【導讀】設計軟件的基本方法；也使學生在思想作風、學習毅力和工作作風上受到一次良好的鍛煉。后盡快適應計算機控制應用技術工作打下良好的基礎。通過多功能數(shù)字鐘的設計思路，詳細敘述了系統(tǒng)硬件、軟件的具體實現(xiàn)過程。論文重點需闡述了數(shù)。本設計實現(xiàn)了時間與鬧鐘的修改功能、語音播報功能、年、月、日和星期的顯示功能。可以達到實際數(shù)字鐘的允許誤差范圍內(nèi)。可通過按鍵設置鬧鐘功能，且停鬧無須手工操作。提高計時精度，使計時誤差最小。通過鍵盤4個鍵，從左到右依次標名為SET,DOWN,UP,ENTER,用來修改和設置系統(tǒng)時鐘。寫出詳細的設計報告以及結(jié)論。給出全部電路及源程序。[1]張專成趙懷勛.單片機測控系統(tǒng)中的監(jiān)視定時器[M].武警技術學院.Mar1997:286-354.[2]張景元.基于單片機的多用途定時器的設計與實現(xiàn)[J].電子工程師2020年第8期.[5]關宗安仲叢久.基于單片機實現(xiàn)的多路定時控制器的設計[J].沈陽航空工業(yè)學院學報.2020年6月.第

　　

【正文】 法來解決 當所選的晶振負載電容不是 6pF 時，可以采用增加輔助電容的方法提高或降低 DS1302 振蕩器的電容性負載，使之與晶體所南京化工職業(yè)技術學院自動控制系畢業(yè)設計論文 27 需的電容值匹配。如果已知晶體的負載電容為 CI，若 CI6pF，則可以增加一個并聯(lián)電容 CS 以產(chǎn)生所需的總負載電容 CI，即 CI=6pF+CS；若 CI6pF，則可以在晶體的一 端增加一個串聯(lián)電容 CS，以產(chǎn)生所需的負載電容 CI，即 1/CI=1/6pF+1/CS，通過計算即可得出應增加的輔助電容大小。輔助電容的接法如圖 52 所示 。 圖 52 輔助電容連接圖 對于晶體振蕩器來說，其振蕩頻率與負載電容之間的關系是確定的。以本文討論的 DS1302 使用的 32768Hz 晶振為例：當它工作于所要求的負載電容時，能較準確地產(chǎn)生 32768Hz 的頻率；當它的負載電容小于 6pF 時，其振蕩頻率會正向偏移；當它的負載電容大于 6pF 時，其振蕩頻率就會負向偏移。因此，對于未知負載電容的晶體應首先采用實驗 的方法，在其兩端加入輔助電容使晶體起振，然后用頻率計測出振蕩頻率。若測得頻率大于 32768Hz，說明負載電容偏小；若測得頻率小于 32768Hz，說明負載電容偏大。對輔助電容逐步調(diào)整，最終使振蕩頻率盡可能接近 32768Hz，則此時晶體端所接負載電容的總和就是適合該晶體的負載電容。 以上方法經(jīng)多次使用，證明確實有效。它放寬了 DS1302 在使用中對晶振的條件要求，增強了 DS1302 在工作中的穩(wěn)定性，對 DS1302 更廣泛地應用具有積極的意義。 系統(tǒng)性能測試與功能說明 系統(tǒng)時鐘誤差分析 設系統(tǒng) 中所選用的晶振的頻率為 fosc，則機器周期 t0由式（ 51）所得。 oscft 120 ? （ 51） 南京化工職業(yè)技術學院自動控制系畢業(yè)設計論文 28 設定時器要求的中斷頻率為 k，計數(shù)器位數(shù)為 n，則定時計數(shù)器的初值 X 設置如下： Kn Xt 10 )2( ??? （ 52） 于是 )(102 tknX ??? 而實驗測得的數(shù)據(jù)顯示，這個公式所得的結(jié) 果并不可靠：（下表中的所有數(shù)據(jù)都是在計數(shù)器初始值嚴格按照原始公式給出的條件下測得，以個人計算機機系統(tǒng)時鐘為標準）。從表 51 中的數(shù)據(jù)可知，嚴格按照原始公式得出的計數(shù)初值是存在極大誤差的，這個誤差總使系統(tǒng)時間變慢，而且，系統(tǒng)時間的誤差值隨著每秒中斷次數(shù)的增多而增大，隨計時總長的增長而增大，并且總是成比例（在誤差允許的范圍內(nèi)）。這就是說，系統(tǒng)的誤差跟每秒中斷次數(shù)和個人計算機標準時長的乘積（即中斷總次數(shù)）成正比。也就是說，每次中斷計時的時間誤差是一個常數(shù)。 誤差來源分析：不考慮晶振等固件的誤差，則系統(tǒng)機器周期 可以由公式 1 準確給出，因而系統(tǒng)誤差不可能來自于硬件，而應該主要來自于軟件方面。系統(tǒng)每次調(diào)用定時中斷程序的過程中，硬件并沒有自動進入下一個定時周期，而是在調(diào)用中斷程序以后由軟件置數(shù)來實現(xiàn)的。 表 51 系統(tǒng)時間校正測試數(shù)據(jù) 每秒定時中斷次數(shù) K PC標準時長 /min △ X 系統(tǒng)時間 誤差△ T/S 備注 160 60 20 00： 59： 59 1 顯示器無閃爍 160 120 20 01： 59： 58 2 顯示器無閃爍 160 180 20 02： 59： 57 3 顯示器無閃爍 160 240 20 03： 59： 56 4 顯示器無閃爍 160 300 20 04： 59： 54 6 顯示器無閃爍 160 300 21 04： 59： 59 1 顯示器無閃爍 160 600 21 09： 59： 58 2 顯示器無閃爍 而在程序調(diào)用過程中，堆棧建立，參數(shù)傳遞等都是需要耗時的，而這些時間都被無形中加到了定時長度中去。所以，使得每次定時長度都大于理論推導值，在宏觀上表現(xiàn)出來就是系統(tǒng)比理論計算出來的結(jié)果變慢了（這于表格 1 所得的結(jié)論恰好一致）。另外，由于系統(tǒng)每次調(diào)用中斷處理程序所執(zhí)行的操作都 是相同的，也就是說，系統(tǒng)每次定時的時間誤差應該是一個常數(shù)（這也恰好跟實驗數(shù)據(jù)相吻合）。由上面的數(shù)據(jù)和分析可知，原始公式應該修改為： xX tkn ???? ? 012 (53) 則由表格 51 可得相關的計算公式為： 南京化工職業(yè)技術學院自動控制系畢業(yè)設計論文 29 )***60( 0tKTtX ??? (54) 由表格 51 數(shù)據(jù)，實際要求 k 最小，而又不影響顯示效果，才能使誤差越小，故實測中取 k=160 。根據(jù)表 51 計算 得 k≈ 20（所用晶振頻率為 MHz ）。由表51 的實驗方法，可得參數(shù)優(yōu)化后的計時測試數(shù)據(jù)見表 52。 表 52 參數(shù)優(yōu)化后的計時測試數(shù)據(jù) 每秒定時中斷次數(shù) PC標準時長 /min 系統(tǒng)計時 誤差△ T/S 備注 100 10 00： 09： 58 2 顯示器無閃爍 200 10 00： 09： 57 3 顯示器無閃爍 400 10 00： 09： 55 5 顯示器無閃爍 800 10 00： 09： 49 11 顯示器無閃爍 1600 10 00： 09： 39 21 顯示器無閃爍 3200 10 00： 09： 18 42 顯示器無閃爍 3200 20 00： 18： 38 82 顯示器無閃爍 3200 30 00： 27： 57 123 顯示器無閃爍 3200 60 00： 55： 54 246 顯示器無閃爍 3200 120 01： 51： 46 494 顯示器無閃爍 3200 180 02： 47： 38 742 顯示器無閃爍 3200 240 03： 43： 31 989 顯示器無閃爍 3200 300 04： 39： 24 1224 顯示器無閃爍 表 52數(shù)據(jù)和表 51 數(shù) 據(jù)相比已有了更大的準確性，但與實際應用還有一定差距。末兩行是根據(jù)前面參數(shù)規(guī)律稍做改動得到的 , 與公式（ 52）有一定出入 , 但與個人計算機系統(tǒng)標準時間已經(jīng)相當接近。由于表 51 的數(shù)據(jù)本身是肉眼估出來的，本身就帶有很大的誤差，實際運用可用精密儀器得到表 51 的數(shù)據(jù)，則系統(tǒng)參數(shù)可以更進一步接近實用值。 軟件調(diào)試問題及解決 顯示 程序 開始 怎么 調(diào)試 就是不通，后來看了一位網(wǎng)友的文章寫的是關于 DS1302調(diào)試過程中應注意的事項，指出了 ds1302 的 datasheet 中的一些錯誤，這才使我恍然大悟，原來讀 數(shù)據(jù)的時間要求是非常嚴格的。要求在命令字之后的第一個下降沿就要讀數(shù)據(jù)，否則讀出的數(shù)據(jù)就是錯誤的，也不能說完全錯誤，那就必須作必要的調(diào)整。 南京化工職業(yè)技術學院自動控制系畢業(yè)設計論文 30 下次一定要注意：別人 的 程序很可能有缺陷，能參考，但不能夠完全照抄，數(shù)據(jù)手冊一定要細讀。 這 告訴我，自己的 c 語言功夫還不夠，具體地說差得好遠。提醒自己要努力。一定要學會應用匯編，匯編與 c 的相互調(diào)用。 系統(tǒng) PCB 圖 圖 53 系統(tǒng) PCB圖 系統(tǒng)通過調(diào)試成功后制作而成的 PCB，如圖 53 所示。 本章小節(jié) 本章通過了軟硬件調(diào)試實現(xiàn)了主要功能 ： 二十四進制時間 顯示 ( 時、分 ), 秒以.的閃爍表示；顯示時，分，秒，復位；可通過個人計算機機串口設置時，分，設置時連續(xù)發(fā)送四位十六進制數(shù)，依次為時的高，低位，分的高 , 低位。完成后秒自動復位。相關操作說明：鍵盤共 4 個鍵，從左到右依次標名為 SET,DOWN,UP,ENTER, 用來修改和設置系統(tǒng)時鐘。同時還可以通過串口來修改和設置系統(tǒng)時鐘。 南京化工職業(yè)技術學院自動控制系畢業(yè)設計論文 31 結(jié) 論 本設計主要介紹了單片機的歷史發(fā)展，以及數(shù)字鐘在日常生活中的具體應用給日常生活帶來的方便。 在第二章介紹了系統(tǒng)的整體構(gòu)思方案，有幾個模塊組成，以及每個模塊的連接方法 。核心芯片單片機的基本資料介紹，著重介紹了單片機的對比與選擇。 AT89S51 單片機最小系統(tǒng)的架構(gòu)與實驗。多功能數(shù)字鐘系統(tǒng)的硬件模塊組成。詳細介紹了各個模塊的組成及功能。 MCU 的組成和特點、專門的時鐘芯片和單片機時鐘、顯示模塊的構(gòu)建與運用、語音芯片的選擇。基本上是完成了作為單片機所需的硬件結(jié)構(gòu)。同時也顯示了對軟件支持的強烈要求。本章介紹了本設計的軟件設計，所有的功能在流程圖里清晰的表現(xiàn)了出來。包括整體流程圖、時鐘及鬧鐘修改流程圖、中斷流程圖等。并附有相關程序的主要部分。 系統(tǒng)的功能基本符合設計任務的要求，經(jīng)過 大量的測試數(shù)據(jù)顯示 , 系統(tǒng)的可靠性已經(jīng)能夠達到了實際電子鐘的設計要求。同時系統(tǒng)具有很強的擴展性。 在此次的數(shù)字鐘設計過程中 ,更進一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法 。 在 涉及到 2 進制與十進制轉(zhuǎn)換時出現(xiàn)了錯誤最終 準確地找出錯誤所在并及時糾正了 。 在設計電路中 ,往往是先仿真后連接實物圖 ， 但有時候仿真和電路連接并不是完全一致的 。 例如仿真的連接示意圖中 ， 往往沒有接高電平的16 腳或 14 腳以及接低電平的 7 腳或 8 腳 ， 因此在實際的電路連接中往往容易遺漏 。在仿真電路中必須連接反饋線才能正常顯示 ， 而在實 際電路中無需再連接 ， 因此仿真圖和電路連接圖還是有一定區(qū)別的 。 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 。 設計是一個漫長而充滿挑戰(zhàn)的過程，在發(fā)現(xiàn)錯誤與解決錯誤的過程中我發(fā)現(xiàn)自己的能力得到了很大的提高。在以后的學習工作中將不斷的完善自我！ 南京化工職業(yè)技術學院自動控制系畢業(yè)設計論文 32 致 謝 感謝學院在我們即將踏入社會時，給我們這次理論聯(lián)系實際的機會，通過這次畢業(yè)設計，我們更好地將已經(jīng)學過的知識進行鞏固，也很感謝王莉老師對我的論文的不厭其煩的細心指點。 通過這段時間對專業(yè)基礎理論的學習與鞏固，通過查 閱一些有關專業(yè)資料的學習，使自己對專業(yè)知識有了進一步的理解。 雖然在此過程中感覺有點不耐，但從畢業(yè)設計過程中，我的確學到了很多東西， 在鞏固專業(yè)知識的同時也讓我學到了堅持和努力 ， 讓我受益匪淺。畢業(yè)設計是我們在學校的最后一個環(huán)節(jié)，也是最后一次考驗我們在校學習的理論知道是否扎實，從中提高我們的設計、掌握技術知識的能力。為我們踏上社會奠定扎實的基礎。 時光如梭，大學三年即將結(jié)束。感謝母校對我大學三年來的照顧，也很感謝老師們的精心教導。 在以后的日子里我還會利用現(xiàn)在已經(jīng)學習的內(nèi)容更深入地學習，也會用好現(xiàn)在的所學在以后的工 作中發(fā)揮自己的能力，時刻銘記老師的教導，并在實踐中不斷提高完善自己。 南京化工職業(yè)技術學院自動控制系畢業(yè)設計論文 33 參考文獻 [1] 張專成 趙懷勛 .單片機測控系統(tǒng)中的監(jiān)視定時器 [M].武警技術學院 .Mar1997:286354. [2] 張景元 .基于單片機的多用途定時器的設計與實現(xiàn) [J].電子工程師 2020 年第 8 期 . [3] 李洪濤 .一種單片機控制的定時打鈴器 [J].電子世界 .1990 年第 2 期 . [4] 何業(yè)軍 李超 .基于單片機控制的高精度定時打鈴器的設計 [J].電子技術 .2020 年第 7 期 . [5] 關宗 安 仲叢久 .基于單片機實現(xiàn)的多路定時控制器的設計 [J].沈陽航空工業(yè)學院學報 .2020年 6月 .第 21 卷第 3 期 . [6] 范立南 .單片微機接口與控制技術 [M].沈陽：遼寧大學出版社 .1996:78206. [7] 張友德 .單片微型機原理、應用與實踐 [M].上海：復旦大學出版社 .1992:347468. [8]李華 .MCS51 系列單片機實用接口技術 [M]，北京：北京航空航天大學出版社 .1993:138248. [9]何希慶 ,高偉 .MCS51 單片機原理、實驗、實例 [M].山東 :山東大學出版社 .1989:242298. [10]張毅剛 ,彭喜源，潭曉昀 .MCS51 單片機應用設計 [M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社 .1997:442648. 南京化工職業(yè)技術學院自動控制系畢業(yè)設計論文 34 附錄 1：設計所用到器件清單 表 11 器件清單表 型號 名稱 封裝 電池 3V6 6P 電容 6P 電容 10K 電阻 R10 12M 晶振 CRY 12V 插座 HCK2 22P 電容 22P 電容 22U 電容 100 電阻 104 電阻 104 電容 104 電容 CC5 104 電容 CC5 1000U 電容 CD5/10 1000U 電容 CD5/10 1000U 電容 CD5/10 7805 穩(wěn)壓 78XX 7805 穩(wěn)壓 78