畢業(yè)論文簡易電子鐘的制作硬件設計

1、序 言單片機具有體積小、可靠性高、功能強、靈活方便等許多優(yōu)點，故可以廣泛應用于各個領域包括家庭生活必需品，對各行各業(yè)的產品更新換代起到了重要的推動作用。而此次設計的簡易電子鐘就是一個很典型的例子電子鐘在生活中非常有用，尤其是多路定時功能。市場上有許多電子鐘的專用芯片如：LM8363、LM8365等，但它們功能單一，電路連接復雜。不便于制作。用單片機配合計時軟件，可制成功能任意的電子鐘，而且可以做到硬件簡單、成本低廉。在本文中主要對軟件進行闡述。首先根據硬件的設計方案確定軟件方案，然后對硬件作簡要介紹后設計出總的流程圖，其次根據總的流程圖畫出各部分的子流程圖然后寫出程序，再次對調試中所出現的問題

2、進行分析并解決，最后對本次的設計結果進行分析，提出優(yōu)點和不足之處，然后總結。第1章 緒論電子鐘的概述電子鐘在生活中非常有用，尤其是多路定時功能。市場上有許多電子鐘的專用芯片如：LM8363、LM8365等，但它們功能單一，電路連接復雜。不便于制作。用單片機配合計時軟件，可制成功能任意的電子鐘，而且可以做到硬件簡單、成本低廉。數字鐘的系統(tǒng)分析單片機的使用主要表現在以下三個方面：1、數字鐘的結構簡單，并且具備最小單片機系統(tǒng)的基本構成。2、數字鐘電路中使用了單片機系統(tǒng)中最為常用的輸入輸出設備：按鍵開關和數碼管。3、數字鐘程序可以反映單片機系統(tǒng)中定時器和中斷的用法。單片機系統(tǒng)中的定時和中斷是單片機最重

3、要的資源，也是應用最為廣泛的功能。數字鐘程序主要就是利用定時器和中斷實現計時和顯示功能。按要求，本次的畢業(yè)設計要求完成的內容包括：1、時鐘精度：30秒/天。2、可進行時、分、秒的調整。3、采用六位數字顯示。4、具有報時功能。添加的功能：數字鐘鬧鈴功能。上面所提到的技術指標的意義，主要包含了：1、定時器的使用：本設計中通過實現24小時時鐘和秒表，充分說明了單片機定時器使用方法。2、計數器的使用：本設計中通過實現24小時時鐘和秒表的調整，充分利用了單片機定時器的計數功能。3、中斷的使用：通過設計24小時時鐘和秒表的控制模式，詳細地體現了單片機中的中斷使用方法及其功能。4、LED的使用：本設計中的輸

4、出部分就是LED數碼管。圖1-2-1 數字鐘的基本功能模塊基于單片機系統(tǒng)的數字鐘的基本結構框圖如圖1-2-1所示。從圖中可以看出，對于一個最簡單的數字鐘而言，除了輸入控制方法具備數字鐘自身的特點之外，LED顯示模塊和外部存儲器的存取操作均是單片機的通用方法。數字鐘的形式眾多，有純硬件的，有軟硬件結合的等等。純硬件制作的數字鐘有著成本高、結構復雜的特點，難以提高響應速度。通常，我們使用軟硬件相結合的方式來做電子鐘。方案一：使用89C2051單片機的智能電子鐘AT89C2051是性價比很好的單片機，它的I/O吸入電流可以達到20mA，可以直接驅動LED數碼管和蜂鳴器；具有2個硬件定時器，非常適合制

5、作電子鐘。設計的原始電路見下圖1-2-2，整個電路用25個元器件。用P1口的8根線驅動LED數碼管的段碼；用P3口驅動LED數碼管的位腳。由于89C2051的I/O腳的上拉內阻有14K左右，無法為LED數碼管提供必要的工作電流，特添加了8只1K電阻，使LED數碼管的每段電流在2mA左右。數碼管全部點亮時電流約16mA小于20mA，89C2051可以安全工作1。圖1-2-289C2051單片機電子鐘的電路原理圖為了節(jié)省I/O線，鍵盤處理采用動態(tài)掃描方式。先置P30=0，P31=P32=1，再讀取P31、P32的狀態(tài)，如果P31、P32=0，則說明有鍵按下。進行必要的去抖動處理后，便可得到相應的鍵

6、值。（元器件表見元器件表1.2）。表1.2 元器件名稱型號及參數數量(個)備注數碼管0.5FJS101AH4共陰高亮（紅）數碼管0.36LF10361共陰高亮（紅）電阻（金膜）1/4W 1K1/4W 1081 電容（瓷片）104P1 電容（電解）100uF/16V1 集成塊插座DIP-20P1 晶振6MHz1集成塊89C20511充電池1變壓器2W單6V1二極管IN40071按鍵開關5x52蜂鳴器3v(長音)1自帶音源方案棄用原因：1、使用AT89S51是因為此芯片比較新型，價格便宜，引腳功能多。2、程序存儲器寫入方式，二者的寫入程序的方式不同。89C51只支持并行寫入，同時需要VPP燒寫高壓

7、。89S51則支持ISP在線可編程寫入技術，串行寫入、速度更快、穩(wěn)定性更好，燒寫電壓也僅僅需要45V即可。 3、電源范圍：89S5*電源范圍寬達45.5V，而89C5.3V的時候則無法正常工作。 4、工作頻率：89S5*系列支持最高高達33MHZ的工作頻率，而89C51工作頻率范圍最高只支持到24M 4、5。5、找到更好的一種辦法，可以即簡潔明了，又快速可靠地完成畢業(yè)設計的任務書要求，詳見方案二。方案二：運用AT89S51系列單片機制作的單片機基于單片機的定時和控制裝置在許多行業(yè)上的廣泛的應用，而數字鐘是其中最基本，也是最具有代表性的一個例子。在基于單片機系統(tǒng)的數字鐘電路中，除了基本的單片機系

8、統(tǒng)和外圍電路外，還需要外部的控制和顯示裝置。在本例中，輸入裝置是按鍵開關，由于控制數字鐘的運行模式，顯示裝置是LED七段數碼管。第2章 系統(tǒng)電路的設計方案2.1 系統(tǒng)方案的提出單片機的使用主要表現在以下三個方面：1、數字鐘的結構簡單，并且具備最小單片機系統(tǒng)的基本構成。2、數字鐘電路中使用了單片機系統(tǒng)中最為常用的輸入輸出設備：按鍵開關和數碼管。3、數字鐘程序是以反映單片機系統(tǒng)中定時器和中斷的用法。單片機系統(tǒng)中的定時和中斷是單片機最重要的資源，也是應用最為廣泛的功能。數字鐘程序主要就是利用定時器和中斷實現計時和顯示功能。按要求，本次的畢業(yè)設計要求完成的內容包括：1、時鐘精度：30秒/天。2、可進行

9、時、分、秒的調整。3、采用六位數字顯示。4、具有報時功能。上面所提到的技術指標的意義，主要包含了：1、定時器的使用：本設計中通過實現24小時時鐘和秒表，充分說明了單生機定時器使用方法。2、計數器的使用：本設計中通過實現24小時時鐘和秒表的調整，充分利用了單片機定時器的計數功能。3、中斷的使用：通過設計24小時時鐘和秒表的控制模式，詳細地體現了單片機中的中斷使用方法及其功能。4、LED的使用：本設計中的輸出部分就是LED數碼管。便攜式儀表的主要功能模塊分為3類：1、輸入控制：是指在一定要求下，采取何種形式的控制方式來實現數字鐘不同功能的轉換，以主控制指令以何種方式傳送到單片機。2、LED數碼顯示

10、：是指單片機將需要顯示的數據發(fā)送到LED顯示模塊按照一定的格式顯示的功能。3、外部存儲：是指單片機通過對外部存儲器的讀寫操作，完成對數據的存儲和讀取，從而擴展單片機的存儲單元和數據。2.2 技術方案一個完整的數字鐘電路相當于一個簡單的單片機系統(tǒng)，該系統(tǒng)由輸入脈沖電路、單片機、晶振和復位電路、外部存儲器電呼和LED顯示電路5個方面構成。其中，除了單片機是集成的IC芯片，而其他4個部分則需根據應用要求而自行設計。1、LED的選擇（1）器件分類LED發(fā)光器件一般常用的有兩類：數碼管和點陣。常用的數碼管一般為8字型數碼管，分為A、B、C、D、E、F、G、DP八段，其中DP為小數點。數碼管常用的有10根

11、管腳，每一段有一根管腳，另外兩根管腳為一個數碼管的公共端，兩根之間相互連通。如圖2.2所示。（a）管腳定義 （b）內部電路圖2-2 LED 的管腳和電路原理從尺寸上分，LED數碼管的種類很多，常用的有0.3、0.5、0.8、1.0、1.2、1.5、1.8、2.3、3.0、4.0、5.0等。一般小于1.0的為單管芯，1.21.5為雙管芯，1.8以上的為3個以上管芯，因而它們的供電電壓要求不同，一般每個管芯的壓降為2.1V左右。通常，0.8以下采用5V供電，1.02.3采用12V供電，3.0以上的選擇更高電壓供電。從電路上，數碼管又可分共陰和共陽兩種。根據以上的知識點，可以確定，本次設計所用的電源

12、為5V供電制1。2、控制指令的輸入外部指令在單片機中的輸入一般是通過按鍵、開關和鍵盤等輸入器件實現的。在本次的設計中，按鍵和開關以實現數字鐘運行模式的切換和相關輸入的操作。1）開關S1開關S1的作用是功能設置鍵。當S1為1.0時，系統(tǒng)進入鬧鈴的調整狀態(tài)；當S1為0.0時，系統(tǒng)進入時鐘的調整狀態(tài)。2）開關S2開關S2的作用是“+”鍵，主要的功能是將數字往上加。順序是1、2、3、9、0、1、2，當系統(tǒng)進入設置狀態(tài)時，此鍵功能才能動作，否則，此鍵功能不運作。3）開關S3開關S3的作用是移位鍵。當系統(tǒng)進入設置狀態(tài)時，此鍵的功能才會運作，否則此鍵功能不運作。此鍵的主要功能是：在數碼管的時和分之間進行切換

13、。4）開關S4開關S4的作用是確定鍵。當系統(tǒng)進入設置狀態(tài)時，此鍵的功能才會運作，否則此鍵的功能不運作。此鍵的主要功能是：將系統(tǒng)新近調整的時間作為系統(tǒng)的當前時間，再進行時間的運行，或是將系統(tǒng)新近調整的鬧鈴作為系統(tǒng)的鬧鈴時間?；趩纹瑱C的數字鐘在設計時需要解決3個方面的主要問題：一個是LED顯示模塊的驅動和編程，二是有關單片機中定時器的使用，三是如何利用單片機的外中斷實現時鐘功能和運行模式的轉化。1、LED的顯示和驅動主要是設計LED數碼管和單片機的接口電路，以及利用單片機對LED數碼管進行驅動和顯示操作。2、定時器的使用是單片機中最為基礎和重要的資源之一。3、外中斷的使用是單片機中最為基礎和重要

14、的資源之一。2.3 主要芯片的選擇及功能本次設計選用了以下的元器件作為實驗器件。表2.3 本次設計用器件名稱型號及參數數量(個)備注單片機AT89S511晶振12MHz1數碼管TBC5011E6共陽高亮（紅）集成電路74LS1646三極管S90131蜂鳴器5V1電阻1K，1/4W71/4W41瓷片電容10PF2104/63V電解電容22F/25V1220F/25V1IC插座DIP401DIP146按鈕12*12（mm）4塑料基座一、74LS16474LS164是一個移位寄存器。移位寄存器除了具有存儲代碼的功能以外，還具有移位功能。1、存儲功能。寄存器用于寄存一組二值代碼，它被廣泛地用于各類數字

15、系統(tǒng)和數字計算機中。因為一個觸發(fā)器能儲存1位二值代碼，所以用N個觸發(fā)器組成的寄存器能儲存一組N位的二值代碼。對寄存器中的觸發(fā)器只要求它們具有置1、置0的功能即可，因而無論是用同步RS觸發(fā)器，還是用主從結構或邊沿觸發(fā)器結構的觸發(fā)器，都可以組成寄存器。2、移位功能。所謂移位功能，就是指寄存器里存儲的代碼能在移位脈沖的作用下依次左移或右移。因此，移位寄存器不但可以用來寄存代碼，還可以用來實現數據的串行并行轉換、數值的運算以及數據處理等。圖2-3所示電路是由邊沿觸發(fā)器結構的D觸發(fā)器組成的4位移位寄存器。其中第一個觸發(fā)器FF0的輸入端接收輸入信號，其余的每個觸發(fā)器輸入端均與前邊一個觸發(fā)器的Q端相連。圖2

16、-3 用D觸發(fā)器構成的移位寄存器因為從CP上升沿到達開始到輸出端新狀態(tài)的建立需要經過一段傳輸延遲時間，所以當CP的上升沿同時作用于所有的觸發(fā)器時，它們輸入端（D端）的狀態(tài)還沒有改變。于是FF1接Q0原來的狀態(tài)翻轉，FF2按Q1原來的狀態(tài)翻轉，FF3按Q2原來的狀態(tài)翻轉。同時，加到寄存器輸入端D1的代碼存入FF0?？偟男Ч喈斢谝莆患拇嫫骼镌械拇a依次右移了一位。二、晶體振蕩器在許多應用場合下都對多諧振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定性有嚴格的要求。例如，在將多諧振蕩器作為數字鐘的脈沖使用時，它的頻率穩(wěn)定性直接影響著計時的準確性。在這種情況下，我們就使用石英晶體多諧振蕩器。因為在環(huán)形振蕩器、施密特觸發(fā)器等這

17、些多諧振蕩器中振蕩頻率主要取決于門電路輸入電壓在充、放電過程中達到轉換電平所需要的時間，所以頻率穩(wěn)定性不可能很高。目前普遍采用的一種穩(wěn)頻方法是在多諧振蕩器電路中接入石英晶體，組成石英晶體多揩振蕩器。把石英晶體與對稱式多諧振蕩器中的耦合電容串聯起來，就組成了石英晶體多諧振蕩器。石英晶體多諧振蕩器的振蕩頻率取新局面于石英晶體的固有揩振頻率f0，而與外接電阻、電容無關。石英晶體的諧振頻率由石英晶體的結晶方向和外形尺寸所決定，具有極高的頻率穩(wěn)定性。它的頻率穩(wěn)定度足以滿足大多數數字系統(tǒng)對頻率穩(wěn)定度的要求。具有各種諧振頻率的石英晶體已被制成標準化和系列化的產品出售。因此，本次設計中，使用的振蕩器為12M晶

18、體振蕩器。而之所以選12M是因為，12M正好是1s的機器周期，計算方便7。三、AT89S51系列單片機AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89S51具有如下特點：40個引腳，4k Bytes Flash片內程序存儲器，128 bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數器,2個全雙工串行

19、通信口，看門狗（WDT）電路，片內時鐘振蕩器。表2.3 介紹了AT89S51系列單片機的特點。表2.3 AT89S51單片機的特點 兼容MCS-51指令系統(tǒng) 4k可反復擦寫(1000次）ISP Flash ROM 32個雙向I/O口 2個16位可編程定時/計數器 時鐘頻率0-33MHz 全雙工UART串行中斷口線 128x8bit內部RAM 2個外部中斷源 低功耗空閑和省電模式 中斷喚醒省電模式 3級加密位 看門狗（WDT）電路 軟件設置空閑和省電功能 靈活的ISP字節(jié)和分頁編程 雙數據寄存器指針第3章 LED的顯示方法與顯示電路3.1 LED的顯示方法用單片機驅動LED數碼管有很多方法，按顯

20、示方式分，有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示，按譯碼方式可分為硬件譯碼和軟件譯碼。靜態(tài)顯示是顯示驅動電路具有輸出鎖存功能，單片機將要顯示的數據送出后不再控LED，直到下次顯示時再傳送一次新的顯示數據。靜態(tài)顯示的數據穩(wěn)定，占用的CPU時間少。動態(tài)顯示要CPU時刻對顯示器件進行數據刷新，顯示數據有閃爍感，占用CPU時間多。這兩種顯示方式各有利弊：動態(tài)顯示雖然使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間。但是有閃動感，占用的CPU時間多；靜態(tài)顯示雖然每個顯示單元都需要單獨的顯示驅動電路，使用的電路硬件較多，但是數據顯示穩(wěn)定，占用很少的CPU時間。所謂動態(tài)顯示，就是一位一位輪流點亮各位顯示器（掃描），對于每一位顯示器來說，每隔一

21、段時間點亮一次。顯示器的亮度既與導通電電流有關，也與點亮時間和間隔時間的比例有關。調整電流和時間參數，可實現亮度較高較穩(wěn)定的顯示。若顯示器的位數不大于8位，則控制顯示器公共極電位只需一個8位口（稱為掃描口），控制各位顯示器所顯示的字形也需一個8位口（稱為段數據口）。其接口電路是把所有LED顯示器的8個段AG、DP的同名端連在一起，而每一個數碼管的公共端COM是各自獨立地受I/O線控制。CPU向字段輸出口送出字形碼時，所有顯示器接收到相同的字形碼，但究竟是那個顯示器亮，則取新局面于COM端，而這一端是由I/O控制的，可以自行新局面定何時顯示哪一位了。而所謂動態(tài)掃描就是指我們采用分時的方法，輪流控

22、制各個顯示器的COM端，使各個顯示器輪流點亮1。在輪流點亮掃描過程中，每位顯示器的點亮時間是極為短暫的，約1ms左右，但由于人的視覺暫留現象及光光二極管的余輝效應，盡管實際上各位顯示器并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數據，不會有閃爍感。本次設計中所用到的是靜態(tài)顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是當顯示器顯示某一個字符時，相應的發(fā)光二極管恒定地導通或截止，例如一段顯示器的a、b、c、d、e、f、導通，g截止時顯示“0”。這種顯示方式的每一個七段顯示器需要一個8位輸出口控制。作為MCS-51串行口方式0輸出的應用，我們可以在串行口上擴展多片串行輸入并行輸出的移位寄存器74LS

23、164作為靜態(tài)顯示器接口。圖3-1給出了8位靜態(tài)顯示器的接口邏輯。下面列出更新顯示器子程序清單：DIR： MOV R7，#08HMOV R0，#7FH ；7FH78H為顯示緩沖器DL0：MOV A，R0；取出要顯示的數ADD A，#0BH；加上偏移量MOVCA，A+PC；查表取出字形數據MOVSBUF，A；送出顯示DL1：JNBT1，DL1；輸出完否？CLR T1；完，清中斷標志DEC R0；再取下一個數DJNZR7，DL0；循環(huán)8次RET；返回SEGTAB：DB3FH，06H，5BH，4FH，66H；0，1，2，3，4DB6DH，7DH，07H，7FH，6FH；5，6，7，8，9圖3-1 8

24、位靜態(tài)顯示器接口靜態(tài)顯示的優(yōu)點是：顯示穩(wěn)定，在發(fā)光二極管導通電流一定的情況下顯示器的亮度大，系統(tǒng)在運行過程中，僅僅在需要更新顯示內容時CPU才執(zhí)行一次顯示更新子程序，這樣大大節(jié)省了CPU的時間，提高CPU的工作效率；其缺點是位數較多時顯示口隨之增加3。3.2 顯示電路在本次設計中，所用到的LED的顯示電路如圖3-2所示：圖3-2 本次設計中所用到的LED顯示電路3.3 串行口與并行口本次設計中采用的74LS164是一個移位寄存器，所用到的串、并是：六個74LS164之間是串行接入；74LS164與單片機之間是串行接入；74LS164與LED之間是并行接入；因為74LS164是移位寄存器，所以，

25、要求“串入并出”。 串行接口中央處理器CPU和外界的信息交換稱為通信。通常有并行和串行兩種通信方式，數據的各位同時傳送的稱為并行通信，數據一位一位串行地順序傳送的稱為串行通信。并行通信通過并行接口來實現，例如MCS-51的P1口就是并行接口。P1口作為輸出口時，CPU將一個數據寫入P1口以后，數據在P1口上并行地同時輸出到外部設備。P1口作為輸入口時，對P1口執(zhí)行一次讀操作，在P1口上輸入的8位數據同時被讀出。串行通信通過串行口來實現。MCS-51有一個全雙工的異步串行接口可以用于串行數據通信。在并行通信中信息傳輸線的根數和傳送的數據位數相等，通信速度快，適合于近距離通信；全雙工的串行通信僅需

26、一根發(fā)送線和一根接收線，半雙工串行通信用一根線發(fā)送或接收，串行通信適合于遠距離通信，雖然速度慢，但成本可以在為降底2。串行通信有兩種基本方式：異步通信方式和同步通信方式。異步通信方式是按字符傳送的，字符的前面有一個起始位（0），后面有一個停止位（1），這是一種起止式的通信方式，字符之間沒有固定的間隔長度。這種方式的優(yōu)點是數據傳送的可靠性較高、能及時發(fā)現錯誤，缺點是通信效率比較低。同步通信是按數據塊傳送的，把傳送的字符順序地連接起來，組成數據塊。在數據塊前面加上特殊的同步字符，作為數據塊的起始符號，在數據塊的后面加上校驗字符，用于校驗通信中的錯誤。在同步通信中字符之間是沒有間隔的，通信效率比較高

27、。特殊功能寄存器SCON存放串行口的控制和狀態(tài)信息，串行口用定時器T1或T2（8052等）作為波特率發(fā)生器（發(fā)送接收時鐘），特殊功能寄存器PCON的最高位SMOD為串行口波特率的倍特率控制位。MCS-51串行接口具有四種工作方式，它們是由SCON中的SM0，SM1這兩位定義的。一、方式0方式0是擴展移位寄存器的工作方式，以串行擴展I/O接口。輸出時將發(fā)送數據緩沖器中的內容串行地移到外部的移位寄存器，輸入時將外部移位寄存器內容移入內部的輸入移位寄存器，然后寫入內部的接收數據緩沖器。在以方式0工作時，數據由RXD串行地輸入/輸出，TXD輸出移位脈沖，使外部的移位寄存器移位。波特率固定為振蕩器頻率的

28、十二分之一。方式0輸出時，串行口上外接74LS164串行輸入并行輸出移位寄存器的接口邏輯圖如圖（1）所示。TXD端輸出的移位脈沖將RXD端輸出的數據移入74LS164。圖3-3-1-1 方式0輸出時連接移位寄存器CPU對發(fā)送數據緩沖器SBUF寫入一個數據，就啟動串行口從低位開始串行發(fā)送，經過8個機器周期，串行口輸出數據緩沖器內容移入外部的移位寄存器74LS164,置位TI，串行口停止移位，于是完成一個字節(jié)的輸出。由此可見，在串行口移位輸出過程中，74LS164的輸出狀態(tài)是動態(tài)變化的。若fosc=12MHz，則這個時間為8s。另外，串行口是從低位開始串行輸出的，所以在圖（1）中，數據的低位在右高

29、位在左，串行方式0輸出時，可以串接多個移位寄存器。 并行接口典型的MCS-51單片機有四個雙向8位輸入/輸出口P0 P3口，每一個口都由口鎖存器、輸入緩沖器/輸出驅動器所組成。一、P3口P3口作為多功能口，它的第一功能為準雙向口，其特性和P1口相似，第二功能為特殊輸入/輸出線。其定義見表。P3口鎖存器Q端接與非門驅動輸出場效應管T，該與非門的另一個控制端為第二功能輸出線。P3口的引腳狀態(tài)通過輸入緩沖器輸入到內部總線和第二功能輸入線。表3.3.2 P3口的第二功能定義口引腳第二功能口引腳第二功能RXD(串行輸入線)TO（定時器T0外部計數脈沖輸入線）TXD（串行輸出線）T1（定時器T1外部計數脈

30、沖輸入線）INT0（外部中斷0輸入線）WR（外部數據存貯器寫脈沖輸出線）INT1（外部中斷1輸入線）RD（外部數據存貯器讀脈沖輸出線）P3口的每一位可以分別定義為第一功能輸入/輸出線或第二功能輸入/輸出線。P3口的某一位作為每一功能輸入/輸出線時，第二功能輸出線總是為高電平，該位引腳輸出電平僅取決于口鎖存器的狀態(tài)，為“1”時輸出高電平，為“0”時輸出低電平。同樣，P3口的某一位作為輸入線時，該位口鎖存器應保持“1”，使輸出場效應管T截止，引腳狀態(tài)由外部輸入電平所確定。P3口的某一位作為第二功能輸入/輸出線時，該位的口鎖存器也必須保持“1”，使輸出場效應管的狀態(tài)由第二功能輸出確定。一般情況下，P

31、3口部分口線作為第一功能輸入/輸出線，另一部分線作為第二功能輸入/輸出線，對于輸入或第二功能輸入/輸出的口線，相應的口鎖存器不能寫入03。第4章 設計的硬件4.1 電路圖的原理本次設計所要求達到的數字鐘的相關參數是：1、時鐘精度：30秒/天。2、可進行時、分、秒的調整。3、采用六位數字顯示。4、具有報時功能?；谏厦鎺c，我還增加了幾點：1、使用靜態(tài)顯示。從系統(tǒng)資源上來說：動態(tài)顯示電路，如果數碼管很多的話，靜態(tài)顯示電路占用的單片機的IO口比動態(tài)顯示電路少，如果要在動態(tài)顯示電路中減少對單片機IO口資源的占用，那么就得使用相應的集成電路，相應的電路成本就會有所上升。使用靜態(tài)顯示電路占用系統(tǒng)資源比較

32、少，這里指CPU（單片機）占用率比較低。從顯示效果上來說：如果使用動態(tài)顯示技術，那么顯示部分同一時刻只有一個數碼管在亮，然后要完成一次顯示就要每個數碼管輪流顯示一次，只有當數碼管的顯示刷新率超過30Hz以后，人眼才會覺察不到數碼管是在輪流刷新，也就是說人眼不會覺得數碼管在閃。數碼管在亮變到不亮需要零點幾秒時間，只要在數碼管亮度低于人眼能察覺的亮度之前再次顯示，人眼就不會察覺到這是第二次顯示了。為了使顯示效果好一點，使數碼管看起來不閃，系統(tǒng)就要不停的調用顯示程序，而且調用顯示程序的頻率不能低于一定值，這樣就使系統(tǒng)要分配一定的資源來保證顯示部分的運行。如果使用靜態(tài)顯示技術，數碼管顯示的數據由74L

33、S164鎖存。單片機只用在顯示的數據有改動以后才要刷新一次顯示，然后74LS164會保持最新的顯示數據，直到下一次被修改為止。中間不會出現閃動現象。系統(tǒng)不用一直不停的調用顯示程序。所以，在本次設計中，運用了六片74LS164來實現靜態(tài)顯示。2、出現鬧鈴功能。這是軟件功能上的增加。硬件設計圖見附錄（一）。下面，介紹一下硬件的功用以及設計理念。1、用5V的電源，在5V電源之后的C4電解電容的作用是一個小的濾波電容，C5的104是一個去耦電容。2、往下的四個按鍵：“設置”、“加號”、“移位”、“確定”，一端接電源，一端接地，其中分別有網絡標線接到單片機的INT1、P2.2、P2.1、P2.0上面。這

34、個原因是：單片機一開始的引腳就為高電平，當按鍵為斷開狀態(tài)（即不按下去時），單片要的這四個引腳接到的是高電平；而當按鍵按下去時，則單片機的引腳接地，就接到了低電平的信號。而外部中斷T0是低電平有效，所以，單片機可以運作。本次設計中用一個中斷控制，使用這個中斷作為鍵盤程序的入口點，這樣一來可以使整個程序變的簡單一點，不用在每事做的時候也去查詢鍵盤接口是否有輸入。所以就使用了現在的這種方式即只有設置鍵是接外部中斷0。在時鐘正常運行的狀態(tài)下，如果沒有切換到設置狀態(tài)的時候，按其他任何鍵都是沒有用的。只有在切換了設置鍵以后，系統(tǒng)才會進入設置狀態(tài)，這個時候所有的按鍵都激活了，隨便按哪個都有響應。在外部中斷的

35、中斷服務程序中將當前狀態(tài)標記位改變成設置狀態(tài)，然后就調用按鍵查詢程序。定時器會自動根據當前的狀態(tài)顯示相應的內容的。總的一句話，設置鍵是進入設置狀態(tài)的鑰匙，確定鍵是退出設置狀態(tài)返回正常時間顯示狀態(tài)的鑰匙。3、電源下的有一個蜂鳴器。作用：在準點時報時，報時時的規(guī)則是：按準點數報時，一點時響一下，兩點是響二下，下午一點時響十三下，以此類推。在這里用到一個S9013的三極管。這個NPN三極管的作用是：可以放大由單片機P1.0出來的電流，用以驅動蜂鳴器，可以減少單片機的負載。4、本次設計用到的是上電復位。在電源下接一個電解電容再接一個電阻后接地。在電阻和電容之間接單片機的RESET腳，這樣就實現了上電復

36、位的功能。5、靜態(tài)顯示方面。靜態(tài)顯示的原理圖是見圖4-1-2圖4-1-28位靜態(tài)顯示器接口就像以上的原理圖，本次設計的原理圖也是如此。它用到了單片機的RXD和TXD兩個引腳。這是一對串行通信線，分別是發(fā)送線和接收線。而后面一個74LS164的最低位接前面一個164的最高位。這樣的意思就相當于：第1個片子做完事情后把這個完成的信號傳給第2個片子，第2個片子把事情做完后再傳給第3個片子以此類推。42 PCB電路板的設計一、設計步驟一般而言，設計電路板最基本的過程可以分為如下3大步驟。1、設計電路原理圖設計電路原理圖（SCH）主要是使用Protel99的原理圖設計系統(tǒng)來繪制電路原理圖。2、產生網絡表

37、網絡表是電路原理圖與PCB圖之間的一座橋梁，它可以從電路原理圖或PCB圖中獲得。3、設計PCBPCB主要是借助Protel99的PCB設計系統(tǒng)完成電路板的版面設計，PCB制造廠商根據PCB圖產生PCB。二、元器件的封裝R11U1DIP14U2DIP14U3DIP14U4DIP14U5DIP14U6DIP14U7DIP40三、生成的PCB板生成的PCB板，詳見附錄二6。第5章硬件的調試本次設計所用到的是5V直流穩(wěn)壓電源。而且本次的實驗中所用到的是上電復位，即，當上電時，數碼管顯示“12：30”的字樣，以代表系統(tǒng)的自檢。在設計中，出現了以下幾個硬件問題，我是用以下的辦法來解決掉的。問題1：兩個數碼管只有一部份亮。解決：用手摸一下上面的74LS164，發(fā)現有幾個74LS164上面很燙，趕快關電源。然后把所有164取下，放到直接與單片機相連的那個機座上，即U1的位置上?？词欠穸己玫模杭磾荡a管是否能都點亮。結果的確是買到次品了。問題2：換好了164以后，仍然數碼管亂顯。解決：發(fā)現是將字型碼對調了。正常狀態(tài)的字型碼：共陰 共陽 電路板上000111111 11000000 000000111 00000110 11111001 100111112 01011011 10100100 001001013 0