機(jī)械電子工程畢業(yè)設(shè)計(jì)-基于proteus的多功能數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　基于Proteus的多功能數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　誠(chéng)信聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導(dǎo)

2、教師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的，在完成論文時(shí)所利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。</p><p>　　本人簽名： 年 月 日</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 基于Proteus的多功能數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)

3、 </p><p>　　1．設(shè)計(jì)的主要任務(wù)及目標(biāo)</p><p>　　設(shè)計(jì)多功能數(shù)字電子鐘，能顯示時(shí)，分，秒，具備時(shí)間調(diào)整、定時(shí)、延時(shí)、計(jì)數(shù)功能；選定各元器件，完成系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)；并通過(guò)Proteus軟件的學(xué)習(xí)完成程序編制及調(diào)試。</p><p>　　設(shè)計(jì)的基本要求和內(nèi)容</p&g

4、t;<p>　　(1) 查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，進(jìn)行設(shè)計(jì)構(gòu)思并撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告</p><p>　　(2) 進(jìn)行框架設(shè)計(jì)，熟悉開(kāi)發(fā)環(huán)境</p><p>　　(3) 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　(4) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　(5) 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</p><p><b>　　3．主要參

5、考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 盧毅,賴(lài)杰.VHDL與數(shù)字電路設(shè)計(jì)[M].北京:科學(xué)出版社，2002.</p><p>　　[2]劉麗華.專(zhuān)用集成電路設(shè)計(jì)方法[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社，2000.</p><p>　　[3]張靖武，周靈彬.單片機(jī)系統(tǒng)的PROTEUS設(shè)計(jì)與仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.</p>

6、<p><b>　　進(jìn)度安排</b></p><p>　　基于Proteus的多功能數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：本設(shè)計(jì)采取單片機(jī)ATC89C51、按鍵開(kāi)關(guān)與數(shù)碼顯示管、譯碼驅(qū)動(dòng)器和一些簡(jiǎn)單的輔助電路相結(jié)合實(shí)現(xiàn)多功能數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)，此次設(shè)計(jì)主要主要實(shí)現(xiàn)了數(shù)字電子鐘的時(shí)間顯示功能、鬧鐘功能、計(jì)時(shí)功能、計(jì)數(shù)功能，并通過(guò)Proteus軟件的學(xué)習(xí)，

7、完成程序編制及調(diào)試。</p><p>　　關(guān)鍵詞：多功能數(shù)字電子鐘，AT89C51單片機(jī)，Proteus</p><p>　　The design of the multi-function </p><p>　　digital electronic clock based on Proteus</p><p>　　Abstract:This

8、 design adopts single-chip microcomputer ATC89C51 switches, buttons and digital display tube, decoding drive and some simple auxiliary circuit to realize the combination of the design of the multi-function digital electr

9、onic clock, this design is mainly mainly realize the time display function of digital electronic clock, alarm clock, timing, counting functions, and through the study of Proteus software, complete the programming and deb

10、ugging.</p><p>　　Key words: multi-function digital electronic clock, AT89C51, Proteus</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 前言1</b></p><p>　　1.1 課

11、題產(chǎn)生的背景1</p><p>　　1.2 數(shù)字電子鐘簡(jiǎn)介4</p><p>　　1.3 數(shù)字電子鐘的基本特點(diǎn)5</p><p>　　1.4 數(shù)字電子鐘的發(fā)展史 5</p><p>　　1.5 數(shù)字電子鐘的意義5</p><p>　　1.6 數(shù)字電子鐘的應(yīng)用5</p><p&g

12、t;　　1.7 數(shù)字電子鐘的工作原理6</p><p>　　2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)方案7</p><p>　　2.1.1 核心控制部分方案 7</p><p>　　2.1.2 單片機(jī)選型7</p><p>　　2.1.3 顯示部分方案10</p><

13、;p>　　2.1.4 鍵盤(pán)部分方案10</p><p>　　2.1.5 驅(qū)動(dòng)部分選擇方案10</p><p>　　2.2 方案選擇11</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.1 系統(tǒng)主要功能12</p><p>　　3.1.1 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及功能12</p>

14、<p>　　3.2 硬件電路說(shuō)明12</p><p>　　3.2.1 按鍵模塊設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.2.2 復(fù)位模塊設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.2.3 晶振模塊設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.2.4 發(fā)聲指示模塊設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.2.5 時(shí)間顯示模塊設(shè)計(jì)16&

15、lt;/p><p>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)21</p><p>　　4.1 主程序設(shè)計(jì)21</p><p>　　4.2 中斷程序設(shè)計(jì)21</p><p>　　4.3 延時(shí)程序設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.4 按鍵程序設(shè)計(jì)24</p><p>　　5 仿真與調(diào)試25</p>

16、<p><b>　　結(jié)論26</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)27</b></p><p><b>　　致謝29</b></p><p>　　附錄一、系統(tǒng)硬件原理圖30</p><p>　　附錄二、源程序清單31</p><

17、p><b>　　1 前言</b></p><p>　　單片機(jī)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)中，單片機(jī)的發(fā)展極大地推動(dòng)了電子技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。傳統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，需要借助各種類(lèi)型的單片機(jī)硬件仿真設(shè)備，但由于硬件仿真設(shè)備資金投入過(guò)大，近年來(lái)，單片機(jī)虛擬仿真軟件Proteus開(kāi)始逐漸受到關(guān)注，也有越來(lái)越多的人開(kāi)始嘗試使用。</p><p>　　Pro

18、teus仿真軟件是目前世界上最先進(jìn)最完美的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)，在全球有龐大的用戶(hù)群，它不僅具有其他EDA工具的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍電器。該軟件的特點(diǎn)是：1.實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和電路仿真相結(jié)合。具有模擬仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)仿真；有各種虛擬儀器。2.支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。3.提供軟件調(diào)試功能等?？傊?，該軟件是一款集單片機(jī)和電路分析于一身的仿真軟件，功能強(qiáng)大。</p><p&g

19、t;　　時(shí)間對(duì)于人們來(lái)說(shuō)總是最寶貴的，時(shí)鐘，是人們生活中一種必不可少的工具，在當(dāng)今社會(huì)，工作忙碌和繁雜的同時(shí)，使得人們對(duì)效率的要求越來(lái)越高，時(shí)鐘在人們的生活、生產(chǎn)、學(xué)習(xí)等多個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用[1]。20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來(lái)越快。鐘表的數(shù)字化給人們的生產(chǎn)生活帶

20、來(lái)了極大的便利，而且大大的擴(kuò)展了鐘表原先的功能。設(shè)計(jì)一種多功能數(shù)字電子鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。這次設(shè)計(jì)我使用單片機(jī)技術(shù)、Proteus軟件仿真模擬等來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　1.1 課題產(chǎn)生的背景</p><p>　　20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)

21、品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來(lái)越快。時(shí)間對(duì)人們來(lái)說(shuō)總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當(dāng)前的時(shí)間。忘記了要做的事情，當(dāng)事情不是很重要的時(shí)候，這種遺忘無(wú)傷大雅。但是，一旦事情重要，一時(shí)的耽誤可能釀成大禍。 </p><p>　　目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種的方向發(fā)展，它的發(fā)展趨勢(shì)將是進(jìn)一步向著科技化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。下面是單片

22、機(jī)的主要發(fā)展趨勢(shì)[2]。單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過(guò)軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱(chēng)為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。</p><p>　　單片機(jī)也被稱(chēng)為微控制器（Microcontroller Uni),常用英文字母的縮寫(xiě)MCU表示單片機(jī)，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由

23、芯片內(nèi)僅有CPU的專(zhuān)用處理器發(fā)展而來(lái)。最早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器，從此以后，單片機(jī)和專(zhuān)用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。 </p><p>　　早期的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因?yàn)楹?jiǎn)單可靠而性能不錯(cuò)獲得了很大的好評(píng)。此后在8031上發(fā)展出

24、了MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)。基于這一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開(kāi)始出現(xiàn)了16位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢(xún)r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大提高。隨著INTEL i960系列特別是后來(lái)的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng)。而傳統(tǒng)的8位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的3

25、2位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過(guò)300MHz，性能直追90年代中期的專(zhuān)用處理器，而普通的型號(hào)出廠價(jià)格跌落至1美元，最高端的型號(hào)也只有10美元[1]。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開(kāi)發(fā)和使用，大量專(zhuān)用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專(zhuān)用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。 </p><p>　　單片機(jī)比專(zhuān)用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到

26、了最多的應(yīng)用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計(jì)算機(jī)。現(xiàn)代人類(lèi)生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有1-2部單片機(jī)。而個(gè)人電腦中也會(huì)有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。汽車(chē)上一般配備40多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上</p><p>　　甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作。單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過(guò)PC機(jī)和其他計(jì)算的總和，甚至比人類(lèi)的數(shù)量還

27、要多。 </p><p>　　單片機(jī)又稱(chēng)單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。 </p><p>　　單片機(jī)內(nèi)部也用和電腦功能類(lèi)

28、似的模塊，比如CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤(pán)作用相同的存儲(chǔ)器件，不同的是它的這些部件性能都相對(duì)我們的家用電腦弱很多，不過(guò)價(jià)錢(qián)也是低的，一般不超過(guò)10元即可。用它來(lái)做一些控制電器一類(lèi)不是很復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)、排煙罩、VCD等等的家電里面都可以看到它的身影。它主要是作為控制部分的核心部件。 </p><p>　　它是一種在線式實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)，在線式就是現(xiàn)場(chǎng)控制，需要的是有較強(qiáng)的抗干擾能

29、力，較低的成本，這也是和離線式計(jì)算機(jī)（比如家用PC）的主要區(qū)別。 </p><p>　　圖1.1 單片機(jī)芯片</p><p>　　單片機(jī)是靠程序運(yùn)行的,并且可以修改。通過(guò)不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個(gè)不是很復(fù)雜的功能要是用美國(guó)50年代開(kāi)發(fā)的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來(lái)搞

30、定的話，電路一定是一塊</p><p>　　大PCB板。但是如果用美國(guó)70年代成功投放市場(chǎng)的系列單片機(jī)，結(jié)果就會(huì)有天壤之別。只因?yàn)橥ㄟ^(guò)單片機(jī)編寫(xiě)的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性。 </p><p>　　由于單片機(jī)對(duì)成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級(jí)匯編語(yǔ)言，它是除了二進(jìn)制機(jī)器碼以上最低級(jí)的語(yǔ)言了，既然這么低級(jí)為什么還要用呢？很多高級(jí)的語(yǔ)言已經(jīng)達(dá)到了可視化編程的水平為

31、什么不用呢？原因很簡(jiǎn)單，就是單片機(jī)沒(méi)有家用計(jì)算機(jī)那樣的CPU，也沒(méi)有像硬盤(pán)那樣的海量存儲(chǔ)設(shè)備。一個(gè)可視化高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的小程序里面即使只有一個(gè)按鈕，也會(huì)達(dá)到幾十K的尺寸。對(duì)于家用PC的硬盤(pán)來(lái)講沒(méi)什么，可是對(duì)于單片機(jī)來(lái)講是不能接受的。單片機(jī)在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用PC上來(lái)運(yùn)行，家用PC的也是承受不了的。 </p><p

32、>　　可以說(shuō)，二十世紀(jì)跨越了三個(gè)“電”的時(shí)代，即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時(shí)代[3]。不過(guò)，這種電腦，通常是指?jìng)€(gè)人計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)PC機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤(pán)、顯示器等組成。還有一類(lèi)計(jì)算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)（亦稱(chēng)微控制器）。顧名思義，這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算和控制。因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里。它在整個(gè)裝置中，起著有如人類(lèi)頭腦的作用，它出了

33、毛病，整個(gè)裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級(jí)換代的功效，常在產(chǎn)品名稱(chēng)前冠以形容詞——“智能型”，如智能型洗衣機(jī)等。現(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開(kāi)發(fā)者搞出來(lái)的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡(jiǎn)單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機(jī)或其它可編程邏輯器件上。</p><p>　　

34、1.2 數(shù)字電子鐘簡(jiǎn)介</p><p>　　電子鐘是一種利用數(shù)字電路來(lái)顯示秒、分、時(shí)的計(jì)時(shí)裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，它具有走時(shí)準(zhǔn)確、顯示直觀、無(wú)機(jī)械傳動(dòng)裝置等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場(chǎng)合都用到電子時(shí)鐘。</p><p>　　1.3 數(shù)字電子鐘的基本特點(diǎn) </p>

35、;<p>　　現(xiàn)在高精度的計(jì)時(shí)工具大多數(shù)都使用了石英晶體振蕩器，由于電子鐘、石英鐘、石英表都采用了石英技術(shù)，因此走時(shí)精度高，穩(wěn)定性好，使用方便，不需要經(jīng)常調(diào)試，數(shù)字式電子鐘用集成電路計(jì)時(shí)時(shí)，譯碼代替機(jī)械式傳動(dòng)，用LED顯示器代替指針顯示進(jìn)而顯示時(shí)間，減小了計(jì)時(shí)誤差，這種表具有時(shí)、分、秒顯示時(shí)間的功能，還可以進(jìn)行時(shí)和分的校對(duì)，片選的靈活性好。</p><p>　　1.4 數(shù)字電子鐘的發(fā)展史 

36、</p><p>　　電子鐘有著很長(zhǎng)的歷史，從民國(guó)19年的電鐘，研制始于60年代中期的國(guó)內(nèi)電晶體、半導(dǎo)體管鐘，到研制始于70年代末的石英電子鐘，再到今天我們所用的智能電子鐘。以前的電子鐘存在著很多缺點(diǎn)，其外觀體積龐大，在功能上有死擺、走時(shí)時(shí)間不長(zhǎng)、走時(shí)精確度不高等缺點(diǎn)。如今無(wú)論是外觀，還是在功能上，電子鐘都有了很大的改進(jìn)。</p><p>　　1.5 數(shù)字電子鐘的意義</p>

37、<p>　　數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí),分,秒數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置,廣泛用于個(gè)人家庭,車(chē)站, 碼頭辦公室等公共場(chǎng)所，成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用,使得數(shù)字鐘的精度,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)老式鐘表,鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能[4]。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(kāi)關(guān)烘箱、通斷動(dòng)力

38、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。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。</p><p>　　1.6 數(shù)字電子鐘的應(yīng)用</p><p>　　數(shù)字電子鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪校罕夭豢缮俚谋匦杵罚瑥V泛用于個(gè)人家庭以及車(chē)站、碼頭、劇場(chǎng)、辦公室等公共場(chǎng)所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂(lè)帶來(lái)極大的方便。由于數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展采用了先進(jìn)的石英技術(shù)，使

39、數(shù)字鐘具有走時(shí)準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，它還用于計(jì)時(shí)、自動(dòng)報(bào)時(shí)及自動(dòng)控制等各個(gè)領(lǐng)域。</p><p>　　1.7 數(shù)字電子鐘的工作原理</p><p>　　一般電子鐘是一個(gè)將“ 時(shí)”，“分”，“秒”顯示于人的視覺(jué)器官的計(jì)時(shí)裝置。它的計(jì)時(shí)周期為24小時(shí)，顯示滿(mǎn)刻度為23時(shí)59分59秒，另外應(yīng)有校時(shí)功能和報(bào)時(shí)功能。因此，一個(gè)基本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時(shí)”，“分”，“秒”計(jì)數(shù)器、

40、校時(shí)電路、報(bào)時(shí)電路和振蕩器組成。主電路系統(tǒng)由秒信號(hào)發(fā)生器、“時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器、譯碼器及顯示器、校時(shí)電路、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路組成。秒信號(hào)產(chǎn)生器是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基信號(hào)，它直接決定計(jì)時(shí)系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體振蕩器加分頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)。將標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)送入“秒計(jì)數(shù)器”，“秒計(jì)數(shù)器”采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒發(fā)出一個(gè)“分脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將作為“分計(jì)數(shù)器”的時(shí)鐘脈沖。“分計(jì)數(shù)器”也采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分鐘，發(fā)出一個(gè)“時(shí)脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將被送

41、到“時(shí)計(jì)數(shù)器”?！皶r(shí)計(jì)數(shù)器”采用24進(jìn)制計(jì)時(shí)器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)一天24小時(shí)的累計(jì)。譯碼顯示電路將“時(shí)”、“分”、“秒”計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)用七段顯示譯碼器譯碼，通過(guò)七段顯示器顯示出來(lái)。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路時(shí)根據(jù)計(jì)時(shí)系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一脈沖信號(hào)，然后去觸發(fā)一音頻發(fā)生器實(shí)現(xiàn)報(bào)時(shí)。校時(shí)電路是用來(lái)對(duì)“時(shí)”、“分”、“秒”顯示數(shù)字進(jìn)行校對(duì)調(diào)整。</p><p>　　而該電子時(shí)鐘由89C51，BUTTON，六段數(shù)碼管等構(gòu)成，采用晶振電路作為驅(qū)

42、動(dòng)電路，由延時(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(mǎn)二十四小時(shí)為一天。而電路中調(diào)試的控制鍵卻擁有多種不同的功能，按下又松開(kāi)，可以實(shí)現(xiàn)屏蔽數(shù)碼管顯示的功能，達(dá)到省電的目的；直接按下不松開(kāi)，則可以通過(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)分鐘的累加，每按一次分鐘加一；而連續(xù)兩次按下按鍵不放松，則可實(shí)現(xiàn)小時(shí)的調(diào)節(jié)，同樣每按一次小時(shí)加一。</p><p><b>　　2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</b

43、></p><p><b>　　2.1 設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　2.1.1 核心控制部分方案 </p><p>　　方案一：采用單片機(jī)作為數(shù)字電子時(shí)鐘的核心控制部分</p><p>　　方案二：采用555定時(shí)器作為電子時(shí)鐘的核心控制部分 </p><p>　

44、　2.1.2 單片機(jī)選型</p><p><b>　　單片機(jī)的介紹</b></p><p>　　單片機(jī)又稱(chēng)單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單

45、片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。 </p><p>　　單片機(jī)內(nèi)部也用和電腦功能類(lèi)似的模塊，比如CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤(pán)作用相同的存儲(chǔ)器件，不同的是它的這些部件性能都相對(duì)我們的家用電腦弱很多，不過(guò)價(jià)錢(qián)也是低的，一般不超過(guò)10元，即可用它來(lái)做一些控制電器一類(lèi)不是很復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)、排煙罩、VCD等等的家電里面都可以看到它的身影。它主要是作為控制部分的核心部件[5]。 &

46、lt;/p><p>　　它是一種在線式實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)，在線式就是現(xiàn)場(chǎng)控制，需要的是有較強(qiáng)的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計(jì)算機(jī)（比如家用PC）的主要區(qū)別。 </p><p>　　單片機(jī)是靠程序運(yùn)行的，并且可以修改。通過(guò)不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個(gè)不是很復(fù)雜的功能要是用美國(guó)50年代開(kāi)發(fā)的74

47、系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來(lái)搞定的話，電路一定是一塊大PCB板。但是如果用美國(guó)70年代成功投放市場(chǎng)的系列單片機(jī)，結(jié)果就會(huì)有天壤之別。只因?yàn)橥ㄟ^(guò)單片機(jī)編寫(xiě)的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性。</p><p>　?。?）單片機(jī)型號(hào)的選擇 </p>&l

48、t;p>　　通過(guò)對(duì)多種單片機(jī)性能的分析，最終認(rèn)為AT89C51是最理想的電子時(shí)鐘開(kāi)發(fā)芯片。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除且只讀存儲(chǔ)器的低電壓芯片，它具有高性能CMOS8位微處理器，器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，而且它與MCS-51兼容，且具有4K字節(jié)可

49、編程閃爍存儲(chǔ)器和1000寫(xiě)/擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時(shí)間為10年等特點(diǎn)，是最好的選擇。</p><p>　?。?）AT89C51單片機(jī)的引腳說(shuō)明</p><p>　　AT89C51是一個(gè)有20個(gè)引腳的芯片，引腳配置如圖2.1所示。與8051相比，AT89C51減少了兩個(gè)對(duì)外端口（即P0、P2口），使它最大可能地減少了對(duì)外引腳，因而芯片尺寸有所減小[5]。</p><p>　

50、　圖2.1 AT89C51引腳配置</p><p>　　（4）AT89C51單片機(jī)的存儲(chǔ)器說(shuō)明</p><p>　　MCS-51器件有單獨(dú)的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可以64K尋址。  </p><p>　　程序存儲(chǔ)器：如果EA引腳接地，程序讀取只從外部存儲(chǔ)器開(kāi)始。  </p><

51、;p>　　對(duì)于AT89C51，如果EA接VCC，程序讀寫(xiě)先從內(nèi)部存儲(chǔ)器（地址為0000H～1FFFH）開(kāi)始，接著從外部尋址，尋址地址為：2000H~FFFFH。</p><p>　　儲(chǔ)存器的結(jié)構(gòu)如圖2.2：</p><p>　　圖2.2  AT89C51儲(chǔ)存器結(jié)構(gòu)圖</p><p>　?。?）AT89C51單片機(jī)的振蕩器說(shuō)明 </p&

52、gt;<p>　　XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 </p><p>　?。?）AT89C51單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器說(shuō)明 </p>

53、;<p>　　AT89C51有兩個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0/T1。 </p><p>　　T0由TH0，TL0構(gòu)成，T1由TH1，TL1構(gòu)成。 </p><p>　　T0/T1在定時(shí)控制寄存器TCON和方式選擇寄存器TMOD控制下，可實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)。 </p><p>　?。?）AT89C51單片機(jī)的芯片擦除功能說(shuō)明

54、0;</p><p>　　整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平來(lái)完成。在芯片擦除操作中，代碼陣列全被寫(xiě)“1”，且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 </p><p>　　此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時(shí)

55、器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作[6]。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 </p><p>　　2.1.3 顯示部分方案</p><p>　?。?）LED與LCD的選擇</p><p>　　LCD與LED是兩個(gè)完全不同的概念，LCD是液晶屏幕，用于顯示；而LED是光源器件，用于照明。而LED與L

56、CD也有相同處，LED是有機(jī)發(fā)光二極管，可以用于顯示，用了LED就不需要背光源了，它自身即發(fā)光又顯色，可替代LCD。所以選用LED用于顯示時(shí)間。</p><p><b>　?。?）方案</b></p><p>　　方案一：靜態(tài)顯示就是當(dāng)CPU將要顯示的字或字段碼送到輸出口，顯示器就可以顯示出所要顯示的字符，如果CPU不去改寫(xiě)它，它將一直保持下去；靜態(tài)顯示硬件開(kāi)銷(xiāo)大，電

57、路復(fù)雜，信息刷新速度慢。 </p><p>　　方案二：動(dòng)態(tài)顯示則是一位一位地輪流點(diǎn)亮顯示器的各個(gè)位（掃描）。對(duì)于顯示器的每一位而言，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次；動(dòng)態(tài)顯示耗能較小，但編寫(xiě)程序較復(fù)雜。動(dòng)態(tài)顯示硬件連接簡(jiǎn)單，信息刷新速度快。</p><p>　　2.1.4 鍵盤(pán)部分方案</p><p>　　方案一：獨(dú)立式鍵盤(pán)。獨(dú)立式鍵盤(pán)的各個(gè)按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵獨(dú)

58、立地與一根數(shù)據(jù)輸入線（單片機(jī)并行接口或其他芯片的并行接口）連接。獨(dú)立式鍵盤(pán)配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但每個(gè)按鍵必須占用一根接口線，在按鍵數(shù)量不多時(shí)，接線口占用也不多。所以，獨(dú)立式按鍵常用于按鍵數(shù)量不多的場(chǎng)合。 </p><p>　　方案二：矩陣式鍵盤(pán)。矩陣式鍵盤(pán)采用的是行列式結(jié)構(gòu),按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上(當(dāng)接口線數(shù)量為8時(shí),可以將4根接線口定義為行線,另4根接線口定義為列線,形成4×3鍵盤(pán),可以

59、配置12個(gè)按鍵)。</p><p>　　2.1.5 驅(qū)動(dòng)部分選擇方案</p><p>　　LED譯碼驅(qū)動(dòng)器選擇：</p><p>　　4511是輸出高電平有效的CMOS顯示譯碼器，其輸入為8421BCD碼。所以選用此譯碼驅(qū)動(dòng)器作為譯碼驅(qū)動(dòng)部分電路元件[4]。</p><p><b>　　2.2 方案選擇</b></

60、p><p>　　經(jīng)過(guò)論證，決定采用AT89C51單片機(jī)作為數(shù)字電子時(shí)鐘的核心部分，采用6位LED數(shù)碼管作為顯示系統(tǒng)，采用獨(dú)立式鍵盤(pán)作為數(shù)字電子鐘的控制系統(tǒng)的方案，同時(shí)采用4511譯碼驅(qū)動(dòng)器作為驅(qū)動(dòng)部分。 </p><p><b>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 系統(tǒng)主要功能</p><p>

61、;　　數(shù)字電子鐘的主要功能有：時(shí)間顯示及時(shí)間調(diào)整；六只LED數(shù)碼管顯示當(dāng)前時(shí)間；并且具有鬧鐘功能、計(jì)數(shù)功能、整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能、計(jì)數(shù)功能等。</p><p>　　3.1.1 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及功能</p><p>　　數(shù)字電子鐘的原理框圖如圖3.1所示，它由以下幾個(gè)部件組成：?jiǎn)纹瑱C(jī)AT89C51、電源、時(shí)分秒顯示部件、按鍵部分、譯碼驅(qū)動(dòng)部分。</p><p>　　電源部分：

62、是由220V的市電通過(guò)變壓、整流穩(wěn)壓來(lái)得到+5V電壓，維持系統(tǒng)的正常工作。</p><p>　　圖3.1 數(shù)字電子鐘系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　3.2 硬件電路說(shuō)明</p><p>　　3.2.1 按鍵模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　獨(dú)立式鍵盤(pán)的各個(gè)按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵獨(dú)立地與一根數(shù)據(jù)輸入線（單片機(jī)并行接口或其他芯片的并行接口）連接。

63、獨(dú)立式鍵盤(pán)配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但每個(gè)按鍵必須占用一根接口線，在按鍵數(shù)量不多時(shí)，接線口占用也不多。所以，獨(dú)立式按鍵常用于按鍵數(shù)量不多的場(chǎng)合。</p><p>　　按鍵模塊如圖3.2所示：</p><p>　　圖3.2 按鍵模塊</p><p>　　在該模塊中，采用四個(gè)按鍵作為電子時(shí)鐘的控制輸入，通過(guò)按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘的時(shí)間設(shè)置、定時(shí)、秒表功能。電路中將四個(gè)按鍵的一端

64、接公共地，而單片機(jī)的P2口默認(rèn)為高電平，一旦按鍵被按下，則該按鍵對(duì)應(yīng)的額管腳被拉低，通過(guò)軟件掃描按鍵即可知道用戶(hù)所要實(shí)現(xiàn)的功能，調(diào)用相應(yīng)的按鍵子程序來(lái)完成該操作。按鍵的去抖動(dòng)由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　3.2.2 復(fù)位模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　在嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，復(fù)位問(wèn)題是設(shè)計(jì)中一個(gè)基本而又重要的問(wèn)題，復(fù)位電路的設(shè)計(jì)是相當(dāng)重要的一步。復(fù)位的目的是為了在仿真時(shí)將設(shè)計(jì)強(qiáng)制定位

65、在一個(gè)可知狀態(tài)，合理選擇復(fù)位方式是電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。在應(yīng)用系統(tǒng)中，會(huì)經(jīng)常要求進(jìn)入到復(fù)位狀態(tài)，因此要求系統(tǒng)的復(fù)位電路必須能夠準(zhǔn)確、可靠地工作。同時(shí)，在設(shè)計(jì)中不論是采用同步復(fù)位還是異步復(fù)位，復(fù)位信號(hào)都必須盡量與時(shí)鐘信號(hào)同步，否則設(shè)計(jì)可能被復(fù)位到一個(gè)無(wú)效狀態(tài)。</p><p>　　單片機(jī)的復(fù)位電路，如圖3.3所示：</p><p>　　圖3.3 單片機(jī)的復(fù)位電路</p><p

66、>　　當(dāng)MCS-5l系列單片機(jī)的復(fù)位引腳RST(全稱(chēng)RESET)出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作[7]。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。上電后，保持RST一段高電平時(shí)間。</p><p>　　3.2.3 晶振模塊設(shè)計(jì)</p><p>　

67、　晶振輸入輸出連接的電阻作用是產(chǎn)生負(fù)反饋，保證放大器工作在高增益的線性區(qū)，輸出端的電阻與負(fù)載電容組成網(wǎng)絡(luò)，提供180度相移，同時(shí)起到限流的作用，防止反向器輸出對(duì)晶振過(guò)驅(qū)動(dòng)，損壞晶振。</p><p>　　和晶振串聯(lián)的電阻常用來(lái)預(yù)防晶振被過(guò)分驅(qū)動(dòng)。晶振過(guò)分驅(qū)動(dòng)的后果是將逐漸損耗減少晶振的接觸電鍍，這將引起頻率的上升，并導(dǎo)致晶振的早期失效。</p><p>　　Xin和Xout的內(nèi)部一般是一個(gè)

68、施密特反相器,反相器是不能驅(qū)動(dòng)晶體震蕩的。因此,在反相器的兩端并聯(lián)一個(gè)電阻,由電阻完成將輸出的信號(hào)反向180度反饋到輸入端形成負(fù)反饋,構(gòu)成負(fù)反饋放大電路。</p><p>　　電阻的作用是將電路內(nèi)部的反向器加一個(gè)反饋回路，形成放大器，當(dāng)晶體并在其中會(huì)使反饋回路的交流等效按照晶體頻率諧振，由于晶體的Q值非常高，因此電阻在很大的范圍內(nèi)變化都不會(huì)影響輸出頻率。</p><p>　　單片機(jī)的晶振電

69、路，如圖3.4所示：</p><p>　　圖3.4 單片機(jī)的晶振電路</p><p>　　石英晶體也連接在晶振引腳的輸入和輸出之間，等效為一個(gè)并聯(lián)諧振回路，振蕩頻率應(yīng)該是石英晶體的并聯(lián)諧振頻率。晶體旁邊的兩個(gè)電容接地，實(shí)際上就是電容三點(diǎn)式分壓電容, 接地點(diǎn)就是分壓點(diǎn)。以接地點(diǎn)即分壓點(diǎn)為參考點(diǎn)，振蕩引腳的輸入和輸出是反相的，但從并聯(lián)諧振回路即石英晶體兩端來(lái)看, 形成一個(gè)正反饋以保證電路持續(xù)

70、振蕩。</p><p>　　3.2.4 發(fā)聲指示模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　發(fā)聲指示模塊，如圖3.5所示：</p><p>　　圖3.5 發(fā)聲指示模塊</p><p>　　發(fā)聲指示模塊分為發(fā)聲部分，指示部分兩部分。指示部分由電源，380歐限流電阻R1，LED發(fā)光二極管三部分組成。正常情況下，LED引腳（P2_0）為高電平，LED兩端沒(méi)有電

71、壓差，不發(fā)光，一旦按鍵按下，或定時(shí)時(shí)間到，LED引腳（P2_0）被拉低，LED被點(diǎn)亮。發(fā)生部分由蜂鳴器、電源、9018三極管、限流電阻組成。蜂鳴器由PNP三極管驅(qū)動(dòng)，當(dāng)BZ管腳（P2_1）為高時(shí)，三極管BE級(jí)沒(méi)電壓差，三極管截止；反之，三極管導(dǎo)通，有電流流經(jīng)蜂鳴器，蜂鳴器發(fā)聲。</p><p>　　3.2.5 時(shí)間顯示模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　時(shí)間顯示模塊如圖3.6所示：</p&

72、gt;<p>　　圖3.6 顯示電路</p><p><b>　　（1）數(shù)碼管的選擇</b></p><p><b>　?、龠B接選擇</b></p><p>　　二極管的陰極連接在一起，通常此為共陰極接地，而共陽(yáng)極則將發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接在一起，接入+5V的電壓。一位顯示器由8個(gè)發(fā)光二極管組成，其中7個(gè)發(fā)光

73、二極管構(gòu)成字型“8”的各個(gè)筆劃（段）a～g，另一個(gè)小數(shù)點(diǎn)為dp發(fā)光二極管。當(dāng)在某段發(fā)光二極管施加一定的正向電壓時(shí)，該段筆劃即亮；不加電壓則暗。為了保護(hù)各段LED不被損壞，需外加限流電阻。</p><p>　　LED數(shù)碼管分共陽(yáng)極與共陰極兩種，其工作特點(diǎn)是，當(dāng)筆段電極接低電平，公共陽(yáng)極接高電平時(shí)，相應(yīng)筆段可以發(fā)光。共陰極LED數(shù)碼管則與之相反，它是將發(fā)光二極管的陰極(負(fù)極)短接后作為反映出半導(dǎo)體材料的特性。常見(jiàn)管芯

74、材料有磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)、磷砷化鎵(GaAsP)、氮化鎵(GaN)等，其中氮化鎵可發(fā)藍(lán)光。發(fā)光顏色不僅與管芯材料有關(guān)，還與所摻雜質(zhì)有關(guān)，因此用同一種管芯材料可以制成發(fā)出紅、橙、黃、綠等不同顏色的數(shù)碼管。其他顏色LED數(shù)碼管的光譜曲線形狀與之相似，僅輸入值不同。LED數(shù)碼管的產(chǎn)品中，以發(fā)紅光、綠光的居多，這兩種顏色也比較醒目。</p><p>　　根據(jù)AT89C51單片機(jī)灌電流能力強(qiáng)，拉電流能力弱

75、的特點(diǎn)，我們選用共陰極數(shù)碼管連接。將AT89C51的P1.0～P1.7分別與共陰數(shù)碼管的a～g及dp相連，高電平的位對(duì)應(yīng)的LED數(shù)碼管的段亮，低電平的位對(duì)應(yīng)的LED數(shù)碼管的段暗，這樣，當(dāng)P0口輸出不同的段碼，就可以控制數(shù)碼管顯示不同的字符。例如：當(dāng)P0口輸出的段碼為1100 0000，數(shù)碼管顯示的字符為0。</p><p><b>　?、诠ぷ鞣绞竭x擇</b></p><p

76、>　　數(shù)碼管顯示器有二種工作方式，即靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)掃描顯示方式。</p><p>　　為節(jié)省端口及降低功耗，本系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式。動(dòng)態(tài)掃描顯示方式需解決多位LED數(shù)碼管的“段控”和“位控”問(wèn)題，本電路的“段控”（即要顯示的段碼的控制）通過(guò)P1口實(shí)現(xiàn)；而每一位的公共端，即LED數(shù)碼管的“位控”，則由P3口控制。這種連接方式由于多位字段線連在一起，因此，要想顯示不同的內(nèi)容，必然要采取輪流顯示的方式，即

77、在某一瞬間，只讓其中的某一位的字位線處于選通狀態(tài)，其它各位的字位線處于斷開(kāi)狀態(tài)，同時(shí)字段線上輸出這一位相應(yīng)要顯示字符的字段碼。在這一瞬時(shí)，只有這一位在顯示，其他幾位則暗。在本系統(tǒng)中,字位線的選通與否是通過(guò)PNP三極管的導(dǎo)通與截止來(lái)控制,即三極管處于“開(kāi)關(guān)”狀態(tài)。</p><p>　?。?）數(shù)碼管結(jié)構(gòu)及工作原理</p><p>　　LED數(shù)碼管（LED Segment D

78、isplays）是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。LED數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，還有一種是類(lèi)似于3位“+1”型。位數(shù)有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等。LED數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽(yáng)兩類(lèi)，了解LED的這些特性，對(duì)編程是很重要的，因?yàn)椴煌?lèi)型的數(shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。LED數(shù)碼管廣泛用于儀

79、表，時(shí)鐘，車(chē)站，家電等場(chǎng)合[7]。選用時(shí)要注意產(chǎn)品尺寸顏色，功耗，亮度，波長(zhǎng)等。</p><p>　　眾所周知，LED顯示數(shù)碼管通常由硬件7段譯碼集成電路，完成從數(shù)字到顯示碼的譯碼驅(qū)動(dòng)。本系統(tǒng)采用軟件譯碼，以減小體積，降低成本和功耗，軟件譯碼的另一優(yōu)勢(shì)還在于比硬件譯碼有更大的靈活性。所謂軟件譯碼，即由單片機(jī)軟件完成從數(shù)字到顯示碼的轉(zhuǎn)換[8]。從LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)原理可知，為了顯示字符，要為L(zhǎng)ED顯示數(shù)碼管提供顯示段

80、碼，組成一個(gè)“8”字形字符的7段，再加上1個(gè)小數(shù)點(diǎn)位，共計(jì)8段，因此提供給LED數(shù)碼管的顯示段碼為1個(gè)字節(jié)。</p><p>　　需說(shuō)明的是當(dāng)用數(shù)據(jù)口連接LED數(shù)碼管a～dp引腳時(shí)，不同的連接方法，各段碼位與顯示段有不同的對(duì)應(yīng)關(guān)系。通常數(shù)據(jù)口的D0位與a段連接，D1位與b段連接，......,D7位與dp段連接,如表3.1，表3.2所示為用于LED數(shù)碼管顯示的十六進(jìn)制數(shù)和空白字符與P的顯示段碼。</p>

81、;<p>　　表3.1 各段碼位的對(duì)應(yīng)關(guān)系</p><p>　　表3.2 LED顯示段碼</p><p><b>　　（3）系統(tǒng)顯示組成</b></p><p>　　系統(tǒng)的時(shí)分顯示部件由4只7段共陰LED數(shù)碼管構(gòu)成，前兩只用于時(shí)的顯示，后兩只用于分的顯示[8]。值得一提的是，在設(shè)計(jì)中需要實(shí)現(xiàn)時(shí)與分之間的兩個(gè)閃爍點(diǎn)，為此，將第三

82、只LED數(shù)碼管倒置擺放，這樣就形成了兩個(gè)很自然的閃爍點(diǎn)。與此同時(shí)，為了能使兩點(diǎn)顯示能夠形象的表示時(shí)鐘“秒”的變化，設(shè)計(jì)時(shí)，將兩個(gè)點(diǎn)由P1.7單獨(dú)控制，每隔一秒使P1.7發(fā)送一個(gè)正脈沖，從而實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)點(diǎn)的閃爍顯示，閃爍周期為一秒。</p><p>　　時(shí)間顯示部分的電路也很簡(jiǎn)單，由三個(gè)兩位的共陽(yáng)8段數(shù)碼管、六盞LED燈，加上一個(gè)4511譯碼驅(qū)動(dòng)電路組成。在顯示過(guò)程中，單片機(jī)將要顯示的數(shù)字傳遞給4511芯片，同時(shí)通過(guò)

83、位選選通要顯示的數(shù)碼管。4511芯片實(shí)現(xiàn)將BCD碼數(shù)字轉(zhuǎn)換為七段數(shù)碼管段選碼通過(guò)其輸出端輸出，同時(shí)提供約500mA的電流驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。</p><p>　　4511譯碼驅(qū)動(dòng)器如圖3.7所示：</p><p>　　圖3.7 數(shù)碼管譯碼驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器</p><p>　　CD4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極LED（數(shù)碼管）顯示器的BCD碼—七段碼譯碼器，特點(diǎn)如下： &

84、lt;/p><p>　　具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流。可直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器。 </p><p>　　①CD4511的引腳  </p><p>　　CD4511具有鎖存、譯碼、消隱功能，通常以反相器作輸出級(jí)，用以驅(qū)動(dòng)LED。 </p><p>　?、贑D

85、4511的工作原理  </p><p>　　譯碼器的鎖存電路由傳輸門(mén)和反相器組成,傳輸門(mén)的導(dǎo)通或截止由控制端LE的電平狀態(tài)控制。當(dāng)LE為“0”電平導(dǎo)通，TG2截止；當(dāng)LE為“1”電平時(shí)，TG1截止，TG2導(dǎo)通，此時(shí)有鎖存作用。</p><p>　?、跜D4511譯碼用兩級(jí)或非門(mén)擔(dān)任，為了簡(jiǎn)化線路，先用二輸入端與非門(mén)對(duì)輸入數(shù)據(jù)B、C進(jìn)行組合，得出四項(xiàng)，然后將輸入的數(shù)據(jù)A、

86、D一起用或非門(mén)譯碼。  </p><p><b>　?、芟[  </b></p><p>　　BI為消隱功能端，該端施加某一電平后，迫使B端輸出為低電平，字形消隱。  </p><p>　　CD4511是一片CMOSBCD—鎖存/7段譯碼/驅(qū)動(dòng)器。LT為燈測(cè)試端，加高電平時(shí)，顯示器正常

87、顯示，加低電平時(shí)，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點(diǎn)亮，以檢查顯示器是否有故障[11]。BI為消隱功能端，低電平時(shí)使所有筆段均消隱，正常顯示時(shí),B1端應(yīng)加高電平。另外CD4511有拒絕偽碼的特點(diǎn)，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過(guò)十進(jìn)制數(shù)9(1001)時(shí)，顯示字形也自行消隱。LE是鎖存控制端，高電平時(shí)鎖存，低電平時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。a～g是7段輸出，可驅(qū)動(dòng)共陰LED數(shù)碼管。另外,CD4511顯示數(shù)“6”時(shí)，a段消隱；顯示數(shù)“9”時(shí)，d段消隱，所以顯示6、9這兩

88、個(gè)數(shù)時(shí)，字形不太美觀。</p><p><b>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)主要可分為主程序、定時(shí)計(jì)數(shù)中斷程序、時(shí)間調(diào)整程序、延時(shí)程序四大模塊。在程序設(shè)計(jì)過(guò)程中，加強(qiáng)了部分軟件抗干擾措施，下面對(duì)部分模塊作介紹。</p><p><b>　　4.1 主程序設(shè)計(jì)</b></p>

89、<p>　　主程序的功能是完成系統(tǒng)的初始化，程序流程如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 系統(tǒng)主程序流程圖</p><p>　　4.2 中斷程序設(shè)計(jì)</p><p>　　中斷程序(如圖4.2所示)完成時(shí)間計(jì)數(shù)，時(shí)間調(diào)整，誤差消除等功能。中斷采用AT89C51內(nèi)部T0中斷實(shí)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)間到達(dá)125ms× 8,即1分鐘時(shí)，分種數(shù)增加1，到

90、達(dá)1小時(shí)，則小時(shí)數(shù)增加1，并將分、時(shí)的個(gè)位、十位放入顯示緩沖器。當(dāng)分別到達(dá)60min、24h時(shí)，則對(duì)它們清零，以便重新計(jì)數(shù)[12]。</p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><

91、b>　　Y </b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p>　　圖4.2 定時(shí)計(jì)數(shù)中斷程序</p><p><b>　　定時(shí)計(jì)數(shù)中斷程序：</b></p><p>　　MOV

92、 TMOD,#00H ；寫(xiě)控制字</p><p>　　MOV TH0,#0F0H ；寫(xiě)定時(shí)常數(shù)</p><p>　　MOV TLO,#0CH</p><p>　　SETB TR0 ；啟動(dòng)T0</p><p>　　

93、SETB ETO ；允許T0中斷</p><p>　　SETB EA ；開(kāi)放CPU中斷</p><p><b>　　AJMP $</b></p><p>　　4.3 延時(shí)程序設(shè)計(jì)</p><p><b>

94、　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p>　　圖4.3 延時(shí)流程圖</p><p><b>　　延時(shí)程序：</b&

95、gt;</p><p>　　1MS延時(shí)程序，LED顯示程序用</p><p>　　DL1MS: MOV R6,#14H</p><p>　　DL1: MOV R7,#19H</p><p>　　DL2: DJNZ R7,DL2</p><p>　　DJNZ R6,DL1</p><p

96、><b>　　RET; </b></p><p>　　20MS 延時(shí)程序，采用調(diào)用顯示子程序以改善LED的顯示閃爍現(xiàn)象</p><p>　　DS20MS:ACALL DISPLAY</p><p>　　ACALL DISPLAY</p><p>　　ACALL DISPLAY</p>&

97、lt;p><b>　　RET</b></p><p>　　4.4 按鍵程序設(shè)計(jì)</p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><

98、;b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p>　　圖4.4 按鍵流程圖</p><p><b>　　5 仿真與調(diào)試</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)功能不是很

99、多，只能實(shí)現(xiàn)時(shí)分秒的顯示、鬧鐘功能、計(jì)時(shí)功能，設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單。在仿真過(guò)程中，六位數(shù)碼顯示管顯示不出數(shù)字，通過(guò)多次的修改程序并在PROTEUS軟件環(huán)境中進(jìn)行仿真，最終還是沒(méi)有解決了這個(gè)問(wèn)題，同時(shí)也透露出本人在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)方面的不足，所以仿真沒(méi)有成功。</p><p>　　軟件調(diào)試是在仿真圖上進(jìn)行,這樣會(huì)比較方便,可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤,分析錯(cuò)誤,以便于修改,直至結(jié)果正確,然后再下載程序,看是否符合要求,程序的調(diào)

100、試,是需要極大的耐心和毅力的,同時(shí),要有心細(xì)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度去調(diào)試,直至程序無(wú)誤,可以生成可下載.hex文件。</p><p>　　在PROTEUS繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件：*.HEX，可以在PROTEUS的原理圖中看到模擬的實(shí)物運(yùn)行狀態(tài)和過(guò)程。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)這段時(shí)間的設(shè)計(jì)，我學(xué)

101、到了許多東西，對(duì)課本上內(nèi)容的理解加深了很多。 本設(shè)計(jì)采取單片機(jī)AT89C51、按鍵開(kāi)關(guān)與數(shù)碼顯示管、譯碼驅(qū)動(dòng)器和一些簡(jiǎn)單的輔助電路相結(jié)合實(shí)現(xiàn)多功能數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)，此次設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)了數(shù)字電子鐘的時(shí)間顯示功能、鬧鐘功能、計(jì)時(shí)功能、計(jì)數(shù)功能，并通過(guò)Proteus軟件的學(xué)習(xí)，完成程序編制及調(diào)試。在設(shè)計(jì)整體電路圖的過(guò)程中，用Proteus畫(huà)出原理圖，不過(guò)一開(kāi)始對(duì)這款軟件不是很熟悉，所以查閱課本重新學(xué)習(xí)了Proteus軟件，最后畫(huà)出了電

102、路原理圖。這次設(shè)計(jì)讓我看到理論與實(shí)踐的差別和聯(lián)系，理論固然重要，然而我們要在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，并解決錯(cuò)誤，也提高了自己的動(dòng)手能力和實(shí)際解決問(wèn)題的能力。</p><p>　　在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我收獲了許多，我仍然記得將設(shè)計(jì)做出來(lái)的時(shí)候，那種喜悅的心情，是難以形容的。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　

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112、000</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在畢業(yè)論文即將完成之際，首先我要特別感謝我的論文指導(dǎo)老師張煥梅老師。在論文寫(xiě)作的過(guò)程中，我得到了張老師的大量指導(dǎo)的幫助，張老師的諄諄教導(dǎo)和殷殷鼓勵(lì)給了我極大的支持，張老師極其認(rèn)真的工作作風(fēng)以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)態(tài)度令我受益匪淺。在此，學(xué)生謹(jǐn)向張老師致以崇高的敬意和由衷的感謝。</p><