【文章內容簡介】 形“ 8”，另一個發(fā)光二極管構成小數點。共陰極 7段 LED 數碼管的內部結構，如圖所示。其中所有發(fā)光二極管的陰極為公共端，接 GND[6]。如果發(fā)光二極管的陽極極為高電平的時候，發(fā)光二極管導通，該字段發(fā)光；反之，如果 11 發(fā)光二極管的陽極為低電平的時候，發(fā)光二極管截止，該字段不發(fā)光。 圖 28共陰極 7段 LED引腳設置和內部結構 （ 3) 數碼管的顯示方式 ： 數碼管要正常顯示，就要用驅動電路來驅動數碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數字，因此根據數碼管的驅動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類 [7]。 1） 動態(tài)顯示驅動：數碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅動 是將所有數碼管的 8個顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的 I/O 線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數碼管會顯示出字形，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碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數碼管的的 COM端，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅動。在輪流顯示過程中，每位數碼管的點亮時間為 1～ 2ms，由于人的視覺暫留現象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數據，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。 2） 靜態(tài)顯示驅動：靜態(tài)驅動也稱直流驅動。靜態(tài)驅動是指每個數碼管的每一個段碼都由一個單片機的 I/O 端口進行驅動，或者使用如 BCD 碼二 十進制譯碼器譯碼進行驅動。靜態(tài)驅動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用 I/O 12 端口多，如驅動 5 個數碼管靜態(tài)顯示則需要 58 ＝ 40 根 I/O 端口來驅動， 要知道一個 89S51 單片機可用的 I/O 端口才 32 個 。 ），實際應用時必須增加譯碼驅動器進行驅動，增加了硬件電路的復雜性 [8]。 （ 4） LED 數碼管的選擇： 四位一體共陰 數碼管。 硬件焊接準備 電路板的布線 圖 29電路板的布線 通過電路板的布線設計，初步掌握焊接硬件的必要準備，也能夠在實際的數字時鐘焊接中，做好元器件的布局，使更美觀。 13 硬件電路元件明細表 表 31 硬件電路原件 編號 元件 參數 1 單片機 AT89C51 1 只 2 40PIC 座 1只 3 萬用板 7cm*9cm 1 片 4 LED 數碼管 四位一體共陰 寸 2 只 5 排阻 1K 1 只 6 晶振 12M 1 只 7 電容 22P 2 只 8 蜂鳴器 1個 9 三極管 S8550 1 只 10 電阻 2 只 11 按鍵 5個 12 DC 座 1個 13 USB 電源線 1條 1 14 3 軟件總體設計方案 單片機軟件的設計也是工具系統(tǒng)功能的設計，對于數字時鐘的實現和正常運行也是非常重要的 [9]。為提高軟件的可行性，可以根據各部分的功能件軟件劃 分為若干相對獨立的部分，使軟件開發(fā)結構更合理，流程更清晰。建立正確的數學模型，繪制流程圖對軟件工程的實施會有很大幫助。 程序流程圖 主程序流程圖 主程序是先開始，然后啟動定時器，再進行檢測，完成之后，就能顯示時間。 圖 31主程序流程圖 按鍵處理流程圖 按鍵處理時先檢測秒按鍵是否按下，如果按下，秒就加 1；如果沒有按下，就檢測分按鍵是否按下，分按鍵如果按下，分加 1；如果沒有就檢測時按鍵，如果按下就加 1，如果沒有， 時間顯示。流程圖如圖 31所示。 定時器中斷流程圖 定時器中斷時是先檢測 1 秒是否到， 1 秒如果到，秒單位就加 1；如果沒有到，就檢測 1 分鐘是否到， 1 分鐘如果到，分單元就加 ，就檢測 1小時是否到， 1 小時如果到，時單元就加 1，如果沒到，就顯示時間。流程圖如32 示。 開始 定時器及中斷定時器初始化 是 否 設定參數 執(zhí)行顯示程序 執(zhí)行時鐘鬧鈴設定程序 N Y 15 圖 32按鍵處理流程圖 圖 33 定時器中斷流程圖 時間顯示流程圖 時間顯示是先秒個位計算顯示，然后是秒十位計算、依次分個位計算、分十位計算、時個位計算、時十位計算。 Y 開始 1 秒時間到 ? 60 秒時間到 ? 60 分鐘到 ? 秒單元加 1 分單位清零，時單元加 1 顯示時間 秒單元清零，分單元加 1 中斷返回 N N Y Y N 24 小時到 ? 時單元清零 Y 開始 秒按鍵按下 ? 分按鍵按下 ? 時按鍵按下 ? 秒加 1 時加 1 顯示時間 分加 1 結束 N N Y Y N N 16 圖 34 時間顯示流程圖 調試結果說明 在調試的過程中出現拉很多的問題 ,真對這些問題我進行拉系統(tǒng)的分析。 (1)數據與代碼轉換。 由前述可知，從 P2 口輸出位選碼，從 P0 口輸出段選碼， LED 就會顯示出數字來。但 P0 口的輸出的數據是要 BCD 碼，各存儲單元存儲的是二進制數，也就是和要顯示出的字符表達的含義是不一致的 ?？梢?，將要顯示的存儲單元的數據直接送到 P0 口去驅動 LED 數碼管顯示是不能正確表達的，必須在系統(tǒng)內部將要顯示的數據經過 BCD 碼行轉換后，將各個單元數據的段選代碼送入 P0 口，給CD4511 譯碼后去驅動數碼管顯示 [10]。 具體轉換過程如下： 先將要顯示的數據裝入累加器 A 中，再將 A 中的數據轉換成高低兩位的 BCD 碼， 再放回 A 中，然后將 A 中的值輸出 。如：有一個單元存儲了 45 這樣一位數，則需轉換成四位的 BCD 碼：（ 0100）（ 0101）然后放入 A 中。 A 中 BCD 碼，高位四位代表 4低四位代表 5同時送給兩個譯碼器中，譯碼后 45 字就在兩個 LED 中顯示出來。 (2)計時功能的實現與中斷服務程序 時間的運行依靠定時中斷子程序對時鐘單元數值進位調整來實現的。計數器開 始 結 束 秒 個 位 計 算 顯 示 秒十位計算顯示 時十位計算顯示 分個位計算顯示 分十位計算顯示 時個位計算顯示 17 T0 打開后， 進入計時，滿 100 毫秒后，重裝定時。中斷一次，滿一秒后秒進位，滿 60 秒后即為 1 分鐘， 分鐘單元進位， 60 分到了后，時單元進位， 24 小時滿后，天單元進位。這樣然后根 據進率， 得到時、分、秒存儲單元的值，并經譯碼后，通過掃描程序送 LED 中顯示出來， 實現時鐘計時功能。累加是用指令 INC 來實現的。 進入中斷服務程序以后，執(zhí)行 PUSH PSW 和 PUSH A 將程序狀態(tài)寄存器 PSW 的內容和累加器 A 中的數據保存起來，這便是所謂的保護現場， 以保護現場和恢復現場時存取關鍵數據的存儲區(qū)叫做堆棧。在軟件的控制之下，堆棧可在片內 RAM 中的任一區(qū)間設定，而堆棧的數據存取與一般的 RAM 存取又有區(qū)別，對它的操作要遵循后進先出的原則。 (3)時鐘誤差分析 開啟定時器 /計數器 0，使之開始計時，中斷后進入中斷程序。自停止計數到、計數又開始，中間執(zhí)行了 7 條指令，也就是延遲了 13 個單周期共用時間26us，這樣，每個中斷的總時間應為為 ，而原來定時是 100ms，所以，也就是說每次中斷定時多了 26um。 這樣，可改變計數重裝值，使每次中斷定時時間為 ，加上原來的 7 條指令所用的時間，正好 10 次得，然后根據進率，得到時、分的值。 (4)時間控制功能與比較指令 系統(tǒng)的另一功能就是實現對執(zhí)行設備的定時開關 控制，其主要控制思想是這樣的：先將執(zhí)行設備開啟的時間和關閉時間置入 RAM 某一單元，在計時主程序當中執(zhí)行幾條比較指令，如果當前計時時間與執(zhí)行設備的設定開啟時間相等，就執(zhí)行一條 CLR 指令，將對應的那路 P3 置為高電位，開啟；如果當前計時時間與執(zhí)行設備設定的關閉時間相等，就執(zhí)行 SETB 對應的 P3 置低電位，二極管截止。實現此控制功能用到的比較指令為 CJNE A， direct， rel，其轉移條件是累加器 A 中的值與立即數不等則轉移。 18 4 總結 這次對數字鐘的設計與制作，讓我了解了設計電路的程 序，也讓我了解了關于數字鐘的原理與設計理念。在此次的數字鐘設計過程中 ,更進一步地熟悉了芯片的結構及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法 。 在連接 單片機與其他外部電路的實驗 中 ,要求熟悉邏輯電路及其芯片各引腳的功能 ,那么在電路出錯時便能準確地找出錯誤所在并及時糾正了 。 在設計電路中 ,對單片機的編程的進一步的熟悉與學習讓我明白拉許多自己沒有掌握的功能 ,對單片機有拉更深刻的理解 。再就是 電路的連接中的一些小的的 注意 的問題像 極性電容器其 “ ＋ ” 與 “ － ” 極不能接錯，例如電容器上的標記方向要易看可見。 在設計電路的連接圖中出錯的主要原因都是接線和芯片的接觸不良以及接線的錯誤所引起的。接線的時候一定要細心 ,不要接錯 ,同時也要學會如何判別芯片的好壞 ,要是芯片壞了即使接線再正確也出不來結果。對自己的設計圖要仔細考慮， 反復調試只有這樣我們才能找到自己的不足從不足中學習。 通過這次數字鐘的設計，讓我對各種電路都有了大概的了解，也學會了常用繪圖軟件的使用。所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應該自己動手實際操作才會有深刻理解，才會有收獲 。當然我做出這樣的文章也是離不開老師對我的細心指導的，所以在這里我感 謝老師感謝幫助過我的所有的人。 19 致謝 畢業(yè)設計是培養(yǎng)我們工作能力的最后一個實踐性的學習環(huán)節(jié)。它不但是我們三年大學學習中所學知識的一次綜合復習與考查，同時也是理論聯(lián)系實際的一個過程，為以后從事專業(yè)技術工作的一次準備。 通過此次畢業(yè)設計，培養(yǎng)了我綜合運用所學的基礎理論課、技術基礎課、專業(yè)課的知識和實踐技能去分析和解決實際工作中的一般工程技術問題的能力，使我建立了正確的設計思想，學會了如何把三年所學的理論知識運用到實踐當