数字电子时钟设计论文1_免费版-副本

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第三章 数字钟的硬件设计 最小系统设计 单片机的最小系统是由电源、复位、晶振、 /EA=1 组成，下面介绍一下每一个组成部分。 Vcc 电源端 GND 接地端 工作电压为 5V，另有 AT89LV51 工作电压则是 , 引脚功能一样。 数字电子时钟设计论文 12 图 31 晶振连接的内部、外部方式图 XTAL1 19 XTAL2 18 XTAL1 是片内振荡器的反相放大器输入端， XTAL2 则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到 XTAL1，而 XTAL2 悬空。 内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为 12MHz，时钟频率就为 6MHz。 晶振的频率可以在 1MHz24MHz 内选择。 电容取 30PF 左右。 系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路。 AT89 单片机内部 有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。 引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别是此放大器的输入端和输出端。 这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。 外接晶体谐振器以及电容 C1 和 C2 构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。 对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响震荡器频率的高低、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。 因此，此系统电路的晶体振荡器的值为12MHz，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值约为 22μ F。 在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以 减少寄生电容，更好地保证震荡器稳定和可靠地工作。 3. 复位 RST 9 在振荡器运行时，有两个机器周期（ 24 个振荡周期）以上的高电平出现在此引腿时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平， 51 芯片便循环复位。 复位后 P0－ P3 口均置 1引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器 SFR 全部清零。 当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为 ROM 的 00H 处开始运行程序。 复位是由外部的复位电路来实现的。 片内复位电路是复位引脚 RST 通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，它的输出在每个机器周期的 S5P2，由复位电路采样一次。 复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式，此电路系统采用的是按钮复位电路。 (1) P0 端口 [] P0 是一个 8 位漏极开路型双向 I/O 端口，端口置 1（对端口写 1）时作高阻抗输入端。 作为输出口时能驱动 8个 TTL。 对内部 Flash 程序存储器编程时，接收指令字节。 校验程序时输出指令字节，要求外接上拉电阻。 在访问外部程序和外部数据存储器时， P0 口是分时转换的地址 (低 8 位 )/数据总线，访问期间内部的上拉电阻起作用。 (2) P1 端口 [－ ] P1 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/0 端口。 输出时可驱动 4个 TTL。 端口置 1 时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。 对内部 Flash 程序存储器编程时，接收低 8 位地址信息。 数字电子时钟设计论文 13 (3) P2 端口 [－ ] P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/0 端口。 输出时可驱动 4个 TTL。 端口置 1 时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。 对内部 Flash程序存储器编程时，接收高 8 位地址和控制信息。 在访问外部程序和 16 位外部数据存储器时， P2 口送出高 8 位地址。 而在访问 8 位地址的外部数据存储器时其引 脚上的内容在此期间不会改变。 (4) P3 端口 [－ ] P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/0 端口。 输出时可驱动 4个 TTL。 端口置 1 时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。 对内部 Flash 程序存储器编程时，接控制信息。 除此之外 P3 端口还用于一些专门功能，具体请看下表。 P3 引脚 兼用功能 串行通讯输入（ RXD） 串行通讯输出（ TXD） 外部中断 0（ INT0） 数字电子时钟设计论文 14 表 31 P3 端口引脚兼用功能表 LED 显示电路 显示器普遍地用于直观地显示数字系统的运行状态和工作数据，按照材料及产品工艺，单片机应用系统中常用的显示器有： 发光二极管 LED 显示器、液晶 LCD 显示器、 CRT显示器等。 LED 显示器是现在最常用的显示器之一，如下图所示。 图 32 LED 显示器的符号图 发光二极管（ LED）由特殊的半导体材料砷化镓 、磷砷化镓等制成，可以单独使用，也可以组装成分段式或点阵式 LED 显示器件（半导体显示器）。 分段式显示器（ LED 数码管）由 7条线段围成 8 字型，每一段包含一个发光二极管。 外加正向电压时二极管导通，发出清晰的光。 只要按规律控制各发光段亮、灭，就可以显示各种字形或符号。 LED 数码管有共阳、共阴之分。 图是共阳式、共阴式 LED 数码管的原理图和符号 . 外部中断 1（ INT1） 定时器 0 输入 (T0) 定时器 1 输入 (T1) 外部数据存储器写选通 WR 外部数据存储器写选通 RD 数字电子时钟设计论文 15 图 33 共阳式、共阴式 LED 数码管的原理图和数码管的符号图 显示电路 显示模块需要实时显示当前的时间 ,即时、分、秒，因此需要 6 个数码管，另需两个数码管来显示横。 采用动态显示方式显示时间，硬件连接如下图所示，时的十位和个位分别显示在第一个和第二个数码管，分的十位和个位分别显示在第四个和第五个数码管，秒的十位和个位分别显示在第七个和第八个数码管，其余数码管显示横线。 LED 显示器的显示控制方式按驱动方式可分成静态显示方式和动态显示方式两种。 对于多位 LED显示器，通常都是采用动态扫描的方法进行显示，其硬件连接方式如下图所示。 数字电子时钟设计论文 16 图 34 数码管的硬件连接示意图 数码管使用条件： a、段及小数点上加限流电阻 b、使用 电压：段：根据发光颜色决定； 小数点：根据发光颜色决定 c、使用电流：静态：总电流 80mA（每段 10mA）；动态：平均电流 45mA 峰值电流 100mA 数码管使用注意事项说明： （１）数码管表面不要用手触摸，不要用手去弄引角； （２）焊接温度：２６０度；焊接时间：５Ｓ （３）表面有保护膜的产品 ,可以在使用前撕下来。 键盘控制电路 该设计需要校对时间，所以用三个按键来实现。 按 hour 来调节小时的时间，按 minute来调节分针的时间，按 sceond 来调节秒的时间。 下图是按键硬件连接图。 数字电子时钟设计论文 17 图 35 按键控制电路的硬件连接图 当用手按下一个键时，如图 36 所示，往往按键在闭合位置和断开位置之间跳几下才稳定到闭合状态的情况；在释放一个键时，也回会出现类似的情况。 这就是抖动。 抖动的持续时间随键盘材料和操作员而异，不过通常总是不大于 10ms。 很容易想到，抖动问题不解决就会引起对闭合键的识别。 用软件方法可以很容易地解决抖动问题，这就是通过延迟10ms 来等待抖动消失，这之后，在读入键盘码。 图 36 按键抖动信号波形 键按下 前沿抖动 后沿抖动 闭合 稳定 数字电子时钟设计论文 18 第四章 数字 钟的软件设计 系统的软件设计也是工具系统功能的设计。 单片机软件的设计主要包括执行软件（完成各种实质性功能）的设计和监控软件的设计。 单片机的软件设计通常要考虑以下几个方面的问题： （ 1）根据软件功能要求，将系统软件划分为若干个相对独立的部分，设计出合理的总体结构，使软件开发清晰、简洁和流程合理； （ 2）培养良好的编程风格，如考虑结构化程序设计、实行模块化、子程序化。 既便于调试、链接，又便于移植和修改； （ 3）建立正确的数学模型，通过仿真提高系统的性能，并选取合适的参数； （ 4）绘制程序流程图； （ 5）合理分配 系统资源 ； （ 6）为程序加入注释，提高可读性，实施软件工程； （ 7）注意软件的抗干扰设计，提高系统的可靠性。 系统软件设计流程图 这次的数字电子钟设计用到很多子程序，它们的流程图如下所示。 主程序是先开始，然后启动定时器，定时器启动后在进行按键检测，检测完后，就可以显示时间。 图 41 主程序流程图 按键处理是先检测秒按键是否按下，秒按键如果按下，秒就加 1；如果没有按下，就检测分按键是否按下，分按键如果按下，分就加 1；如果没有按下，就检测时按键是否按下，时按 键如果按下，时就加 1；如果没有按下，就把时间显示出来。 开始 启动定时器 按键检测 时间显示 数字电子时钟设计论文 19。