單片機—基于單片機的多功能電子時鐘設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 選擇： 高電平：數據 D0D7 將送入顯示 RAM； 低電平：數據 D0D7 將送入指令寄存器執行。 5 R/W H/L 讀 \寫選擇： 高電平：讀數據；低電平 ： 寫數據 7 6 E ，高電平有效，下降沿鎖定數據 。 7 DB0 H/L 數據輸入輸出引腳 8 DB1 H/L 數據輸入輸出引腳 9 DB2 H/L 數據輸入輸出引腳 10 DB3 H/L 數據輸入輸出引腳 11 DB4 H/L 數據輸入輸出引腳 12 DB5 H/L 數據輸入輸出引腳 13 DB6 H/L 數據輸入輸出引腳 14 DB7 H/L 數據輸入輸出引腳 15 CS1 H/L 片選擇信號，低電平時選擇前 64列。 16 CS2 H 片選擇信號，低電平時選擇后 64列。 17 RET L 復位信號，低電平有效。 18 VEE 10V LCD 驅動電源 19 BL AC 背光電源 ,LED+ 20 BL AC 背光電源 ,LED (2) 128643A接口說明 ，如表 22 所示。 表 22 12864的接口說明 管腳號 管腳 電平 說明 1 c H 數碼管 c位 2 dp H 數碼管 dp位 3 e H 數碼管 e位 。 4 d H 數碼管 d位 5 g H 數碼管 g位 。 6 f H 數碼管 f位 7 位選 1 L 數碼管第一位選通位 8 位選 2 L 數碼管第二位選通位 9 b H 數碼管 b位 8 指令描述 共陰數碼管段選碼表 屏顯 數字 段選碼 abcdefg 0 11000000（ 0xC0） 1 11111001（ 0xF9） 2 10100100（ 0xA4） 3 10110000（ 0xB0） 4 10011001（ 0x99） 5 10010010（ 0x92） 6 10000010（ 0x82） 7 11111000（ 0xF8） 8 10000000（ 0x80） 9 10010000（ 0x90） HCF4511B 的說明 CD4511 是一個用于驅動共陰極 LED （數碼管）顯示器的 BCD 碼 — 七段碼譯碼器，特點如下： 具有 BCD轉換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅動功能的 CMOS 電路能提供較大的拉電流。可直接驅動 LED 顯示器。 HCF4511B 引腳圖： 10 a H 數碼管 a位 9 其功能介紹如下： BI： 4 腳是消隱輸入控制端，當 BI=0 時，不管其它輸入端狀態如何，七段數碼管均處于熄滅（消隱）狀態，不顯示數字。 LT ： 3腳是測試輸入端，當 BI=1， LT=0 時，譯碼輸出全為 1，不管輸入 DCBA 狀態如何，七段均發亮，顯示“ 8”。它主要用來檢測數碼管是否損壞。 LE：鎖定控制端，當 LE=0 時，允許譯碼輸出。 LE=1時譯碼器是鎖定保持狀態，譯碼器輸出被保持在 LE=0 時的數值。 A、 B、 C、 D 為 8421BCD 碼輸入端。 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g：為譯碼輸出端，輸出為高電平 1 有效。 CD4511 的內部有上拉電阻，在輸入端與數碼管筆段端接上限流電阻就可工作 ，其輸出電流大致在 500mA左右。 邏輯功能見表： 選用共陰極數碼管，對于 CD4511 ，它與數碼管的基本連接方式如下圖 10 在本設計中，采用單片機的 P1 口作為 BCD 碼輸入端， P3 口作為位選選通輸入端控制數碼管顯示， 其中 ~ 控制 HCF4511 芯片的ＢＣＤ碼輸入端，Ｐ３．０～Ｐ３．５控制各數碼管顯示 。 且直接將芯片的 LT、 BI 引腳置低， LE=1 拉高，譯碼器是鎖定保持狀態。 具體連接如下圖：（電源與地未標出） 11 3 硬件 設計 硬件主要組成部分 設計原理圖 ， 如圖 31 所示 。 圖 31 設計原理圖 本設計電路，硬件部分共由五個模塊組成：按鍵模塊、復位電路模塊、晶振電路模塊、發聲指示模塊、時間顯示模塊。 晶振電路模塊負責給單片機提供時鐘周期。復位單路模塊負責上電后自動復位，或按鍵后強制復位。上電后，由單片機內部定時器計時，同時通過動態顯示函數自動將時分秒顯示到數碼管上。與此同時，按 鍵掃描函數，一直掃描按鍵引腳狀態，一旦掃描到按鍵被按下，即進入相應的功能函數。如果檢測到定時時間到，則驅動蜂鳴器發聲提示。 12 硬件電路說明 按鍵模塊 按鍵模塊 如圖 321所示。 圖 321 按鍵模塊 在該模塊中，采用四個按鍵作為電子時鐘的控制輸入，通過按鍵來實現時鐘的時間設置、定時、秒表功能。電路中將四個按鍵的一端接公共地，而單片機的 P2 口默認為高電平，一旦按鍵被按下，則該按鍵對應的額管腳被拉低，通過軟件掃描按鍵即可知道用戶所要實現的功能，調用相應的按鍵子程序來完成該操作。 按鍵的去抖 動由軟件來實現。 單片機的復位電路 單片機的復位電路 ,如圖 323 所示。 圖 322 單片機的復位電路 當 MCS5l系列單片機的復位引腳 RST(全稱 RESET)出現 2個機器周期以上的高電平時，單片機就執行復位操作。如果 RST 持續為高電平，單片機就處于循環復位狀態。根據應用的要求，復位操作通常有兩種基本形式：上電復位和上電或開關復位。上電復位要求接通電源后，自動實現復位操作。上電后，保持 RST 一段高電平時間 。 13 單片機的晶振電路 單片機的晶振電路，如圖 324 所示。 圖 323 單片機的晶振電路 石英晶體也連接在晶振引腳的輸入和輸出之間 ， 等效為一個并聯諧振回路 ， 振蕩頻率應該是石英晶體的并聯諧振頻率 。 晶體旁邊的兩個電容接地 ， 實際上就是電容三點式電路的分壓電容 , 接地點就是分壓點 。 以接地點即分壓點為參考點 ， 振蕩引腳的輸入和輸出是反相的 ， 但從并聯諧振回路即石英晶體兩端來看 , 形成一個正反饋以保證電路持續振蕩 。 發聲指示模塊 發聲指示模塊 ，如圖 325 所示。 圖 324 發聲指示模塊 發聲指示模塊分為發聲部分，指示部分兩部分。發聲部分由電源， 380 歐限流電阻 R1，LED 發光二極管三部分組成。正常情況下， Led引腳（ P2_0）為高電平， LED 兩端沒有電壓差，不發光，一旦按鍵按下，或定時時間到， Led 引腳（ P2_0） 被拉低， LED 被點亮。發生部分由蜂鳴器、電源、 9018 三極管、限流電阻組成。蜂鳴器由 PNP 三極管驅動，當 BZ管腳（ P2_1）為高時，三極管 be 級沒電壓差，三極管截止；反之，三極管導通，有電 流 14 流經蜂鳴器，蜂鳴器發聲。 時間顯示模塊 時間顯示模塊 如圖 326 所示。 圖 325 液晶顯示電路 時間顯示部分 的電路也很簡單， 由三個兩位的共陰 8 段 數碼管、四盞 Led 燈，加上一個 4511 譯碼驅動電路組成。在顯示過程中，單片機將要顯示的數字傳遞給 4511 芯片，同時通過位選選通要顯示的數碼管。 4511 芯片實現將 BCD 碼數字轉換為七段數碼管段選碼通過其輸出端輸出，同時提供約 500mA 的電流驅動數碼管點亮。 圖 326 數碼管譯碼驅動驅動電路 15 4 軟件設計 程序流程圖 主程序流程圖 ， 如 圖 41所示 。 圖 41 主程序流程圖 按鍵功能子程序 流程圖， 如 圖 42所示 。 16 圖 42 按鍵功能 子程序流程圖 軟件的仿真 軟件測試步驟如下： （ 1） 打開 Proteus 軟件。 （ 2） 選擇 file 菜單下的 open design..選項，找到所需的元器件，按照電路圖連接后并保存。 （ 3） 將用 KEIL 編譯過的 HEX 格式 程序，下載到單片機中： 右擊 51 單片機再左擊，再彈出的對話框中，選擇 program file 文本框或單擊文件圖標， 17 瀏覽找到所編譯的程序。單擊確定。 （ 4） 單擊左下角運行按鈕，進行軟件仿真 、 調試，直到出現正確的結果。 5系統 調試 硬件調試 排除元器件失效 造成這類錯誤的原因有兩個：一個是元器件買來時就已壞了 。另一個是由于安裝錯誤 ,造成器件燒壞。可以采取檢查元器件與設計要求的型號、規格和安裝是否一致。在保證安裝無誤后 ,用替換方法排除錯誤。 排除電源故障 在通電前 ,一定要檢查電源電壓的幅值和極性 ,否則很容易造成集成塊損壞。加電后檢查各插件上引腳的電位 ,一般先檢查 VCC與 GND 之間電位 ,若在 5V～ 之間屬正常。若有高壓 ,聯機仿真器調試時 ,將會損壞仿真器等 ,有時會使應用系統中的集成塊發熱損壞。 聯機仿真調試 聯機仿真必須借助仿真開發裝置、示波器、萬用表等工具。這些工具是單片機開發的最基本工具。信號線是聯絡 8031 和外部器件的紐帶 ,如果信號線連結錯誤或時序不對 ,那么都會造成對外圍電路讀寫錯誤。 51 系列單片機的信號線大體分為讀、寫信號線、片選信號線、時鐘信號線、外部程序存貯器讀選通信號（ PSEN）、地址鎖存信號（ ALE）、復位信號等幾大類。這些信號大多屬于脈沖信號 ,對于脈沖信號借助示波器（這里指通用示波器）用常規方法很難觀測到 ,必須采取一定措施才能觀測到。應該利用軟件編程的方法來實現。例如對片 選信號 ,運行下面的小程序就可以檢測出譯碼片選信號是否正常。 軟件調試 本 設計 的 軟 件 編譯 是在 Keil uVision3 上 進 行的，此 軟 件可以生成 HEX 文件用于下 載到 單 片機上工作。 生成 HEX 文件后可以在 PROTUES 上進行仿真調試。如圖 51 至 54 為仿真截圖。 （以下均為將掃描顯示間隔在 50Ms 下的截圖，實際下載到單片機的程序延時為 18 5MS） 圖 51 仿真截圖一 圖 52 仿真截圖二 19 圖 53 仿真截圖三 20 圖 54 仿真截圖四 21 備注：由于在用 Proteus 作 仿真的時候，軟件并不能完全符合實物的物理特性，所以在本設計的仿真方面，尤其是動態掃描方面，效果并不很成功，主要是動態掃描時，數碼管出現不能完全點亮，導致只有一部分段選顯示。經過調查了解到，這是由于在 Proteus 仿真時，軟件中，數碼管只有點亮和不亮兩種狀態，而實際做動態掃描時，數碼管是處于亮與不亮之間，通過二極管的余暉及人眼的視覺延遲來實現的，所以在軟件仿真時并不能完美的展示時鐘時間。不過，通過放慢掃描顯示的頻率，可以看到略顯閃爍的結果，證明軟硬件的仿真成功。 22 總 結 通過做這次畢業設計，我學到 了很多東西，首先是對 Proteus 及 Keil 等軟件的運用，并對 數碼管動態顯示 方面的知識有了更多的理解，在以前我只是對這些軟件有個大概的了解，但通過這次實踐，是我對這些軟件有了更深刻的了解，在以后的學習及工作中將會起到很大的作用，這次我將自己所學的知識運用到了實踐當中，使得理論有了實踐的指導。 但是由于我以前沒有 實際做過按鍵掃描控制數碼管動態掃描 這方面的內容，所以在有些內容的準備上還有很多不足之處，我希望自己通過這次設計可以有很大的提高，從這次實踐中學到一些經驗，并在以后的工作中有實踐的指導。 在硬件調試方面我 也學到了很多東西，對電路的檢查有了很多的經驗，在軟件編譯方面是我有了很好的編譯習慣，并掌握了一些軟件編譯技巧 。 在論文的編寫方面，讓我有了很好的文字表達能力及理論到實踐的應用能力，并對簡單的文字編譯有了更熟練的掌握。 總之，這次畢業設計使我受益匪淺，經過認真的制作，使 我對本科階段的學習有了圓滿的總結。