基于單片機(jī)的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)資料

基于單片機(jī)的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)資料,基于,單片機(jī),數(shù)字,設(shè)計(jì),資料 基于單片機(jī)的數(shù)字鐘設(shè)計(jì) The design of digital clock based on signal-chip computer 摘 要 基于單片機(jī)的定時(shí)和控制裝置在許多行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，而數(shù)字鐘是其中最基本的，也是最具有代表性的一個(gè)例子。 在基于單片機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字鐘電路中，除了基本的單片機(jī)系統(tǒng)和外圍電路外，還需要外部的控制和顯示裝置。本電路主要以單片機(jī)AT89S52為核心而設(shè)計(jì)的，通過(guò)單片機(jī)對(duì)信息的分析與處理，控制外圍設(shè)備。系統(tǒng)由復(fù)位模塊、時(shí)鐘模塊、溫度模塊、音樂(lè)模塊、光識(shí)模塊及顯示模塊共六個(gè)模塊組成，后來(lái)在時(shí)鐘模塊的基礎(chǔ)上又加載了日歷、星期的模塊。 本設(shè)計(jì)以單片機(jī)AT89S52為切入點(diǎn)，通過(guò)使用AT89S52的內(nèi)部的可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，結(jié)合對(duì)外接晶振的調(diào)節(jié)來(lái)確定一個(gè)合適的振蕩周期，從而確定出內(nèi)部的機(jī)器周期。再通過(guò)對(duì)內(nèi)部中斷程序的設(shè)置來(lái)設(shè)計(jì)出時(shí)鐘程序，即設(shè)計(jì)出了電子時(shí)鐘的核心。然后在核心電路的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了相應(yīng)的擴(kuò)展電路，使本設(shè)計(jì)更加實(shí)用。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；數(shù)碼顯示；溫度傳感器 ABSTRACT The timer equipment using micro controller unit is applied in many trades, the digital clock is the most fundamental example among them, and it is also a most typical example. In digital clock circuit based micro controller unit system, there are the external controlling and display device besides the fundamental monolithic machine system and the outer-ring circuit. The key of the circuit in this design is AT89S52, using the micro control system to process information to control the outer-ring circuit. The system is made up of circuit, clock circuit, music circuit, temperature circuit, and shine circuit. Date and week modul is the external part. This design focuses on monolithic integrated circuit AT89S52. Using AT89S52, which has the interior programmable timer/counter, the union foreign meets the crystal oscillator the adjustment to determine an appropriate duration of oscillation, thus determines theinterior the cycle of the system. And designing the internal interrupt procedure establishment to design the clock procedure, namely designed the core of electronic clock. Then design the expanded electric circuit to let this design more practical. Key Words：Micro control unit; LED shows; Sensor of temperature 目 錄 1. 引言 1 2. 關(guān)于單片機(jī) 2 2.1單片機(jī)的發(fā)展 2 2.2 單片機(jī)的開(kāi)發(fā)背景 4 2.2 單片機(jī)的開(kāi)發(fā)背景 5 2.3 AT89S52單片機(jī) 6 2.3.1 AT89S52單片機(jī)引腳功能 7 2.3.2 AT89S52單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 8 2.3.3 AT89S52單片機(jī)的硬件原理 10 3. 方案設(shè)計(jì)與論證 12 4. 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 13 5. 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 14 5.1 顯示部分電路的設(shè)計(jì) 14 5.1.1 LED數(shù)碼顯示管的基本原理 14 5.1.2 數(shù)碼管顯示模塊分析 14 5.1.3 LED顯示電路 15 5.2 控制部分電路的設(shè)計(jì) 15 5.2.1 時(shí)鐘模塊 15 5.2.2 溫度模塊 16 5.2.3 音樂(lè)模塊 16 5.2.4 復(fù)位模塊 16 5.2.5 光識(shí)模塊 17 6. 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 18 6.1 各模塊的程序設(shè)計(jì) 18 6.1.1 計(jì)時(shí)程序 18 6.1.2 定時(shí)鬧鐘程序 18 6.1.3 溫度程序 18 6.2 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的總體框圖 19 7. 系統(tǒng)電路的制作與調(diào)試 20 7.1 電路硬件焊接制作 20 7.2 調(diào)試的主要方法 20 7.3 系統(tǒng)調(diào)試 20 7.3.1 硬件調(diào)試 20 7.3.2 軟件調(diào)試 20 7.3.3 聯(lián)機(jī)調(diào)試 21 7.3.4調(diào)試中遇到的問(wèn)題及解決方法 21 結(jié)論 23 參考文獻(xiàn) 24 附錄1 數(shù)字鐘電路圖 26 附錄2 程序清單 27 附錄3 英文資料 59 附錄4 英文資料翻譯 69 致謝 77 II 1. 引言 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。 　　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，一旦重要事情，一時(shí)的耽誤可能釀成大禍。例如，許多火災(zāi)都是由于人們一時(shí)忘記了關(guān)閉煤氣或是忘記充電時(shí)間。尤其在醫(yī)院，每次護(hù)士都會(huì)給病人作皮試，測(cè)試病人是否對(duì)藥物過(guò)敏。注射后，一般等待5分鐘，一旦超時(shí)，所作的皮試試驗(yàn)就會(huì)無(wú)效。手表當(dāng)然是一個(gè)好的選擇，但是，隨著接受皮試的人數(shù)增加，到底是哪個(gè)人的皮試到時(shí)間卻難以判斷。所以，要制作一個(gè)定時(shí)系統(tǒng)。隨時(shí)提醒這些容易忘記時(shí)間的人。 　　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。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、定時(shí)啟閉電路、定時(shí)開(kāi)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。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。 基于單片機(jī)的定時(shí)和控制裝置在許多行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，數(shù)字鐘作為其中最基本的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單應(yīng)用廣泛的特點(diǎn)。數(shù)字鐘中使用了單片機(jī)中最為常用的輸入輸出設(shè)備按鍵開(kāi)關(guān)和數(shù)碼管；數(shù)字鐘程序主要應(yīng)用單片機(jī)的定時(shí)器和中斷實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)和顯示功能。當(dāng)今數(shù)字種作為一個(gè)單元電路被廣泛應(yīng)用于電子表、電子萬(wàn)年歷等產(chǎn)品中，帶來(lái)廣泛的經(jīng)濟(jì)效益。 目前的單片機(jī)產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機(jī)除了功能強(qiáng)和功耗低外，還要求其體積要小?，F(xiàn)在雖然單片機(jī)的品種繁多，各具特色，但仍以80C51為核心的單片機(jī)占主流，兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有PHILIPS公司的產(chǎn)品，ATMEL公司的產(chǎn)品和中國(guó)臺(tái)灣的Winbond系列單片機(jī)。所以C8051為核心的單片機(jī)占據(jù)了半壁江山。而Microchip公司的PIC精簡(jiǎn)指令集(RISC)也有著強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭，中國(guó)臺(tái)灣的HOLTEK公司近年的單片機(jī)產(chǎn)量與日俱增，與其低價(jià)質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢(shì)，占據(jù)一定的市場(chǎng)分額。此外還有MOTOROLA公司的產(chǎn)品，日本幾大公司的專(zhuān)用單片機(jī)。在一定的時(shí)期內(nèi)，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個(gè)單片機(jī)一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補(bǔ)，相輔相成、共同發(fā)展的道路。單片機(jī)的可靠性及應(yīng)用水平越來(lái)越高和互聯(lián)網(wǎng)連接已是一種明顯的走向。單片機(jī)從功能上講可以說(shuō)是萬(wàn)用機(jī)。目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，趨勢(shì)將是進(jìn)一步向著CMOS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。當(dāng)今，單片機(jī)廣泛地用于各種儀器儀表，使儀器儀表智能化，并可以提高測(cè)量的自動(dòng)化程度和精度，簡(jiǎn)化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性能價(jià)格比。單片機(jī)也廣泛地用于各種實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中。例如，在工業(yè)測(cè)控、航空航天、尖端武器、機(jī)器人等各種實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，都可以用單片機(jī)作為控制器。單片機(jī)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理能力和控制功能，可使系統(tǒng)保持在最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。自從單片機(jī)誕生以后，它就步入了人類(lèi)生活，如洗衣機(jī)、電冰箱、電子玩具、收錄機(jī)等家用電器配上單片機(jī)后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人們喜愛(ài)。單片機(jī)將使人類(lèi)生活更加方便、舒適、豐富多彩。單片機(jī)已成為計(jì)算機(jī)發(fā)展和應(yīng)用的一個(gè)重要方面。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。隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展及系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平的提高，單片機(jī)還會(huì)不斷產(chǎn)生新的變化和進(jìn)步。在不久的將來(lái)，最終單片機(jī)與微機(jī)系統(tǒng)之間的距離越來(lái)越小，甚至難以辨認(rèn)。 　 2.關(guān)于單片機(jī) 2.1單片機(jī)的發(fā)展 單片機(jī)自問(wèn)世以來(lái)，性能不斷提高和完善，其資源又能滿(mǎn)足很多應(yīng)用場(chǎng)合的需要，加之單片機(jī)具有集成度高、功能強(qiáng)、速度快、體積小、功耗低、使用方便、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，因此，在工業(yè)控制、智能儀器儀表、數(shù)據(jù)采集和處理、通信系統(tǒng)、高級(jí)計(jì)算器、家用電器等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，并且正在逐步取代現(xiàn)有的多片微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)的潛力越來(lái)越被人們所重視。特別是當(dāng)前用CMOS工藝制成的各種單片機(jī)，由于功耗低，使用的溫度范圍大，抗干擾能力強(qiáng)、能滿(mǎn)足一些特殊要求的應(yīng)用場(chǎng)合，更加擴(kuò)大了單片機(jī)的應(yīng)用范圍，也進(jìn)一步促使單片機(jī)性能的發(fā)展。而現(xiàn)在單片機(jī)在液晶顯示上也有了很多的應(yīng)用。 隨著科技不斷進(jìn)步，各種顯示技術(shù)如雨后春筍般誕生,由于液晶顯示器（LCD）具有輕薄短小、低耗電量、無(wú)輻射危險(xiǎn)，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢(shì)，在近年來(lái)價(jià)格不斷下跌的吸引下，逐漸取代CRT之主流地位，顯示器明日之星架勢(shì)十足。液晶顯示器件從初期的實(shí)驗(yàn)室到現(xiàn)在的生產(chǎn)廠家，已形成較大規(guī)模的生產(chǎn)能力，使液晶顯示形成了獨(dú)立的產(chǎn)業(yè)部門(mén)。而今，液晶顯示已經(jīng)應(yīng)用于人們生產(chǎn)、生活中的各個(gè)領(lǐng)域，人們時(shí)時(shí)處處都要與這一神奇而又普通的產(chǎn)品打交道。液晶顯示技術(shù)以它跨越多學(xué)科的工作原理，高技術(shù)、專(zhuān)業(yè)化的制造工藝使它披上了一層神秘的面紗，而它輕巧薄形的體態(tài)，獨(dú)特而理想的性能以及廣泛的應(yīng)用價(jià)值，又使它充滿(mǎn)魅力，深深地吸引著人們。 在單片機(jī)技術(shù)日趨成熟的今天，其靈活的硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件的設(shè)計(jì)，讓單片機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用，幾乎是從小的電子產(chǎn)品，到大的工業(yè)控制，單片機(jī)都起到了舉足輕重的作用。單片機(jī)小的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)幾乎是所有具有可編程硬件的一個(gè)縮影，可謂是“麻雀雖小，肝膽俱全”，單片機(jī)的學(xué)習(xí)和研究是對(duì)微機(jī)系統(tǒng)學(xué)習(xí)和研究的簡(jiǎn)捷途徑。 在目前，用戶(hù)對(duì)單片機(jī)的需要越來(lái)越多，但是，要求也越來(lái)越高，因此，單片機(jī)也在不斷的發(fā)展和進(jìn)步。單片機(jī)的技術(shù)進(jìn)步主要反映在內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功率消耗、外部電壓等級(jí)以及制造工藝上。在這幾方面，較為典型地說(shuō)明了數(shù)字單片機(jī)的水平。下面分別就這三個(gè)方面說(shuō)明單片機(jī)的技術(shù)進(jìn)步狀況。 （1）內(nèi)部結(jié)構(gòu)的進(jìn)步 單片機(jī)在內(nèi)部已集成了越來(lái)越多的部件，這些部件包括一般常用的電路，例如：定時(shí)器，比較器，A/轉(zhuǎn)換器，D /A轉(zhuǎn)換器，串行通信接口，Watchdog電路，LCD控制器等。 　　有的單片機(jī)為了構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)或形成局部網(wǎng)，內(nèi)部含有局部網(wǎng)絡(luò)控制模塊CAN。例如，Infineon公司的C 505C，C515C，C167CR，C167CS-32FM，81C90；Motorola公司的68HC08AZ 系列等。特別是在單片機(jī)C167CS-32FM中，內(nèi)部還含有2個(gè)CAN。因此，這類(lèi)單片機(jī)十分容易構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。特別是在控制，系統(tǒng)較為復(fù)雜時(shí)，構(gòu)成一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)十分有用。 　　為了能在變頻控制中方便使用單片機(jī)，形成最具經(jīng)濟(jì)效益的嵌入式控制系統(tǒng)。有的單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置了專(zhuān)門(mén)用于變頻控制的脈寬調(diào)制控制電路，這些單片機(jī)有Fujitsu公司的MB89850系列、MB89860系列；Motorola 公司的MC68HC08MR16、MR24等。在這些單片機(jī)中，脈寬調(diào)制電路有6個(gè)通道輸出，可產(chǎn)生三相脈寬調(diào)制交流電壓，并內(nèi)部含死區(qū)控制等功能。 （2）功耗、封裝及電源電壓的進(jìn)步 　　現(xiàn)在新的單片機(jī)的功耗越來(lái)越小，特別是很多單片機(jī)都設(shè)置了多種工作方式，這些工作方式包括等待，暫停，睡眠，空閑，節(jié)電等工作方式。Philips公司的單片機(jī)P87LPC762是一個(gè)很典型的例子，在空閑時(shí)，其功耗為1.5 mA，而在節(jié)電方式中，其功耗只有0.5mA。而在功耗上最令人驚嘆的是TI公司的單片機(jī)MSP430系列，它是一個(gè) 16位的系列，有超低功耗工作方式。它的低功耗方式有LPM1、LPM3、LPM4三種。當(dāng)電源為3V時(shí)，如果工作于 LMP1方式，即使外圍電路處于活動(dòng)，由于CPU不活動(dòng)，振蕩器處于1～4MHz，這時(shí)功耗只有50?A。在LPM3 時(shí)，振蕩器處于32kHz，這時(shí)功耗只有1.3?A。在LPM4時(shí)，CPU、外圍及振蕩器32kHz都不活動(dòng)，則功耗只有0.1?A。 　　現(xiàn)在單片機(jī)的封裝水平已大大提高，隨著貼片工藝的出現(xiàn)，單片機(jī)也大量采用了各種合符貼片工藝的封裝方式出現(xiàn)，以大量減少體積。在這種形勢(shì)中，Microchip公司推出的8引腳的單片機(jī)特別引人注目。這是PIC12CXXX系列。它含有0.5～2K程序存儲(chǔ)器，25～128字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，6個(gè)I/O端口以及一個(gè)定時(shí)器，有的還含4道A/D ，完全可以滿(mǎn)足一些低檔系統(tǒng)的應(yīng)用。擴(kuò)大電源電壓范圍以及在較低電壓下仍然能工作是今天單片機(jī)發(fā)展的目標(biāo)之一。目前，一般單片機(jī)都可以在3.3～5.5V的條件下工作。而一些廠家，則生產(chǎn)出可以在2.2～6V的條件下工作的單片機(jī)。這些單片機(jī)有Fujitsu公司的MB89191～89195，MB89121～125A，MB89130系列等，應(yīng)該說(shuō)該公司的F2MC-8L系列單片機(jī)絕大多數(shù)都滿(mǎn)足2.2～6V的工作電壓條件。而TI公司的MSP430X11X系列的工作電壓也是低達(dá)2.2V的。 （3）工藝上的進(jìn)步 　　現(xiàn)在的單片機(jī)基本上采用CMOS技術(shù)，但已經(jīng)大多數(shù)采用了0.6?m以上的光刻工藝，有個(gè)別的公司，如Motorola公司則已采用0.35?m甚至是0.25?m技術(shù)。這些技術(shù)的進(jìn)步大大地提高了單片機(jī)的內(nèi)部密度和可靠性。 單片機(jī)在目前的發(fā)展形勢(shì)下，可靠性及應(yīng)用越來(lái)越高的水平和互聯(lián)網(wǎng)連接已是一種明顯的走向。所集成的部件越來(lái)越多；NS（美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體）公司的單片機(jī)已把語(yǔ)音、圖象部件也集成到單片機(jī)中，也就是說(shuō)，單片機(jī)的意義只是在于單片集成電路，而不在于其功能了；如果從功能上講它可以講是萬(wàn)用機(jī)。原因是其內(nèi)部已集成上各種應(yīng)用電路。 功耗越來(lái)越低和模擬電路結(jié)合越來(lái)越多也將會(huì)成為單片機(jī)的一個(gè)發(fā)展的方向。隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展及系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平的提高，單片機(jī)還會(huì)不斷產(chǎn)生新的變化和進(jìn)步，最終人們可能發(fā)現(xiàn)：?jiǎn)纹瑱C(jī)與微機(jī)系統(tǒng)之間的距離越來(lái)越小，甚至難以辨認(rèn)。 2.2 單片機(jī)的開(kāi)發(fā)背景 現(xiàn)代工業(yè)控制和一些智能化儀器儀表中,越來(lái)越多的場(chǎng)所需要用點(diǎn)陣圖形顯示器顯示漢字。液晶顯示器是人與機(jī)器溝通的重要界面，而且液晶顯示器也有如下特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出來(lái)會(huì)有很大的應(yīng)用空間。液晶顯示器目前發(fā)展最快，也已經(jīng)成為電子信息產(chǎn)業(yè)的支柱性產(chǎn)業(yè)之一，受到普遍關(guān)注與重視。那么液晶顯示器與傳統(tǒng)的顯示器相比，到底有什么新的特點(diǎn)呢? ⑴ 質(zhì)量高 由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器畫(huà)質(zhì)高而且絕對(duì)不會(huì)閃爍，把眼睛疲勞降到最低。 ⑵ 沒(méi)有電磁輻射 傳統(tǒng)顯示器的顯示材料是熒光粉，通過(guò)電子束撞擊熒光粉而顯示，電子束在打到熒光粉上的一剎那間會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁輻射，盡管目前有許多顯示器產(chǎn)品在處理輻射問(wèn)題上進(jìn)行了比較有效的處理，盡可能地把輻射量降到最低，但要徹底消除是困難的。相對(duì)來(lái)說(shuō)，液晶顯示器在防止輻射方面具有先天的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗揪筒淮嬖谳椛洹? ⑶ 可視面積大 對(duì)于相同尺寸的顯示器來(lái)說(shuō)，液晶顯示器的可視面積要更大一些。液晶顯示器的可視面積跟它的對(duì)角線尺寸相同。陰極射線管顯示器顯像管前面板四周有一英寸左右的邊框不能用于顯示。 ⑷ 應(yīng)用范圍廣 最初的液晶顯示器由于無(wú)法顯示細(xì)膩的字符，通常應(yīng)用在電子表、計(jì)算器上。而隨后出現(xiàn)的DSTN和TFT則被廣泛制作成電腦中的液晶顯示設(shè)備，DSTN液晶顯示屏用于早期的筆記本電腦；TFT則既應(yīng)用在筆記本電腦上（現(xiàn)在大多數(shù)筆記本電腦都使用TFT顯示屏），又用于主流臺(tái)式顯示器上。 ⑸ 畫(huà)面效果好 與傳統(tǒng)顯示器相比，液晶顯示器一開(kāi)始就使用純平面的玻璃板，其顯示效果是平面直角的，讓人有一種耳目一新的感覺(jué)。而且液晶顯示器更容易在小面積屏幕上實(shí)現(xiàn)高分辨率。 ⑹ 數(shù)字式接口 液晶顯示器都是數(shù)字式的，不像陰極射線管彩顯采用模擬接口。也就是說(shuō)，使用液晶顯示器，顯卡再也不需要像往常那樣把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化成模擬信號(hào)再行輸出了。理論上，這會(huì)使色彩和定位都更加準(zhǔn)確完美。 ⑺ 體積小 傳統(tǒng)的陰極射線管顯示器，后面總是拖著一個(gè)笨重的射線管。液晶顯示器突破了這一限制，給人一種全新的感覺(jué)。傳統(tǒng)顯示器是通過(guò)電子槍發(fā)射電子束到屏幕，因而顯像管的管頸不能做得很短，當(dāng)屏幕增加時(shí)也必然增大整個(gè)顯示器的體積。而液晶顯示器通過(guò)顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來(lái)達(dá)到顯示目的，即使屏幕加大，它的體積也不會(huì)成正比的增加，而且在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。 ⑻ 功率消耗小 傳統(tǒng)的顯示器內(nèi)部由許多電路組成，這些電路驅(qū)動(dòng)著陰極射線顯像管工作時(shí)，需要消耗很大的功率，而且隨著體積的不斷增大，其內(nèi)部電路消耗的功率肯定也會(huì)隨之增大。相比而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)IC上，因而耗電量比傳統(tǒng)顯示器也要小得多。 2.2 單片機(jī)的開(kāi)發(fā)背景 現(xiàn)代工業(yè)控制和一些智能化儀器儀表中,越來(lái)越多的場(chǎng)所需要用點(diǎn)陣圖形顯示器顯示漢字。液晶顯示器是人與機(jī)器溝通的重要界面，而且液晶顯示器也有如下特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出來(lái)會(huì)有很大的應(yīng)用空間。液晶顯示器目前發(fā)展最快，也已經(jīng)成為電子信息產(chǎn)業(yè)的支柱性產(chǎn)業(yè)之一，受到普遍關(guān)注與重視。那么液晶顯示器與傳統(tǒng)的顯示器相比，到底有什么新的特點(diǎn)呢? ⑴ 質(zhì)量高 由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器畫(huà)質(zhì)高而且絕對(duì)不會(huì)閃爍，把眼睛疲勞降到最低。 ⑵ 沒(méi)有電磁輻射 傳統(tǒng)顯示器的顯示材料是熒光粉，通過(guò)電子束撞擊熒光粉而顯示，電子束在打到熒光粉上的一剎那間會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁輻射，盡管目前有許多顯示器產(chǎn)品在處理輻射問(wèn)題上進(jìn)行了比較有效的處理，盡可能地把輻射量降到最低，但要徹底消除是困難的。相對(duì)來(lái)說(shuō)，液晶顯示器在防止輻射方面具有先天的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗揪筒淮嬖谳椛洹? ⑶ 可視面積大 對(duì)于相同尺寸的顯示器來(lái)說(shuō)，液晶顯示器的可視面積要更大一些。液晶顯示器的可視面積跟它的對(duì)角線尺寸相同。陰極射線管顯示器顯像管前面板四周有一英寸左右的邊框不能用于顯示。 ⑷ 應(yīng)用范圍廣 最初的液晶顯示器由于無(wú)法顯示細(xì)膩的字符，通常應(yīng)用在電子表、計(jì)算器上。而隨后出現(xiàn)的DSTN和TFT則被廣泛制作成電腦中的液晶顯示設(shè)備，DSTN液晶顯示屏用于早期的筆記本電腦；TFT則既應(yīng)用在筆記本電腦上（現(xiàn)在大多數(shù)筆記本電腦都使用TFT顯示屏），又用于主流臺(tái)式顯示器上。 ⑸ 畫(huà)面效果好 與傳統(tǒng)顯示器相比，液晶顯示器一開(kāi)始就使用純平面的玻璃板，其顯示效果是平面直角的，讓人有一種耳目一新的感覺(jué)。而且液晶顯示器更容易在小面積屏幕上實(shí)現(xiàn)高分辨率。 ⑹ 數(shù)字式接口 液晶顯示器都是數(shù)字式的，不像陰極射線管彩顯采用模擬接口。也就是說(shuō)，使用液晶顯示器，顯卡再也不需要像往常那樣把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化成模擬信號(hào)再行輸出了。理論上，這會(huì)使色彩和定位都更加準(zhǔn)確完美。 ⑺ 體積小 傳統(tǒng)的陰極射線管顯示器，后面總是拖著一個(gè)笨重的射線管。液晶顯示器突破了這一限制，給人一種全新的感覺(jué)。傳統(tǒng)顯示器是通過(guò)電子槍發(fā)射電子束到屏幕，因而顯像管的管頸不能做得很短，當(dāng)屏幕增加時(shí)也必然增大整個(gè)顯示器的體積。而液晶顯示器通過(guò)顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來(lái)達(dá)到顯示目的，即使屏幕加大，它的體積也不會(huì)成正比的增加，而且在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。 ⑻ 功率消耗小 傳統(tǒng)的顯示器內(nèi)部由許多電路組成，這些電路驅(qū)動(dòng)著陰極射線顯像管工作時(shí)，需要消耗很大的功率，而且隨著體積的不斷增大，其內(nèi)部電路消耗的功率肯定也會(huì)隨之增大。相比而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)IC上，因而耗電量比傳統(tǒng)顯示器也要小得多。 2.3 AT89S52單片機(jī) AT89S52 是一種低功耗、高性能CMOS8 位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash ，使得AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k 字節(jié)Flash，256 字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門(mén)狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6 向量2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM 、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 圖2-1AT89S52的引腳 2.3.1 AT89S52單片機(jī)引腳功能 P0 口：P0 口是一個(gè)8 位漏極開(kāi)路的雙向I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P0 端口寫(xiě)“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0 口也被作為低8 位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0 具有內(nèi)部上拉電阻。 P1 口：P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P1 端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0 和P1.2 分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2 的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如下表所示。在flash 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口接收低8 位地址字節(jié)。 P2 口：P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P2 端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR）時(shí)，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8 位地址（如MOVX @RI ）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2 口輸出P2 鎖存器的內(nèi)容。 P3 口：P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P3 端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。 RST: 復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，RST 腳持續(xù)2 個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位。看門(mén)狗計(jì)時(shí)完成后，RST 腳輸出96 個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR( 地址8EH) 上的DISRTO 位可以使此功能無(wú)效。DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 ALE/PROG：地址鎖存控制信號(hào)（ALE）是訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。在flash 編程時(shí)，此引腳（PROG ）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來(lái)作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE 脈沖將會(huì)跳過(guò)。如果需要，通過(guò)將地址為8EH 的SFR 的第0 位置“1”，ALE 操作將無(wú)效。這一位置“1”，ALE 僅在執(zhí)行MOVX 或MOVC 指令時(shí)有效。 PSEN: 外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（PSEN）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng)AT89S52 從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，PSEN 在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，PSEN 將不被激活。 EA/VPP: 訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從0000H 到FFFFH 的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，EA 必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA 應(yīng)該接VCC。 在flash 編程期間，EA 也接收12 伏VPP 電壓。 2.3.2 AT89S52單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) MCS-51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)有如下一些主要特點(diǎn)： ① 內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（ROM）和內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）容量 MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部ROM和內(nèi)部RAM的容量如表-1所示： 表-1 MCS-51單片機(jī)存儲(chǔ)器容量 存儲(chǔ)器類(lèi)型 單片機(jī)類(lèi)型 掩模ROM EPROM RAM MCS-51 51子系列 8031 / / 128B 8051 4KB / 128B 8751 / 4KB 128B 52子系列 8032 / / 256B 8052 8KB / 256B ② 輸入/輸出（I/O）口 MCS-51單片機(jī)內(nèi)的I/O口的數(shù)量和種類(lèi)較多且齊全，尤其是它有一個(gè)全雙工的串行口。該串口是利用兩根I/O口線構(gòu)成的，有四種工作方式，可通過(guò)編程選定，MCS-51有32根I/O口線，而MCS-48只有27根。 ③ 外部程序存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址空間 MCS-51可對(duì)64KB的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址且不受該系列中各種芯片型號(hào)的影響，而對(duì)程序存儲(chǔ)器是內(nèi)外總空間為64KB，故根據(jù)表-1不同的芯片型號(hào)，MCS-51外部程序存儲(chǔ)器最大尋址范圍為64KB。 ④ 中斷與堆棧 MCS-51有5個(gè)中斷源（對(duì)8032/8052為6個(gè)），分為2個(gè)優(yōu)先級(jí)，每個(gè)中斷源的優(yōu)先級(jí)是可編程的。它的堆棧位置也是可編程的，堆棧深度可達(dá)128字節(jié)。而MCS-48只有不分優(yōu)先級(jí)的2個(gè)中斷源，且堆棧設(shè)置在片內(nèi)RAM的16個(gè)字節(jié)的固定單元內(nèi)。 ⑤ 定時(shí)/計(jì)數(shù)器與寄存器區(qū) MCS-51子系列有2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，通過(guò)編程可以實(shí)現(xiàn)四種工作模式。MCS-52子系列則有3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。而MCS-48只有一個(gè)8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。MCS-51在內(nèi)部RAM中開(kāi)設(shè)了四個(gè)通用工作寄存器區(qū)，共32個(gè)通用寄存器，以適應(yīng)多種中斷或子程序嵌套的要求。而MCS-48的內(nèi)部RAM中只有兩個(gè)通用工作寄存器區(qū)，每個(gè)寄存器區(qū)包含8個(gè)8位寄存器。 2.3.3 AT89S52單片機(jī)的硬件原理 ⑴ 如圖所示，圖為單片機(jī)的基本外圍電路。20管腳接地，40管腳接+5V電源，為單片機(jī)工作提供電源。18及19管腳接晶振，為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)，晶振為12MHz。晶振的振蕩頻率越高，系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率越高，單片機(jī)工作的速度也越高。對(duì)于液晶顯示電路的設(shè)計(jì)，需要單片機(jī)有較高的工作效率，所以選擇比較高頻率的晶振，從而提高液晶屏幕的刷新速率，獲得更加連貫、流暢的圖像顯示。根據(jù)需要還可以加上復(fù)位電路，復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作?；蛘弋?dāng)單片機(jī)程序運(yùn)行出錯(cuò)導(dǎo)致死鎖狀態(tài)的時(shí)候，為擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)。 圖2-2 AT89S52單片機(jī)基本外圍電路 圖 2-3 單片機(jī)和液晶模塊連接電路 AT89S52 LCM ⑵ 如圖2-3所示，左邊為單片機(jī)模塊，右邊為液晶模塊。單片機(jī)的P0口與液晶模塊的8個(gè)數(shù)據(jù)端口相連，作為數(shù)據(jù)傳送端口。 P2.4、5、7、8與液晶模塊的片選CS1、CS2和R/W、D/I相連，作為控制字的寫(xiě)入。液晶模塊的E端為使能端，由單片機(jī)的P2.3和P3.7、8三個(gè)口送信號(hào)至與非門(mén)驅(qū)動(dòng)液晶模塊，同時(shí)給使能端提供高低電平，控制液晶模塊工作。液晶模塊的VSS接地，VCC和V0接滑動(dòng)變阻器，VCC接正5V電源，通過(guò)滑動(dòng)變阻器分壓，從而為液晶模塊更好的工作提供電源，也作為液晶顯示屏的亮度控制端。此圖即為單片機(jī)控制液晶顯示的基本電路。其中的與非門(mén)組合可以用74LS00芯片，74LS00可以提供3個(gè)與非門(mén)。本設(shè)計(jì)電路成本低，元件比較普通，市場(chǎng)上可以輕易買(mǎi)到，為整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)提供方便。電路簡(jiǎn)單易于焊接，調(diào)試中也能減少很多麻煩。 3. 方案設(shè)計(jì)與論證 　　按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，初步確定設(shè)計(jì)系統(tǒng)由復(fù)位模塊、時(shí)鐘模塊、音樂(lè)模塊、光識(shí)模塊及顯示模塊共五個(gè)模塊組成，后來(lái)在時(shí)鐘模塊的基礎(chǔ)上又加載了日歷、星期的模塊，為了使本設(shè)計(jì)中的數(shù)字鐘的功能更加完善和強(qiáng)大，最后又將溫度顯示加入了設(shè)計(jì)方案中。 首先以單片機(jī)AT89S52為入手點(diǎn)，通過(guò)使用AT89S52的內(nèi)部的可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，結(jié)合對(duì)外接晶振的調(diào)節(jié)來(lái)確定一個(gè)合適的振蕩周期，從而確定出內(nèi)部的機(jī)器周期。再通過(guò)對(duì)內(nèi)部中斷程序的設(shè)置來(lái)設(shè)計(jì)出時(shí)鐘程序，即設(shè)計(jì)出了電子時(shí)鐘的核心。 根據(jù)題目的要求，我設(shè)計(jì)了以下方案： 設(shè)計(jì)中加載了年、月、日的設(shè)計(jì)，剛開(kāi)始時(shí)打算用18個(gè)共陽(yáng)數(shù)碼管，考慮到數(shù)碼管太多是畢會(huì)給硬件電路帶來(lái)麻煩，經(jīng)過(guò)考慮后，決定把年、月、日與時(shí)間設(shè)置到一組數(shù)碼管上來(lái)，即六個(gè)數(shù)碼管即能顯示時(shí)間又能顯示年、月、日，這樣一來(lái)就方便了硬件電路。 主控芯片使用51系列AT89S52單片機(jī)，溫度模塊設(shè)計(jì)中，溫度元件采用AD590，利用AD590以及接口電路把溫度轉(zhuǎn)換成模擬電壓，經(jīng)由ADC0804轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后經(jīng)AT89S52處理顯示溫度。但由于AD590價(jià)錢(qián)比較貴，且只能轉(zhuǎn)換成模擬電壓，這樣一來(lái)硬件就要增加更多的器件且又不經(jīng)濟(jì)，經(jīng)查找發(fā)現(xiàn)18B20溫度傳感器價(jià)錢(qián)便宜且可以直接把溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字量測(cè)溫范圍為-55—125度，最大分辨率可達(dá)0.0625度，采用3線制與單片機(jī)相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)，所以我選擇了18B20溫度傳感器。 　在音樂(lè)模塊的設(shè)計(jì)中，我決定采用音樂(lè)芯片，這樣可以避免對(duì)鈴聲音樂(lè)的編程，即節(jié)省了時(shí)間，又減少了在程序中發(fā)生錯(cuò)誤的可能性。 4. 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 AT89S52 主控模塊 光識(shí)電路 溫度電路 音樂(lè)電路 顯示電路 電路 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 圖4-1 在本設(shè)計(jì)中，以按鍵開(kāi)關(guān)作為輸入裝置，LED七段數(shù)碼顯示管作為顯示裝置，因此，各按鍵開(kāi)關(guān)的功能為： S1鍵：P1.0口 時(shí)間調(diào)整 S2鍵：P1.1口 日期調(diào)整 S3健; p1.2口 鬧鈴設(shè)置 S4健: p1.3口 鬧鈴開(kāi)關(guān) 5. 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 電路是由控制部分和顯示部分兩大部分組成。利用單片機(jī)程序進(jìn)行控制，并通過(guò)數(shù)碼管進(jìn)行顯示。 5.1 顯示部分電路的設(shè)計(jì) 5.1.1 LED數(shù)碼顯示管的基本原理 用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管有很多方法，按顯示方式分，有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示，按譯碼方式可分為硬件譯碼和軟件譯碼。 靜態(tài)顯示是顯示驅(qū)動(dòng)電路具有輸出鎖存功能，單片機(jī)將要顯示的數(shù)據(jù)送出后不再控制LED，直到下次顯示時(shí)再傳送一次新的顯示數(shù)據(jù)。靜態(tài)顯示的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用CPU時(shí)間少。 動(dòng)態(tài)顯示要CPU時(shí)刻對(duì)顯示器件進(jìn)行刷新，顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用CPU時(shí)間多。 這兩種顯示方式各有利弊：靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)顯示穩(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，使用的電路硬件較多；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。 動(dòng)態(tài)掃描顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最廣泛的一種顯示方式。其接口電路是把所有LED顯示器的8個(gè)筆劃段A～D、DP的同名端連在一起，而每一個(gè)數(shù)碼管的公共端COM是各自獨(dú)立地受I/O線控制。CPU向字段輸出口送出字形碼時(shí)，所有顯示器接受到相同的字形碼，但究竟是哪個(gè)顯示器亮，則取決于COM端，而這一端是由I/O控制的，可以自行決定何時(shí)顯示哪一位了。而所謂動(dòng)態(tài)掃描就是指我們采用分時(shí)的方法，輪流控制各個(gè)顯示器的COM端，是各個(gè)顯示器輪流點(diǎn)亮。 在輪流點(diǎn)亮掃描過(guò)程中，每位顯示器的點(diǎn)亮?xí)r間是極為短暫的，約1ms左右，但由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位顯示器并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感。 從上述的論述中，可以看出動(dòng)態(tài)顯示方案具備一定的實(shí)用性，也是目前單片機(jī)數(shù)碼管顯示中較為常用的一種顯示方法。所以，本設(shè)計(jì)也采用動(dòng)態(tài)顯示方案。 5.1.2 數(shù)碼管顯示模塊分析 電路先通過(guò)電源電路送出+5V電壓，單片機(jī)AT89S52通過(guò)74LS47和CD4515（4—16譯碼器）驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示數(shù)值, 顯示部分采用普通共陽(yáng)極數(shù)碼管顯示，采用動(dòng)態(tài)掃描，以減少硬件電路?？紤]到一次掃描12位數(shù)碼管顯示時(shí)會(huì)出現(xiàn)閃爍情況，設(shè)計(jì)時(shí)分兩排顯示，一排顯示時(shí)間和年月日，一排顯示星期和溫度， 共陽(yáng)極數(shù)碼管中8個(gè)發(fā)光 二極管的陽(yáng)極（二極管正端）連在一起。通常，公共陽(yáng)極接高電平（一般接電源），其它管腳接段驅(qū)動(dòng)電路輸出端。當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸入端為低電平時(shí)，該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮。根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時(shí)，要求段驅(qū)動(dòng)電路能吸收額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來(lái)確定相應(yīng)的限流電阻。采用動(dòng)態(tài)顯示方式，比較節(jié)省I/O口，硬件電路也較靜態(tài)顯示簡(jiǎn)單，但其亮度不如靜態(tài)顯示方式，而且在顯示位數(shù)較多時(shí)，CPU要依次掃描，占用CPU較多時(shí)間。 ?為了提供共陽(yáng)LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)電壓，用三極管9012作電源驅(qū)動(dòng)輸出。采用12MHz晶振，有利于提高秒計(jì)時(shí)的精確性。； 5.1.3 LED顯示電路 圖5-1 5.2 控制部分電路的設(shè)計(jì) 5.2.1 時(shí)鐘模塊 利用芯片內(nèi)部的振蕩器，然后在引腳XTAL1和引腳?XTAL2兩端接晶體諧振器，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部的時(shí)鐘電路，如圖外接晶振時(shí)，C1和C2的值通常選擇30pF； C1、C2對(duì)頻率有微調(diào)作用，晶體諧振器的頻率12MHz。為了減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作，振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近。設(shè)置了12—24兩種顯示狀態(tài)，調(diào)整計(jì)時(shí)的按鍵、設(shè)置定時(shí)的按鍵且定時(shí)設(shè)置了3次定時(shí)、還另加載了星期、年、月、日的調(diào)整及閏年的自動(dòng)調(diào)整。 5.2.2 溫度模塊 主要由18B20通過(guò)單片機(jī)AT89S52中的溫度程序不斷的檢測(cè)溫度來(lái)顯示溫度。 18B20溫度傳感器工作原理：DS18B20溫度傳感器是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫度，并可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)9—12位的數(shù)字值讀數(shù)方式，DS18B20的性能特點(diǎn)如下： 1、獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)引腳進(jìn)行通信； 2、多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能； 3、無(wú)須外部器件； 4、可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.0---5.5V； 5、零待機(jī)功耗； 6、溫度以9或12位數(shù)字量讀出； 7、用戶(hù)可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置； 8、報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件； 9、負(fù)電壓特性，電源極性接反是，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 5.2.3 音樂(lè)模塊 通過(guò)LM386N-1給揚(yáng)聲器信號(hào)來(lái)發(fā)出音樂(lè)，這個(gè)模塊主要是為時(shí)鐘定時(shí)到時(shí)發(fā)出音樂(lè)鬧鈴，而在軟件部分設(shè)置了可以一次設(shè)置3次定時(shí)，每次定時(shí)到時(shí)，音樂(lè)程序中編了6種音樂(lè)，它可以自動(dòng)選擇6種音樂(lè)中的任一音樂(lè)響1分鐘，如果中間不想讓鬧鈴響可以按一按鍵，鬧鈴就立刻停止。 5.2.4 復(fù)位模塊 單片機(jī)復(fù)位電路是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從該狀態(tài)開(kāi)始工作，例如復(fù)位后PC=0000H，使單片機(jī)從第一個(gè)單元取指令。無(wú)論是在單片機(jī)剛接上電源時(shí)，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位。 電路圖為： 圖5-2 5.2.5 光識(shí)模塊 同樣也是為定時(shí)服務(wù)的，只要定時(shí)到，組成心字的18只發(fā)光二極管就會(huì)按程序全亮全滅20次，如此循環(huán)。 電路圖為： AT89S52 P1 圖5-3 6. 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 6.1 各模塊的程序設(shè)計(jì) 6.1.1 計(jì)時(shí)程序 計(jì)時(shí)程序是實(shí)現(xiàn)電子時(shí)鐘的核心內(nèi)容，本程序用中斷time0來(lái)控制，計(jì)時(shí)顯示的單元從50h開(kāi)始，50h=秒的個(gè)位，51h=秒的十位，52h=分的個(gè)位，53h=分的十位，54h=時(shí)的個(gè)位，55h=時(shí)的十位 org 000bh 83 jmp time0 mov tmod,#00010001b mov ie,#10001010b mov ip,#00000010b mov th0,#(65536-2000)/256 mov tl0,#low(65536-2000) mov 4fh,#02;兩個(gè)中斷250次為1秒 6.1.2 定時(shí)鬧鐘程序 作用是判斷時(shí)間是否與設(shè)置的鬧鐘時(shí)間相等，如相等則開(kāi)啟鬧鐘。 片機(jī)內(nèi)定時(shí)振鈴開(kāi)關(guān)使用軟件開(kāi)關(guān)，即用標(biāo)志寄存器，且程序設(shè)置了3次定時(shí)，可見(jiàn)要使電子時(shí)鐘定時(shí)打鈴，必須同時(shí)具備兩個(gè)條件，第一：定時(shí)振鈴開(kāi)；第二：當(dāng)前定時(shí)項(xiàng)數(shù)不為0項(xiàng)。 因?yàn)橐闺娮訒r(shí)鐘定時(shí)打鈴，必須同時(shí)具備上述的兩個(gè)條件，所以在單片機(jī)執(zhí)行查詢(xún)定時(shí)各項(xiàng)的程序之前，主程序會(huì)首先查詢(xún)這兩個(gè)條件是否同時(shí)滿(mǎn)足，如果滿(mǎn)足的話，則進(jìn)行一輪查詢(xún)，所謂一輪查詢(xún)定時(shí)，即將當(dāng)前時(shí)間與定時(shí)各項(xiàng)一一比較，看是否相符，如果查到某項(xiàng)相符，則調(diào)用音樂(lè)程序。每查完一項(xiàng)，寄存器中的值會(huì)自動(dòng)減1（即為定時(shí)時(shí)間的項(xiàng)數(shù)）。當(dāng)定時(shí)時(shí)間的項(xiàng)數(shù)值自動(dòng)減為０時(shí)，則表示這一輪查詢(xún)定時(shí)時(shí)間完畢，只要條件允許（定時(shí)音樂(lè)開(kāi)且定時(shí)項(xiàng)數(shù)不為０），有可以進(jìn)行一輪新的查詢(xún)定時(shí)時(shí)間。 定時(shí)1：33h=分，34h=時(shí)，定時(shí)2：35h=分，36h=時(shí)，定時(shí)3：37h=分，38h=時(shí)，定時(shí)狀態(tài)=39h；定時(shí)顯示的單元從60h開(kāi)始，60h=定時(shí)狀態(tài)，61h=此時(shí);定時(shí)狀態(tài)的音樂(lè)種類(lèi)，62h=分的個(gè)位，63h=分的十位;64h=時(shí)的個(gè)位,65h=時(shí)的十位 6.1.3 溫度程序 57h=溫度的十位，58h=溫度的個(gè)位， 6.2 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的總體框圖 開(kāi)始 系統(tǒng)初始化 顯示計(jì)時(shí)、溫度值 判斷按鍵是否有按下 年、月、日 調(diào)整計(jì)時(shí) 調(diào)整定時(shí) 調(diào)整星期 12--24轉(zhuǎn)換 省電模式 圖6-1 7. 系統(tǒng)電路的制作與調(diào)試 7.1 電路硬件焊接制作 電路硬件焊接是畢業(yè)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，其焊接工藝的好壞直接關(guān)系到系統(tǒng)的整體性能。本設(shè)計(jì)的樣品制作采用手工焊接，在焊接制作中應(yīng)遵守手工焊接的工藝流程和技術(shù)要求。 7.2 調(diào)試的主要方法 ⑴ 測(cè)試單片機(jī)軟件功能的完善性。這是針對(duì)整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)功能的測(cè)試，測(cè)試軟件是否寫(xiě)的正確完整。單片機(jī)是否能正常工作。 ⑵ 上電、掉電測(cè)試。在使用中用戶(hù)必然會(huì)遇到上電和掉電的情況，可以進(jìn)行多次開(kāi)關(guān)電源，測(cè)試單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性。 ⑶ 老化測(cè)試。測(cè)試長(zhǎng)時(shí)間工作情況下，單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性。必要的話可以放置在高溫，高壓以及強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境下測(cè)試。 ⑷ D和EFT等測(cè)試。可以使用各種干擾模擬器來(lái)測(cè)試單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性。例如使用靜電模擬器測(cè)試單片機(jī)系統(tǒng)的抗靜電ESD能力；使用突波雜訊模擬器進(jìn)行快速脈沖抗干擾EFT測(cè)試等等。 ⑸ 整個(gè)顯示系統(tǒng)的測(cè)試。這是針對(duì)整個(gè)單片機(jī)顯示系統(tǒng)功能的測(cè)試，單片機(jī)正常工作后，加上負(fù)載液晶整個(gè)系統(tǒng)共同測(cè)試。 ⑹ 整個(gè)顯示系統(tǒng)的調(diào)試。編寫(xiě)不同的程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)，用單片機(jī)控制液晶顯示不同的畫(huà)面，如字符、圖形。 7.3 系統(tǒng)調(diào)試 7.3.1 硬件調(diào)試 靜態(tài)測(cè)試。在電路板制作好以后，先不要急著加電，首先進(jìn)行靜態(tài)測(cè)試。 　　檢查線路：通過(guò)目測(cè)和使用萬(wàn)用表，檢查線路連接的正確性，有無(wú)斷路和短路，無(wú)虛焊的存在等。 　　核對(duì)元件：檢查元件是否安裝正確，有無(wú)損壞等。 7.3.2 軟件調(diào)試 本程序采用單片機(jī)匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，用wave 6000編譯器編程模擬調(diào)試。 7.3.3 聯(lián)機(jī)調(diào)試 在硬件無(wú)故障和軟件模塊調(diào)試完成的情況下，還要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，應(yīng)將全部硬件電路都接上，應(yīng)用程序模塊也都組合好，進(jìn)行全系統(tǒng)軟硬件調(diào)試。系統(tǒng)調(diào)試的任務(wù)是排除軟硬件中的殘留錯(cuò)誤。使整個(gè)系統(tǒng)能夠完成預(yù)定的工作任務(wù)，達(dá)到要求的技術(shù)性能指標(biāo)。 系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試到能正確顯示時(shí)間、日期、12小時(shí)和24小時(shí)的轉(zhuǎn)換，并且鬧鈴功能正常，即鈴聲響起的同時(shí)，擺成心型的18個(gè)二極管閃爍。 7.3.4調(diào)試中遇到的問(wèn)題及解決方法 ⑴ 調(diào)試中反復(fù)檢查，仍沒(méi)有錯(cuò)誤，這時(shí)候看是否要排除元器件失效了。造成這類(lèi)錯(cuò)誤的原因有兩個(gè)：一個(gè)是元器件買(mǎi)來(lái)時(shí)就已壞了；另一個(gè)是由于安裝錯(cuò)誤，造成器件燒壞?？梢圆扇z查元器件與設(shè)計(jì)要求的型號(hào)、規(guī)格和安裝是否一致。在保證安裝無(wú)誤后，用替換方法排除錯(cuò)誤。 ⑵ 還有可能是電源故障，所以排除電源故障這項(xiàng)必不可少。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～4.8V之間屬正常。若有高壓，聯(lián)機(jī)仿真器調(diào)試時(shí)，將會(huì)損壞仿真器等，有時(shí)會(huì)使應(yīng)用系統(tǒng)中的集成塊發(fā)熱損壞。 ⑶ 當(dāng)判斷單片機(jī)不工作時(shí)候，需要進(jìn)行聯(lián)機(jī)仿真調(diào)試。聯(lián)機(jī)仿真必須借助仿真開(kāi)發(fā)裝置、示波器、萬(wàn)用表等工具。這些工具是單片機(jī)開(kāi)發(fā)的最基本工具。 　　信號(hào)線是聯(lián)絡(luò)單片機(jī)和外部器件的紐帶，信號(hào)線連結(jié)錯(cuò)誤或時(shí)序不對(duì)，都會(huì)造成對(duì)外圍電路讀寫(xiě)錯(cuò)誤。單片機(jī)的信號(hào)線大體分為讀、寫(xiě)信號(hào)線、片選信號(hào)線、時(shí)鐘信號(hào)線、外部程序存貯器讀選通信號(hào)（PSEN）、地址鎖存信號(hào)（ALE）、復(fù)位信號(hào)等幾類(lèi)。這些信號(hào)大多屬于脈沖信號(hào)，對(duì)于脈沖信號(hào)借助示波器（這里指通用示波器）用常規(guī)方法很難觀測(cè)到，必須采取一定措施才能觀測(cè)到。應(yīng)該利用軟件編程的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如對(duì)片選信號(hào)，運(yùn)行下面的小程序就可以檢測(cè)出譯碼片選信號(hào)是否正常。 MAIN：MOVDPTR，＃DPTR 　　 ；將地址送入DPTR MOVXA，＠DPTR ；將譯碼地址外RAM中的內(nèi)容送入 ACC NOP ；適當(dāng)延時(shí) SJMP MAIN ；循環(huán) 　　執(zhí)行程序后，就可以利用示波器觀察芯片的片選信號(hào)引出腳（用示波器掃描時(shí)間為1μs／每格檔），這時(shí)應(yīng)看到周期為數(shù)微秒的負(fù)脈沖波形，若看不到則說(shuō)明譯碼信號(hào)有錯(cuò)誤。對(duì)于電平類(lèi)信號(hào)，觀測(cè)起來(lái)就比較容易。例如對(duì)復(fù)位信號(hào)觀測(cè)就可以直接利用示波器，當(dāng)按下復(fù)位鍵時(shí)，可以看到單片機(jī)的復(fù)位引腳將變?yōu)楦唠娖?；一旦松開(kāi)，電平將變低。 總而言之，對(duì)于脈沖觸發(fā)類(lèi)的信號(hào)我們要用軟件來(lái)配合，并要把程序編為死循環(huán)，再利用示波器觀察；對(duì)于電平類(lèi)觸發(fā)信號(hào)，可以直接用示波器觀察。 結(jié) 論 經(jīng)過(guò)調(diào)試，和多次改進(jìn)，本設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期的效果。數(shù)字鐘可以正常顯示時(shí)間和日期，并且對(duì)每個(gè)月份的天數(shù)進(jìn)行了處理，特別是2月這個(gè)特殊月份，本設(shè)計(jì)可以自動(dòng)從2月28日直接過(guò)度到3月1日。而且，在本設(shè)計(jì)中，閏年和平年的2月，其天數(shù)可以被正常區(qū)分，從而達(dá)到了實(shí)用和人性化的效果。對(duì)溫度的顯示也比較正常，能夠正常反映出室溫情況。當(dāng)然，還可以根據(jù)需要，增加整點(diǎn)報(bào)時(shí)的功能，以使本設(shè)計(jì)更加完善。 總之，本設(shè)計(jì)提供了一套行之有效的數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)方案，并且成本較低，具有較高的實(shí)用性。 參考文獻(xiàn) [1] 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