1、嵌入式應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)基于C51的多功能智能電子鐘的設(shè)計(jì)與制作實(shí)訓(xùn)報(bào)告專 業(yè)：嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)班 級(jí)：嵌設(shè)0913姓 名：Gz學(xué) 號(hào)：XX指導(dǎo)老師：柴XX 白XX提交日期：2010年6月29日前言電子科技日新月異，人們對(duì)現(xiàn)代電子設(shè)備的智能化和微型化及其精度提出了更高的要求，而單片機(jī)因其具有穩(wěn)定可靠、 體積小、 價(jià)格低廉等特點(diǎn)，成為設(shè)計(jì)智能化儀器儀表的首選微控制器，因此本次我們沒有選用傳統(tǒng)的專用的時(shí)鐘芯片，而是采用了AT89S52芯片，此款單片機(jī)可以使用軟件對(duì)其進(jìn)行在線編程，其靈活性和可靠性都相對(duì)提高。通過此次實(shí)物制作,增強(qiáng)了我們的動(dòng)手能力,把理論與實(shí)踐融合在一起。同時(shí)，也進(jìn)一步加深了對(duì)單片機(jī)的硬

2、件結(jié)構(gòu)的理解和鞏固，編程能力也得到了提高。在此將電子鐘制作過程中用到的知識(shí)進(jìn)行了一些總結(jié)，并記錄了遇到的問題，希望自己今后能注意。同時(shí)也希望能成為大家共同學(xué)習(xí)的參考資料，并能從中得到一些啟發(fā)。在智能化儀器儀表中，控制核心均為微處理器，而單片機(jī)以其高性能、高速度、體積小、價(jià)格低廉、穩(wěn)定可靠而得到廣泛應(yīng)用，是設(shè)計(jì)智能化儀器儀表的首選微控制器，單片機(jī)結(jié)合簡(jiǎn)單的接口電路即可構(gòu)成電子鐘，它可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、日常生活等領(lǐng)域，與傳統(tǒng)鐘表相比較，它具有高精度、高可靠性、操作方便、價(jià)格便宜、智能化等特點(diǎn)，是鐘表的一個(gè)發(fā)展方向，具有一定的實(shí)用價(jià)值。在此次實(shí)訓(xùn)中也要感謝柴老師和白老師對(duì)我們的指導(dǎo)，感謝同組人的

3、合作及幫助過我的同學(xué)。由于水平有限,書中的錯(cuò)漏在所難免，懇請(qǐng)大家批評(píng)指正。目錄前言.第2頁第一章 多功能電子鐘說明及總體設(shè)計(jì)方案介紹.第4頁1.1、多功能電子鐘計(jì)時(shí)方案.第4頁1.2、多功能電子鐘鍵盤/顯示方案.第5頁第二章 電子鐘的工作原理.第7頁第三章 多功能電子鐘原理框圖、原理圖及PCB圖.第8頁3.1、多功能電子鐘原理框圖.第8頁3.2、多功能電子鐘整機(jī)原理.第8頁 3.2.1、多功能電子鐘電源電路原理圖.第8頁 3.2.2、多功能電子鐘整機(jī)電路原理.第9頁3.3、多功能電子鐘電路PCB圖.第10頁 3.3.1、多功能電子鐘電源電路PCB圖.第10頁 3.3.2、多功能電子鐘整機(jī)電路P

4、CB圖.第11頁第四章 多功能電子表元器件清單. .第12頁第五章 多功能電子表單元電路工作原理介紹.第14頁5.1、電源電路工作原理.第14頁5.2、時(shí)鐘電路工作原理.第15頁5.3、復(fù)位電路工作原理.第15頁5.4、鍵盤電路工作原理.第15頁5.5、顯示器工作原理.第16頁第七章 程序流程圖.第19頁第八章 使用說明.第25頁第九章 參考文獻(xiàn).第26頁第十章 附錄.第27頁第一章多功能電子鐘的說明及總體設(shè)計(jì)方案介紹本次設(shè)計(jì)電子鐘系統(tǒng)功能簡(jiǎn)單，用單片機(jī)的最小系統(tǒng)就能得以實(shí)現(xiàn)。而單片機(jī)的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)中實(shí)際上最重要的就是對(duì)鍵盤/顯示器接口電路的設(shè)計(jì)，由于系統(tǒng)功能不同所以要求就不同，接口設(shè)計(jì)也就不

5、同。對(duì)一個(gè)鍵盤/顯示器接口設(shè)計(jì)應(yīng)從整個(gè)系統(tǒng)出發(fā)，綜合考慮軟、硬件特點(diǎn)。下面是本人在設(shè)計(jì)前對(duì)各種設(shè)計(jì)方案的考慮：1.1 、多功能電子鐘計(jì)時(shí)方案方案一：采用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片具備年、月、日、時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)功能和多點(diǎn)定時(shí)功能，計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)的更新每秒自動(dòng)進(jìn)行一次，不需程序干預(yù)。計(jì)算機(jī)可通過中斷或查詢方式讀取計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，因此計(jì)時(shí)功能的實(shí)現(xiàn)無需占用CPU的時(shí)間，程序簡(jiǎn)單。此外，實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片多數(shù)帶有鋰電池做后備電源，具備永不停止的計(jì)時(shí)功能；具有可編程方波輸出功能，可用做實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)的采樣信號(hào)等；有的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片內(nèi)部還帶有非易失性RAM，可用來存放需長(zhǎng)期保存但有時(shí)也需變更的數(shù)據(jù)。由于功能完善，精度高，

6、軟件程序設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，且計(jì)時(shí)不占用CPU時(shí)間，因此，在工業(yè)實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)中多采用這一類專用芯片來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能。方案二: 軟件控制利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器進(jìn)行中斷定時(shí)，配合軟件延時(shí)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒的計(jì)時(shí)及秒表計(jì)時(shí)。該方案節(jié)省硬件成本，且能使設(shè)計(jì)者對(duì)單片機(jī)的指令系統(tǒng)能有更深入的了解，從而掌握單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)MCS-51匯編語言程序設(shè)計(jì)方法，因此，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用此種軟件控制方法來實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)。而由于ATMEL公司的AT89S52單片機(jī)是低功耗的具有4KB在線可編程Flash存儲(chǔ)器的單片機(jī)。它與通用80C51系列單片機(jī)的指令系和引腳兼容。片內(nèi)的Flash可允許在線重新編程，也可使用通用非易失性存儲(chǔ)器編程

7、。它將通用CPU和在線可編程Flash集成在一個(gè)芯片上，形成了功能強(qiáng)大、使用靈活和具有較高性能價(jià)格比的微控制器。它的功能強(qiáng)大，而且也較容易購買，故本設(shè)計(jì)中所選的單片機(jī)為AT89S52單片機(jī)。1.2 、多功能電子鐘鍵盤/顯示方案方案一: 8279擴(kuò)展。該方案方框圖如圖1.2.1所示，8279是一種可編程的鍵盤/顯示接口專用芯片，它含有鍵盤輸入和顯示輸出兩種功能，鍵掃描程序和動(dòng)態(tài)顯示程序全由8279硬件自動(dòng)完成，此種方案能以比較簡(jiǎn)單的硬件電路和較少的軟件開銷實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與鍵盤、LED顯示器的接口。方案二: 8155擴(kuò)展，LED動(dòng)態(tài)顯示。 該方案方框圖如圖1.2.2所示，8155是一塊可編程的接口芯片

8、，與單片機(jī)的接口非常簡(jiǎn)單，它的鍵盤、顯示共用一個(gè)接口電路，可節(jié)省I/O口。但動(dòng)態(tài)掃描方式需占用CPU較多的時(shí)間，在單片機(jī)沒有太多實(shí)時(shí)測(cè)控任務(wù)的情況下可以采用。方案三: 串口擴(kuò)展，LED靜態(tài)顯示。該方案方框圖如圖1.2.3所示，獨(dú)立式鍵盤配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，按鍵較多時(shí)不宜采用。靜態(tài)顯示占用口資源少，采用串口傳輸實(shí)現(xiàn)靜態(tài)顯示， LED數(shù)碼管與單片機(jī)之間通過6個(gè)移位寄存器相連，顯示亮度有保證，但此方案的硬件開銷大，電路復(fù)雜，信息刷新速度慢，比較適用于并行口資源較少的場(chǎng)合。方案四: 獨(dú)立式按鍵，LED動(dòng)態(tài)顯示。 該方案方框圖如圖1.2.4所示，獨(dú)立式按鍵直接與單片機(jī)I/O口相連構(gòu)成鍵盤，每個(gè)按鍵不

9、會(huì)相互影響，因本系統(tǒng)用到的按鍵比較少，采用獨(dú)立式鍵盤不會(huì)浪費(fèi)I/O口線，所以本系統(tǒng)采用獨(dú)立式鍵盤。動(dòng)態(tài)顯示的亮度雖然不如靜態(tài)顯示，但其硬件電路較簡(jiǎn)單，可節(jié)省硬件成本，雖然動(dòng)態(tài)掃描需占用CPU較多的時(shí)間，但本系統(tǒng)中的單片機(jī)沒有很多實(shí)時(shí)測(cè)控任務(wù)，因此，本系統(tǒng)采用此種方案。 第二章多功能電子鐘的工作原理本設(shè)計(jì)中的電子鐘的核心是AT89S52單片機(jī)，其內(nèi)部帶有4KB在線可編程Flash存儲(chǔ)器的單片機(jī)，無須外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器，硬件電路主要由四部分構(gòu)成：時(shí)鐘電路，復(fù)位電路，鍵盤以及顯示電路。時(shí)鐘電路是電子鐘硬件電路的核心，沒有時(shí)鐘電路，電子鐘將無法正常工作計(jì)時(shí)。本系統(tǒng)時(shí)鐘電路采用的晶振的頻率為12MHz，定時(shí)

10、器采用的是定時(shí)器0工作在方式1定時(shí)，用于實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒的計(jì)時(shí)，定時(shí)時(shí)間為62.5ms。復(fù)位電路可使電子鐘恢復(fù)到初始狀態(tài)。鍵盤可對(duì)電子鐘進(jìn)行開啟、停止，還能實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒的顯示及設(shè)定等操作。顯示電路由兩個(gè)共陽級(jí)4位一體LED數(shù)碼管構(gòu)成，它的段控端和位控端通過74LS244及其S8550PNP型號(hào)三極管與AT89S52單片機(jī)的I/O口相連，顯示器可使電子鐘顯示出時(shí)、分、秒。 多功能電子鐘的計(jì)時(shí)原理為：上電后，電子鐘顯示P.提示符，按下A鍵后，電子鐘從00：00：00開始計(jì)時(shí)。當(dāng)定時(shí)器0的定時(shí)時(shí)間滿62.5ms后，定時(shí)器0溢出一次，溢出滿16次后，電子鐘的秒加1，滿60秒后，分加1，滿60分后，時(shí)加

11、1，滿24時(shí)后，電子鐘重新從00：00：00開始計(jì)時(shí)。第三章多功能電子鐘原理方框圖、原理圖及PCB圖3.1、多功能電子鐘原理方框圖多功能電子鐘整機(jī)電路方框圖如圖3.1 3.2 、多功能電子鐘電路原理圖3.2.1、多功能電子鐘電源電路原理圖直流穩(wěn)壓電源電路原理圖如圖3.2所示3.2.2 、多功能電子鐘整機(jī)電路原理3.3、多功能電子鐘電路PCB圖3.3.1、多功能電子鐘電源電路PCB圖電源電路PCB圖如圖3.4所示 3.3.2 多功能電子鐘整機(jī)電路PCB圖多功能電子鐘整機(jī)電路PCB圖如圖3.5所示3.5整機(jī)PCB圖第四章多功能電子表元器件清單多功能電子表電路所有元器件清單如表4.1所示表4.1 多

12、功能電子表元器件清單1元件名稱封裝形式元件號(hào)LED數(shù)碼管(共陽極)DIP-12D1LED數(shù)碼管(共陽極)DIP-12D2510電阻AXIAL0.4R1510電阻AXIAL0.4R2510電阻AXIAL0.4R3510電阻AXIAL0.4R4510電阻AXIAL0.4R5510電阻AXIAL0.4R6510電阻AXIAL0.4R7510電阻AXIAL0.4R81K電阻AXIAL0.4R9200電阻AXIAL0.4R104.7K電阻AXIAL0.4R114.7K電阻AXIAL0.4R124.7K電阻AXIAL0.4R134.7K電阻AXIAL0.4R144.7K電阻AXIAL0.4R154.7K電

13、阻AXIAL0.4R164.7K電阻AXIAL0.4R174.7K電阻AXIAL0.4R18電源插座UINDIANYUAN74LS244芯片DIP-20A1S8550PNP三極管TO-585501S8550PNP三極管TO-585502S8550PNP三極管TO-585503S8550PNP三極管TO-585504S8550PNP三極管TO-585505S8550PNP三極管TO-585506輕觸開關(guān)ADIP04A輕觸開關(guān)BDIP04B輕觸開關(guān)CDIP04C輕觸開關(guān)DDIP04D輕觸開關(guān)DIP04S512M晶振XTAL1Y133pF電容RAD0.2C133pF電容RAD0.2C222F電容RB

14、.2/.4C37805芯片TO-220U10.33F電容RAD0.2C10.1F電容RAD0.2C2220F電容RB.2/.4C3220F電容RB.2/.4C4橋式整流DIP-04D2二極管DIODE0.4D111V變壓器DIP-5TR擴(kuò)展插針SIP08J0擴(kuò)展插針SIP08J1第五章多功能電子表單元電路工作原理介紹5.1、電源電路工作原理 圖5.1所示為集成直流穩(wěn)壓電源電路的原理圖，本電源電路是由集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的。電路可分成三部分：電源變壓器部分、整流濾波部分和穩(wěn)壓部分。變壓器原邊為工頻交流220V電壓，經(jīng)過變壓后，變壓器副邊的電壓變?yōu)榻涣?1V，11V交流電壓經(jīng)過橋式整流電路整流后變?yōu)橹绷?/p>

15、10V電壓，直流10V電壓作為CW7805的輸入電壓，CW7805輸出+5V電壓。圖中D2為整流橋，它由四個(gè)整流二極管接成電橋形式。C3為濾波電容，C1用于抵消輸入端較長(zhǎng)接線的電感效應(yīng)，以防止自激振蕩，還可抑制電源的高頻脈沖干擾。一般取0.11F。CW7805為三端固定輸出集成穩(wěn)壓器，其輸入和輸出電壓都為固定值，它的輸入電壓為+10V，輸出電壓為+5V。C2和C4用以改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，消除電路的高頻噪聲，同時(shí)也具有消振作用。5.2、時(shí)鐘電路工作原理 圖5.2所示為時(shí)鐘電路原理圖，在AT89S51芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。而在芯片內(nèi)部

16、，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。時(shí)鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過觸發(fā)器進(jìn)行二分頻之后，才成為單片機(jī)的時(shí)鐘脈沖信號(hào)。 5.3、復(fù)位電路工作原理 圖5.3所示為復(fù)位電路原理圖，復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是把PC初始化為0000H,使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序，并使其它功能單元處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)。本復(fù)位電路采用的是按鍵復(fù)位，它是通過復(fù)位端經(jīng)電阻與VCC電源接通而實(shí)現(xiàn)的，它兼具上電復(fù)位功能。因本系統(tǒng)的晶振的頻率為12MHz，所以，復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)當(dāng)超過2S才能完成復(fù)位操作。5.4、鍵盤工作原理 圖5.4所示為鍵盤原理圖,本系統(tǒng)采用的

17、是獨(dú)立式鍵盤結(jié)構(gòu)，每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根I/O口線，每個(gè)按鍵的工作不會(huì)影響其它I/O口線的狀態(tài)。它軟件是采用查詢式結(jié)構(gòu)，首先逐位查詢每根I/O口線的輸入狀態(tài)，如某一根I/O口線輸入為低電平，則可確認(rèn)該I/O口線所對(duì)應(yīng)的按鍵已按下，然后，再轉(zhuǎn)向該鍵的功能處理程序。 5.5、顯示器工作原理 系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)顯示方式，用P0口來控制LED數(shù)碼管的段控線，而用P2口來控制其位控線。動(dòng)態(tài)顯示通常都是采用動(dòng)態(tài)掃描的方法進(jìn)行顯示，即循環(huán)點(diǎn)亮每一個(gè)數(shù)碼管，這樣雖然在任何時(shí)刻都只有一位數(shù)碼管被點(diǎn)亮，但由于人眼存在視覺殘留效應(yīng)，只要每位數(shù)碼管間隔時(shí)間足夠短，就可以給人以同時(shí)顯示的感覺。圖中的S8550作為驅(qū)動(dòng)器，而8個(gè)

18、510歐姆電阻則起限流作用。 由圖5.5可知，要想讓數(shù)碼管那一段亮，在該數(shù)碼管位控段為高電平的情況下給這段送低電平就可以了。顯示電路結(jié)構(gòu)采用動(dòng)態(tài)掃描的方式，所有數(shù)碼管的段控端公用單片機(jī)P0口的8根輸出口線，數(shù)碼管的段控端a、b、c、d、e、f、g、dp分別接到P0口的P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7口線上，每個(gè)數(shù)碼管的位控線單獨(dú)占用單片機(jī)P2口一根輸出口線，8位數(shù)碼管從高位到低位分別接P2.0P2.7引腳。段控碼（低電平有效）由P0口輸出經(jīng)上拉電阻上拉電壓后通過鎖存器74LS244送到數(shù)碼管的段控端，位控碼由P2口輸出經(jīng)三極管S8550驅(qū)動(dòng)后送到數(shù)

19、碼管的位控端。在單片機(jī)內(nèi)部顯示緩沖區(qū)79H、7AH、7BH、7CH、7DH、7EH內(nèi)的值分別是秒的個(gè)位、秒的十位、分的個(gè)位、分的十位、時(shí)的個(gè)位、時(shí)的十位，顯示器LED0、LED1、LED2、LED3、LED4、LED5分別顯示秒的個(gè)位十位、分的個(gè)位十位、時(shí)的個(gè)位十位，由圖5.5所示。數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示：由于顯示的數(shù)據(jù)和LED數(shù)碼管的段控碼并不是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，即顯示的數(shù)據(jù)與數(shù)碼管的字型代碼不相符。顯示數(shù)據(jù)與字型代碼之間存在著轉(zhuǎn)換關(guān)系，數(shù)碼管段控?cái)?shù)據(jù)和數(shù)碼管各段的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表5.1、表5.2所示。表5.1 數(shù)碼管數(shù)據(jù)和數(shù)碼管每段的對(duì)應(yīng)關(guān)系D7D6D5D4D3D2D1D0LED顯示碼a111111100FEHb111111010FDHc111110110FBHd111101110F7He111011110EFHf110111110DFHg101111110BFHdp011111117FH表5.2 數(shù)碼管斷碼和字型的對(duì)應(yīng)關(guān)系（共陽極）字型D7D6D5D4D3D2D1D0段碼dpgfedcba0110000000CO1111110010F92101001000A43101100000B