【正文】 s定時(shí)。一個(gè)時(shí)鐘的計(jì)時(shí)累加，要實(shí)現(xiàn)分、時(shí)的進(jìn)位，要用到多種進(jìn)制，秒、分、時(shí)中的進(jìn)位是十進(jìn)制，秒向分進(jìn)位和分向時(shí)進(jìn)位卻是六十進(jìn)制，而每天又有十二小時(shí)制或二十四小時(shí)制，它們分別又是十二進(jìn)制和二十四進(jìn)制。 本設(shè)計(jì)顯示電路可分為三大塊：鍵盤電路，輸入端譯碼電路和輸出控制端數(shù)碼顯示電路。硬件譯碼，即上面的三大顯示模塊和顯示段碼完全由硬件電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，具體的硬件電路如下圖3－2。通過(guò)AT89C2051的P1．4～P1．7口將要顯示字符的BCD碼輸出到74LS47的四個(gè)輸人端，然后譯碼并輸出相應(yīng)的筆段來(lái)驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管(共陽(yáng))。P1．7輸出秒閃爍信號(hào)，P3口的P3．0、P3．1輸出位選信號(hào)給74LS138。P3．P3．P3．P3．5分別作“調(diào)時(shí)”、“調(diào)分”、“定時(shí)開”、“定時(shí)減”的功能按鈕開關(guān)，P3．7輸出控制信號(hào),使雙向可控開關(guān)通電或斷電，控制“輸出插座”接通或斷開220V交流電，從而控制外接電器的工作狀態(tài)。 0－9顯示真值表其中P3．P3．P3．P3．5分別作“調(diào)時(shí)”、“調(diào)分”、“定時(shí)開”、“定時(shí)減”的功能按鈕開關(guān)；P3．7輸出控制信號(hào)，使繼電器線圈通電或斷電，控制“輸出插座”接通或斷開220V交流電，從而控制外接電器的工作狀態(tài)。LED數(shù)碼管顯示采用動(dòng)態(tài)掃描方式，見下圖3－3。數(shù)碼管的位選信號(hào)由AT89C2051的P3．3～P3．5輸出，并經(jīng)74LSl38譯碼后通過(guò)三極管放大，以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的數(shù)碼管。 圖3－3 LED動(dòng)態(tài)掃描電路圖3－4 74LS138的管腳分布圖從總的設(shè)計(jì)可以看出，單片機(jī)的控制輸出是通過(guò)P3．0～P3．2口完成的。軟件譯碼，即上面的三大顯示模塊和顯示段碼完全由軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。由于單片機(jī)本身具有較強(qiáng)的邏輯控制能力，采用軟件譯碼并不復(fù)雜。因此，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用非常廣泛。作為一種結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，C語(yǔ)言的特點(diǎn)就是可以使你盡量少地對(duì)硬件進(jìn)行操作，具有很強(qiáng)的功能性、結(jié)構(gòu)性和可移植性，常常被優(yōu)選作為單片機(jī)系統(tǒng)的編程語(yǔ)言。C語(yǔ)言具有良好的程序結(jié)構(gòu),適用于模塊化程序設(shè)計(jì)，因此采用C語(yǔ)言設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)程序時(shí)，首先要盡可能地采用結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)方法，將功能模塊化，由不同的模塊完成不同的功能，這樣可使整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)清晰，易于調(diào)試和維護(hù)。 4 硬件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的硬件電路包括單片機(jī)P89V512FN電路、鍵盤輸入與數(shù)碼顯示輸出、信號(hào)輸入與輸出口、三孔扁平插座，可控開關(guān)和穩(wěn)壓器等電路組成。隨著外加220V/50HZ的交流電加到插座的同時(shí)，AC/DC實(shí)現(xiàn)電壓交直流的轉(zhuǎn)換，把220V的交流電變?yōu)?V的直流電用于SRD電磁繼電器的工作電壓。而單片機(jī)軟件編程通過(guò)串口輸入和USB接口主要實(shí)現(xiàn)鍵盤、LED顯示等各模塊的功能，采用C語(yǔ)言編程，來(lái)控制譯碼器譯碼以及數(shù)碼管顯示。其中本系統(tǒng)的核心單片機(jī)MCU P89V512FN為40腳600MIL封裝，是CMOS型飛利浦80C51系列單片機(jī)，帶有2KB 閃存E2PROM型。該電路可通過(guò)單片機(jī)的P3．7口連接一個(gè)鍵盤電路來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)的人工自由設(shè)定，同時(shí)可通過(guò)串口連接4位LED數(shù)碼管，以分別顯示小時(shí)、分鐘和秒。程序開始時(shí)這三個(gè)口的輸出狀態(tài)都是低電平，P89V512FN通過(guò)程序查詢P3．0口輸出ON或OFF的狀態(tài)預(yù)置時(shí)間是否已到，如果已到時(shí)間，則改變相應(yīng)的輸出狀態(tài)，從而完成對(duì)外部電路的控制。此外還有單片機(jī)外接熱敏電阻，復(fù)位鍵（開關(guān)SW4）以及蜂鳴器可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量和自動(dòng)溫度報(bào)警。當(dāng)線圈通電后，會(huì)使中心的軟鐵核心產(chǎn)生磁性，將橫向的擺臂吸下，而臂的右側(cè)則迫使電門接點(diǎn)相接，使兩接點(diǎn)形成通路。其中一邊的兩腳工作狀態(tài)分別為銜鐵動(dòng)靜觸點(diǎn)閉合或斷開（低壓控制電路時(shí))；額定工作電壓，即繼電器正常工作時(shí)線圈所需要的電壓，本設(shè)計(jì)中選用的繼電器的額定工作電壓為5V直流電壓。在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中，將繼電器與普通電源插座串接起來(lái)，三接點(diǎn)中間的那個(gè)腳腳4接電源插座的火線，另外兩接腳中接腳3接單片機(jī)的控制信號(hào)引出腳，另一接腳5和控制信號(hào)引出腳連共地端。當(dāng)接腳3和接腳5之間加5V電壓時(shí)，接腳4和接腳2導(dǎo)通，電源插座開關(guān)可正常工作；當(dāng)接腳3和接腳5之間電壓為0時(shí)，接腳4和接腳1導(dǎo)通，電源插座開關(guān)不工作，從插座正常工作到不工作的這段時(shí)間即為定時(shí)操作，可通過(guò)軟件編程設(shè)置定時(shí)（鬧鈴）程序?qū)崿F(xiàn)。該系統(tǒng)中就包括了220V交流輸入和5V的TTL電平標(biāo)準(zhǔn)，要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的正常通信，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。如圖4－4所示電路為輸出電壓+5V、。 圖4－4 LM7805穩(wěn)壓電路220V交流市電通過(guò)電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過(guò)橋式整流電路D1～D4和濾波電容C1的整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器LM7805的Vin和GND兩端形成一個(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓(該電壓常常會(huì)因?yàn)槭须婋妷旱牟▌?dòng)或負(fù)載的變化等原因而發(fā)生變化)。本穩(wěn)壓電源可作為TTL電路或單片機(jī)電路的電源。注意問(wèn)題：1．7905的引腳定義，－5V輸出電壓上電容的方向（不過(guò)本設(shè)計(jì)只?。?V即可）；2．7905空載時(shí)測(cè)量輸出在6V左右。實(shí)際測(cè)量時(shí)運(yùn)行時(shí)電流200～300mA，7805會(huì)發(fā)熱，溫度有50度左右，布線時(shí)該器件的擺放應(yīng)考慮散熱。 本設(shè)計(jì)采用MAX232EPE[9]進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，該產(chǎn)品是由德州儀器公司（TI）推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。該器件符合TIA/EIA232F標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將TIA/EIA232F電平轉(zhuǎn)換成5V TTL/CMOS電平；每一個(gè)發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA232F電平。如下圖4－4，為MAX232雙串口的連接圖，可以分別接單片機(jī)的串行通信口或者實(shí)驗(yàn)板的其它串行通信接口。應(yīng)用方面，本設(shè)計(jì)中涉及的電子定時(shí)器也可用一般數(shù)字電路搭建而成，一臺(tái)四位數(shù)的定時(shí)器要用十多片數(shù)字電路組成,電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大，而且功能有一定的局限性。本設(shè)計(jì)中的單片機(jī)芯片P89V51RD2FN是由飛利浦公司生產(chǎn)的，屬于80C51系列單片機(jī)的一類。芯片管腳圖見下圖4－6，具體的各管腳功能介紹見附錄1。具體的產(chǎn)生有兩種方法，如下圖4－7，一是用單片機(jī)內(nèi)部的石英晶體振蕩器外接電容構(gòu)成振蕩電路；二是從外部輸入時(shí)鐘信號(hào)。P89V51RD2的一個(gè)顯著的特點(diǎn)是它有兩種時(shí)鐘模式(X1模式和X2模式)。時(shí)鐘加倍模式只可用于加倍內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘和內(nèi)部Flash存儲(chǔ)器（即EA=1）。且時(shí)鐘加倍模式可通過(guò)外部編程器或IAP來(lái)實(shí)現(xiàn)。此時(shí)FST－Flash狀態(tài)寄存器的位分配（地址：B6H），不可位尋址；復(fù)位值：xxxxx0xxB。 圖4－7 時(shí)鐘電路的兩種實(shí)現(xiàn)(時(shí)鐘電路的參數(shù)：頻率范圍0－40MHZ；C1，C2 20－30pF)圖48 X2模式下的位分配用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管[11]有很多方法，按顯示方式分，有靜態(tài)顯示和 動(dòng)態(tài)（掃描）顯示，按譯碼方式可分硬件譯碼和軟件譯碼之分。這兩種顯示方式各有利弊：靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的CPU時(shí)間，但每個(gè)顯示單元都需要單獨(dú)的顯示驅(qū)動(dòng)電路，使用的硬件較多；動(dòng)態(tài)顯示雖然有閃爍感，占用的CPU時(shí)間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間。本設(shè)計(jì)就采用軟件譯碼來(lái)實(shí)現(xiàn)，且單片機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的顯示采用動(dòng)態(tài)掃描顯示的方式。本設(shè)計(jì)用了4位數(shù)碼管及4個(gè)按鍵，根據(jù)既定的目標(biāo)具有定時(shí)及時(shí)鐘的功能。該系統(tǒng)顯示電路部分的控制信號(hào)檢測(cè)與數(shù)據(jù)傳送部分，涉及的軟件部分較多,主要是P89V51RD2FN單片機(jī)[12]數(shù)據(jù)串接口通信及通信協(xié)議的程序設(shè)計(jì)。接腳4和接腳2導(dǎo)通，電源插座開關(guān)可正常工作；當(dāng)鍵入定時(shí)程序控制定時(shí)后，接腳3和接腳5之間電平信號(hào)為0時(shí)，接腳4和接腳1導(dǎo)通，電源插座開關(guān)關(guān)閉。 對(duì)于P89V51的程序設(shè)計(jì)，由于所需實(shí)現(xiàn)的功能較簡(jiǎn)單，采用C語(yǔ)言編譯形式。Keil uVision2標(biāo)準(zhǔn)C編譯器為8051微控制器的軟件開發(fā)提供了C語(yǔ)言環(huán)境，同時(shí)保留了匯編代碼高效，快速的特點(diǎn)。Keil 編譯器可為人們提供單一而靈活的開發(fā)環(huán)境，C51已被完全集成到Keil的集成開發(fā)環(huán)境中，這個(gè)集成開發(fā)環(huán)境包含：編譯器，匯編器，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，項(xiàng)目管理器，調(diào)試器，Keil uVision2 可為它們提供單一而靈活的開發(fā)環(huán)境。比較完成(或處理完成)后，再判斷有無(wú)按鍵(PP2段)按下，沒有則返回繼續(xù)顯示、比較、判斷；有按鍵按下則轉(zhuǎn)向相應(yīng)的處理程序。預(yù)置時(shí)間比較則采用逐一比較法，即對(duì)每一個(gè)預(yù)設(shè)的值都進(jìn)行比較，如果相等，則進(jìn)行相應(yīng)的處理。圖5－1主程序流程圖 圖5－2　中斷子程序流程圖程序用C語(yǔ)言編寫，定時(shí)和時(shí)鐘計(jì)時(shí)信號(hào)由單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器T1產(chǎn)生的毫秒級(jí)信號(hào)，中斷溢出后在RAM的40H單元中經(jīng)多次累加輸出1秒信號(hào)，作為計(jì)時(shí)的基本計(jì)數(shù)單元。通電后，程序初始化使4BH單元被置1，進(jìn)入了同時(shí)打開定時(shí)器，時(shí)鐘開始走時(shí)，顯示→12: 00，秒信號(hào)在41H中累加60次，向48H單元作加1運(yùn)算,這時(shí)數(shù)碼管將顯示→12:01，滿60分將向小時(shí)進(jìn)位而顯示→1:00。具體的主程序見附錄3。一系列的運(yùn)算是在中斷產(chǎn)生后進(jìn)行的[15]，具體的中斷服務(wù)程序見附錄3。6 制作與調(diào)試該系統(tǒng)所涉及的各部分硬件電路，總體的特點(diǎn)是：（1）電路原理簡(jiǎn)單，所用的器件均為常用器件；（2）由于路數(shù)較多，電路的規(guī)模較大，因此在制作中只做了8路。 電路劃分與PCB的制作主板的制作與調(diào)試主板的制作稍微復(fù)雜一點(diǎn)。繪好印制板圖后轉(zhuǎn)成BMP格式利用電腦刻字機(jī)鏤空（要用進(jìn)口的即時(shí)貼紙，不然容易斷開），貼在雙面敷銅板上，就可以用FeCl3腐蝕了。PCB的制作關(guān)鍵是布局和布線的問(wèn)題，而布局和布線不是截然分開的，布局是為布線服務(wù)，布線為的實(shí)現(xiàn)布局的目標(biāo)。接下來(lái)的問(wèn)題是跳線。一個(gè)元件轉(zhuǎn)個(gè)方向就可能導(dǎo)致布線發(fā)生的改變，兩個(gè)或多個(gè)改變，就更麻煩了。反復(fù)的嘗試，得出一個(gè)合理的布局，盡量做到電路的走線最優(yōu)先、最簡(jiǎn)捷、最有效。普通信號(hào)線容易能以很簡(jiǎn)練的方式完成走線。3.電源線在走向上容易形成合理的回路和分支。熱設(shè)計(jì)合理，有利于系統(tǒng)日后工作中散熱納涼，發(fā)熱元件較合理地遠(yuǎn)離模擬電路且工作時(shí)不熏烤這些電路。 焊接元器件購(gòu)回后應(yīng)先進(jìn)行預(yù)處理（引腳打磨、上焊錫），然后逐一焊接。由于雙面印刷板存在一個(gè)穿孔問(wèn)題，器件引腳穿過(guò)后，兩面都要點(diǎn)上焊錫；如只是過(guò)孔，可用細(xì)銅線穿過(guò)并在兩面焊接后剪掉即可。焊接前應(yīng)熟悉各芯片的引腳，焊接時(shí)參照電路圖，仔細(xì)地連接引腳。這樣便可大大節(jié)省時(shí)間，也可降低出錯(cuò)率。 uVision2調(diào)試。uVision2編輯器它包含了所有用戶熟悉的特性，彩色語(yǔ)法顯像和文件辯識(shí)都對(duì)C源代碼進(jìn)行和優(yōu)化。 (模式控制開關(guān))，(操作控制開關(guān))，(執(zhí)行加鍵)，(執(zhí)行減鍵)。其中定時(shí)（鬧鐘）操作，顯示溫度，跑表顯示能，只需在軟件編程時(shí)相應(yīng)加入相應(yīng)的程序，并在硬件電路中相應(yīng)接入熱敏電阻和蜂鳴器即可。7 結(jié) 論本設(shè)計(jì)方案達(dá)到了任務(wù)書的要求，實(shí)現(xiàn)了定時(shí)開關(guān)電源插座的定時(shí)，時(shí)間顯示的電子鐘功能，實(shí)現(xiàn)了于今一種較為先進(jìn)且簡(jiǎn)單實(shí)用的節(jié)約能源模式的展望。由于時(shí)間、水平和經(jīng)驗(yàn)有限，在硬件的調(diào)試、軟件編碼及抗干擾等方面仍有不足之處，有改進(jìn)的余地，比如電路規(guī)模的精簡(jiǎn)，其他的保護(hù)電路，抗干擾處理。通過(guò)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多東西，通過(guò)自己的實(shí)踐，增強(qiáng)了動(dòng)手能力。在實(shí)際應(yīng)用中遇到很多的問(wèn)題，這都需要我對(duì)問(wèn)題進(jìn)行具體的分析，并一步一步地去解決它。感謝胡體玲老師在很忙的情況下，為我講解課題的要點(diǎn)，引領(lǐng)設(shè)計(jì)的思路。感謝馮世柱和孫海連同學(xué)給予我無(wú)私的幫助，他們對(duì)我所遇到的難題的解答讓我受益匪淺。感謝母校和老師們?cè)诖髮W(xué)四年中對(duì)我的培養(yǎng)。 史斐翡. MCS51軟件消除定時(shí)中斷誤差. 電子制作，2007（10）：5253[11] 朱蓉，鄭建華. 基于MCS51單片機(jī)定時(shí)精確控制的研究. 現(xiàn)代電子技術(shù)，2005，28（17）：3234 [12] 王振宇. 基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的多功能定時(shí)器. 貴州教育學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)），16（4）：7981[13] Fast Memory Transfers with the Ultra HighSpeed Flash Microcontroller. ://. [14] Paul C. de Jong and Ferry N. Toth .Measuring Duty Cycles with an Intel MCS51 Microcontroller. [15] 80C51 8bit 。2. 時(shí)鐘:XTALXTAL2 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。在片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸入端。XTAL2（18腳）: 接外部晶體的另一端。若需采用外部時(shí)鐘電路，對(duì)于HMOS單片機(jī)，該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖；對(duì)于CHMOS單片機(jī)，此引腳應(yīng)懸浮。（1）ALE/PROG（30腳）:地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖； ① ALE功能：用來(lái)鎖存P0口送出的低8位地址； ② PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。在訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，此端輸出負(fù)脈沖作為存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。不過(guò)，在訪問(wèn)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效PSEN信號(hào)不出現(xiàn)。我們根據(jù)PSEN、AL