【正文】 ..................................................... 14 第五章 軟硬件系統(tǒng)的調(diào)試 ...........................................................................................15 參 考 文 獻(xiàn) .........................................................................................................................17 致 謝 .....................................................................................................................................18 附錄 A 系統(tǒng)硬件電路圖 ..................................................................................................19 附錄 B 實(shí)物圖 .....................................................................................................................20 附錄 C 程序清單 ................................................................................................................21 1 第一章 緒論 引言 時(shí)鐘，自從它被發(fā)明的那天起，就成為人們生活中必不可少的一種工具，尤其是在現(xiàn)在這個(gè)講究效 率的年代，時(shí)鐘更是在人類生產(chǎn)、生活、學(xué)習(xí)等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。諸如鬧鐘功能、日歷顯示功能、溫度測量功能、濕度測量功能、電壓測量功能、頻率測量功能、過欠壓報(bào)警功能等。諸如定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播、自動(dòng)起閉路燈、定時(shí)開關(guān)烘箱 、通斷動(dòng)力設(shè)備、甚至各種定時(shí)電氣的自動(dòng)啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。在很多實(shí)際應(yīng)用中，只要對數(shù)字時(shí)鐘的程序和硬件電路加以一定的修改，便可以得到實(shí)時(shí)控制的實(shí)用系統(tǒng)，從而應(yīng)用到實(shí)際工作與生產(chǎn)中去。 怎樣讓時(shí)鐘更好的為我們服務(wù)？怎樣讓時(shí)鐘更符合實(shí)際應(yīng)用的需求？這就要求人們不斷設(shè)計(jì)出新型時(shí)鐘，不斷設(shè)計(jì)出適合實(shí)際應(yīng)用的多功能時(shí)鐘。此多功能數(shù)字時(shí)鐘除了傳統(tǒng)的顯示時(shí)間功能之外還具日歷功能以及定時(shí)鬧鐘功能。數(shù)字鐘主要由以下幾個(gè)部分組成：信號源、分頻器、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、六進(jìn)制計(jì)數(shù)器、二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、 BCD— 七段顯示譯碼 /驅(qū)動(dòng)器、LED(Lightemittingdiode)七段顯示數(shù)碼管、時(shí)間校準(zhǔn)電路和鬧時(shí)電路。該電路具有抗干擾強(qiáng)、計(jì)算精確，使用元器件種類少等優(yōu)點(diǎn)，但是這種實(shí)現(xiàn)方法可靠性差、控制精度低，靈活性小、線路復(fù)雜、安裝調(diào)試不方便，且不具備對測溫信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的功能。 2 方案二 利用可編程邏輯器件 PLD（ Programmable Logic Devices）實(shí)現(xiàn)。且 EDA(Electronic Design Automation)軟件的功能和時(shí)序仿 真功能使得電路的調(diào)試變得十分方便。但是對于溫度測量，其不具備對測溫?cái)?shù)據(jù)的處理功能，無法很好的完成擴(kuò)展功能的要求。因此，系統(tǒng)的靈活性不夠。以 12MHz 晶振為例，通過計(jì)算可知，使定時(shí)器每 50ms 產(chǎn)生一次中斷，當(dāng)產(chǎn)生 20 次中斷后秒單元將加一，以此類推，從而實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒的走時(shí)，并加以顯示。而且用這種方法實(shí)現(xiàn)的時(shí)鐘在斷電的情況下將停止走時(shí)，通電后必須再初始化，需要重新調(diào)表。由于時(shí)鐘的實(shí)現(xiàn)大部分是由軟件的編程來實(shí)現(xiàn)的，因此沒有前幾種方案中來自硬件的束縛。系統(tǒng)的實(shí)用意義更大。 3 第二章 主要電路模塊的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)方框圖 系統(tǒng)方框圖如圖 所示。 通過畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)一步了解 8051 單片機(jī)特性，掌握單片機(jī)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及軟件對硬件的控制功能。 圖 系統(tǒng)方框圖 系統(tǒng)說明 系統(tǒng)由 51 系列單片機(jī) AT89C5按鍵、數(shù)碼管顯示、電源等部分構(gòu)成。三個(gè)按鍵的功 能分別為 :小時(shí)的調(diào)整，分鐘的調(diào)整，復(fù)位。 5V 電壓給小系統(tǒng)硬件提供電源。 4 單片機(jī)電路 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路由外接諧振器的時(shí)鐘振蕩器、時(shí)鐘發(fā)生器及關(guān)斷控制信號等組成。 CPU 的時(shí)鐘振蕩信號有兩個(gè)來源：一是采用內(nèi)部振蕩器，此時(shí)需要在 XTAL1 和XTAL2 腳連接一只頻率范圍為 0— 33MHZ 的晶體振蕩或陶瓷振蕩器及兩只 30pf 電容。 [3] 利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)功能來實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘的走時(shí)，通過編程實(shí)現(xiàn)每 50 毫秒產(chǎn)生一次中斷，中斷 20 次后，秒單元加 1，秒單元加到 60 時(shí)，跳回到零再繼續(xù)加，同時(shí)分單元加 1；當(dāng)分單元加到 60 時(shí)，跳到零再繼續(xù)加，同時(shí)時(shí)單元的個(gè)位加 1，以次類推，從而實(shí)現(xiàn)秒、分、小時(shí)的走時(shí)。如圖 所示。如果電路參數(shù)不符合規(guī)定的條件或干擾導(dǎo)致單片機(jī)不能正確的復(fù)位，系統(tǒng)將無法進(jìn)行正常的工作，因此，復(fù)位電路除了要符合廠家規(guī)定的參數(shù)外，還要濾除可能的干擾。復(fù)位信號是從其 9 腳，即 RST 腳輸入的。有兩點(diǎn)需要注意：一、復(fù)位信號是高電平有效，二、高電平的保持時(shí)間必須大于兩個(gè)機(jī)器周期，可見高電平保持時(shí)間與振蕩頻率有關(guān)。上電時(shí)， RST 端高電平的維持時(shí)間取決于 R(1k)和 C(22uF)的值。如圖 所示。 方案二：采用獨(dú)立式按鍵電路 每個(gè)鍵單獨(dú)占有一根 I/O 接口線，每個(gè) I/O 口的工作狀態(tài)互不影響，此類鍵盤采用端口直接掃描方式。 本系統(tǒng)只需三個(gè)按鍵，因此選擇方案二。由于該系統(tǒng)要用到 3 個(gè)按鍵，考慮到單片機(jī)的中斷資源不夠，所以就只用 及 和 口。 [6] 圖 按鍵電路 6 顯示電路 方案論證 方案一：采用動(dòng)態(tài)顯示 這種工作方式是分時(shí)輪流選通數(shù)碼管的公共端，使得各個(gè)數(shù)碼管輪流導(dǎo)通。這種方式不但能提高數(shù)碼管的發(fā)光效率，并且由于各個(gè)數(shù)碼管的字段線是并聯(lián)使用的，因而大大簡化了硬件線路。 方案二：采用靜態(tài)顯示 數(shù)碼管工作在靜態(tài)顯示方式下，共陰極或共陽極點(diǎn)連接在一起接地或高電平。只要在該位的段選線上保持段選碼電平，該位就能保持相應(yīng)的顯示字符。 綜合考慮，采用動(dòng)態(tài)顯示，采用一片 7407 芯片作為緩沖，分時(shí)選中三片數(shù)碼 管，從編程和提供的硬件等方面綜合考慮后，決定采用動(dòng)態(tài) 顯示的方法，如圖 所示。由軟件控制分不同時(shí)間選中時(shí)分秒不同的三片六個(gè)數(shù)碼管。有電路圖可知 P2 的值和選通的數(shù)碼管對應(yīng)關(guān)系為： 0x1F 對應(yīng)秒個(gè)位、 0x2F 對應(yīng)秒十位、 0x37 對應(yīng)分個(gè)位、 0x3B 對應(yīng)分十位、 0x3D 對應(yīng)時(shí)個(gè)位、 0x3E 對應(yīng)時(shí)十位。通常用的七段數(shù)碼顯示器的內(nèi)部有8 個(gè)發(fā)光二極管，其中 7 個(gè)發(fā)光二 極管組成了數(shù)字“ 8”，剩下一個(gè)發(fā)光二極管就是這位數(shù)字所帶的小數(shù)點(diǎn)。 一般數(shù)碼管內(nèi)部有共陰和共陽兩種連接方式。圖中一個(gè)發(fā)光二極管就相當(dāng)于一個(gè)數(shù)碼段。根據(jù)要想顯示的數(shù)值給各段數(shù)碼管加上相應(yīng)的高 7 電平就可以顯示不同的數(shù)值了。共陽數(shù)碼管如圖（ 3）所示，從圖（ 3）中可以看出共陽的顯示器與共陰的顯示器有一點(diǎn)區(qū)別，就是它將陽極連接在一起接到高 電平上。圖 是 8 段LED 數(shù)碼的結(jié)構(gòu)示意圖，其內(nèi)部實(shí)質(zhì)上是 8 只發(fā)光二極管。 表 共陰七段 LED 段選碼 顯示字符 數(shù)顯代 碼 顯示字符 數(shù)顯代碼 0 0x3f 5 0x6d 1 0x06 6 0x7d 2 0x5b 7 0x07 3 0x4f 8 0x7f 4 0x66 9 0x6f 電源電路 8 該部分有 1 個(gè)輸出電壓 5V。此直流電壓經(jīng)過 LM7809 的穩(wěn)壓和 100uf 電容的濾波后，便在穩(wěn)壓電源的輸出產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出 9V 電壓。 TL431 的主要作用是給 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 TLC1549 提供比較精確的參考電壓。電路見圖 。三端穩(wěn)壓器的工作原理（以 78 系列為例）如下：它與一般分立元件組成的串聯(lián)式穩(wěn)壓電路基本相似。啟動(dòng)電路是為恒流源建立工作點(diǎn)而設(shè)置的。在芯片內(nèi)設(shè)置了兩種較完善的保護(hù)電路：一 是過流保護(hù)，一是過熱保護(hù)。進(jìn)入系統(tǒng)后首先實(shí)現(xiàn)程序的初始化，然后進(jìn)入主程序，定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，當(dāng)定時(shí)器發(fā)生中斷時(shí)刷新數(shù)碼管同時(shí)顯示，之后實(shí)現(xiàn)中斷與顯示的循環(huán)。主程序進(jìn)入鍵盤掃描程序后判斷是否按下了P1,0。然后進(jìn)入顯示程序段進(jìn)行顯示刷新。設(shè)計(jì)中，采用 51 單片機(jī)的定時(shí)器的方式一定時(shí)，所以如圖所示，當(dāng)程序產(chǎn)生定時(shí)溢出中斷時(shí)要重新賦初值。一秒到了加一以后進(jìn)行是否秒到六十的判斷，若秒到六十則秒清零，同時(shí)分加一，若秒未到六十則退出中斷。小時(shí)加一后進(jìn)行小時(shí)是否到二十四的判斷，若未到二十四則退出中斷，若到二十四則清零，然后退出中斷。它運(yùn)行于Windows 操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析 (SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是：①實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和 SPICE 電路 仿真相