【正文】 二章，主要介紹了需要哪幾部分硬件電路和硬件系統(tǒng)的概敘。 介紹了 DS1302 芯片。 節(jié)介紹了我們做這個設(shè)計的程序設(shè)計思路； 節(jié)介紹了主程序模塊 及其框圖； 節(jié)介紹了顯示程序模塊及其框圖。第五章就是我對此設(shè)計的總體概括，體會和心得。 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 2 2 硬件系統(tǒng)設(shè)計 總體框圖設(shè)計 我所設(shè)計的是一個自動報時系統(tǒng)，自動報時系統(tǒng) 用到的單片機芯片是 AT89C51芯片，除此之外還包括：晶振電路和復(fù)位電路構(gòu)成單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)；還有獨立式按鍵電路；動態(tài)顯示電路等等 ； 總體設(shè)計框圖如圖 所示。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。 AT89C51 LED 動 態(tài) 顯 示 蜂鳴器 按鍵電路89路 晶振電路 DS130 芯片電路 復(fù)位電路 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 3 圖 AT89C51管腳圖 主要特性 ： 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間： 10年 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 三級程序存儲器鎖定 128*8 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 5個中斷源 1 可編程串行通道 1 低功耗的閑置和掉電模式 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 4 1 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 單片機附屬電路 單片機附屬電路主要有晶體振蕩電路和復(fù)位電路。 2．本設(shè)計所用的晶體振蕩電路如圖 ： C133PC233PY11 2 M H zX1X2 圖 晶體振蕩電路 此晶振電路所選用的石英晶振頻率為 12MHZ。 在一個時鐘周期內(nèi)， CPU僅完成一個最基本的動作。由于時鐘 脈沖是 單片 機的基本工作脈沖，它控制著 單片 機的工作節(jié)奏（使 單片 機的每一步都統(tǒng)一到它的步調(diào)上來）。但是，由于不同的 單片 機 的 硬件電路和器件不完全相同，所以其需要的時鐘頻率范圍也不相同。 二、復(fù)位電路 單片機復(fù)位是使 CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作，例如復(fù)位后 PC＝ 0000H，使單片機從第 — 個單元取指令。 單片機復(fù)位的條件是：必須使 RST/Vpd或 RST引腳加上持續(xù)兩個機器周期 (即 24個振蕩周期 )的高電平。單片機常 用的濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 5 復(fù)位電 路如圖 (a)和圖 (b)所示： C31 0 u FS1S W P BR 1 11KR 1 01 0 0V C C+ 5 VR E S E T( a) R12 00R21KC12 2u sV C CR E S E TV C CV S SR E S E TM C S 5 1( b ) 圖 (a) 復(fù)位電路 圖 (b) 與單片機相連的復(fù)位電路 圖 (a) 復(fù)位 電路，其電阻阻值的選擇和電容容量的選擇都是經(jīng)過計算的，而最后計算的結(jié)果時間常數(shù)可以滿足我們的需求。 圖 (b)是我設(shè)計中用到的復(fù)位單路， 為按鍵復(fù)位電路。 獨立式按鍵控制電路 獨立式鍵盤的接口電路：在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，有時只需要幾個簡單的按鍵向系統(tǒng)輸入 信息。如圖 ，每個獨立按鍵單獨占有一根 I/O 接口線，每根 I/O接口線的工作狀態(tài)不會影響到其他 I/O 接口線。故只在按鍵數(shù)量不多時采用這種按鍵電路。上拉電阻保證了按鍵斷開時， I/O 接口線有確定的高電平。獨立式按鍵具體在自動報時系統(tǒng)中的應(yīng)用 ，在 中有詳細介紹。按鍵的接口由 、 、 、 、 來完成。此時按動數(shù)字調(diào)整鍵后小時將會加 1，按動取消鍵后又重新回到原來的時 間顯示狀態(tài)；若再按動功能鍵則用來調(diào)整分鐘，此時小時和秒的 4 位 LED 指示全暗，按數(shù)字調(diào)整鍵后可以對分鐘增 1調(diào)整，按動取消鍵后又重新回到原來的時間顯示狀態(tài)；再按動功能鍵則用來調(diào)整秒，此時小時和分鐘的 4位 LED指示全暗，秒顯示當(dāng)前的秒數(shù)，暗數(shù)字調(diào)整鍵可以對秒進行增 1調(diào)整，按動取消鍵后又重新回到原來的時間顯示狀態(tài)，按動功能鍵后系統(tǒng)將自動由設(shè)定后的時間開始計時顯示。定時時間到，蜂鳴器鳴叫 1min 后自動停鬧，每次設(shè)置時只能定一次，下次需重新設(shè) 置。由于抖動，會造成被查詢的開關(guān)狀態(tài)無法準確讀出。為了保證 CPU對鍵的一次閉合僅在按鍵穩(wěn)定時作一次鍵輸入處理，必須消除產(chǎn)生的前沿（后沿）抖動影響。 后沿前沿 識別區(qū)按鍵過程 圖 按鍵過程 LED 動態(tài)顯示電路 數(shù)碼管簡介 1． 數(shù)碼管結(jié)構(gòu) 數(shù)碼管由 8個發(fā)光二極管（以下簡稱字段）構(gòu)成，通過不同的組合可用來顯示數(shù)字0 ~字符 A ~ F 及小數(shù)點 “ 數(shù)碼管的外形結(jié)構(gòu)如圖 （ a）所示。 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 8 R 8 R 8+ 5 Vabcdefgdpabcdefgdpe1d2GND3c4dp5b6a7GND8f9g10dpabcdefg( a ) ( b ) ( c ) （ a） 外型結(jié)構(gòu)；（ b） 共陰極；（ c）共陽極 圖 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖 2． 數(shù)碼管工作原理 由于我們采用的是共陰極數(shù)碼管，所以介紹共陰極數(shù)碼管的工作原理如下 : 共陰極數(shù)碼管的 8個發(fā)光二極管的陰極（二極管負端）連接在一起。當(dāng)某段驅(qū)動電路的輸出端為高電平時，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點亮。此時，要求段驅(qū)動電路能吸收額定的 段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來確定相應(yīng)的限流電阻。 3． 數(shù)碼管字形編碼 要使數(shù)碼管顯示出相應(yīng)的數(shù)字或字符，必須使段數(shù)據(jù)口輸出相應(yīng)的字形編碼。這種顯示方式的各位數(shù)碼管相互獨立，公共端恒定接地（共陰極）或接正電源（共陽極）。采用靜 態(tài)顯示方式的優(yōu)點：較小的電流即可獲得較高的亮度，且占用 CPU 時間少，編程簡單，顯示便于監(jiān)測和控制，但其占用的接口線多，硬件電路復(fù)雜，成本高，只適合于顯示位數(shù)較少的場合。通常，各位數(shù)碼管的段選線相應(yīng)并聯(lián)在一起，由一個 8 位的 I/O 口控制；各位的位選線（公共陰極或陽極）由另外的 I/O 口線控制。依此規(guī)律循環(huán)，即可使各位數(shù)碼管顯示將要顯示的字符。 采用動態(tài)顯示方式比較節(jié)省 I/O口，硬件電路也較靜態(tài)顯示方式簡單，但其亮度不如靜態(tài)顯示方式，而且在顯示位數(shù)較多時， CPU要依次掃描，占用 CPU較多的時間。同時采用動態(tài) 掃描方式依次循環(huán)點亮數(shù)碼管，即構(gòu)成多位動態(tài)顯示電路。 74LS240的功能 74LS240 是原碼三態(tài)輸出的 8 緩沖數(shù)碼驅(qū)動器，其管腳分布圖如圖 所示， G為控制端，又稱為使能端其工作原理如下： 當(dāng) G=0 時， A輸入為低電平時， Y 輸出也為低電平。 當(dāng) G=1 時， A不論輸入高電平還是低電平 Y 為高阻狀態(tài)。 時鐘芯片 DS1302 DS1302 芯片具有以下特點 實時時鐘 /日歷：實時時鐘 /日歷提供秒、分、時日星期月和年等信息，每月天數(shù)以及閏年能自動調(diào)整，時鐘可 以才用 24h或 AM/PM 的 12h 格式。 帶慢速充電控制備份電源的充電特性。與時鐘 /RAM 通信供需 3 根線：復(fù)位、數(shù)據(jù)線、串行時鐘。 它的引腳圖和引腳功能 DS1302 的引腳結(jié)構(gòu)見圖 ，引腳功見表 。 電源控制輸入寄存器實時時鐘 命令控制邏輯地址總線數(shù)據(jù)總線振蕩及分頻器 圖 DS1302內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成 入移位寄存器； 其 復(fù)位時鐘：為了初始化任何的數(shù)據(jù)傳送，通過把 RST 輸入驅(qū)至高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。時鐘 SCLK 是上升沿后繼以下降沿的序列。如果 RST輸入為低電平，則 I/O 引腳變?yōu)楦咦锠顟B(tài)，終止數(shù)據(jù)傳輸。 引腳號 引腳名稱 功能 1 Vcc2 主電源 3 X X2 晶振接口 4 GND 地 5 RST 復(fù)位兼片選端 6 I/O 串行數(shù)據(jù)輸入 /輸出 7 SCLK 串行時鐘輸入端 8 Vcc1 后備電源 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 13 操作方式：芯片的操作受地址 /命令字節(jié)控制，每一組數(shù)據(jù)的傳送由命 令字節(jié)初始化。 位 7 必須為邏輯 1，如果它是 0，禁止寫 DS1302；位 6邏輯 0，指定為時鐘 /日歷數(shù)據(jù)，為邏輯 1，指定為 RAM 數(shù)據(jù)；位 1— 5指定輸入或輸出的寄存器單元地址；位 0指定輸入 /輸出數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)輸入：當(dāng)命令字節(jié)為寫命令時，最低位為 0，在下 8個 SCLK 周期的上升沿輸入字節(jié)，數(shù)據(jù)從最低位開始輸入；數(shù)據(jù)輸出：當(dāng)命令字節(jié)為讀命令時，最低位為1，在下 8 個 SCLK 周期的下降沿輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。這樣在單字節(jié)傳送數(shù)據(jù)時，每次命令為 16 個脈沖即可完成，多余的脈沖將忽略不計。當(dāng)以多字節(jié)方式寫時鐘寄存器時，必須按數(shù)據(jù)的次序?qū)懽钕鹊?8 個寄存器。其時序如圖 所示： .DS1302的寫時序 圖 DS1302的時序 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 14 電 路原理 電路的核心是 89C51單片機，其內(nèi)部帶有 4KB的 FlashROM,無須擴展程序存儲器；電腦沒有大量的運算和暫存數(shù)據(jù)，現(xiàn)有的 128B 片內(nèi) RAM 已能滿足要求，也不必擴展片外 RAM。 DS1302 實時時鐘芯片接口由 、 、 來控制， P3口接鬧鐘小喇叭。 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 15 3 軟件設(shè)計 設(shè)計思路 因為我做的是自動報時系統(tǒng)，它需要具有校時，調(diào)時，定時，鬧鐘，等功能，而且用到了 DS1302 芯片，此芯片具有自動記時功能所以編寫程序簡單。對于程序我們的設(shè)計思路是： 1．在此設(shè)計中用定時器來完成動態(tài)掃描顯示。定時器每中斷 6次后循環(huán)到第一位LED顯示。 2. 要有主程序程序。 4．系統(tǒng)資源分配： 1）定時器：定時器 T0用做顯示定時，按方式 1工作，每隔 2ms溢出中斷一次。 b)時間緩沖區(qū)：使用（ 36H— 3BH） 6個 RAM來保存當(dāng)前從 DS1302中讀出來的時間，在主程序運行時大約每一秒鐘把其中的數(shù)據(jù)更新到顯示緩沖區(qū)用以顯示。 主程序與按鍵控制，讀時間并對定時時間進行判斷。流程圖如下： 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 16 開始主程序初始化對 讀時間顯示緩沖區(qū)按鍵掃描 圖 主程序流程圖 LCALL KEYSET LCALL ALM SET LCALL ALM MOV ADDR1302， 85H LCALL READCLOCK MOV A， DATA1302 ANL A， 10H MOV 36H， A MOV A， DATA1302 ANL A， 0FH MOV 37H， A MOV ADDR1302， 83H LCALL READCLOCK MOV A， DATA1302 ANL A， 0F0H MOV 38H， A MOV A， DATA1302 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 17 ANL A， 0FH MOV 39H， A MOV ADDR1302， 81H LCALL READCLOCK MOV A， DATA1302 ANL A， 70H MOV 3AH， A MOV A， DATA1302 ANL A， OFH MOV 3BH， A MOV R4， 6 顯示程序采用動態(tài)顯示，由位碼控制那一個數(shù)碼管顯示，由段碼控制數(shù)碼管顯示什么數(shù)值，根據(jù)中斷程序顯示時間來 查表顯示數(shù)值，從第一位