【正文】 功能： 點(diǎn)擊 二 下 S1，顯示狀態(tài) 轉(zhuǎn)變成 22： 10： 00，冒號(hào) 顯示 長亮 狀態(tài) 。點(diǎn) 按 S2則 小時(shí)位 累 加 1， 點(diǎn) 按 S3 則分鐘位 累 加 1，秒時(shí)不可調(diào)。 如果 按 擊 小時(shí)位次數(shù) 超過 23次 則會(huì)顯示 為 ： ： ， 此時(shí)已經(jīng) 關(guān)閉 了 鬧鐘功能。鬧鈴聲為蜂鳴器長鳴 3 秒鐘。 倒計(jì)時(shí) 的 功能： 點(diǎn)按 三 下 S1，顯示狀態(tài) 轉(zhuǎn)變成 0，冒號(hào) 變成了 長滅 狀態(tài) 。 此時(shí)按擊 S2會(huì) 從低位 陸續(xù) 顯示 到 高位， 點(diǎn)擊 S3 則相應(yīng)位 累 加 1，當(dāng) S2 點(diǎn)擊了 6次時(shí)就 會(huì)在 剛才 所設(shè)定的時(shí)間開始倒計(jì)時(shí)，再次 點(diǎn)擊 S2 就 再次進(jìn)入 到了 調(diào)整功能，并且停止倒計(jì)時(shí)。 秒表 的 功能： 點(diǎn)擊 四 次 S1，顯示狀態(tài) 轉(zhuǎn)變成 00： 00： 00，冒號(hào) 變成 長亮。 點(diǎn)擊 S2 會(huì) 開始 進(jìn)行 秒表計(jì)時(shí)，再次 點(diǎn)擊 S2就會(huì) 停止計(jì)時(shí)， 此時(shí)點(diǎn)擊 S3則秒表清零。 計(jì)數(shù)器 的 功能： 當(dāng)點(diǎn)擊 五次 S1，顯示狀態(tài) 轉(zhuǎn)變成 00： 00： 00，冒號(hào) 顯示 長滅狀態(tài) ， 點(diǎn)擊 S2 則計(jì)數(shù)器 累 加 1， 點(diǎn)擊 S3則計(jì)數(shù)器 進(jìn)行 清零。 本章小結(jié) 本章主要是關(guān)于 AT89C2051 單片機(jī)的模塊介紹，包括引腳電器性能、內(nèi)部單元、片內(nèi)工作寄存器組、存儲(chǔ)器等； LED 顯示模塊是關(guān)于 LED 數(shù)碼管的原理和 LED數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)方式 ；多功能數(shù)字電子鐘技術(shù)路線等。 北京理工大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 4 硬件電路設(shè)計(jì) 經(jīng)過對多功能電子鐘的系統(tǒng)原理圖的詳細(xì)分析，和模塊功能的具體實(shí)現(xiàn)，對每一個(gè)模塊的電路進(jìn)行以下具體的搭建 [5]。 復(fù)位電路 51單片機(jī)的復(fù)位需要通過外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn) [1]。經(jīng)過一個(gè)斯密特觸發(fā)器可以把復(fù)位電路和復(fù)位引腳 RST 相連，其中這個(gè)斯密特觸發(fā)器能夠抑制噪聲。 上電復(fù)位：比較簡單的復(fù)位電路。只需接一個(gè)電容把 RST復(fù)位引腳連接到 VCC，再接一個(gè)電阻連接到地就搞定了。上電復(fù)位是指給系統(tǒng)上電的時(shí)候，復(fù)位電路通過電容會(huì)給 RST 復(fù)位引腳一個(gè)短暫的高電平信號(hào)，電容充電時(shí)間影響 RST 引腳復(fù)位的高電平能夠維持的時(shí)間，復(fù)位信號(hào)伴隨 VCC 對電容的充電過程而變化。只有RST 引腳的高電平信號(hào)維持足夠長的時(shí)間，才能保證系統(tǒng)安全可靠的復(fù)位 [5]。 電路圖如下： 圖 上電自動(dòng)復(fù)位可以通過外部復(fù)位電路中的電容充電實(shí)現(xiàn)。其中 Vcc 的上升時(shí)間不會(huì)超過 1ms，那么就能夠?qū)崿F(xiàn)需要的自動(dòng)上電復(fù)位。 按鍵電路 按鍵的開關(guān)可以通過電路高、低電平的變化來控制。按鍵如果閉合那么在相應(yīng)的 I/O 端口就會(huì)形成一個(gè)對應(yīng)的負(fù)脈沖。由于機(jī)械抖動(dòng)，閉合和釋放過程，需要一定的方法來達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，這里我們把介于高、低電平之間的不穩(wěn)定狀態(tài)，我們稱作抖動(dòng)。抖動(dòng)持續(xù)時(shí)間多久由開關(guān)特有的機(jī)械特性決定，一般常見的為 510ms。所以一般需要采取延時(shí)或者其他措施消除抖動(dòng)，杜絕 CPU 屢次處理按鍵的同一次閉合。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選用了獨(dú)立式按鍵，用 I/O 口線直接構(gòu)成了單個(gè)按鍵電路，每一個(gè)按鍵分別占用了一條 I/O 口線，每一個(gè)按鍵的工作情況互不北京理工大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 影響。 電路圖如圖 42所示： 圖 是 高電平，則表示有鍵按下，進(jìn)行相應(yīng)操作 ；當(dāng)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，則停止 是 高電平，則表示有鍵按下，進(jìn)行相應(yīng)操作；當(dāng)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，則停止 是 高電平，則表示有鍵按下，進(jìn)行相應(yīng)操作；當(dāng)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，則停止 時(shí)鐘電路 如果單片機(jī)跟人一樣有心臟的話，那就是時(shí)鐘，因?yàn)閱纹瑱C(jī)中的各個(gè)功能部件的運(yùn)行都需要以時(shí)鐘頻率作為基準(zhǔn)，隨著時(shí)鐘頻率井然有序的工作。時(shí)鐘頻率的大小直接影響著單片機(jī)的速度，而時(shí)鐘電路的質(zhì)量則決定了單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。比較常用的時(shí)鐘電路有兩種，分別為內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘兩種方式。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用的是內(nèi)部時(shí)鐘方式。 電路圖如圖 43所示： 圖 43時(shí)鐘電路 51單片機(jī)在內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器的裝置，它可以構(gòu)成振蕩器，這個(gè)高增益反相放大器有輸入和輸出兩個(gè)端口，其中輸入端為芯片引腳 XTAL1，輸出端則是引腳 XTAL2。這兩個(gè)引腳如果把微調(diào)石英晶體振蕩器和電容跨接，就組成北京理工大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 了一個(gè)自激振蕩器 [5]。 顯示控制電路 我們采用的是 LED 共陽極顯示屏，當(dāng)我們給相應(yīng)的數(shù)碼管高電平時(shí)，相應(yīng)的數(shù)碼管就會(huì)發(fā)亮。通過總線連接數(shù)碼管的數(shù)字輸入端，借助單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)位控制，還有循環(huán)掃描控制，根據(jù)人眼的視覺暫留原理，達(dá)到給人視覺數(shù)位數(shù)碼管是同時(shí)顯示的效果。其原理示意圖如圖 所示 ： 圖 顯示控制電路 數(shù)碼管顯示電路 數(shù)碼管顯示 器具有能夠靈活配置，成本低，能方便簡單的與單片機(jī)接口相連，所以廣泛運(yùn)用在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中 [5]。 數(shù)碼管的工作原理：數(shù)碼管是由八個(gè)發(fā)光二極管組成的顯示器件。本文采用的八個(gè)數(shù)碼管均為共陽極的。當(dāng)發(fā)光二極管被導(dǎo)通時(shí)，就發(fā)出光亮。每一個(gè)二極管相當(dāng)于一個(gè)筆劃，若干個(gè)二極管同時(shí)發(fā)出光亮?xí)r，就組成了一個(gè)想要顯示的字符。把數(shù)碼管的 ag與單片機(jī)的 I/O 口控制的相應(yīng)芯片連接，此時(shí)加高電平的位相應(yīng)的發(fā)光二極管開始發(fā)光，這樣 I/O 口就實(shí)現(xiàn)輸出了不同的代碼，達(dá)到控制了數(shù)碼管顯示不一樣的字符。本畢業(yè)設(shè)計(jì)的八個(gè)數(shù)碼管都采用了動(dòng)態(tài)顯示 方式來顯示時(shí)間。 北京理工大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 電源電路設(shè)計(jì) 電源電路包括橋式整流器、變壓器、穩(wěn)壓器和電容。通過變壓器變壓可以使220V 電壓變?yōu)槲覀冃枰?5 V，在利用橋式整流 [3]，穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓作用，電容的濾波作用，達(dá)到輸出穩(wěn)定的 5V電壓。在本畢業(yè)設(shè)計(jì)中，用電池代替。 圖 電源電路 綜合電路的實(shí)現(xiàn) 鑒于對每個(gè)模塊電路的設(shè)計(jì)和分析，結(jié)合了我們最終想要完成的電子鐘需要實(shí)現(xiàn)的顯示功能和滿足基本的調(diào)時(shí)功能、倒計(jì)時(shí)功能 [7]。我們設(shè)計(jì)出如下的綜合電路，如圖 所示： R S T1( R X D ) P 3 .02( T X D ) P 3 .13X T A L 24X T A L 15( I N T 0) P 3 .26( I N T 1) P 3 .37( T 0 ) P 3. 48( T 1 ) P 3. 59G N D10P 3 .711P 1 .0 ( A I N 0)12P 1 .1 ( A I N 1)13P 1 .214P 1 .315P 1 .416P 1 .517P 1 .618P 1 .719V c c20U1 A T 89 C 2 05 1Y112 M H zC230C330G N DL1L2L3L4L5L6R1 10 KG N DC1 10 uF+ 5 Vabfcgded1dp2e3c4b6a7f8g9dpabfcgdedpC15C210L E D 1abfcgded1dp2e3c4b6a7f8g9dpabfcgdedpC15C210L E D 2abfcgded1dp2e3c4b6a7f8g9dpabfcgdedpC15C210L E D 3Q190 12Q290 12Q390 12Q490 12Q590 12Q790 12Q690 12R 1 01KR 1 11KR 1 21KR 1 31KR 1 41KR 1 51KL1L2 L3L4 L5L6+ 5 V + 5 V + 5 V + 5 V + 5 V + 5 Vdecbafg d e c b a f g d e c b a f g d e c b a f gD1L E DD2L E DD3L E DD4L E D+ 5 V + 5 VR 1 72KR 1 82KR2 1KR 1 65. 1 KU3B E L L12J1P O W E R1 2J2IN12J3O U TG N D+ 5 VG N DV i n1GND2V o ut3U2 78 L 05C410 4C510 4G N DC610 0u F+ 5 VS1 S2 S3L1 L2 L4G N D+ 5 V小時(shí) 分鐘 秒鐘R 3 ~ R 9 2 20 圖 電子鐘電路原理圖 北京理工大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 本章小結(jié) 本章介紹的是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的硬件結(jié)構(gòu)，單片機(jī)的相關(guān) I/O 口輸入輸出，以及如何實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制功能，還介紹了單片機(jī)的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路等。 北京理工大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 5 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 基于以單片機(jī) AT89C2051 作為核心的控制下，實(shí)現(xiàn)顯示秒、分、時(shí)、鬧鐘、倒計(jì)時(shí)功能，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要有兩大模塊，它們分別是主程序和中斷程序。我們通過 2051 單片機(jī)的基本的 C 語言進(jìn)行其邏輯編程，使其達(dá)到我們需要的功能。 調(diào)時(shí)功能 本設(shè)計(jì)有三個(gè)按鍵，當(dāng) 2051 單片機(jī)的 端口的鍵檢測被按下時(shí)，即 端口檢測到的是高電平時(shí)，系統(tǒng)就進(jìn)入調(diào)整的狀態(tài)；當(dāng) 端口上的鍵檢測被按下時(shí)，系統(tǒng)則進(jìn)入相應(yīng)的操作；當(dāng) 端口上的鍵檢測被按下時(shí)，系統(tǒng)則進(jìn)入相應(yīng)操作。當(dāng)檢測到 ~ 所對應(yīng)的鍵沒有按下，即對應(yīng)的端口是低電平時(shí)，系統(tǒng)則會(huì)進(jìn)行正常情況下的時(shí)鐘顯示。考慮在按鍵的過程中，按鍵會(huì)發(fā)生抖動(dòng)，造成有時(shí)誤判斷，從而進(jìn)入到錯(cuò)誤的操作功能狀態(tài)，我們添加了去抖 [5]，其流程圖 如圖 所示： 有 按 鍵 信 號(hào) ？延 時(shí) 等 待仍 有 按 鍵 信 號(hào) ？按 鍵 處 理NNYY 圖 北京理工大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 顯示功能 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)需要顯示的數(shù)字不是很多，所以本系統(tǒng)選用了數(shù)碼管進(jìn)行顯示。本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的時(shí)分秒的顯示部件由一共三只共陽極的 LED 數(shù)碼管 [5]組成，為了保護(hù)各段 LED 仿真免于損壞，我們在系統(tǒng)中添加了限流電阻。時(shí)的顯示由前兩位負(fù)責(zé)，分鐘的顯示由第三和第四位負(fù)責(zé)，秒的顯示則由第五和第六位完成。 程序設(shè)計(jì) 本章通過對實(shí)現(xiàn)時(shí)分秒功能的具體的程序設(shè)計(jì)，保證順利完成準(zhǔn)確的時(shí)分秒顯示，及調(diào)時(shí)功能。經(jīng)過多次調(diào)試修改，最后順利完成，相應(yīng)程序請參看附錄。 本章小結(jié) 本章主要是對系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了調(diào)時(shí)功能和顯示功能，調(diào)試修改得到能夠滿足要求的程序。 北京理工大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 6 電路仿真 Proteus 軟件簡介 Protues 軟件是 一款廣泛運(yùn)用的 EDA 工具軟件 由 英國 的公司 Labcenter electronics 出版。它不僅 擁 有 常見的同類的 EDA 工具軟件 一樣 的仿真功能，還 可以 仿真單片機(jī) 以 及 一些 外圍器件。它是目前 使用最多 最好的仿真單片機(jī) 和仿真 外圍器件的工具。 Proteus 不論是 從 布置 原理圖、調(diào)試代碼 還是 單片機(jī) 同 外圍電路 的協(xié)同仿真， 都可以 一鍵 實(shí)現(xiàn) 切換到 PCB 設(shè)計(jì)， 達(dá)到了真正的 概念 與 產(chǎn)品的 無縫 設(shè)計(jì)。是 當(dāng)今 世界上唯一 能夠把 PCB 的 設(shè)計(jì)軟件 、 電路 的 仿真軟件 與 虛擬模型 的 仿真軟件 完美統(tǒng)一 的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持 805 PIC、 AVR、 ARM、 8086和 MSP430 等， 2021 年 還 增加 了 DSP 和 Cortex 系列 的 處理器， 一直都在努力更新 增加 其余 系列處理器 的 模型。在編譯方面， Protues 表現(xiàn)也相當(dāng)出眾， 支持 了MPLAB、 IAR 和 KeIL 等多種 的 編譯 [11] [12]。 Protues 軟件 擁 有其它 同類 EDA工具軟件的 各種 功能。這些功能 具體為 ： （ 1）原理布圖 （ 2） SPICE 電路仿真 （ 3） PCB 自動(dòng)或人工布線 具有 革命性的特點(diǎn) 的則有 ： （ 1）互動(dòng)的電路仿真。用戶 能夠 實(shí)時(shí)采用 RAM， ROM， LED， LCD，鍵盤， AD/DA，部分 IIC 器件 ， 部分 SPI 器件 等； （ 2）仿真處理器 和 外圍電路。 能夠 仿真 51 系列、 PIC、 ARM、 AVR 等 廣泛運(yùn)用的 單片機(jī)。 甚至能 直接 于 原理圖 上 的虛擬原型編程， 并且 配合顯示 和輸出， 就能實(shí)時(shí) 看到運(yùn)行輸入輸出的效果。配合