課程設(shè)計(jì)（論文）-基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)

1、 摘 要：?jiǎn)纹瑱C(jī)自70年代問(wèn)世以來(lái)得到蓬勃開展，目前單片機(jī)功能正日漸完善：?jiǎn)纹瑱C(jī)集成越來(lái)越多資源，內(nèi)部?jī)?chǔ)存資源日益豐富，用戶不需要擴(kuò)充資源就可以完成工程開發(fā)，不僅是開發(fā)簡(jiǎn)單，產(chǎn)品小巧美觀，同時(shí)抗干擾能力強(qiáng)，系統(tǒng)也更加穩(wěn)定，使它更適合工業(yè)控制領(lǐng)域，具有更廣闊的市場(chǎng)前景；提供在線編程能力，加速了產(chǎn)品的開發(fā)進(jìn)程，為企業(yè)產(chǎn)品上市贏得了珍貴時(shí)間。本設(shè)計(jì)通過(guò)STC89C51單片機(jī)以及單片機(jī)最小系統(tǒng)和三極管驅(qū)動(dòng)以及外圍的按鍵和數(shù)碼管顯示等部件，設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易計(jì)時(shí)器。設(shè)計(jì)通過(guò)四位一體共陽(yáng)極數(shù)碼管顯示，并能通過(guò)按鍵對(duì)秒進(jìn)行設(shè)置。關(guān)鍵詞：STC89C51單片機(jī)，驅(qū)動(dòng)，四位一體數(shù)碼管 Abstract：S

2、CM be booming since since the 70 s, MCU functions are increasingly perfect at present: single chip microcomputer integrated more and more resources, internal storage resource increasingly rich, users do not need to expand resources can complete the project development, is not only the development of

3、 simple, small beautiful products, at the same time, strong anti-jamming capability, system is more stable, make it more suitable for industrial control field, has a broad market prospect; Provide online programming ability, speeded up the process of product development, product for the enterprise t

4、o win the precious time. This design and triode driven by STC89C51 microcontroller and the single chip microcomputer minimum system and peripheral keys and digital tube display components, design a simple timer based on single chip microcomputer. Design through the four digital tube display, a total

5、 of anode, and can through the button to set the seconds.Keywords: STC89C51 microcontroller, drive, Four digital tube 目 錄引 言1222.1 單片機(jī)選擇22.2 顯示模塊選擇方案和論證：233.1 STC89C51介紹33.1.1 STC89C51主要功能及DIP封裝33.1.2 STC89C51引腳介紹43.2 數(shù)碼管介紹73.2.1 四位一體數(shù)碼管概述73.2.2 四位一體數(shù)碼管引腳圖78893.6 按鍵介紹11124.1 電路設(shè)計(jì)框圖124.2 系統(tǒng)硬件概述121214

6、6.1 硬件調(diào)試146.2 軟件調(diào)試157.結(jié) 論15參考文獻(xiàn)16附錄1 原理圖17附錄2 源程序18附錄3 元件清單20附錄4 實(shí)物圖21引 言 時(shí)鐘，自從它創(chuàng)造的那天起，就成為人類的朋友，但隨著時(shí)間的推移，科學(xué)技術(shù)的不斷開展，人們對(duì)時(shí)間計(jì)量的精度要求越來(lái)越高，應(yīng)用越來(lái)越廣。怎樣讓時(shí)鐘更好的為人民效勞，怎樣讓我們的老朋友煥發(fā)青春呢？這就要求人們不斷設(shè)計(jì)出新型時(shí)鐘。 現(xiàn)今，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，石英表，石英鐘都采用了石英技術(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)校，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顯示器代替顯示

7、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。 1、 時(shí)間被認(rèn)為是最珍貴的資源，為了對(duì)時(shí)間有更深刻的了解，同時(shí)也在電子方面有更深刻的認(rèn)識(shí)，通過(guò)學(xué)習(xí)，本次設(shè)計(jì)主要介紹用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)電子秒表的方法，本設(shè)計(jì)由單片機(jī)STC89C51芯片和LED數(shù)碼管為核心，輔以必要的電路，構(gòu)成了一個(gè)單片機(jī)電子秒表。相信它會(huì)越來(lái)越深入地浸透到人們的生活中，并且將在一定程度上影響人們對(duì)生活的理解和詮釋。用單片機(jī)制作電子產(chǎn)品也會(huì)越來(lái)越多，也是眾多領(lǐng)域?qū)嵤┚幊涕_發(fā)不可缺少的一局部，這將必然成為一種趨勢(shì)。為更多的了解單片機(jī)的原

8、理和應(yīng)用，故做此設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行穩(wěn)固。 設(shè)計(jì)任務(wù)：掌握單片機(jī)程序設(shè)計(jì)、調(diào)試和應(yīng)用電路設(shè)計(jì)、分析及調(diào)試檢測(cè)。 根本要求：設(shè)計(jì)一按鍵控制數(shù)碼管顯示的計(jì)時(shí)器，能實(shí)現(xiàn)正計(jì)開始、暫停和清零等功能。2.1 單片機(jī)選擇方案一: 采用STC系列芯片作為硬件核心。STC系列內(nèi)部具有8KB ROM 存儲(chǔ)空間,512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，帶有2K字節(jié)的EEPROM存儲(chǔ)空間，與MCS-51系列單片機(jī)完全兼容,STC系列可以通過(guò)串口下載。方案二:采用AT系列。AT系列片內(nèi)具有8K字節(jié)程序存儲(chǔ)空間，256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間沒有EEPROM存儲(chǔ)空間，也與MCS-51系列單片機(jī)完全兼容，具有在線編程可擦除技術(shù)。兩種單片機(jī)都完全能夠滿足

9、設(shè)計(jì)需要，STC系列相對(duì)AT系列價(jià)格廉價(jià)，且抗干擾能力強(qiáng)?？紤]到本錢因素，因此選用STC系列。2.2 顯示模塊選擇方案和論證：方案一：采用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示。點(diǎn)陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對(duì)于顯示文字比擬適合,如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費(fèi),且本錢也相對(duì)較高,所以不用此種作為顯示。方案二：采用LCD液晶顯示屏。液晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大,可顯示大量文字，顯示多樣,清晰可見,但價(jià)格昂貴，所以也不用了LCD數(shù)碼管作為顯示。方案三：采用LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描。LED數(shù)碼管價(jià)格廉價(jià),對(duì)于顯示數(shù)字最適宜,功耗雖然較大，但足以完成顯示，所以采用此種方案。3.1 STC89C51介紹3.1.1 STC89

10、C51主要功能及DIP封裝STC89C51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Flash 存儲(chǔ)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STC89C51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。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，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。另外 STC89X51 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、

11、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。最高運(yùn)作頻率35Mhz，6T/12T可選。STC89C51主要功能如表1所示，其DIP表3.1 STC89C51主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系統(tǒng)4K可反復(fù)擦寫Flash ROM32個(gè)雙向I/O口256x8bit內(nèi)部RAM3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷時(shí)鐘頻率0-24MHz2個(gè)串行中斷可編程UART串行通道2個(gè)外部中斷源共6個(gè)中斷源2個(gè)讀寫中斷口線3級(jí)加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 圖3.1 STC89C51 DIP封裝圖3.1.2

12、STC89C51引腳介紹 主電源引腳2根 VCC(Pin40)：電源輸入，接5V電源 GND(Pin20)：接地線外接晶振引腳2根 XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端 XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端控制引腳4根RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號(hào)PSEN(Pin29)：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)EA/VPP(Pin31)：程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指令，如果接高電平那么從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指令?？删幊梯斎?輸出引腳32根STC89C51單片機(jī)有4組8位的可

13、編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個(gè)口有8位8根引腳，共32根。P0口Pin39Pin32：8位雙向I/O口線，名稱為P1口Pin1Pin8：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P1.0P1.7 P2口Pin21Pin28：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P2.0P2.7 P3口Pin10Pin17：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P3.0P 最小系統(tǒng)包括單片機(jī)及其所需的必要的電源、時(shí)鐘、復(fù)位等部件，能使單片機(jī)始終處于正常的運(yùn)行狀態(tài)。電源、時(shí)鐘等電路是使單片機(jī)能運(yùn)行的必備條件，可以將最小系統(tǒng)作為應(yīng)用系統(tǒng)的核心局部，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)器擴(kuò)展、A/D擴(kuò)展等，使單片機(jī)完成較復(fù)雜的功能。STC89C51是

14、片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機(jī)，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠。用STC89C52單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可，結(jié)構(gòu)如圖2所示，由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。時(shí)鐘電路復(fù)位電路STC89C51單片機(jī)I/O口圖3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理框圖(1) 時(shí)鐘電路STC89C51單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種方式產(chǎn)生：一是內(nèi)部時(shí)鐘方式，二是外部時(shí)鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘方式如圖3所示。在STC89C51單片機(jī)內(nèi)部有一振蕩電路，只要在單片機(jī)的XTAL1(18)和XTAL2(19)引腳外接石英晶體(簡(jiǎn)稱晶振)，就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘

15、脈沖信號(hào)。圖中電容C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在530pF，典型值為30pF。晶振CYS的振蕩頻率范圍在1.212MHz間選擇，典型值為12MHz和6MHz。 圖3.3 STC89C51內(nèi)部時(shí)鐘電路 (2) 復(fù)位電路當(dāng)在STC89C51單片機(jī)的RST引腳引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作(假設(shè)該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài))。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。最簡(jiǎn)單的上電自動(dòng)復(fù)位電路中上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充放電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。只要Vcc的上升時(shí)間不超過(guò)1ms,就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。除了上電復(fù)位外，有時(shí)還需要按鍵手動(dòng)

16、復(fù)位。本設(shè)計(jì)就是用的按鍵手動(dòng)復(fù)位。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過(guò)RST(9)端與電源Vcc接通而實(shí)現(xiàn)的。按鍵手動(dòng)復(fù)位電路見圖4。時(shí)鐘頻率用11.0592MHZ時(shí)C取10uF,R取10k。 圖3.4 STC89C51復(fù)位電路3 STC89C51中斷技術(shù)概述中斷技術(shù)主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，要求單片機(jī)能及時(shí)地響應(yīng)中斷請(qǐng)求源提出的效勞請(qǐng)求，并作出快速響應(yīng)、及時(shí)處理。這是由片內(nèi)的中斷系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)中斷請(qǐng)求源發(fā)出中斷請(qǐng)求時(shí)，如果中斷請(qǐng)求被允許，單片機(jī)暫時(shí)中止當(dāng)前正在執(zhí)行的主程序，轉(zhuǎn)到中斷效勞處理程序處理中斷效勞請(qǐng)求。中斷效勞處理程序處理完中斷效勞請(qǐng)求后，再回到原來(lái)被中止的程序之

17、處斷點(diǎn)，繼續(xù)執(zhí)行被中斷的主程序。圖5為整個(gè)中斷響應(yīng)和處理過(guò)程。 圖3.5 中斷響應(yīng)和處理過(guò)程如果單片機(jī)沒有中斷系統(tǒng)，單片機(jī)的大量時(shí)間可能會(huì)浪費(fèi)在查詢是否有效勞請(qǐng)求發(fā)生的定時(shí)查詢操作上。采用中斷技術(shù)完全消除了單片機(jī)在查詢方式中的等待現(xiàn)象，大大地提高了單片機(jī)的工作效率和實(shí)時(shí)性。3.2 數(shù)碼管介紹3.2.1 四位一體數(shù)碼管概述LED數(shù)碼管LED Segment Displays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。數(shù)碼管分為動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)兩種，靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)

18、行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示那么需要5×8=40根I/O端口來(lái)驅(qū)動(dòng)，而一個(gè)STC89C51的I/O端口只有32個(gè)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字

19、形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制翻開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(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，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。3.2.2 四位一體數(shù)碼管引腳圖光陽(yáng)數(shù)碼管共陽(yáng)端為每一位的led陽(yáng)極都接在

20、一起。引腳圖如圖6； 圖3.6 四位一體數(shù)碼管引腳圖自鎖開關(guān)電路中起到電源的開關(guān)作用，常開的其中一腳接DC電源插口電源腳，常開的另一腳接電路的VCC 圖3.7自鎖開關(guān)原理圖 圖3.8 自鎖開關(guān)硬件圖 其實(shí)排阻就是由8個(gè)電阻組成的，其中一端全部接在一起，103為8個(gè)10K電阻，102為8個(gè)1K電阻，他們?cè)陔娐分衅鸬健吧侠淖饔茫址Q上拉電阻。上拉就是將不確定的信號(hào)通過(guò)一個(gè)電阻嵌位在高電平,電阻同時(shí)起限流作用,下拉同理.上拉是對(duì)器件注入電流，下拉是輸出電流,弱強(qiáng)只是上拉電阻的阻值不同，沒有什么嚴(yán)格區(qū)分,對(duì)于非集電極或漏極開路輸出型電路如普通門電路提升電流和電壓的能力是有限的，上拉電阻的功能主要是為

21、集電極開路輸出型電路輸出電流通道。上拉，就是把電位拉高，比方拉到VCC.下拉，就是把電壓拉低，拉到GND.一般就是剛上電的時(shí)候，端口電壓不穩(wěn)定，為了讓他穩(wěn)定為高或低，就會(huì)用到上拉或下拉電阻。 有些芯片內(nèi)部集成了上拉電阻如單片機(jī)的P1、2、3口，所以外部就不用上拉電阻了。但是有一些開漏的如單片機(jī)的P0口，外部必須加上拉電阻。圖3.9 排組上拉電阻原理圖 常見的三極管為9012、S8550、9013、s8050.單片機(jī)應(yīng)用電路中三極管主要的作用就是開關(guān)作用。其中9012與8550為PNP型三極管，可以通用,9013與8050為NPN型三極管，可以通用。 區(qū)別引腳：三極管向著自己，引腳從左到右分別為

22、ebc，原理圖中有箭頭的一端為e，與電阻相連的為b，另一個(gè)為c。箭頭向里指為PNP(9012或8550)，箭頭向外指為NPN9013或8050。 三極管的工作原理:三極管是電流放大器件，有三個(gè)極，分別叫做集電極C，基極B，發(fā)射極E。分成NPN和PNP兩種。下面僅以NPN三極管的共發(fā)射極放大電路為例來(lái)說(shuō)明一下三極管放大電路的根本原理。1電流放大 下面的分析僅對(duì)于NPN型硅三極管。如上圖所示，我們把從基極B流至發(fā)射極E的電流叫做基極電流Ib；把從集電極C流至發(fā)射極E的電流叫做集電極電流 Ic。這兩個(gè)電流的方向都是流出發(fā)射極的，所以發(fā)射極E上就用了一個(gè)箭頭來(lái)表示電流的方向。三極管的放大作用就是：集電

23、極電流受基極電流的控制假設(shè)電源 能夠提供應(yīng)集電極足夠大的電流的話，并且基極電流很小的變化，會(huì)引起集電極電流很大的變化，且變化滿足一定的比例關(guān)系：集電極電流的變化量是基極電流變 化量的倍，即電流變化被放大了倍，所以我們把叫做三極管的放大倍數(shù)一般遠(yuǎn)大于1，例如幾十，幾百。如果我們將一個(gè)變化的小信號(hào)加到基極跟發(fā)射 極之間，這就會(huì)引起基極電流Ib的變化，Ib的變化被放大后，導(dǎo)致了Ic很大的變化。如果集電極電流Ic是流過(guò)一個(gè)電阻R的，那么根據(jù)電壓計(jì)算公式 U=R*I 可以算得，這電阻上電壓就會(huì)發(fā)生很大的變化。我們將這個(gè)電阻上的電壓取出來(lái)，就得到了放大后的電壓信號(hào)了。2偏置電路 三極管在實(shí)際的放大電路中使

24、用時(shí)，還需要加適宜的偏置電路。這有幾個(gè)原因。首先是由于三極管BE結(jié)的非線性相當(dāng)于一個(gè)二極管，基極電流必須在輸入電壓 大到一定程度后才能產(chǎn)生對(duì)于硅管，常取0.7V。當(dāng)基極與發(fā)射極之間的電壓小于0.7V時(shí)，基極電流就可以認(rèn)為是0。但實(shí)際中要放大的信號(hào)往往遠(yuǎn)比 0.7V要小，如果不加偏置的話，這么小的信號(hào)就缺乏以引起基極電流的改變因?yàn)樾∮?.7V時(shí)，基極電流都是0。如果我們事先在三極管的基極上加上一 個(gè)適宜的電流叫做偏置電流，上圖中那個(gè)電阻Rb就是用來(lái)提供這個(gè)電流的，所以它被叫做基極偏置電阻，那么當(dāng)一個(gè)小信號(hào)跟這個(gè)偏置電流疊加在一起時(shí)，小 信號(hào)就會(huì)導(dǎo)致基極電流的變化，而基極電流的變化，就會(huì)被放大并在

25、集電極上輸出。另一個(gè)原因就是輸出信號(hào)范圍的要求，如果沒有加偏置，那么只有對(duì)那些增加的 信號(hào)放大，而對(duì)減小的信號(hào)無(wú)效因?yàn)闆]有偏置時(shí)集電極電流為0，不能再減小了。而加上偏置，事先讓集電極有一定的電流，當(dāng)輸入的基極電流變小時(shí)，集電極 電流就可以減小；當(dāng)輸入的基極電流增大時(shí)，集電極電流就增大。這樣減小的信號(hào)和增大的信號(hào)都可以被放大了。3開關(guān)作用 下面說(shuō)說(shuō)三極管的飽和情況。像上面那樣的圖，因?yàn)槭艿诫娮?Rc的限制Rc是固定值，那么最大電流為U/Rc，其中U為電源電壓，集電極電流是不能無(wú)限增加下去的。當(dāng)基極電流的增大，不能使集電極電流繼續(xù)增大 時(shí)，三極管就進(jìn)入了飽和狀態(tài)。一般判斷三極管是否飽和的準(zhǔn)那么是：

26、Ib*Ic。進(jìn)入飽和狀態(tài)之后，三極管的集電極跟發(fā)射極之間的電壓將很小，可以理解為 一個(gè)開關(guān)閉合了。這樣我們就可以拿三極管來(lái)當(dāng)作開關(guān)使用：當(dāng)基極電流為0時(shí)，三極管集電極電流為0這叫做三極管截止，相當(dāng)于開關(guān)斷開；當(dāng)基極電流很 大，以至于三極管飽和時(shí)，相當(dāng)于開關(guān)閉合。如果三極管主要工作在截止和飽和狀態(tài)，那么這樣的三極管我們一般把它叫做開關(guān)管。4工作狀態(tài) 如果我們?cè)谏厦孢@個(gè)圖中，將電阻Rc換成一個(gè)燈泡，那么當(dāng)基極電流為0時(shí)，集電極電流為0，燈泡滅。如果基極電流比擬大時(shí)大于流過(guò)燈泡的電流除以三極管 的放大倍數(shù) ，三極管就飽和，相當(dāng)于開關(guān)閉合，燈泡就亮了。由于控制電流只需要比燈泡電流的分之一大一點(diǎn)就行了，

27、所以就可以用一個(gè)小電流來(lái)控制一個(gè)大電流的通 斷。如果基極電流從0慢慢增加，那么燈泡的亮度也會(huì)隨著增加在三極管未飽和之前。 圖3.10 三極管引腳介紹 圖3.11 PNP型原理圖 圖3.12 NPN型原理圖3.6 按鍵介紹單片機(jī)鍵盤有獨(dú)立鍵盤和矩陣式鍵盤兩種：獨(dú)立鍵盤每一個(gè)I/O 口上只接一個(gè)按鍵，按鍵的另一端接電源或接地一般接地，這種接法程序比擬簡(jiǎn)單且系統(tǒng)更加穩(wěn)定；而矩陣式鍵盤式接法程序比擬復(fù)雜，但是占用的I/O少。根據(jù)本設(shè)計(jì)的需要這里選用了獨(dú)立式鍵盤接法。獨(dú)立式鍵盤的實(shí)現(xiàn)方法是利用單片機(jī)I/O口讀取口的電平上下來(lái)判斷是否有鍵按下。將常開按鍵的一端接地，另一端接一個(gè)I/O 口，程序開始時(shí)將此I

28、/O口置于高電平，平時(shí)無(wú)鍵按下時(shí)I/O口保護(hù)高電平。當(dāng)有鍵按下時(shí)，此I/O 口與地短路迫使I/O 口為低電平。按鍵釋放后，單片機(jī)內(nèi)部的上拉電阻使I/O口仍然保持高電平。我們所要做的就是在程序中查尋此I/O口的電平狀態(tài)就可以了解我們是否有按鍵動(dòng)作了。在用單片機(jī)對(duì)鍵盤處理的時(shí)候涉及到了一個(gè)重要的過(guò)程，那就是鍵盤的去抖動(dòng)。這里說(shuō)的抖動(dòng)是機(jī)械的抖動(dòng)，是當(dāng)鍵盤在未按到按下的臨界區(qū)產(chǎn)生的電平不穩(wěn)定正常現(xiàn)象，并不是我們?cè)诎存I時(shí)通過(guò)注意可以防止的。這種抖動(dòng)一般10200毫秒之間，這種不穩(wěn)定電平的抖動(dòng)時(shí)間對(duì)于人來(lái)說(shuō)太快了，而對(duì)于時(shí)鐘是微秒的單片機(jī)而言那么是慢長(zhǎng)的。硬件去抖動(dòng)就是用局部電路對(duì)抖動(dòng)局部加之處理，軟件

29、去抖動(dòng)不是去掉抖動(dòng)，而是避抖動(dòng)局部的時(shí)間，等鍵盤穩(wěn)定了再對(duì)其處理。所以這里選擇了軟件去抖動(dòng)，實(shí)現(xiàn)法是先查尋按鍵當(dāng)有低電平出現(xiàn)時(shí)立即延時(shí)10200毫秒以避開抖動(dòng)經(jīng)典值為20毫秒，延時(shí)結(jié)束后再讀一次I/O 口的值，這一次的值如果為1 表示低電平的時(shí)間不到10200 毫秒，視為干擾信號(hào)。當(dāng)讀出的值是0時(shí)那么表示有按鍵按下，調(diào)用相應(yīng)的處理程序。硬件電路如圖13所示： 圖3.13 鍵盤控制電路圖4.1 電路設(shè)計(jì)框圖單片機(jī)顯示驅(qū)動(dòng)模塊按鍵模塊最小系統(tǒng)模塊顯示模塊圖4.1 電路設(shè)計(jì)框圖4.2 系統(tǒng)硬件概述本設(shè)計(jì)通過(guò)STC89C51單片機(jī)以及單片機(jī)最小系統(tǒng)和三極管驅(qū)動(dòng)以及外圍的按鍵和數(shù)碼管顯示等部件，設(shè)計(jì)一個(gè)

30、基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易計(jì)時(shí)器。設(shè)計(jì)通過(guò)四位一體共陽(yáng)極數(shù)碼管顯示。Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。用過(guò)匯編語(yǔ)言后再使用C來(lái)開發(fā)，體會(huì)更加深刻。 Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能表達(dá)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。下面詳細(xì)介紹Keil C51開發(fā)系統(tǒng)各局部功能和

31、使用。 Keil_c軟件界面如圖 圖4.2 Keil_c軟件界面Protel99SE是PORTEL公司在80年代末推出的EDA軟件。Protel99SE是應(yīng)用于Windows9X/2000/NT操作系統(tǒng)下的EDA設(shè)計(jì)軟件，采用設(shè)計(jì)庫(kù)管理模式，可以網(wǎng)設(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力和開放性及3D模擬功能，是一個(gè)32位的設(shè)計(jì)軟件，可以完成電路原理圖設(shè)計(jì)，印制電路板設(shè)計(jì)和可編程邏輯器件設(shè)計(jì)等工作，可以設(shè)計(jì)32個(gè)信號(hào)層，16個(gè)電源-地層和16個(gè)機(jī)加工層。Protel99SE軟件的特點(diǎn)：1可生成30多種格式的電氣連接網(wǎng)絡(luò)表； 2強(qiáng)大的全局編輯功能； 3在原理圖中選擇一級(jí)器件，PCB中同樣的器件也將被選中；

32、4同時(shí)運(yùn)行原理圖和PCB，在翻開的原理圖和PCB圖間允許雙向交叉查 找元器件、引腳、網(wǎng)絡(luò) (5)既可以進(jìn)行正向注釋元器件標(biāo)號(hào)由原理圖到PCB，也可以進(jìn)行反向注釋由PCB到原理圖，以保持電氣原理圖和PCB在設(shè)計(jì)上的一致性； (6)滿足國(guó)際化設(shè)計(jì)要求包括國(guó)標(biāo)標(biāo)題欄輸出，GB4728國(guó)標(biāo)庫(kù)； * 方便易用的數(shù)?；旌戏抡婕嫒軸PICE 3f5； (7)支持用CUPL語(yǔ)言和原理圖設(shè)計(jì)PLD，生成標(biāo)準(zhǔn)的JED下載文件； * PCB可設(shè)計(jì)32個(gè)信號(hào)層，16個(gè)電源-地層和16個(gè)機(jī)加工層； (8)強(qiáng)大的“規(guī)那么驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)環(huán)境，符合在線的和批處理的設(shè)計(jì)規(guī)那么檢查； (9)智能覆銅功能，覆鈾可以自動(dòng)重鋪； (10)提

33、供大量的工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)電路板做為設(shè)計(jì)模版； Protel99SE的工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的Windows界面，如下圖，包括：標(biāo)題欄、主菜單、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對(duì)象選擇按鈕、預(yù)覽對(duì)象方位控制按鈕、仿真進(jìn)程控制按鈕、預(yù)覽窗口、對(duì)象選擇器窗口、圖形編輯窗口。Protel99SE軟件界面如圖17 圖4.3 Prtel99SE軟件界面6.1 硬件調(diào)試 硬件調(diào)試是利用根本測(cè)試儀器萬(wàn)用表、示波器等，檢查用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障。 硬件調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試與動(dòng)態(tài)調(diào)試兩步進(jìn)行。 靜態(tài)調(diào)試是在用 戶系統(tǒng)未工作時(shí)的一種硬件檢測(cè)。 第一步：目測(cè)。檢查外部的各種元件或者是電路是否有斷點(diǎn)。 第二步：用萬(wàn)用表測(cè)試。先用

34、萬(wàn)用表復(fù)核目測(cè)中有疑問(wèn)的連接點(diǎn)，再檢測(cè)各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。 第三步：加電檢測(cè)。給板加電，檢測(cè)所有插座或是器件的電源端是否符合要求的值。 第四步是聯(lián)機(jī)檢查。因?yàn)橹挥杏脝纹瑱C(jī)開發(fā)系統(tǒng)才能完成對(duì)用戶系統(tǒng)的調(diào)試。 動(dòng)態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶系統(tǒng)硬件中存在的器件內(nèi)部故障、器件連接邏輯錯(cuò)誤等的一種硬件檢查。動(dòng)態(tài)調(diào)試的一般方法是由近及遠(yuǎn)、由分到合。由分到合是指首先按邏輯功能將用戶系統(tǒng)硬件電路分為假設(shè)干塊，當(dāng)調(diào)試電路時(shí)，與該元件無(wú)關(guān)的 器件全部從用戶系統(tǒng)中去掉，這樣可以將故障范圍限定在某個(gè)局部的電路上。當(dāng)各塊電路無(wú)故障后，將各電路逐塊參加系統(tǒng)中，在對(duì)各塊電路功能及各電路間可

35、能存在的相互聯(lián)系進(jìn)行調(diào)試。由分到合的調(diào)試既告完成。由近及遠(yuǎn)是將信號(hào)流經(jīng)的各器件按照距離單片機(jī)的邏輯距離進(jìn)行由近及遠(yuǎn)的分層，然后分層調(diào)試。調(diào)試時(shí)，仍采用去掉無(wú)關(guān)元件的方法，逐層調(diào)試下去，就會(huì)定位故障元件了。6.2 軟件調(diào)試 軟件調(diào)試是通過(guò)對(duì)程序的連接、執(zhí)行來(lái)發(fā)現(xiàn)程序中存在的語(yǔ)法錯(cuò)誤與邏輯錯(cuò)誤并加以排除糾正的過(guò)程，也可以通過(guò)keil軟件進(jìn)行仿真，能大大的減少設(shè)計(jì)過(guò)程中的錯(cuò)誤。7.結(jié) 論本系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，為以后單片機(jī)編程進(jìn)行各種功能擴(kuò)展，通過(guò)本次論文設(shè)計(jì)，使我加深了對(duì)單片機(jī)的認(rèn)識(shí)，并且熟悉了單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程，收獲豐碩。功能上根本達(dá)標(biāo)正計(jì)時(shí)，倒計(jì)時(shí)，設(shè)置時(shí)間計(jì)時(shí)，以及倒計(jì)時(shí)十秒蜂鳴器提

36、示功能，方便快捷。硬件設(shè)施根本符合要求，軟件設(shè)計(jì)可以配合硬件實(shí)現(xiàn)其功能，也是我懂得了制作后怎么樣調(diào)試和對(duì)故障的檢驗(yàn)及預(yù)防有了更進(jìn)一步的提高。計(jì)時(shí)器可以為我們生活中的許多事提供作用，做為新時(shí)代的我們，更應(yīng)該提高自身能力，適應(yīng)新時(shí)代的開展。知識(shí)來(lái)自實(shí)踐，多從生活中探尋所需要的。從這次的論文設(shè)計(jì)中，我真正的體會(huì)到，知識(shí)的重要性，特別是要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際生活當(dāng)中，要用知識(shí)改變一切。參考文獻(xiàn) 1陳權(quán)昌,李興富.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.廣州:華南理工大學(xué)出版社2李慶亮.C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)用教程M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社3楊志忠.數(shù)字電子技術(shù)M.北京:高等教育出版社,2003.12.4及

37、力.Protel 99 SE原理圖與PCB設(shè)計(jì)教程M.北京:電子工業(yè)出版社,2007.8.5徐江海.單片機(jī)實(shí)用教程M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,6胡宴如.模擬電子技術(shù)M.北京:高等教育出版社,7 劉寧.單片機(jī)多功能時(shí)鐘的設(shè)計(jì)M.浙江:浙江海洋學(xué)院,2021.8 汪文，陳林.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.湖北:華中科技大學(xué)出版社,2007.9 康華光.電子技術(shù)根底數(shù)字局部M.北京:高等教育出版社,2021. 附錄1 原理圖附錄2 源程序#include <reg51.h>char code tab=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,

38、0xff;/數(shù)字對(duì)應(yīng)顯示碼表 char code tab1=0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10;/小數(shù)點(diǎn) char code index=0xef,0xdf,0xbf,0x7f; /每位數(shù)字對(duì)應(yīng)數(shù)碼管顯示位置 unsigned char num4;int sec_fei=0;sbit key1=P30; /開始sbit key2=P31; /停止sbit key3=P32; /清零void delay(unsigned int z)unsigned int i,j;for(i=0;i<z;i+)for(j=0;j<12

39、1;j+);void init()TMOD=0x01;TH0=0xd8;TL0=0xf0; /定時(shí)10msET0=1;TR0=0;EA=1;void display()unsigned char i;num0=sec_fei%10;num3=sec_fei/1000;for(i=0;i<4;i+)P2=indexi;if(i=2)P0=tab1numi;elseP0=tabnumi; delay(1);/修改此參數(shù)可修改刷新頻率 P0=0xff;void main()init();while(1) display(); /刷屏顯示數(shù)碼管 if(key2=0) /tingzhi按鈕 TR0

40、=0;if(key3=0&&TR0=0) /復(fù)位按鈕sec_fei=0; void T0_time() interrupt 1TH0=0xd8; /定時(shí)器定時(shí)時(shí)間為50ms TL0=0xf0;if(sec_fei>=10000)sec_fei=0; 附錄3 元件清單序號(hào)名稱型號(hào)規(guī)那么數(shù)量17*9萬(wàn)用板12AT89C51單片機(jī)1340腳IC座14四位一體共陽(yáng)數(shù)碼管15901236電阻47103排阻18電容10uF110電容30pf212晶振12MHz113電阻10K114小按鍵315自鎖開關(guān)116DC電源座117導(dǎo)線假設(shè)干18焊錫假設(shè)干19Usb電源線電池盒+DC插頭1 附錄4 實(shí)物圖 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué) 院： 電氣工程學(xué)院 題 目： 基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì) 起止時(shí)間： 2021年10月1