【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 不夠。 [2] 方案三 利用單片機(jī)內(nèi)部具有的計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘功能。以 12MHz 晶振為例，通過(guò)計(jì)算可知，使定時(shí)器每 50ms 產(chǎn)生一次中斷，當(dāng)產(chǎn)生 20 次中斷后秒單元將加一，以此類(lèi)推，從而實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒的走時(shí)，并加以顯示。雖然這種方法存在由于系統(tǒng)晶振誤差、溫漂、中斷響應(yīng)時(shí)間的不 確定性及定時(shí)器重新裝載時(shí)間常數(shù)所帶來(lái)的誤差等不足。而且用這種方法實(shí)現(xiàn)的時(shí)鐘在斷電的情況下將停止走時(shí)，通電后必須再初始化，需要重新調(diào)表。但是利用這種方法實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)具有一定的可擴(kuò)展性。由于時(shí)鐘的實(shí)現(xiàn)大部分是由軟件的編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此沒(méi)有前幾種方案中來(lái)自硬件的束縛。只要對(duì)數(shù)字時(shí)鐘的程序和硬件電路加以一定的修改，就可應(yīng)用到一些實(shí)時(shí)控制的系統(tǒng)中去。系統(tǒng)的實(shí)用意義更大。 通過(guò)以上三種方案的比較，決定采用方案三。 3 第二章 主要電路模塊的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)方框圖 系統(tǒng)方框圖如圖 所示。 系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)數(shù)字時(shí)鐘的基本功能， 單片機(jī)最小系統(tǒng)能啟動(dòng)正常，單片機(jī)最小系統(tǒng)能復(fù)位正常，單片機(jī)通過(guò)控制相關(guān)時(shí)鐘控制芯片，在數(shù)碼管上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘顯示，并且能手動(dòng)調(diào)整時(shí)間。 通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)一步了解 8051 單片機(jī)特性，掌握單片機(jī)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及軟件對(duì)硬件的控制功能。熟練掌握 8051 單片機(jī)指令系統(tǒng)的應(yīng)用及程序設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)環(huán)境。 圖 系統(tǒng)方框圖 系統(tǒng)說(shuō)明 系統(tǒng)由 51 系列單片機(jī) AT89C5按鍵、數(shù)碼管顯示、電源等部分構(gòu)成。單片機(jī)部分包括時(shí)鐘電路、復(fù)位電路；按鍵部分能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)時(shí)間的調(diào)整、設(shè)定。三個(gè)按鍵的功 能分別為 :小時(shí)的調(diào)整，分鐘的調(diào)整，復(fù)位。電源部分（試驗(yàn)室配備電源）可輸出 1 個(gè)電壓：5V。 5V 電壓給小系統(tǒng)硬件提供電源。 總電路圖 電子鐘總電路圖見(jiàn)附錄 A 所示。 4 單片機(jī)電路 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路由外接諧振器的時(shí)鐘振蕩器、時(shí)鐘發(fā)生器及關(guān)斷控制信號(hào)等組成。時(shí)鐘振蕩器是單片機(jī)的時(shí)鐘源，時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振蕩器的輸出信號(hào)進(jìn)行二分頻。 CPU 的時(shí)鐘振蕩信號(hào)有兩個(gè)來(lái)源：一是采用內(nèi)部振蕩器，此時(shí)需要在 XTAL1 和XTAL2 腳連接一只頻率范圍為 0— 33MHZ 的晶體振蕩或陶瓷振蕩器及兩只 30pf 電容。二是采用外部振蕩，此時(shí)應(yīng)將外部振蕩器的輸出信號(hào)接至 XTAL1 腳，將 XTAL2 腳浮空。 [3] 利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)功能來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘的走時(shí)，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)每 50 毫秒產(chǎn)生一次中斷，中斷 20 次后，秒單元加 1，秒單元加到 60 時(shí)，跳回到零再繼續(xù)加，同時(shí)分單元加 1；當(dāng)分單元加到 60 時(shí)，跳到零再繼續(xù)加，同時(shí)時(shí)單元的個(gè)位加 1，以次類(lèi)推，從而實(shí)現(xiàn)秒、分、小時(shí)的走時(shí)。 本次設(shè)計(jì)中采用的是內(nèi)部振蕩器，頻率為 12MHZ 的晶體振蕩器及 30pf 的瓷片電容。如圖 所示。 圖 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 復(fù)位是指在規(guī)定的條件下，單片機(jī)自動(dòng)將 CPU 以及與程序運(yùn)行相關(guān)的主要功能部件、 I/O 口等設(shè)置為確定初始狀態(tài)的過(guò)程。如果電路參數(shù)不符合規(guī)定的條件或干擾導(dǎo)致單片機(jī)不能正確的復(fù)位，系統(tǒng)將無(wú)法進(jìn)行正常的工作，因此，復(fù)位電路除了要符合廠(chǎng)家規(guī)定的參數(shù)外，還要濾除可能的干擾。 [4] AT89S52 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)由施密特觸發(fā)器等組成的復(fù)位電路。復(fù)位信號(hào)是從其 9 腳，即 RST 腳輸入的。 [1]AT89S52 單片機(jī)規(guī)定，當(dāng)其處于正常工作基于 51 單片機(jī)的 5 數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)狀態(tài)，且振蕩 器工作穩(wěn)定后，在 RST 端有從高電平到低電平，且高電平時(shí)間大于兩個(gè)機(jī)器周期的復(fù)位信號(hào)時(shí)， CPU 將完成對(duì)系統(tǒng)的復(fù)位。有兩點(diǎn)需要注意：一、復(fù)位信號(hào)是高電平有效，二、高電平的保持時(shí)間必須大于兩個(gè)機(jī)器周期，可見(jiàn)高電平保持時(shí)間與振蕩頻率有關(guān)。 [5] 本次設(shè)計(jì)中采用上電復(fù)位電路，上電復(fù)位是指在系統(tǒng)上電時(shí)， RST 端自動(dòng)產(chǎn)生復(fù)位所需要的信號(hào)將單片機(jī)復(fù)位，本次設(shè)計(jì)中的上電復(fù)位電路如圖所示。上電時(shí)， RST 端高電平的維持時(shí)間取決于 R(1k)和 C(22uF)的值。要使單片機(jī)可靠的復(fù)位，設(shè)計(jì)中使其維持的時(shí)間足夠長(zhǎng)。如圖 所示。 圖 復(fù)位電路 按鍵電路 方案一：采用陣列式鍵盤(pán) 此類(lèi)鍵盤(pán)是采用行列掃描方式，當(dāng)按鍵較多時(shí)可以減少占用單片機(jī)的 I/O 口數(shù)目。 方案二：采用獨(dú)立式按鍵電路 每個(gè)鍵單獨(dú)占有一根 I/O 接口線(xiàn)，每個(gè) I/O 口的工作狀態(tài)互不影響，此類(lèi)鍵盤(pán)采用端口直接掃描方式。但是當(dāng)按鍵較多時(shí)占用單片機(jī)的 I/O數(shù)目較多。 本系統(tǒng)只需三個(gè)按鍵，因此選擇方案二。 如果按鍵采用中斷的話(huà)，可以使單片機(jī)工作更加靈活、效率更高。由于該系統(tǒng)要用到 3 個(gè)按鍵，考慮到單片機(jī)的中斷資源不夠，所以就只用 及 和 口。電路如圖 所示。 [6] 圖 按鍵電路 6 顯示電路 方案論證 方案一：采用動(dòng)態(tài)顯示 這種工作方式是分時(shí)輪流選通數(shù)碼管的公共端，使得各個(gè)數(shù)碼管輪流導(dǎo)通。當(dāng)所有數(shù)碼管依次顯示一遍后，軟件控制循環(huán)，使每位顯示器分時(shí)點(diǎn)亮，外接 7407 組成顯示電路。這種方式不但能提高數(shù)碼管的發(fā)光效率，并且由于各個(gè)數(shù)碼管的字段線(xiàn)是并聯(lián)使用的，因而大大簡(jiǎn)化了硬件線(xiàn)路。 各個(gè)數(shù)碼管雖然是分時(shí)輪流通電，但由于發(fā)光數(shù)碼管具有 余輝特性及人眼具有視覺(jué)暫留作用，所以適當(dāng)選取循環(huán)掃描頻率時(shí)，看上去所有數(shù)碼管是同時(shí)點(diǎn)亮的，察覺(jué)不出有閃爍現(xiàn)象。 方案二：采用靜態(tài)顯示 數(shù)碼管工作在靜態(tài)顯示方式下，共陰極或共陽(yáng)極點(diǎn)連接在一起接地或高電平。每位的段選線(xiàn)與一個(gè) 8 位并行口相連。只要在該位的段選線(xiàn)上保持段選碼電平，該位就能保持相應(yīng)的顯示字符。該工作方式常采用串行口設(shè)定方式 0 輸出，外接 74LS164 移位寄存器構(gòu)成顯示電路。 綜合考慮，采用動(dòng)態(tài)顯示，采用一片 7407 芯片作為緩沖，分時(shí)選中三片數(shù)碼 管，從編程和提供的硬件等方面綜合考慮后，決定采用動(dòng)態(tài) 顯示的方法，如圖 所示。 采用 1 片 7407 緩沖的方法來(lái)帶動(dòng) 3 片數(shù)碼管顯示。由軟件控制分不同時(shí)間選中時(shí)分秒不同的三片六個(gè)數(shù)碼管。電路如圖 所示。有電路圖可知 P2 的值和選通的數(shù)碼管對(duì)應(yīng)關(guān)系為： 0x1F 對(duì)應(yīng)秒個(gè)位、 0x2F 對(duì)應(yīng)秒十位、 0x37 對(duì)應(yīng)分個(gè)位、 0x3B 對(duì)應(yīng)分十位、 0x3D 對(duì)應(yīng)時(shí)個(gè)位、 0x3E 對(duì)應(yīng)時(shí)十位。 圖 顯示電路 LED 顯示器的結(jié)構(gòu)與原理 LED 的結(jié)構(gòu)與原理 下面以最簡(jiǎn)單的七段數(shù)碼顯示器為例進(jìn)行說(shuō)明。通常用的七段數(shù)碼顯示器的內(nèi)部有8 個(gè)發(fā)光二極管，其中 7 個(gè)發(fā)光二 極管組成了數(shù)字“ 8”，剩下一個(gè)發(fā)光二極管就是這位數(shù)字所帶的小數(shù)點(diǎn)。數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 一般數(shù)碼管內(nèi)部有共陰和共陽(yáng)兩種連接方式。共陰就是將各個(gè)發(fā)光二極管的陰極接地，共陰極數(shù)碼管如圖（ 1）所示。圖中一個(gè)發(fā)光二極管就相當(dāng)于一個(gè)數(shù)碼段。若給某段加上高電平，那么相對(duì)的段就會(huì)亮。根據(jù)要想顯示的數(shù)值給各段數(shù)碼管加上相應(yīng)的高 7 電平就可以顯示不同的數(shù)值了。 共陽(yáng)就是將各個(gè)發(fā)光二極管的陰極一起接在高電平上。共陽(yáng)數(shù)碼管如圖（ 3）所示，從圖（ 3）中可以看出共陽(yáng)的顯示器與共陰的顯示器有一點(diǎn)區(qū)別，就是它將陽(yáng)極連接在一起接到高 電平上。這樣在想顯示某個(gè)數(shù)的時(shí)候，各個(gè)發(fā)光二極管賦低電平而不是在共陰時(shí)的高電平了，這就是共陰共陽(yáng)的區(qū)別。圖 是 8 段LED 數(shù)碼的結(jié)構(gòu)示意圖，其內(nèi)部實(shí)質(zhì)上是 8 只發(fā)光二極管。 [7] 圖 （ 1） LED 的引腳圖 圖 （ 2）共陰數(shù)碼 圖 （ 3）共陽(yáng)數(shù)碼 由于它內(nèi)部構(gòu)造不同，在顯示時(shí)代碼也有所不同，共陰七段 LED 段選碼表如表 所示。 表 共陰七段 LED 段選碼 顯示字符 數(shù)顯代 碼 顯示字符 數(shù)顯代碼 0 0x3f 5 0x6d 1 0x06 6 0x7d 2 0x5b 7 0x07 3 0x4f 8 0x7f 4 0x66 9 0x6f 電源電路 8 該部分有 1 個(gè)輸出電壓 5V。 220V 交流市電通過(guò)電源變壓器變換成交流 12V 低壓，再經(jīng)過(guò)橋式整流電路 D1~D4 和濾波電容 2200uf 的 整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器 LM7809 的 Vin 和 GND 兩端形成一個(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓（該電壓常常會(huì)因?yàn)槭须婋妷旱牟▌?dòng)或負(fù)載的變化等原因而發(fā)生變化）。此直流電壓經(jīng)過(guò) LM7809 的穩(wěn)壓和 100uf 電容的濾波后，便在穩(wěn)壓電源的輸出產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出 9V 電壓。 9V 電壓給可調(diào)分流基準(zhǔn)芯片 TL431 提供電源。 TL431 的主要作用是給 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 TLC1549 提供比較精確的參考電壓。 9V 電源再經(jīng)過(guò) LM7805 穩(wěn)壓后，給各個(gè)芯片提供電源。電路見(jiàn)圖 。 [8] 圖 電源電路 三端穩(wěn)壓器是標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的通用線(xiàn)性穩(wěn)壓電源集成電路，以其體積小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用簡(jiǎn)捷等特點(diǎn)，成為目前穩(wěn)壓電源中應(yīng)用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件。三端穩(wěn)壓器的工作原理（以 78 系列為例）如下：它與一般分立元件組成的串聯(lián)式穩(wěn)壓電路基本相似。不同的是增加了啟動(dòng)電路、保護(hù)電路和恒流源。啟動(dòng)電路是為恒流源建