【正文】 仿真效果。 通過比較各種方案的優(yōu)缺點以及自己學(xué)習(xí)過的專業(yè)知識，最終確定按照第三種方案實施。所以此次設(shè)計采用第三種方案。本次設(shè)計包含有四個主要的部分：單片機的最小系統(tǒng)，即由單片機，時鐘電路，復(fù)位電路組成；蜂鳴器控制電路；數(shù)碼管顯示電路和按鍵控制電路。單片機微型計算機簡 稱單片機，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。其發(fā)展趨勢不外乎以下幾個方面： 單片機中盡可能地把所需要的存儲器和 I/O 口都集成在一塊芯片上，使得單片機可以實現(xiàn)更多的功能。 有的單片機針對某一個應(yīng)用 領(lǐng)域，集成了相關(guān)的控制設(shè)備，以減少應(yīng)用系統(tǒng)的芯片數(shù)量。 AT89C52 單片機 數(shù)碼管顯示 電路 時鐘 電路 復(fù)位電路 蜂鳴器控制電路 按鍵控制電路 湖 北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 為了提高執(zhí)行速度和執(zhí)行效率，單片機開始使用 RISC、流水線和 DSP 的設(shè)計技術(shù)，使單片機的性能有了明顯的提高，表現(xiàn)為：單片機的時鐘頻率得到提高；同樣頻率的單片機運行效率也有了很大的提升；由于集成度的提高，單片機的尋址能力、片內(nèi) ROM（ FLASH）和 RAM的容量都突破了以往的數(shù)量和限制。使用高級語言可以降低開發(fā) 難度，縮短開發(fā)周期，增強軟件的可讀性和可移植性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充功能。由于 CMOS 等工藝的大量采用，很多單片機可以在更低的電壓下工作（ 或 ） ， 功耗已經(jīng)降低到 微安 級。 單片機應(yīng)用面廣，使用數(shù)量大 ，帶來的直接好處就是成本的降低。 綜合考慮各種類型的單片機，本設(shè)計采用 AT 公司 的 AT89C52類型的單片機，改單片機 具有 8K可 擦除 Flash 存儲器 ，具有高性能和 低功耗 特性的 8位 CMOS微控制器 ；單片機內(nèi)部 Flash允許程序存儲器 具有可 編程 的功能 ， 因此也可以也可以應(yīng)用于常規(guī)編程器； 在單芯片 未處理器中 ， 具 有靈巧的 的 系統(tǒng)可編程 Flash和 8bitCPU，使AT89C52成 為 很多控制系統(tǒng)和 嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng) 主流的控制芯片。 除此之外 ， AT89C52具有 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作， 同時可使兩 種軟件選擇節(jié)電模式；在 掉電保護(hù) 工作 方式下， 振蕩器將停止工作，并保存 RAM中的 內(nèi)容 ， 單片機停止一切工作，除非等到下一個硬件或中斷復(fù)位后才停止；在 空閑 工作 模式下， CPU工作 停止 ， 同時 允許 中斷、串口、 定時器 /計數(shù)器和 RAM繼續(xù)工作。 包括主電源引腳 Vcc和 Vss；時鐘電路引腳 XTAL1和 XTAL2；控制信號引腳 RST/VPD,ALE,PSEN,EA以及并行 I/O口引腳 P0， P1，P2和 P3。：串行口輸入，串行口輸出，外部中斷 0輸入 ，外部中斷 1輸入，定時器 0的外部輸入，定時器 1的外部輸入，外部數(shù)據(jù)存儲器“寫”信號輸出和外部數(shù)據(jù)存儲器“讀”信號輸出。利用兩個型號為 74HC573 的鎖存器來控制數(shù)碼管的段選和位選，用 和 兩個口來控制兩個鎖存器 開 /關(guān)狀態(tài) 。根據(jù)設(shè)計的要求， 采用兩個四位一體的共陰極數(shù)碼管和一個單獨的共陽極數(shù)碼管顯示時鐘和秒表功能。本設(shè)計還有整點報時的功能，故通過控制蜂鳴器來實現(xiàn)。 單片機時鐘內(nèi)部有一個高增益反向放大器，用于構(gòu)成時鐘震蕩電路， XTAL1 為該放大器的輸入端， XTAL2 為放大器的輸出端，但要形成時鐘還需附加其他的電路。定時元件一般采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。 （ 2） 外部時鐘方式 外部時鐘方式常用于多機系統(tǒng)，以便各個單片機能夠同步工作。 本次設(shè)計采用內(nèi)部時鐘方式， 單片機的內(nèi)外部時鐘電路如圖 31所示 ： 湖 北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 圖 31 內(nèi)部和外部時鐘電路圖 計算機在啟動運行時都需要復(fù)位，使 CPU 和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。當(dāng)振蕩器起振后，只要該引腳上出現(xiàn) 2個機器周期以上的高電平時即可確保使器件復(fù)位。 RST 端的外部復(fù)位電路有兩種復(fù)位操作形式：上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位。 在加電瞬間，電容通過電阻充電，就在 RST 端出現(xiàn)一定寬度的高電平，只要高電平時間足夠長，就可以使單片機有效復(fù)位。 VCC 上升時間約為 10ms,振蕩器起振時間和頻率有關(guān)。當(dāng)振蕩頻率為 12MHz 時，典型值為 C=10Uf,R=。按鍵電平復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與 VCC 接通而實現(xiàn)的；按鍵脈沖復(fù)位則是利用 RC微分電路產(chǎn)生正脈沖來實現(xiàn)的。 LED數(shù)碼管有兩種連接方式： （ 1）共陰極接法：把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極，使用時公共陰極接地。如圖 32(a)所示 ： （ 2）共陽極接法：把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極，使用時公共陽極接 +5V，每個發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。由于 單片機的 I/O口送不出如此大的電流，所以數(shù)碼管與單片機連接時需要加驅(qū)動電路，可以用上拉電阻的方法或使用專門的數(shù)碼管驅(qū)動芯片。 四位一體的數(shù)碼管與單個的數(shù)碼管有所不同。 a~f 對應(yīng)的是數(shù)碼管的段位 ，四個數(shù)碼 管所有的段湖 北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 位都連接在一起，即所有的 a段連接在一起，所有的 b段連接在一起，依次類推。 圖 35 四位一體數(shù)碼管引腳圖 本次設(shè)計使用了兩個四位一體的 共陰極 數(shù)碼管 和一個單獨的共陽極數(shù)碼管， 顯示電路顯示模塊需要實時顯示當(dāng)前的時間 ,即時、分、秒，因此需要 6 個數(shù)碼管，另 外設(shè)計 兩個數(shù)碼管 用 來顯示橫，這樣顯示起來比較美觀。對于多位 LED 顯示器 ，通常都是采用動態(tài)掃描的方法進(jìn)行顯示 ，時的十位和個位分別顯示在第一個和第二個數(shù)碼管，分的十位和個位分別顯示在第四個和第五個數(shù)碼管，秒的十位和個位分別顯示在第七個和第八個數(shù)碼管，其余 兩個 數(shù)碼管顯示橫線。 蜂鳴器有兩種結(jié)構(gòu)，有源型和無源型。有源蜂鳴器內(nèi)部帶振蕩源，所以只要一通電就會叫，而無源蜂鳴器內(nèi)部不帶振蕩源，所以如果用直流信號驅(qū)動他時，無法令其鳴叫，必須用 2kHZ~5kHZ 的方波信號去驅(qū)動他。其控制電路圖如圖 37 所示： 湖 北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 圖 37蜂鳴器控制電路 按鍵 控制電路的設(shè)計 鍵盤就是一組按鍵的集合，它是最常用的輸入設(shè)備。計算機所用的鍵盤按其結(jié)構(gòu)形式可分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤。 1． 簡單鍵盤 簡單鍵盤一般直接用 I/O 口線外接按鍵構(gòu)成。當(dāng)某一按鍵閉合時，對應(yīng)口線輸入為低電平，釋放時為高電平。矩陣鍵盤有 3X3 9 個鍵， 4X4 16個鍵等的矩陣鍵盤。用同樣的方法輪流送各列一次低電平，再輪流檢測一次各行是否變?yōu)榈碗娖?，這樣即可檢測完所有的按鍵。 本設(shè)計 由于只需要用到四個按鍵就可以實現(xiàn)全部的功能，故 采用四個獨立的按鍵來控制時鐘的調(diào)節(jié)和時鐘 /秒表的轉(zhuǎn)換。由于鍵盤上的按鍵都是利用機械觸點來實現(xiàn)健的閉合與釋放。為了保證系統(tǒng)對鍵的一次閉合僅做一次鍵輸入處理，因此不需進(jìn)行消抖處理。 本設(shè)計使用的是軟件消抖。 此次用到的四個獨立按鍵有 ~ 口控制，分別可記為 K1~K4。 若 K3健被按下， 當(dāng)按 K3按鍵 按 一下時，從左數(shù)第一二位數(shù)碼管即顯示時位的兩位數(shù)碼管的小數(shù)點亮，即可以通過 K1和 K2 來對時位進(jìn)行加減的調(diào)整， K1 對十位進(jìn)行加操作， K2 對十位進(jìn)行減操作。 若跳出時間的調(diào)節(jié)后， K4 健被按下，則啟動秒表功能。在秒表功能下，按 K1按鍵，則秒表開始工作，再按 K1 則秒表停止計時；若按 K2 健，則秒表清零；如果再按 K4 健則跳出秒表，則轉(zhuǎn)換為時鐘工作狀態(tài)。 整體設(shè)計的電路圖如圖 39 所示。 根據(jù)設(shè)計要求，所編寫的程序除了主程序外還包括的子程序有數(shù)碼管顯示子程序；按鍵檢測子程序；蜂鳴器報時子程序還有中斷函數(shù)。通過中斷函數(shù) 來精確定時。 C語言 作為一種非常方便的語言而得到廣泛的支持，很多硬件開發(fā)都要 C語言編程，如各種單片機、 DSP、 ARM 等。 C語言不僅支持浮點運算還提供了很多數(shù)學(xué)函數(shù)，其開發(fā)的高效性在很大程度上縮短了開發(fā)的時間，程序的可維護(hù)性和可讀性大大增加。 ，函數(shù)可以分成不同的類型，使程序的結(jié)構(gòu)簡單明了。 語言庫中有許多標(biāo)準(zhǔn)的子程序，其數(shù)據(jù)處理能力很強大，使用起來很方便。 C 語言常用語法不多，尤其是單片機 C 語言常用語法更少，初學(xué)者沒有必要再系統(tǒng)地將 C語言重學(xué)一遍，只需要在實踐中遇到難點時適當(dāng)?shù)夭殚?C語言書籍里的相關(guān)內(nèi)容。綜合以上 C語言的優(yōu)點， 故 本次程序編寫采用 C 語言編寫。 主程序 設(shè)計 編寫程序必須要理清思路，邏輯正確，而繪制流程圖可以使程序的思路簡單清晰，有利于編寫程序。 圖 41 主程序流程圖 通電后， 啟動 定時器， 定時器的初值為 50ms，計數(shù) 20次為 1 秒 ，則數(shù)碼管上相應(yīng)的數(shù)值加一。 若 K3健被 按下， 當(dāng) K3 按 一下時，從左數(shù)第一二位數(shù)碼管即顯示時位的兩位數(shù)碼管的小數(shù)點亮，即可以通過K1 和 K2 來對時位進(jìn)行加減的調(diào)整， K1 對十位進(jìn)行加操作， K2 對十位進(jìn)行減操作。 若跳出時間的調(diào)節(jié)后， K4健被按下，則啟動秒表功能。在秒表功能下，按 K1按鍵，則秒表開始工作，再按 K1則秒表停止計時；若按 K2 健，則秒表清零；如果再按 K4 健則跳出秒表，則轉(zhuǎn)換為時鐘工作狀態(tài)。 根據(jù)所要實現(xiàn)的功能，編寫相應(yīng)的子程序。 本次的數(shù)碼管顯示函數(shù)也是利用這種發(fā)光管的余暉和人眼視覺暫留作用， 利用單片機的 P0 口以及兩個鎖存器 來向數(shù)碼管的輸送段選和位選數(shù)據(jù)，實現(xiàn)所要顯示的時，分，秒。若 K3 健被按下， 當(dāng)按 K3按鍵 按 一下時，從左數(shù)第一二位數(shù)碼管即顯示時位的兩位數(shù)碼管的小數(shù)點亮，即可以通過 K1 和 K2 來對時位進(jìn)行加減的調(diào)整， K1 對十位進(jìn)行加操作， K2 對十位進(jìn)行減操作。 若跳出時間的調(diào) 節(jié)后， K4 健被按下，則啟動秒表功能。在秒表功能下，按 K1 按鍵，則秒表開始工作，再按 K1則秒表停止計時；若按 K2 健，則秒表清零；如果再按 K4 健則跳出秒表，則轉(zhuǎn)換為時鐘工作狀態(tài)。就像程序中的注釋一樣，延時時間的長短決定了蜂鳴器的發(fā)聲頻率，也就是聲音的長短。蜂鳴器報時函數(shù)實現(xiàn)的是在早上六點到晚上二十二點之間整點報時，也就是幾點響幾下。 uchar i。x0。i80。 xianshi(fen,0xef,0xf7)。 } bs=!bs。將所有滿足要求的函數(shù)整合到一起，通過在主函數(shù)中調(diào)用相應(yīng)的子函數(shù)來實現(xiàn)設(shè)計要求。通過多次的修改與調(diào)試也沒能找到解決的方法，希望在以后的學(xué)習(xí)中能夠找到解決方案。因為編寫的過程中難免會出現(xiàn)一些小的錯誤，甚至是一些邏輯性的錯誤。 本次設(shè)計，采用 Keil 進(jìn)行編譯調(diào)試。本次畢業(yè)設(shè)計所使用的 Keil 版本為 。 調(diào)試與 仿真 新建一個工程， 并設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，選擇相關(guān)的單片機型號。 然后在新建的工程中添加文件，將編寫好的程序添加到新建的工程中。 圖 51 Keil中添加新文件 然后 對添加到工程中的文件進(jìn)行編譯，若出現(xiàn)錯誤則需要慢慢的調(diào)試，根據(jù) 提示修改出現(xiàn)的錯誤，直到編 譯無誤為止。 湖 北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 圖 52 編譯生成 Hex文件 編譯生成 的 Hex 文件，最終需要導(dǎo)入到 Proteus 中進(jìn)行仿真。雖然 Proteus 也有很多不完善的地方，而且模擬和硬件實物是有差別的，但是只有經(jīng)過了仿真這一步，才能對自己編的程序心里有底，才敢開始動手開始實物制作。自己 只知道最基本的單片機，鎖存器等元器件如何添加，而數(shù)碼管、晶振、對應(yīng)的電容、電阻等都還不熟悉。 繪畫仿真圖的過程雖然比較艱辛，而且比較考驗人的耐性， 尤其是出現(xiàn)的一點點錯誤都有可能實現(xiàn)不了仿真，只有通過自己慢慢檢 查，翻書，查閱相關(guān)的資料以及與同學(xué)老師交流查找錯誤，并及時糾正。 湖 北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 與此同時，在畫仿真圖的過程中自己 學(xué)到了很多知識，而且也把以前學(xué)的知識又鞏固了一遍 ，并收集了很多關(guān)于畫 Proteus 仿真圖的資料。 下面是自己仿真的截圖，分別為 時鐘和秒表兩個狀態(tài)。并且在六 點和二十二點之間還會報時。秒表狀態(tài)下的仿真圖如下圖 54所示： 湖 北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 圖 54 秒表狀態(tài)下的仿真圖 仿真圖缺陷分析 雖然自己繪制的仿真圖能實現(xiàn)所有的設(shè)計功能，但仍然存在一些缺陷。 （ 2） 在秒表狀態(tài)下，無論按哪一個按鍵，在按下不放時，數(shù)碼管就會出現(xiàn)不顯示的現(xiàn)象。但這也是一個缺陷，我想要求完美的人都會發(fā)現(xiàn)這個缺陷。但我想肯定也還存在其他的缺陷，只是自己暫時沒有發(fā)現(xiàn)。 湖 北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 完成了 程序的調(diào)試與仿真，剩下的就是制作實物這一步了。不要因為沒有嘗試過就放棄，更不要因為不會害怕失敗而不敢去嘗試。 數(shù)字時鐘 的 制作 經(jīng)過詢問同學(xué)老師以及上網(wǎng)搜索資料，最初決定用 Altium Designer 來繪制原理圖和 PCB 板。但是當(dāng)自己去學(xué)習(xí)它去了解它的時候發(fā)現(xiàn)它功能的強大性真的讓自己難以置信。很多公司用的都是 Protel99 來學(xué)習(xí)單片機，但 Altium Designer 比 Protel99 的 功