面是用匯編語言進行編寫的基于單片機的電子時鐘的設(shè)計的部分主要流程程序（見附錄） 基于單片機的電子時鐘的設(shè)計 20 第五章 電子時鐘的仿真 單片機調(diào)試仿真軟件 源文件的輸入： Keil單片機模擬調(diào)試軟件內(nèi)集成了一個文本編輯器，用該文本編輯器可以編輯源程序。打開 ” FILE”“ NEW” 就打開的此編輯器。在圖 語言源文件的輸入，并且完成了源程序向當(dāng)前工程的添加。然后再創(chuàng)建工程的步驟如下：打開 ” project”“ new uvision project” 然后顯示一個對話框，在對話框里選擇 ATMEL,在 ATMEL的下拉框中找 AT89C51選擇后點擊“ OK”就創(chuàng)建了一個工程，注意：創(chuàng)建時把此工程保存在熟悉的文件夾里，以便于后面的查找使用。 圖 Keil單片機模擬調(diào)試軟件的集成開發(fā)環(huán)境 完成匯編語言源文件的輸入后，接著需要把匯編語言源 文件加入工程之中。選擇圖 Source Group 1，再單擊鼠標(biāo)右鍵打開快捷菜單。在快捷菜單中選擇“ Add File to Group“ Source Group 1”，加入文件對話框被打開。在這個對話框的“查找范圍”下拉列表框中選擇存儲匯編語言源文件的文件夾，在“文件類型”下拉列表框中選擇 Asm Source file（ *.a*；*.src），這時存儲的匯編語言源文件將顯示出來。雙擊要加入的文件名，或者選擇要加入的文件名再單擊 Add按鈕即可完成把匯編語言源文件加入工程。這時工程管理窗口的文件選項卡中子目錄 Source Group 1下出現(xiàn)一個匯編語言源文件，如圖 。 Proteus軟件： 基于單片機的電子時鐘的設(shè)計 21 Proteus 是英國 Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析 (SPICE)各種模擬器件和集成電路，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。 PROTEUS軟件由Labcenter公司開發(fā)，是目前世界上最先進、最完整的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與仿真平臺，可以實現(xiàn)數(shù)字電路、模擬電路及微控制器系統(tǒng)與外設(shè)的混合電路系 統(tǒng)的電路仿真、軟件仿真、系統(tǒng)協(xié)同仿真和 PCB設(shè)計等功能，是目前唯一能夠?qū)Ω鞣N處理器進行實時仿真、調(diào)試與測試的 EDA工具。微控制器系統(tǒng)相關(guān)的仿真需建立編譯和調(diào)試環(huán)境，可選擇 Keil C51uVision2 軟件。該軟件支持眾多不同公司的芯片，集編輯、編譯和程序仿真等于一體，同時還支持 PLM、匯編和 C語言的程序設(shè)計。它的界面友好易學(xué)，在調(diào)試程序、軟件仿真方面有很強大的功能。 其革命性的功能是：將電路仿真和微處理器仿真進行協(xié)同，直接在基于原理圖的虛擬原型上進行處理器編程調(diào)試，并進行功能驗證，通過動態(tài)器件如電機、 LED、 LCD、開關(guān)等，實時看到運行后的輸入、輸出的效果，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等， Proteus為我們建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境。 電子時鐘的仿真 選擇仿真元器件 在進行仿真之前對所需的仿真的元器件的選擇也是很重要的，所需仿真元器件的好壞直接影響到仿真的效果，如果選擇的元器件比較不太合理可能使仿真的結(jié)果不理想，甚至?xí)?dǎo)致仿真的失敗。下表列出本次設(shè)計中用到的元器件 【 14】 ： 基于單片機的電子時鐘的設(shè)計 22 在進行元器件的選擇后，并且在 keil上完成程序的編寫測試后我們就可以著手進行電子時鐘的仿真了。在數(shù) 字電子時鐘程序初步編完之后，利用單片機硬件仿真軟件進行仿真和調(diào)試，同時對程序進行適當(dāng)?shù)男薷?[11]。該設(shè)計在仿真及調(diào)試過程中應(yīng)注意以下幾點： 基準(zhǔn)相一致。 ，而中斷服務(wù)程序所花費的時間必須在中斷返回后在計時單元中扣除掉，否則精確度會變差。 ，需要反復(fù)修改程序中的給定的時間，直到整體上的顯示效果較好，不會有閃爍的現(xiàn)象產(chǎn)生 [12]。 在 proteus軟件中進行電子時 鐘電路原理圖的繪制，繪制結(jié)果如 ，在 電子時鐘仿真的原理圖 基于單片機的電子時鐘的設(shè)計 23 此圖中的核心部分是左邊的 89c51單片機中部有顯示驅(qū)動芯片 MAX7219，右上部分是一個八段的數(shù)碼管顯示屏，數(shù)碼管下面為四個按鍵，圖中的左下部的那個芯片為時鐘芯片 DS1302，時鐘芯片右部為蜂鳴器，原理圖中還有單片機的晶振電路和單片機的復(fù)位電路。 DS1302 是美國 DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為 ～ 。 采用三線接口與 CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或 RAM數(shù)據(jù)。 DS1302內(nèi)部有一個 31 8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的 RAM寄存器。 DS1302是 DS1202的升級產(chǎn)品，與 DS1202兼容，但增加了主電源 /后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。 MAX7219是 MAXIM公司生產(chǎn)的串行輸入 /輸出共陰極數(shù)碼管顯示驅(qū)動芯片，一片 MAX7219可驅(qū)動 8個 7段（包括小數(shù)點共 8段）數(shù)字 LED、 LED條線圖形顯示器、或64個分立的 LED發(fā)光二級管。該芯片具有 10MHz傳 輸率的三線串行接口可與任何微處理器相連，只需一個外接電阻即可設(shè)置所有 LED的段電流。它的操作很簡單，MCU只需通過模擬 SPI三線接口就可以將相關(guān)的指令寫入 MAX7219的內(nèi)部指令和數(shù)據(jù)寄存器，同時它還允許用戶選擇多種譯碼方式和譯碼位。此外它還支持多片7219串聯(lián)方式，這樣 MCU就可以通過 3根線（即串行數(shù)據(jù)線、串行時鐘線和芯片選通線）控制更多的數(shù)碼管顯示 。 各器件的作用： 89c51單片機是總體的控制器（整個電子時鐘的 CPU），源程序的加載、電路的控制、數(shù)據(jù)的加載、傳送等都在單片機這一部分。顯示驅(qū)動芯片 MAX7219是連接單片機和數(shù)碼管的芯片。數(shù)碼管顯示屏其顯示作用，是信號的顯示，是本設(shè)計中唯一的顯示設(shè)備。按鍵是對時間、日期等的調(diào)整或輸入，其具體操作方法下節(jié)有具體介紹。時鐘芯片 DS1302是系統(tǒng)中的計時芯片，它對年、月、日、時、分、秒等的計時