【正文】 功能： 點擊 二 下 S1，顯示狀態(tài) 轉變成 22： 10： 00，冒號 顯示 長亮 狀態(tài) 。點 按 S2則 小時位 累 加 1， 點 按 S3 則分鐘位 累 加 1，秒時不可調(diào)。 如果 按 擊 小時位次數(shù) 超過 23次 則會顯示 為 ： ： ， 此時已經(jīng) 關閉 了 鬧鐘功能。鬧鈴聲為蜂鳴器長鳴 3 秒鐘。 倒計時 的 功能： 點按 三 下 S1，顯示狀態(tài) 轉變成 0，冒號 變成了 長滅 狀態(tài) 。 此時按擊 S2會 從低位 陸續(xù) 顯示 到 高位， 點擊 S3 則相應位 累 加 1，當 S2 點擊了 6次時就 會在 剛才 所設定的時間開始倒計時，再次 點擊 S2 就 再次進入 到了 調(diào)整功能，并且停止倒計時。 秒表 的 功能： 點擊 四 次 S1，顯示狀態(tài) 轉變成 00： 00： 00，冒號 變成 長亮。 點擊 S2 會 開始 進行 秒表計時，再次 點擊 S2就會 停止計時， 此時點擊 S3則秒表清零。 計數(shù)器 的 功能： 當點擊 五次 S1，顯示狀態(tài) 轉變成 00： 00： 00，冒號 顯示 長滅狀態(tài) ， 點擊 S2 則計數(shù)器 累 加 1， 點擊 S3則計數(shù)器 進行 清零。 本章小結 本章主要是關于 AT89C2051 單片機的模塊介紹，包括引腳電器性能、內(nèi)部單元、片內(nèi)工作寄存器組、存儲器等； LED 顯示模塊是關于 LED 數(shù)碼管的原理和 LED數(shù)碼管驅(qū)動方式 ；多功能數(shù)字電子鐘技術路線等。 北京理工大學 2021屆本科生畢業(yè)設計 20 4 硬件電路設計 經(jīng)過對多功能電子鐘的系統(tǒng)原理圖的詳細分析，和模塊功能的具體實現(xiàn)，對每一個模塊的電路進行以下具體的搭建 [5]。 復位電路 51單片機的復位需要通過外部的復位電路來實現(xiàn) [1]。經(jīng)過一個斯密特觸發(fā)器可以把復位電路和復位引腳 RST 相連，其中這個斯密特觸發(fā)器能夠抑制噪聲。 上電復位：比較簡單的復位電路。只需接一個電容把 RST復位引腳連接到 VCC，再接一個電阻連接到地就搞定了。上電復位是指給系統(tǒng)上電的時候，復位電路通過電容會給 RST 復位引腳一個短暫的高電平信號，電容充電時間影響 RST 引腳復位的高電平能夠維持的時間，復位信號伴隨 VCC 對電容的充電過程而變化。只有RST 引腳的高電平信號維持足夠長的時間，才能保證系統(tǒng)安全可靠的復位 [5]。 電路圖如下： 圖 上電自動復位可以通過外部復位電路中的電容充電實現(xiàn)。其中 Vcc 的上升時間不會超過 1ms，那么就能夠?qū)崿F(xiàn)需要的自動上電復位。 按鍵電路 按鍵的開關可以通過電路高、低電平的變化來控制。按鍵如果閉合那么在相應的 I/O 端口就會形成一個對應的負脈沖。由于機械抖動，閉合和釋放過程，需要一定的方法來達到一個穩(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。抖動持續(xù)時間多久由開關特有的機械特性決定，一般常見的為 510ms。所以一般需要采取延時或者其他措施消除抖動，杜絕 CPU 屢次處理按鍵的同一次閉合。本次畢業(yè)設計選用了獨立式按鍵，用 I/O 口線直接構成了單個按鍵電路，每一個按鍵分別占用了一條 I/O 口線，每一個按鍵的工作情況互不北京理工大學 2021屆本科生畢業(yè)設計 21 影響。 電路圖如圖 42所示： 圖 是 高電平，則表示有鍵按下，進行相應操作 ；當變?yōu)榈碗娖綍r，則停止 是 高電平，則表示有鍵按下，進行相應操作；當變?yōu)榈碗娖綍r，則停止 是 高電平，則表示有鍵按下，進行相應操作；當變?yōu)榈碗娖綍r，則停止 時鐘電路 如果單片機跟人一樣有心臟的話，那就是時鐘，因為單片機中的各個功能部件的運行都需要以時鐘頻率作為基準，隨著時鐘頻率井然有序的工作。時鐘頻率的大小直接影響著單片機的速度，而時鐘電路的質(zhì)量則決定了單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。比較常用的時鐘電路有兩種，分別為內(nèi)部時鐘和外部時鐘兩種方式。本次畢業(yè)設計采用的是內(nèi)部時鐘方式。 電路圖如圖 43所示： 圖 43時鐘電路 51單片機在內(nèi)部有一個高增益反相放大器的裝置，它可以構成振蕩器，這個高增益反相放大器有輸入和輸出兩個端口，其中輸入端為芯片引腳 XTAL1，輸出端則是引腳 XTAL2。這兩個引腳如果把微調(diào)石英晶體振蕩器和電容跨接，就組成北京理工大學 2021屆本科生畢業(yè)設計 22 了一個自激振蕩器 [5]。 顯示控制電路 我們采用的是 LED 共陽極顯示屏，當我們給相應的數(shù)碼管高電平時，相應的數(shù)碼管就會發(fā)亮。通過總線連接數(shù)碼管的數(shù)字輸入端，借助單片機進行相應的數(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，達到給人視覺數(shù)位數(shù)碼管是同時顯示的效果。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接口相連，所以廣泛運用在單片機應用系統(tǒng)中 [5]。 數(shù)碼管的工作原理：數(shù)碼管是由八個發(fā)光二極管組成的顯示器件。本文采用的八個數(shù)碼管均為共陽極的。當發(fā)光二極管被導通時，就發(fā)出光亮。每一個二極管相當于一個筆劃，若干個二極管同時發(fā)出光亮時，就組成了一個想要顯示的字符。把數(shù)碼管的 ag與單片機的 I/O 口控制的相應芯片連接，此時加高電平的位相應的發(fā)光二極管開始發(fā)光，這樣 I/O 口就實現(xiàn)輸出了不同的代碼，達到控制了數(shù)碼管顯示不一樣的字符。本畢業(yè)設計的八個數(shù)碼管都采用了動態(tài)顯示 方式來顯示時間。 北京理工大學 2021屆本科生畢業(yè)設計 23 電源電路設計 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，達到輸出穩(wěn)定的 5V電壓。在本畢業(yè)設計中，用電池代替。 圖 電源電路 綜合電路的實現(xiàn) 鑒于對每個模塊電路的設計和分析，結合了我們最終想要完成的電子鐘需要實現(xiàn)的顯示功能和滿足基本的調(diào)時功能、倒計時功能 [7]。我們設計出如下的綜合電路，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 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 2021屆本科生畢業(yè)設計 24 本章小結 本章介紹的是本次畢業(yè)設計的硬件結構，單片機的相關 I/O 口輸入輸出，以及如何實現(xiàn)相應的控制功能，還介紹了單片機的時鐘電路和復位電路等。 北京理工大學 2021屆本科生畢業(yè)設計 25 5 系統(tǒng)軟件的設計 基于以單片機 AT89C2051 作為核心的控制下，實現(xiàn)顯示秒、分、時、鬧鐘、倒計時功能，本設計系統(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 單片機的基本的 C 語言進行其邏輯編程，使其達到我們需要的功能。 調(diào)時功能 本設計有三個按鍵，當 2051 單片機的 端口的鍵檢測被按下時，即 端口檢測到的是高電平時，系統(tǒng)就進入調(diào)整的狀態(tài)；當 端口上的鍵檢測被按下時，系統(tǒng)則進入相應的操作；當 端口上的鍵檢測被按下時，系統(tǒng)則進入相應操作。當檢測到 ~ 所對應的鍵沒有按下，即對應的端口是低電平時，系統(tǒng)則會進行正常情況下的時鐘顯示?？紤]在按鍵的過程中，按鍵會發(fā)生抖動，造成有時誤判斷，從而進入到錯誤的操作功能狀態(tài)，我們添加了去抖 [5]，其流程圖 如圖 所示： 有 按 鍵 信 號 ？延 時 等 待仍 有 按 鍵 信 號 ？按 鍵 處 理NNYY 圖 北京理工大學 2021屆本科生畢業(yè)設計 26 顯示功能 本次畢業(yè)設計需要顯示的數(shù)字不是很多，所以本系統(tǒng)選用了數(shù)碼管進行顯示。本次設計系統(tǒng)的時分秒的顯示部件由一共三只共陽極的 LED 數(shù)碼管 [5]組成，為了保護各段 LED 仿真免于損壞，我們在系統(tǒng)中添加了限流電阻。時的顯示由前兩位負責，分鐘的顯示由第三和第四位負責，秒的顯示則由第五和第六位完成。 程序設計 本章通過對實現(xiàn)時分秒功能的具體的程序設計，保證順利完成準確的時分秒顯示，及調(diào)時功能。經(jīng)過多次調(diào)試修改，最后順利完成，相應程序請參看附錄。 本章小結 本章主要是對系統(tǒng)軟件的設計，實現(xiàn)了調(diào)時功能和顯示功能，調(diào)試修改得到能夠滿足要求的程序。 北京理工大學 2021屆本科生畢業(yè)設計 27 6 電路仿真 Proteus 軟件簡介 Protues 軟件是 一款廣泛運用的 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 以 及 一些 外圍器件。它是目前 使用最多 最好的仿真單片機 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 同 外圍電路 的協(xié)同仿真， 都可以 一鍵 實現(xiàn) 切換到 PCB 設計， 達到了真正的 概念 與 產(chǎn)品的 無縫 設計。是 當今 世界上唯一 能夠把 PCB 的 設計軟件 、 電路 的 仿真軟件 與 虛擬模型 的 仿真軟件 完美統(tǒng)一 的設計平臺，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 自動或人工布線 具有 革命性的特點 的則有 ： （ 1）互動的電路仿真。用戶 能夠 實時采用 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 廣泛運用的 單片機。 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， 就能實時 看到運行輸入輸出的效果。配合