【正文】 理 本設(shè)計(jì)的 電子 時(shí)鐘是由 AT89C51,八 段數(shù)碼管等構(gòu)成，采用晶振電路作為驅(qū)動(dòng)電路，由 計(jì)時(shí) 程序 和循環(huán)程序產(chǎn)生的一秒 定時(shí)，達(dá)到時(shí)分秒的計(jì)時(shí)，六十秒為一分鐘，六十分鐘為一小時(shí)，滿二十四小時(shí)為一天。 咸陽師范學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 3 電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)流程 圖 1 設(shè)計(jì)流程圖 硬件電路的設(shè)計(jì)方案 本設(shè)計(jì)的 硬件電路設(shè)計(jì)框圖 如圖 2所示： 圖 2 總體結(jié)構(gòu)框圖 由圖 2可以看出： 本設(shè)計(jì)電路 的 硬件部分共 由 五部分組成 ，分別為 按鍵模塊、復(fù)位電路模塊、振蕩電路模塊、發(fā)聲模塊、時(shí)間顯示模塊。復(fù)位電路模塊負(fù)責(zé)上電后自動(dòng)復(fù)位，或按鍵后強(qiáng)制復(fù)位。與此同時(shí)，按鍵掃描函數(shù)一直掃描按鍵引腳狀態(tài)，一旦掃描按鍵被按下，即 進(jìn)入相應(yīng)的功能函數(shù)。 硬件電路的原理圖 由上面的設(shè)計(jì)框圖可以進(jìn)一步得出本系統(tǒng)的電路原理圖。電路中的四個(gè)控制鍵擁有多種不同的功能，按下又松開，可以實(shí)現(xiàn)校對(duì)時(shí)間以及 定時(shí) 的功能 。 AT89C51 單片機(jī)引腳介紹： Vcc：電源 Vss:地線 P0 口： P0 口地址為 80H,位地址為 80H～ 87H。 P0 口的邏輯電路主要由 D 觸發(fā)器構(gòu)成的鎖存器， FET(場效應(yīng)管 )構(gòu)成的輸出驅(qū)動(dòng)電路，用于引腳數(shù)據(jù)輸入緩沖的緩沖器，一個(gè)多路轉(zhuǎn)接開關(guān)（ MUX）構(gòu)成。鎖存器的功能是使數(shù)據(jù)在口中保留一段時(shí)間。輸入轉(zhuǎn)接由控制信號(hào)控制，設(shè)置多路轉(zhuǎn)接開關(guān)的原因是 P0 口既可以作為通用 I/O 口進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入 /輸出，又可以作為單片 機(jī)系統(tǒng)的地址 /數(shù)據(jù)線使用。 P1 口： P1 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 P1 口只能作為通用數(shù)據(jù) I/O 口使用所以在電路結(jié)構(gòu)上與 P0口有些不同。其上拉電阻并不是真正的電阻，而是一個(gè)能起到上拉電阻作用的 由 兩個(gè)場效應(yīng)管構(gòu)成的電路。 P2 口既可作為系統(tǒng)高位地址線使用，也可作為通用 I/O 口使用，所以 P2 口的電路邏輯與 P0 口類似，也有一個(gè)多路轉(zhuǎn)接開關(guān)。當(dāng) P2口作為高位地址線使用時(shí)，多了開關(guān)倒向地址端；而當(dāng)通用 I/O 口使用時(shí)，多路開關(guān)倒向鎖存器的 Q 端。 P3口的地址為 B0H，位地址為 BOH～ B7H。 RXD（串行數(shù)據(jù)接收） TXD（串行數(shù)據(jù)發(fā)送） INT0（外部中斷 0 申請(qǐng)） INT1（外部中斷 1 申請(qǐng)） T0（定時(shí)器 /計(jì)時(shí)器 0計(jì)數(shù)輸入） T1（定時(shí)器 /計(jì)時(shí)器 1計(jì)數(shù)輸入） /WR（外部 RAM 寫選通） /RD（外部 RAM 讀選通） RST：復(fù)位信號(hào)。 ALE：地址鎖存控制信號(hào)。此時(shí)由于 ALE 是以咸陽師范學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 7 1/6晶振頻率的固定頻率輸出的正脈沖，因此，可作為外部時(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖使用 PSEN：外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。 EA：訪問程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。 XTAL1 和 XTAL2：外部晶體引線端。 按鍵模塊 圖 5 按鍵模塊 在該模塊中，采用四個(gè)按鍵作為對(duì)電子時(shí)鐘的控制輸入，通過按鍵來實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘的時(shí)間設(shè)置、定時(shí)功能。 本設(shè)計(jì)中，四個(gè)按鍵 K K K K4分別與 AT89C51 單片機(jī)的引腳 、 、 連接。當(dāng)按下 K2時(shí)，切換到鬧鐘模式，連續(xù)按下 K2 鍵時(shí)依次進(jìn)行定時(shí)。 基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì) 8 圖 6 復(fù)位電路 單片機(jī)在上電以后內(nèi)部的電路處于一種隨機(jī)狀態(tài)，這時(shí)如果開始工作則會(huì)出現(xiàn)混亂。單片機(jī)系統(tǒng)上電后，從何處開始執(zhí)行第一條指令是由系統(tǒng)復(fù)位后的狀態(tài)決定 的 [7]。常用的復(fù)位電路有上電復(fù)位電路、按鍵電平復(fù)位電路、按鍵脈沖復(fù)位電路 。 電路 圖 7 振蕩 電路 咸陽師范學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 9 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，它的作用就是用來構(gòu)成振蕩器，但要形成時(shí)鐘，還需要一些附加的電路 [8]。利用單片機(jī)內(nèi)部的振蕩器，然后在引腳 XTAL1 和 XTAL2兩端接晶振， 就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘電路，外接晶振時(shí)，晶振兩端的電容一般選擇為 30pF 左右；這兩個(gè)電容對(duì)頻率有微調(diào)的作用 ，晶振的頻率范圍可在 之間選擇。此方式是利用外部振蕩脈沖接入 XTAL1 和 XTAL2。 振蕩電路由兩個(gè)皆為 30PF 的 C1,C2 及振蕩頻率為 12MHZ 的晶振組成，并配合單片機(jī)定時(shí)器 0實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確計(jì)時(shí) 。 模塊 圖 8 發(fā)聲模塊 發(fā)聲 模塊由電源， 蜂鳴器兩 部分組成。 LED 是 Light Emiting Diode （發(fā)光二極管）的縮寫 ,發(fā)光二極管是能將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的電致發(fā)光器件。 通過數(shù)碼管中發(fā)光二極管的亮暗組合，可以顯示多種數(shù)字、字母以及其他符號(hào)。 7段數(shù)碼管由 7個(gè)發(fā)光二極管組成，而 8 段數(shù)碼管則是在 7段發(fā)光二極管的基礎(chǔ)上再加一個(gè)圓點(diǎn)型發(fā)光二極管 ，用以顯示小數(shù)點(diǎn)。 。使用時(shí)陰極公共引腳接地，這樣陰極引腳上加高電平的發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而加低電平的則不點(diǎn)亮。把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成陽極公共引腳，如 圖 b 所示。這樣陰極引腳上加低電平的發(fā)光二極管即可導(dǎo)通點(diǎn)亮，而加高電平的則不點(diǎn)亮 。 Keil 提供了包括 C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（ uVision）將這些部分組合在一起。 KEIL 集成開發(fā)環(huán)境的基本仿真流程 [13] [13] 第一步：雙擊 KEIL uVision3 的桌面快捷方式，啟動(dòng) KEIL 集成開發(fā)軟件。 選擇“ File(文件 )”→“New” 命令或菜單欄的 “ 新建文本 ” 命令，即可在項(xiàng)目界面的右側(cè)打開一個(gè)新的文本編輯界面，默認(rèn)文件名為 “Text1” 。 第四步：保存源程序。 基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì) 12 第五步：新建 KEIL 工程。在保存工程對(duì)話框中輸 入工程文件名，工程名稱不用輸入擴(kuò)展名。 第六步：選擇 CPU型號(hào)。 Proteus 軟件簡介 Proteus 軟件是目前世界上最先進(jìn) 的 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)模擬 電路、 數(shù)字 電路及 各種 電路系統(tǒng)的仿真和 PCB 設(shè)計(jì)等功能，是目前唯一 一個(gè)能夠?qū)Ω鞣N處理器進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真、調(diào)試與測試的 EDA工具。該軟件支持 許多 芯片，集編輯、編譯和程序仿真于一體，同時(shí)還支持匯編和 C語言的程序設(shè)計(jì)。 其最關(guān)鍵的功能是：將電路仿真和微處理器仿真進(jìn)行協(xié)同，直接在基于原理圖的虛擬原型上進(jìn)行處理器編程調(diào)試，并進(jìn)行功能驗(yàn)證，通過動(dòng)態(tài)器件如 LED、開關(guān)等，實(shí)時(shí)看到運(yùn)行后的輸入、輸出的結(jié)果， Proteus 為我們建立了比較完整的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境 [15]。 仿真結(jié)果 仿真結(jié)果如下圖 13所示。在測試過程中，有很多小問題，通過多次的修改程序并在 Proteus 軟件中進(jìn)行仿真，最終解決可了這些問題，同時(shí)也反映出我在單片機(jī)設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)方面的不足 [16]。 首先，我覺得這次的單片機(jī)設(shè)計(jì)非常必要，通過這次的設(shè)計(jì)使我們學(xué)到了更多的關(guān)于單片機(jī)的實(shí)際應(yīng)用知識(shí)，以前在課堂上只是簡單的掌握了一些基礎(chǔ)知識(shí)和簡單指令，對(duì)于實(shí)際的應(yīng)用還很陌生。設(shè)計(jì)，編程，仿真，每一步都感覺很難，尤其是編程這一塊，老是有錯(cuò)誤，后來我發(fā)現(xiàn)，應(yīng)該把程序分開來，一塊一塊的進(jìn)行編程，不能混在一起，否則程序太大了，容易混淆，很難發(fā)現(xiàn)里面存在的問題。 這次設(shè)計(jì)讓我深有感觸的是做什么事都要細(xì)心，并且一定要有耐心，不然只會(huì)半途而廢，而且思路很重要，當(dāng)有了明確的思路之后再按照思路一步一步的按照步驟來走，注意細(xì)節(jié)，這樣會(huì)大大提高效率，而且會(huì)節(jié)省很多時(shí)間和精力。 咸陽師范學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 15 參考文獻(xiàn) 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