【正文】 器單元，此單片機(jī)上手容易，操作方便且內(nèi)部資源能夠滿足本設(shè)計程序的編寫。同時，焊接板無任何包裝，在遇到水之后整個電路將出現(xiàn)短路的現(xiàn)象，造成無法控制的局面。但 是這幾乎是控制電路在所難免的情況，是不能避免的。 缺點(diǎn)：在仿真過程中我也發(fā)現(xiàn)了一些問題。由于該電路設(shè)計的要求的功能不多，在該電路之中運(yùn)用了一個啟動暫停按鈕，一個復(fù)位按鍵，一個電源開關(guān)。當(dāng)然還有體積小的優(yōu)點(diǎn)，方便攜帶。由于本電路設(shè)計原理明確，所采用的元件合理，電路布線盡可能簡潔，美觀。 3 本設(shè)計的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：通過實(shí)際的仿真 ,我發(fā)現(xiàn)本電路具有以下優(yōu)點(diǎn)。倒計時的價值是我們無法估計的，在我們的生活之中不可以缺少的一部分。也不會知道機(jī)器應(yīng)該是否停止工作。我們在衡量到底用時多久方面也需要計時原理。假如說沒有倒計時在我們的生活之中那么會為我么的生活帶來許多的不便。軍事上：科學(xué)家運(yùn)用倒計時來控制火箭的發(fā)射，運(yùn)用倒計時來接受衛(wèi)星都可以。生活上：如運(yùn)動比賽時需要的計時。軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)共同構(gòu)成完整的單片微型計算機(jī)系統(tǒng)，兩者相輔相成，缺一不可。 CPU 配上存放程序和數(shù)據(jù)的存儲器、輸入 /輸出（ Input/Output，簡稱 I/O）接口電路以及外部設(shè)備即構(gòu)成單片機(jī)的硬件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)是指構(gòu)成微機(jī)系統(tǒng)的實(shí)體與裝置，通常由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入接口電路和輸入設(shè)備、輸出接口電路和輸出設(shè)備等組成。它已成為工業(yè)控制領(lǐng)域、智能儀器儀表、尖端武器、日常生活中最廣泛使用的計算機(jī)。 2 單片機(jī)微型計算機(jī)就是將中央處理單元、存儲器、定時 /計數(shù)器和多種接口都集成到一塊集成電路芯片上的微型計算機(jī)。但近年來也開始出現(xiàn)了在片內(nèi)固化有 BASIC 解釋程序的單片機(jī)。一般說來，單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微處理器。 ④ 控制功能強(qiáng)。片內(nèi)具有計算機(jī)正常運(yùn)行所必需的部件。芯片本身是按工業(yè)測控環(huán)境要求設(shè)計的，其抗工業(yè)噪聲干擾優(yōu)于一般通用 CPU；程序指令及常數(shù)、表格固化在 ROM 中不易破壞；許多信號通道均在一個芯片內(nèi)，故可靠性高。 單片機(jī)具有以下特點(diǎn) ： ① 受集成度限制，片內(nèi)存儲容量較小，一般 8 位單片機(jī)的 ROM 小于 8/16K字節(jié)， RAM 小于 256 字節(jié)，但可在外部擴(kuò)展，通常 ROM、 RAM 可分別擴(kuò)展至64K 字節(jié)。所謂的單片機(jī)是指將微型計算機(jī) 3個單元的多個分體中的主要功能用 1個集成電路芯片來實(shí)現(xiàn)，該芯片具有一個微型計算機(jī)的基本功能。在這種情況下，單片機(jī)應(yīng)運(yùn)而生了（也稱作微型計算機(jī)）。 1 1 緒論 單片機(jī)的概述 現(xiàn)代社會中，盡管 PC 機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普遍，但是，在控 制 領(lǐng)域日益追求小而精、輕而薄的自動化控制器、自動化儀器儀表、家電產(chǎn)品等方面 ,PC 機(jī)仍有所不相適宜的地方。而工業(yè)控制、儀器儀表、家電產(chǎn)品等市場廣闊，要求 PC 機(jī)技術(shù)與之相適應(yīng)。 微型計算機(jī)的基本機(jī)構(gòu)是由中央處理器、儲存器、和 I/O 設(shè)備構(gòu)成的。這種超大規(guī)模集成 電路芯片即稱為單片微型計算機(jī)，通常簡稱單片機(jī)。 ② 可靠性好。 ③ 易擴(kuò)展。芯片外部有許多供擴(kuò)展用的三總線及并行、串行輸入 /輸出管腳，很容易構(gòu)成各 種規(guī)模的計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。為了滿足工業(yè)控制要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中具有極豐富的條件分支轉(zhuǎn)移指令、 I/O 口的邏輯操作以及位處理功能。 ⑤ 一般單片機(jī)內(nèi)無監(jiān)控程序或系統(tǒng)通用管理軟件，只放置有用戶調(diào)試好的應(yīng)用程序。 電子技術(shù)和微型計算機(jī)的迅速發(fā)展，促進(jìn)微型計算機(jī)測量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，單片機(jī)（單片微型計算機(jī)）的應(yīng)用已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個部門和領(lǐng)域，它起到了越來 越重要的作用。因此一塊芯片就構(gòu)成了一臺計算機(jī)。 單片機(jī)由硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)組成。其中運(yùn)算器和控制器一般做在一個集成芯片上，統(tǒng)稱中央處理單元（ Central Processing Unit），簡稱 CPU，是微 機(jī)的核心部件。軟件系統(tǒng)是微機(jī)系統(tǒng)所使用的各種程序的總稱，人們通過它對微機(jī)進(jìn)行控制并與微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行信息交換，使微機(jī)按照人的意圖完成預(yù)定的任務(wù)。 倒計時的意義和價值 倒計時運(yùn)用在生活軍事工業(yè)的各個方面。還有北京奧運(yùn)會的倒計時等等。工業(yè)上：運(yùn)用倒計時來控制產(chǎn)品的保質(zhì)期，運(yùn)用倒計時來控制機(jī)器的運(yùn)作。如我們還要每天去計算還有好久是一個重要的日子。我們也不知道這個產(chǎn)品過期沒有?？茖W(xué)家也不會知道火箭還有多久才是預(yù)期的發(fā)射，還有多久衛(wèi)星才是精確的升空。在此我借畢業(yè)設(shè)計來控制簡單的倒計時，希望對我們周邊的生活有所幫助 。首先，該電路工作十分穩(wěn)定。同時所用材料價格便宜，設(shè)計出的控制電路在成本方面較低。其次，該電路操作簡單。再次，該電路具有數(shù)碼顯示供能，讀取結(jié)果十分容易。如顯示的結(jié)果不是很精準(zhǔn)，存在一點(diǎn)誤差。當(dāng)然我將會把誤差降到最低值。 4 2 方案論證與選擇 控制芯片方案論證 AT89C51單片機(jī) 是美國 ATMEL公司生產(chǎn)的一款低電壓，高性能 CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（ PEROM）和 128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi) 置通用 8位中央處理器（ CPU）和 Flash存儲單元，但其內(nèi)存資源較小，可能無法完成程序編寫要求。 經(jīng)比較，本設(shè)計 選用了方案二中的 AT89S52 單片機(jī)作為控制芯片。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機(jī)的 I/O端口進(jìn)行驅(qū)動，或者使用如 BCD碼二 十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動。 數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)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(shù)碼管的公共極 COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的 I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機(jī)對位選通 COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為 1～ 2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時點(diǎn)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(shù)據(jù)，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。 鍵盤電路設(shè)計方案論證 獨(dú)立式按鍵就是各按鍵相互獨(dú)立，每個按鍵單獨(dú)占用一根 I/O 口線，每根 I/O口線的按鍵工作狀態(tài)不會 影響其他 I/O 口線上的工作狀態(tài)。優(yōu)點(diǎn)：電路配置靈活，方便操作，軟件結(jié)構(gòu)簡單。矩陣鍵盤工作原理：行線通過上拉電阻接到 +5V 上。列線電平為低，則行線電平為低；列線電平為高，則行線電平為高。 在單片 機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，為簡化硬件線路，縮小整個系統(tǒng)的規(guī)模，總希望設(shè)置最少的按鍵，獲得最多的控制功能?？赏ㄟ^軟件的方法讓一鍵具有多功能。 經(jīng)比較，本設(shè)計選用了獨(dú)立式按鍵控制電路的方案。如 9999 的顯示就是段位開千位馬上又 關(guān)閉，打開鎖存器的位，根據(jù)程序的要求千位是 9。同理的控制使各位都顯示 9 從而實(shí)現(xiàn) 9999 秒的顯示。 根據(jù)鍵盤輸入調(diào)用相應(yīng)鍵處理子程序，實(shí)現(xiàn)倒計時的運(yùn)作和暫停設(shè)定。發(fā)光二極管亮，閉合電源的開關(guān)，電源經(jīng)過一個 1K 的電阻，然后經(jīng)過 S3 開關(guān)來控制系統(tǒng)的開始和暫停。通過按鍵的開始，從單片機(jī)的系統(tǒng)里面調(diào)出程序來實(shí)現(xiàn)相對應(yīng)的功能。也就是說當(dāng)按下復(fù)位鍵的情況下，單片機(jī)的系統(tǒng)就停止運(yùn)行，數(shù)碼管顯示的數(shù)字就是 9999。 在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對精度可達(dá)百萬分之五十。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為 壓控振蕩器（ VCO）。 單片機(jī)晶振 的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時鐘信號，可以用與同一個晶振相連的不同鎖相環(huán)來提供。 圖 32 晶振電路 復(fù)位 電路 單片機(jī)復(fù)位電路主要有 三 種類型 : (1)微分型復(fù)位電路 (2)積分型復(fù)位電路 (3)比較器型復(fù)位電路 8 復(fù)位的作用：當(dāng)程序在運(yùn)行的過程之中需要重新開始運(yùn)作時，就可以按下S1 復(fù)位開關(guān)來實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示 9999 來重新運(yùn)作。 (2)復(fù)位電路的設(shè)計： 該電路的組成是由 S1 開關(guān)和一個 10uf 稱為 C3 的電阻、一個 10K 的 R1 和一個 1K 的 R2 組成。 RST于單片機(jī)系統(tǒng) 的第 9 端口控制。該電路的組成是由 S1 開關(guān)和一個 10uf 稱為 C3 的電阻、一個 10K 的 R1 和一個 1K 的 R2 組成。 圖 33 復(fù)位電路 鎖存器 鎖存器的作用 :在 LED 和數(shù)碼管顯示方面，要維持一個數(shù)據(jù) 的顯示，往往要持續(xù)的快速的刷新。在人類能夠接受的刷新頻率之內(nèi)，大概每三十毫秒就要刷新一次。經(jīng)計算完成 9999 倒計時需要三個多小時。 鎖存器的使用可以大大的緩解處理器在這方面的壓力。這樣在數(shù)碼管的顯示內(nèi)容不變之前，處理器的處理時間和 IO引 腳便可以釋放。而處理器在處理完后可以有更多的 9 時間來執(zhí)行其他的任務(wù)。 (2)本設(shè)計的鎖存器： 本設(shè)計的運(yùn)用的是 74HC573 型號的鎖存器。一個鎖存器的 11 端口連接的是 DUAN 一個連接的是 WEI 的 11 端口。當(dāng)然段是接在數(shù)碼管的控制 發(fā)亮口上的。只有當(dāng)段和位一起工作時才能實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的顯示。得到 5V的輸出電 壓時，發(fā)光二極管就會亮。當(dāng)電壓低于 5V 的情況下，系統(tǒng)運(yùn)行起來會存在電壓不夠，甚至?xí)o法啟動程序?qū)崿F(xiàn)控制的顯示。如需開始控制，就按開始按鈕，系統(tǒng)就會自己運(yùn)行已添加的程序來實(shí)現(xiàn)控制。當(dāng)電壓輸入的時候發(fā)光二極管亮。我把開關(guān)備注的 是 S2。 電源開關(guān) :運(yùn)用的是 S2 為按鍵開關(guān)，當(dāng)電源受外部的電壓的情況下，經(jīng)過整合變成 5V 的電壓的時候。當(dāng)然其中還接了一個 VCC 端。當(dāng)偶數(shù)次按下 S2 時，開關(guān)斷開， LED 不亮，電路不能形成回路。 S2 起到總開關(guān)的作用。當(dāng)偶數(shù)次按下 S2 時， 開關(guān)斷開， LED 不亮，電路不能導(dǎo)通。由于端口的問題以及動態(tài)顯示方式的優(yōu)越性，在此設(shè)計的連接方式上采用共陰級接法。 （ 2） 顯示部分工作原理 :本設(shè)計采用的是四位共陰極數(shù)碼管，型號是SM420364。從左到右分別接的是 12 接 C 9 接的是 C 8 接的是 C 6 接的是 C0。這樣的連接及使電路簡化，也更好排版，在對整個圖看起來更加美觀。 圖 37 數(shù)碼管 鍵盤部分的設(shè)計 根據(jù)功能要求，設(shè)計了一個開始運(yùn)作、暫停運(yùn)作功能鍵。當(dāng)奇數(shù)次按下 S3 時，開關(guān)閉合，數(shù)碼管顯示的數(shù)字根據(jù)程序改變?？刂撇糠钟靡粋€ S3 開關(guān)和一個R4 的 1K 電阻。它是由一個開關(guān) S3 控制， 12 一端和單片機(jī)系統(tǒng)的 連接（也就是第 12 端口）來實(shí)現(xiàn)多單片機(jī)的控制。當(dāng)按下開關(guān)按鈕， S3 導(dǎo)通，則有單片機(jī)系統(tǒng)開始按預(yù)先設(shè)計好的程序開始運(yùn)行。即是當(dāng)奇數(shù)次按下 S3 的時候系統(tǒng)是運(yùn)行的狀態(tài)，偶數(shù)次按下時是暫停狀態(tài)。 圖 38 按鍵電路 13 4 軟件部分設(shè)計 系統(tǒng)流程圖 流程圖是由一些圖框和流程線組成的，其中圖框表示各種操作的類型，圖框中的文字和符號表示操作的內(nèi)容，流程線表示操作的先后次序。當(dāng)接通外部電源至焊接板時， LED 發(fā)光二極管亮。當(dāng)按下開關(guān)按鈕 時，倒計時開始運(yùn)動。至到四個數(shù)碼管顯示 0000 的時候，系統(tǒng)程序自動跳轉(zhuǎn)至 9999 又繼續(xù)開始倒計時的運(yùn)動。 假如在運(yùn)行中出現(xiàn)需要暫停的情況時，操作者按下按鍵 ，倒計時停止在上一步程序要求的位置。 14 圖 41 系統(tǒng)流程圖 開始 初始化 啟動？ 按下啟動、暫停按鍵？ 倒計時運(yùn)行 運(yùn)行至 0？ 暫停 ? Y N Y Y N N N 開始按下啟動、暫停按鍵？Y Y 15 顯示子程序