1、黑龍江學院黑龍江學院 畢業(yè)論文畢業(yè)論文 基于單片機的倒計時時鐘設(shè)計 姓姓 名：名： * * * * * * 指導教師：指導教師： * * * 專專 業(yè)：業(yè)： 電子技術(shù)電子技術(shù) 班班 級：級： 20142014 年年 1010 月月 1515 日日 畢業(yè)論文 目 錄 摘 要.1 關(guān)鍵詞.1 引 言.2 1. 系統(tǒng)基本設(shè)計思路.3 2. 單元電路方案論證.3 2.1 控制器模塊.3 2.2 計時模塊.3 2.3 顯示模塊.3 2.4 最終方案.4 3. 系統(tǒng)硬件介紹.4 3.1 STC89C51 單片機.4 3.2 數(shù)碼管驅(qū)動模塊.8 3.3 74HC573 芯片介紹.8 3.4 按鍵調(diào)時模塊.9

2、 3.5 整點提示模塊.10 4. 系統(tǒng)軟件設(shè)計.11 4.1 編程軟件 KEIL C51.11 4.2 畫圖軟件 PROTEL99SE.11 4.3 仿真軟件PROTEUS.12 4.4 程序流程圖.13 5. 調(diào)試與實現(xiàn).14 結(jié) 論.15 參考文獻.16 致 謝.17 附錄 1 原理圖.18 附錄 2 仿真圖.19 附錄 3 主要源程序.20 畢業(yè)論文 1 基于單片機的倒計時時鐘設(shè)計基于單片機的倒計時時鐘設(shè)計 摘摘 要要 ：單片機自 20 世紀 70 年代問世以來，以其極高的性能價格比，受到人們的重視和 關(guān)注，應(yīng)用很廣、發(fā)展很快。單片機體積小、重量輕、抗干擾能力強、環(huán)境要求不高、價格低

3、廉、可靠性高、靈活性好、開發(fā)較為容易。由于具有上述優(yōu)點，在我國，單片機已廣泛地應(yīng)用 在工業(yè)自動化控制、自動檢測、智能儀器儀表、家用電器、電力電子、機電一體化設(shè)備等各個 方面，而 51 單片機是各單片機中最為典型和最有代表性的一種。 這次畢業(yè)設(shè)計通過對它的學習、應(yīng)用，以 STC89C51 單片機為核心，輔以必要的電路，設(shè)計 了一個簡易的倒計時秒表，它由 5V 直流電源供電，通過數(shù)碼管能夠準確顯示時間，調(diào)整時間， 從而到達學習、設(shè)計、開發(fā)軟、硬件的能力。數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對 “分” 、 “秒”數(shù)字 顯示的計時裝置。數(shù)字鐘的精度、 穩(wěn)定度遠遠超過老式機械鐘。在這次設(shè)計中，我們采用 LED 數(shù)碼

4、管顯示分、秒，根據(jù)數(shù)碼管動態(tài)顯示原理來進行顯示，用 12MHz 的晶振產(chǎn)生振蕩脈沖，定 時器計數(shù)。在此次設(shè)計中，電路具有顯示時間的其本功能，還可以實現(xiàn)對時間的調(diào)整。其小巧， 價格低廉，走時精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受廣大消費的喜愛，因此得到了廣 泛的使用。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 ：單片機，數(shù)碼管，秒表 畢業(yè)論文 2 引引 言言 20 世紀末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各 個領(lǐng)域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性 能進一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。 時間對人們來說總是那么寶貴，工作的忙碌 性和繁雜性容

5、易使人忘記當前的時間。忘記了要做的事情，當事情不是很重要的時候，這種遺 忘無傷大雅。但是，一旦重要事情，一時的耽誤可能釀成大禍。 目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進一步向著 CMOS 化、低功耗、小體 積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。下面是單片機的主要發(fā)展趨 勢。單片機應(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)計思想和設(shè)計方法。 從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機通過軟件方法來實現(xiàn)了。 這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。 單片機模塊中最常見的是數(shù)字鐘，數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)

6、實現(xiàn)分、秒計時的裝置， 與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更更長的使用壽命，因此 得到了廣泛的使用?，F(xiàn)今，高精度的計時工具大多數(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時時，譯碼代替機械式傳動，用 LED 顯示器代替顯示器代替指針顯 示進而顯示時間，減小了計時誤差，這種表具有時，分，秒顯示時間的功能，還可以進行時、 分和秒的校對，片選的靈活性好。 時鐘電路在計算機系統(tǒng)中起著非常重要的作用，是保證系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)。在一個單片 機應(yīng)用系統(tǒng)中，時鐘有兩方面的含義：一

7、是指為保障系統(tǒng)正常工作的基準振蕩定時信號，主要 由晶振和外圍電路組成，晶振頻率的大小決定了單片機系統(tǒng)工作的快慢；二是指系統(tǒng)的標準定 時時鐘，即定時時間，它通常有兩種實現(xiàn)方法：一是用軟件實現(xiàn)，即用單片機內(nèi)部的可編程定 時/計數(shù)器來實現(xiàn)，但誤差很大，主要用在對時間精度要求不高的場合；二是用專門的時鐘芯片 實現(xiàn)，在對時間精度要求很高的情況下，通常采用這種方法，典型的時鐘芯片有： DS1302，DS12C887 等都可以滿足高精度的要求。 本文主要介紹用單片機內(nèi)部的定時/計數(shù)器來實現(xiàn)電子時鐘的方法，本設(shè)計由單片機 STC89C51 單片機和 LED 數(shù)碼管為核心，輔以必要的電路，構(gòu)成了一個單片機電子時

8、鐘。 畢業(yè)論文 3 1. 系統(tǒng)基本設(shè)計思路 此設(shè)計是在數(shù)碼管上顯示分和秒，電路包括：鍵盤、單片機及顯示驅(qū)動電路。 各部分說明： （1） 鍵盤用于調(diào)節(jié)數(shù)碼管上顯示的時間。 （2） 單片機通過輸出各種電脈沖信號開驅(qū)動控制各部分正常工作。 （3） 單片機發(fā)送的信號經(jīng)過顯示電路通過譯碼最終在數(shù)碼管上顯示出來。 系統(tǒng)工作過程：時間的主要處理過程是在 CPU 中完成的。CPU 會隨時對時間進行讀取數(shù)據(jù)的 操作。在讀取了相應(yīng)的寄存器的值后，CPU 將讀取的值進行處理，再通過 I/O 口把數(shù)據(jù)顯示在數(shù) 碼管上。 2. 單元電路方案論證 根據(jù)設(shè)計要求，本系統(tǒng)主要由控制器模塊、顯示驅(qū)動模塊和輸入模塊構(gòu)成。為較好的

9、實現(xiàn) 各模塊的功能，我們分別設(shè)計了以下幾種方案并分別進行了論證。 2.1 控制器模塊 方案 1：采用 51 系列作為系統(tǒng)控制器 單片機算術(shù)運算功能強，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實現(xiàn)各種算法和邏輯控 制。由于其功耗低、體積較小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點，在各個領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。而且抗干擾 性能好。 方案 2：采用凌陽系列單片機為系統(tǒng)的控制器 凌陽系列單片機可以實現(xiàn)各種復雜的邏輯功能，模塊大，密度高，它將所有器件集成在一 塊芯片上，減少了體積，提高了穩(wěn)定性。凌陽系列單片機提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大 規(guī)模實時系統(tǒng)的控制核心。 因 51 單片機價格比凌陽系列低得多，且本設(shè)計不需要很高的處理速

10、度，從經(jīng)濟和方便使用 角度考慮，本設(shè)計選擇了方案 1。 2.2 計時模塊 數(shù)字時鐘是本設(shè)計的最主要的部分。根據(jù)需要，可利用兩種方案實現(xiàn)。 方案一：本方案采用 Dallas 公司的專用時鐘芯片 DS12C887。該芯片內(nèi)部采用石英晶體振蕩 器，其芯片精度不大于 10ms/年，且具有完備的時鐘鬧鐘功能，因此，可直接對其以用于顯示或 設(shè)置，使得軟件編程相對簡單。為保證時鐘在電網(wǎng)電壓不足或突然掉電等突發(fā)情況下仍能正常 工作，芯片內(nèi)部包含鋰電池。當電網(wǎng)電壓不足或突然掉電時，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)換到內(nèi)部鋰電池供電 系統(tǒng)。而且即使系統(tǒng)不上電，程序不執(zhí)行時，鋰電池也能保證芯片的正常運行，以備隨時提供 正確的時間。 方案

11、二：本方案完全用軟件實現(xiàn)數(shù)字時鐘。原理為：在單片機內(nèi)部存儲器設(shè)三個字節(jié)分別 存放時鐘的時、分、秒信息。利用定時器與軟件結(jié)合實現(xiàn) 1 秒定時中斷，每產(chǎn)生一次中斷，存 儲器內(nèi)相應(yīng)的秒值加 1；若秒值達到 60，則將其清零，并將相應(yīng)的分字節(jié)值加 1；若分值達到 60，則清零分字節(jié)，并將時字節(jié)值加 1；若時值達到 24，則將十字節(jié)清零。該方案具有硬件電 路簡單的特點。但由于每次執(zhí)行程序時，定時器都要重新賦初值，所以該時鐘精度不高。而且， 由于是軟件實現(xiàn)，當單片機不上電，程序不執(zhí)行時，時鐘將不工作。 基于硬件電路的考慮，本設(shè)計采用方案二完成數(shù)字時鐘的功能。 2.3 顯示模塊 畢業(yè)論文 4 方案 1：采用

12、 LED 數(shù)碼管 顯示用 LED 數(shù)碼管。雖然顯示的內(nèi)容有限，但是也可以顯示數(shù)字和幾個英文字母，在此設(shè) 計中已經(jīng)足夠了，并且價格比液晶字符式要低的多，為了降低設(shè)計制作的成本，在此設(shè)計中我 們選用 LED 數(shù)碼管顯示。 方案 2：采用液晶字符顯示器 顯示用液晶，可以用軟件達到很好的控制，硬件不復雜，液晶字符顯示器可以顯示很豐富 的內(nèi)容，顯示清晰，但是液晶字符式價格昂貴，在本設(shè)計中不需要用到復雜的顯示內(nèi)容，因此 我們放棄了此方案。 從經(jīng)濟的角度考慮，我們選擇了方案 1。 2.4 最終方案 經(jīng)過反復論證，最終確定了如下方案： （1）采用 STC89C51 單片機作為主控制器。 （2）采用單片機內(nèi)部定

13、時器計時。 （3）采用 LED 數(shù)碼管作為顯示器。 3. 系統(tǒng)硬件介紹 本設(shè)計采用 STC89C51 單片機作為主控制器，外部加上 74HC573 驅(qū)動數(shù)碼管。系統(tǒng)總體框圖 如下： 圖 1 系統(tǒng)總體框圖 3.1 STC89C51單片機 STC89C51 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 4K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存 儲器。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。 具有以下標準功能： 4k 字節(jié) Flash，512 字 節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定

14、時器，內(nèi)置 4KB EEPROM，MAX810 復位電路，三個 16 位 定時器/計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(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、定時 器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機 單 片 機 電源模塊 晶振電路 數(shù)碼管驅(qū)動模塊 按鍵模塊 復位電路 報警模塊 畢業(yè)論文 5 一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率 35Mhz，6T/12T 可選。 EA/VP 31 X1 19 X2 18 RESET

15、 9 P37/RD 17 P36WR 16 P32/INT0 12 P33/INT1 13 P34/T 0 14 P35/T 1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE /P 30 P31/T XD 11 P30/RX D 10 GND 20 VCC 40 U1 ST C89C52 圖 2

16、 STC89C51 單片機引腳圖 單片機是美國 STC 公司最新推出的一種新型 51 內(nèi)核的單片機。片內(nèi)含有 Flash 程序存儲器、 SRAM、UART、SPI、PWM 等模塊。 （一）STC89C51 主要功能、性能參數(shù)如下： （1）內(nèi)置標準 51 內(nèi)核，機器周期：增強型為 6 時鐘，普通型為 12 時鐘; （2）工作頻率范圍：040MHZ，相當于普通 8051 的 080MHZ; （3）STC89C51RC 對應(yīng) Flash 空間：4KB; （4）內(nèi)部存儲器（RAM)：512B; （5）定時器計數(shù)器：3 個 16 位； （6）通用異步通信口（UART）1 個； （7）中斷源:8 個； （

17、8）有 ISP(在系統(tǒng)可編程）IAP(在應(yīng)用可編程),無需專用編程器仿真器； （9）通用 IO 口：3236 個； （10）工作電壓：3.85.5V； （11）外形封裝：40 腳 PDIP、44 腳 PLCC 和 PQFP 等。 （二）STC89C51 單片機的引腳說明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口：P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當 P1 口的管腳 第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地 址的第八位。在 FIASH 編程時，P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時，

18、P0 輸出原碼， 此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口：P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時，將 輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時，P1 口作為第八位地址接收。 P2 口：P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL 門電流，當 P2 口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣

19、故。P2 口當用于外部程序存儲器 或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利 用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi) 容。P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口：P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。當 畢業(yè)論文 6 P3 口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（

20、串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷 0） P3.3 /INT1（外部中斷 1） P3.4 T0（記時器 0 外部輸入） P3.5 T1（記時器 1 外部輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 I/O 口作為輸入口時有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。讀端口時實際上并不從 外部讀入數(shù)據(jù)，而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線，經(jīng)過某種運算或變換后再寫回到端 口鎖存器。只有讀端口時才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。上面圖中的兩個三角形表示 的就是輸入緩沖器 CPU 將根據(jù)不同的指令

21、分別發(fā)出讀端口或讀引腳信號以完成不同的操作。這 是由硬件自動完成的，不需要我們操心，1 然后再實行讀引腳操作，否則就可能讀入出錯，為什 么看上面的圖，如果不對端口置 1 端口鎖存器原來的狀態(tài)有可能為 0Q 端為 0Q為 1 加到場效應(yīng) 管柵極的信號為 1，該場效應(yīng)管就導通對地呈現(xiàn)低阻抗，此時即使引腳上輸入的信號為 1，也會 因端口的低阻抗而使信號變低使得外加的 1 信號讀入后不一定是 1。若先執(zhí)行置 1 操作，則可以 使場效應(yīng)管截止引腳信號直接加到三態(tài)緩沖器中實現(xiàn)正確的讀入，由于在輸入操作時還必須附 加一個準備動作，所以這類 I/O 口被稱為準雙向口。89C51 的 P0/P1/P2/P3 口

22、作為輸入時都是準 雙向口。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。 在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈 沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要 注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外， 該引腳被略微拉高

23、。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN 信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當/EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH） ，不管是否 有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時，/EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當/EA 端保持高電平時， 此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（VPP） 。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來

24、自反向振蕩器的輸出。 （三）STC89C51 單片機最小系統(tǒng)： 最小系統(tǒng)包括單片機及其所需的必要的電源、時鐘、復位等部件，能使單片機始終處于正 常的運行狀態(tài)。電源、時鐘等電路是使單片機能運行的必備條件，可以將最小系統(tǒng)作為應(yīng)用系 統(tǒng)的核心部分，通過對其進行存儲器擴展、A/D 擴展等，使單片機完成較復雜的功能。 STC89C51 是片內(nèi)有 ROM/EPROM 的單片機，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單可靠。 用 STC89C52 單片機構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時，只要將單片機接上時鐘電路和復位電路即可，結(jié)構(gòu) 如圖 3 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。 時鐘電路 復位電路 S

25、TC89C51 單片機 I/ O 口 時鐘電路 復位電路 51 系列 單片機 I /O 接 口 畢業(yè)論文 7 圖 3 單片機最小系統(tǒng)原理框圖 (1) 時鐘電路 STC89C51 單片機的時鐘信號通常有兩種方式產(chǎn)生：一是內(nèi)部時鐘方式，二是外部時鐘方 式。內(nèi)部時鐘方式如圖 2-4 所示。在 STC89C51 單片機內(nèi)部有一振蕩電路，只要在單片機的 XTAL1(18)和 XTAL2(19)引腳外接石英晶體(簡稱晶振)，就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機內(nèi)部產(chǎn) 生時鐘脈沖信號。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

26、.212MHz 間選擇，典型值為 12MHz 和 6MHz。 Y1 11.0592MHz C2 30pF C3 30pF 18 19 圖 4 STC89C51 內(nèi)部時鐘電路 (2) 復位電路 當在 STC89C51 單片機的 RST 引腳引入高電平并保持 2 個機器周期時，單片機內(nèi)部就執(zhí)行 復位操作(若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài))。 復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式。 最簡單的上電自動復位電路中上電自動復位是通過外部復位電路的電容充放電來實現(xiàn)的。 只要 Vcc 的上升時間不超過 1ms,就可以實現(xiàn)自動上電復位。 除了上電復位外，有時還需要按鍵手動復位。本設(shè)計就

27、是用的按鍵手動復位。按鍵手動復 位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復位是通過 RST(9)端與電源 Vcc 接通而實現(xiàn)的。按鍵 手動復位電路見圖 5。時鐘頻率用 11.0592MHZ 時 C 取 10uF,R 取 10k。 R1 10k C1 10uF S4VCC 9 圖 5 STC89C51 復位電路 （四） STC89C51 中斷技術(shù)概述 中斷技術(shù)主要用于實時監(jiān)測與控制，要求單片機能及時地響應(yīng)中斷請求源提出的服務(wù)請求， 并作出快速響應(yīng)、及時處理。這是由片內(nèi)的中斷系統(tǒng)來實現(xiàn)的。當中斷請求源發(fā)出中斷請求時， 如果中斷請求被允許，單片機暫時中止當前正在執(zhí)行的主程序，轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)處理程序處理中

28、斷服務(wù)請求。中斷服務(wù)處理程序處理完中斷服務(wù)請求后，再回到原來被中止的程序之處（斷點） ， 繼續(xù)執(zhí)行被中斷的主程序。 圖 6 為整個中斷響應(yīng)和處理過程。 畢業(yè)論文 8 圖 6 中斷響應(yīng)和處理過程 3.2 數(shù)碼管驅(qū)動模塊 數(shù)碼管是一種把多個 LED 顯示段集成在一起的顯示設(shè)備。有兩種類型，一種是共陽型，一 種是共陰型。共陽型就是把多個 LED 顯示段的陽極接在一起，又稱為公共端。共陰型就是把多 個 LED 顯示段的陰極接在一起，即為公共商。陽極即為二極管的正極，又稱為正極，陰極即為 二極管的負極，又稱為負極。通常的數(shù)碼管又分為 8 段，即 8 個 LED 顯示段，這是為工程應(yīng)用 方便如設(shè)計的，分別

29、為 A、B、C、D、E、F、G、DP，其中 DP 是小數(shù)點位段。而多位數(shù)碼管，除 某一位的公共端會連接在一起，不同位的數(shù)碼管的相同端也會連接在一起。即，所有的 A 段都 會連在一起，其它的段也是如此，這是實際最常用的用法。數(shù)碼管顯示方法可分為靜態(tài)顯示和 動態(tài)顯示兩種。靜態(tài)顯示就是數(shù)碼管的 8 段輸入及其公共端電平一直有效。動態(tài)顯示的原理是， 各個數(shù)碼管的相同段連接在一起，共同占用 8 位段引管線；每位數(shù)碼管的陽極連在一起組成公 共端。利用人眼的視覺暫留性，依次給出各個數(shù)碼管公共端加有效信號，在此同時給出該數(shù)碼 管加有效的數(shù)據(jù)信號，當全段掃描速度大于視覺暫留速度時，顯示就會清晰顯示出來。 圖 7

30、 數(shù)碼管 本設(shè)計采用共陰數(shù)碼管，顯示方式為動態(tài)顯示，利用數(shù)碼管的 dp 點將分鐘和秒分隔開。 3.3 74HC573芯片介紹 74HC573包含八路D 型透明鎖存器，每個鎖存器具有獨立的D 型輸入，以及適用于面向總線 的應(yīng)用的三態(tài)輸出。所有鎖存器共用一個鎖存使能（LE）端和一個輸出使能（OE）端。 當LE為高時，數(shù)據(jù)從Dn輸入到鎖存器，在此條件下，鎖存器進入透明模式，也就是說，鎖 存器的輸出狀態(tài)將會隨著對應(yīng)的D輸入每次的變化而改變。當LE為低時，鎖存器將存儲D輸入上 的信息一段就緒時間，直到LE的下降沿來臨。 當OE為低時，8個鎖存器的內(nèi)容可被正常輸出；當OE為高時，輸出進入高阻態(tài)。OE端的操

31、作 不會影響鎖存器的狀態(tài)。 表2 74HC573電氣參數(shù)表 74HC57374HC573 參數(shù)參數(shù) A B C D E F G dp 1H 2H 3H 4H 4LED 4W 3W 2W 1W A B C D E F G dp 畢業(yè)論文 9 74HC57374HC573 基本參數(shù)基本參數(shù) 電壓電壓 2.02.06.0V6.0V 驅(qū)動電流驅(qū)動電流 +/-7.8 +/-7.8 mAmA 傳輸延遲傳輸延遲 14 14 ns5Vns5V 74HC57374HC573 其他特性其他特性 邏輯電平邏輯電平 CMOS CMOS 功耗考量功耗考量 低功耗或電池供低功耗或電池供 電應(yīng)用電應(yīng)用 74HC57374H

32、C573 封裝與引腳封裝與引腳 SO20,SO20, SSOP20,SSOP20, DIP20,DIP20, TSSOP20TSSOP20 74HC573 特征： 1.輸入輸出分布在芯片封裝的兩側(cè)，為微處理器提供簡便的接口 2.用于微控制器和微型計算機的輸入輸出口 3.三態(tài)正相輸出，用于面向總線的應(yīng)用 4.共用三態(tài)輸出使能端 本設(shè)計只用到了 74HC573 的驅(qū)動作用，來驅(qū)動數(shù)碼管的形，使得數(shù)碼管更亮，單片機直接控制 數(shù)碼管的位，實現(xiàn)數(shù)碼管的驅(qū)動顯示，電路中的應(yīng)用圖如下： OE 1 D0 2 D1 3 D2 4 D3 5 D4 6 D5 7 D6 8 D7 9 GND 10 LE 11 Q7

33、12 Q6 13 Q5 14 Q4 15 Q3 16 Q2 17 Q1 18 Q0 19 VCC 20 U2 74LS573 VCC A B C D E F G DP P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 A B C D E F G dp 1H 2H 3H 4H 4LED 4W 3W 2W 1W A B C D E F G dp 圖 8 74HC573 驅(qū)動電路 3.4 按鍵調(diào)時模塊 單片機鍵盤有獨立鍵盤和矩陣式鍵盤兩種：獨立鍵盤每一個 I/O 口上只接一個按鍵，按鍵 的另一端接電源或接地（一般接地） ，這種接法程序比較簡單且系統(tǒng)更加穩(wěn)定；而矩陣式鍵盤式 接法程序比較

34、復雜，但是占用的 I/O 少。根據(jù)本設(shè)計的需要這里選用了獨立式鍵盤接法。 獨立式鍵盤的實現(xiàn)方法是利用單片機 I/O 口讀取口的電平高低來判斷是否有鍵按下。將常開 按鍵的一端接地，另一端接一個 I/O 口，程序開始時將此 I/O 口置于高電平，平時無鍵按下時 I/O 口保護高電平。當有鍵按下時，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作了。 在用單片機對鍵盤處理的時候涉及到了一個重要的過程，那就是鍵盤的去抖動。這里說的 抖動是機械的抖動，是當鍵盤

35、在未按到按下的臨界區(qū)產(chǎn)生的電平不穩(wěn)定正?，F(xiàn)象，并不是我們 在按鍵時通過注意可以避免的。這種抖動一般 10200 毫秒之間，這種不穩(wěn)定電平的抖動時間對 于人來說太快了，而對于時鐘是微秒的單片機而言則是慢長的。硬件去抖動就是用部分電路對 抖動部分加之處理，軟件去抖動不是去掉抖動，而是避抖動部分的時間，等鍵盤穩(wěn)定了再對其 處理。所以這里選擇了軟件去抖動，實現(xiàn)法是先查尋按鍵當有低電平出現(xiàn)時立即延時 10200 毫 秒以避開抖動（經(jīng)典值為 20 毫秒） ，延時結(jié)束后再讀一次 I/O 口的值，這一次的值如果為 1 表 示低電平的時間不到 10200 毫秒，視為干擾信號。當讀出的值是 0 時則表示有按鍵按下

36、，調(diào)用 畢業(yè)論文 10 相應(yīng)的處理程序。硬件電路如圖 9 所示： key1 key2 key3 12 34 K 1 12 34 K 2 12 34 K 3 key4 key5 12 34 K 4 12 34 K 5 圖 9 鍵盤控制電路圖 本設(shè)計的按鍵功能是：當 K1 按鍵的時候是小時加一，當 K2 按下的時候分鐘加一，當 K3 按下的時候秒清零。就是通過這 3 個按鍵實現(xiàn)對時間的校正。 3.5 報警模塊 設(shè)計的聲音提示是用三極管驅(qū)動蜂鳴器。利用三極管當做開關(guān)電路可以保護單片機，還可 以起到放大電流的作用，當三極管基極為高電平時，發(fā)射極截止，為低電平時，發(fā)射極導通。 報警模塊如圖 11 所示。

37、 Q 1 9012 LS1 R2 2.2k V CC beep 圖 11 蜂鳴器驅(qū)動模塊 畢業(yè)論文 11 4. 系統(tǒng)軟件設(shè)計 4.1 編程軟件Keil C51 Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機 C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編 相比，C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。用過匯 編語言后再使用 C 來開發(fā)，體會更加深刻。 Keil C51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集 成開發(fā)調(diào)試工具，全 Windows 界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就 能體會到 Keil C51 生成的目標代碼效

38、率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。 在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。下面詳細介紹 Keil C51 開發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使 用。 Keil_c 軟件界面如圖 12： 圖 12 Keil_c 軟件界面 該軟件是一款集編程和仿真于一體的軟件，它支持匯編、C 語言及二者的混合編程。 4.2 畫圖軟件Protel99SE 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)計軟件，采用設(shè)計庫管理模式，可以網(wǎng)設(shè)計，具有很 強的數(shù)據(jù)交換能力和開放性及 3D 模

39、擬功能，是一個 32 位的設(shè)計軟件，可以完成電路原理圖設(shè) 計，印制電路板設(shè)計和可編程邏輯器件設(shè)計等工作，可以設(shè)計 32 個信號層，16 個電源-地層和 16 個機加工層。 Protel99SE 的工作界面是一種標準的 Windows 界面，如圖所示，包括：標題欄、主菜單、 標準工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對象選擇按鈕、預(yù)覽對象方位控制按鈕、仿真進程控制按 鈕、預(yù)覽窗口、對象選擇器窗口、圖形編輯窗口。Protel99SE 軟件界面如圖 13。 畢業(yè)論文 12 圖 13 Prtel99SE 軟件界面 4.3 仿真軟件proteus Proteus 軟件是英國 Labcenter electroni

40、cs 公司出版的 EDA 工具軟件（該軟件中國總代理為 廣州風標電子技術(shù)有限公司） 。它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及 外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受 到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。 PROTEUS 不僅可將許多單片機實例功能形象化，也可將許多單片機實例運行過程形象化。 前者可在相當程度上得到實物演示實驗的效果，后者則是實物演示實驗難以達到的效果。 它的元器件、連接線路等卻和傳統(tǒng)的單片機實驗硬件高度對應(yīng)。這在相當程度上替代了傳 統(tǒng)的單片機實驗教學的功能，例：元器件選擇

41、、電路連接、電路檢測、電路修改、軟件調(diào)試、 運行結(jié)果等。 課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計是學生走向就業(yè)的重要實踐環(huán)節(jié)。由于 PROTEUS 提供了實驗室無法 相比的大量的元器件庫，提供了修改電路設(shè)計的靈活性、提供了實驗室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相 比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)學生實踐精神、創(chuàng)造精神的平臺。 畢業(yè)論文 13 圖 14 proteus 仿真軟件 4.4 程序流程圖 程序流程圖如圖 15 所示： 圖15 程序流程圖 開始 定時器初始化 并打開定時器 小時加鍵是 否按下 分鐘加鍵是 否按下 小時加一并 存入寄存器 秒清零并存 入寄存器 將小時、分鐘 和秒數(shù)據(jù)顯示 結(jié)束 秒清零鍵是 否按下 分鐘加

42、一并 存入寄存器 畢業(yè)論文 14 5. 調(diào)試與實現(xiàn) 這是本設(shè)計較為困難的一部分，需要經(jīng)過反反復復的調(diào)試，才能達到理想中的效果，以下 將分文硬件與軟件兩部分介紹此次調(diào)試的過程，以及調(diào)試過程中遇到的困難和解決辦法。 時間的準確度是本設(shè)計的重點調(diào)試對象，要反復調(diào)整定時器中斷的初值，來達到設(shè)計的準 確性。 焊接好后，不要忙于通電，首先要檢測有沒有短路，萬一有短路幾通電，將會很麻煩，容 易燒毀電路板或元器件，更容易引發(fā)安全隱患。確保無短路再通電。 初次按鍵按下的時候，按鍵會加還幾個數(shù)，按鍵的延時去抖已經(jīng)加了為什么還會這樣呢， 經(jīng)過反復的查找和更改程序，最終知道原來按鍵的處理程序沒有加等待按鍵釋放程序，如

43、果不 加，就在輕輕按下按鍵的一瞬間程序已經(jīng)走了好幾遍，所以會出現(xiàn)這個情況。 再一個遇到的問題就是整點的時候小燈會閃，但是蜂鳴器不會響。首先檢測程序發(fā)現(xiàn)沒有 問題，仿真是沒問題的。通過排除發(fā)現(xiàn)一定是硬件的原因，用萬用表測量單片機的引腳有電平 變化，那一定就是蜂鳴器驅(qū)動那里的問題了，最終發(fā)現(xiàn)是三極管的引腳接錯了，發(fā)射機和集電 極接反了，重新焊接就正常了。 畢業(yè)論文 15 結(jié) 論 我在這一次數(shù)字電子鐘的設(shè)計過程中，很是受益匪淺。通過對自己在大學三年時間里所學 的知識的回顧，并充分發(fā)揮對所學知識的理解和對畢業(yè)設(shè)計的思考及書面表達能力，最終完成 了。這為自己今后進一步深化學習，積累了一定寶貴的經(jīng)驗。撰寫

44、論文的過程也是專業(yè)知識的 學習過程，它使我運用已有的專業(yè)基礎(chǔ)知識，對其進行設(shè)計，分析和解決一個理論問題或?qū)嶋H 問題，把知識轉(zhuǎn)化為能力的實際訓練。培養(yǎng)了我運用所學知識解決實際問題的能力。 通過這次課程設(shè)計我發(fā)現(xiàn)，只有理論水平提高了；才能夠?qū)⒄n本知識與實踐相整合，理論 知識服務(wù)于教學實踐，以增強自己的動手能力。這個實驗十分有意義 我獲得很深刻的經(jīng)驗。通 過這次課程設(shè)計，我們知道了理論和實際的距離，也知道了理論和實際想結(jié)合的重要性，也從 中得知了很多書本上無法得知的知識。 我們的學習不但要立足于書本，以解決理論和實際教學中的實際問題為目的，還要以實踐 相結(jié)合，理論問題即實踐課題，解決問題即課程研究，

45、學生自己就是一個專家，通過自己的手 來解決問題比用腦子解決問題更加深刻。學習就應(yīng)該采取理論與實踐結(jié)合的方式，理論的問題， 也就是實踐性的課題。這種做法既有助于完成理論知識的鞏固，又有助于帶動實踐，解決實際 問題，加強我們的動手能力和解決問題的能力。 畢業(yè)論文 16 參考文獻 1 謝自美電子線路設(shè)計實驗測試M武漢：華中理工大學出版社，1992. 2 何立民單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計M北京：北京航空航天大學出版社，1993. 3 樓然笛單片機開發(fā)M北京：人民郵電出版社，1994. 4 付家才單片機控制工程實踐技術(shù)M北京：化學工業(yè)出版社 2004.3. 5 李光才單片機課程設(shè)計 實例指導M 北京：北京航空航

46、天大學出版社 2004. 6 朱定華單片機原理及接口技術(shù)實驗M北京：北方交通大學出版社 2002.11. 7 劉湘濤江世明單片機原理與應(yīng)用M. 北京:電子工業(yè)出版社,2006. . . 畢業(yè)論文 17 致 謝 首先感謝我的論文指導老師*老師，我的論文是在他的悉心指導下完成的。*老師嚴謹 細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣，他循循善誘的教導和不拘一格的思路給 予我無盡的啟迪。 其次我要感謝我的導員*老師，在大學的三年期間，無論是在學習還是在生活上，*老 師都給了我無微不至的關(guān)心。她正直樂觀的人格魅力一直感染著我，這必將激勵我在今后的工 作和生活中不斷前進。 再次我要感謝一直陪同我走完

47、大學三年求學之路的同寢室的兄弟們，謝謝他們平時對我無 微不至的照顧和關(guān)心。我很高興能生活在一個互助友愛和充滿活力的集體中，從他們的身上我 學到了很多，同時他們給我的大學生活留下了許多美好的回憶。 最后，我要特別感謝我的父母。在我求學的過程中他們付出的不僅僅是辛勤的勞動和汗水， 而是世界上最崇高、最偉大的愛。他們所做的一切是我這一生都無法回報的。 真誠感謝給予我熱情幫助和關(guān)注的所有人。 畢業(yè)論文 18 附錄 1 原理圖 key1 key2 key3 Q1 9012 LS1 R2 2.2k VCC beep OE 1 D0 2 D1 3 D2 4 D3 5 D4 6 D5 7 D6 8 D7 9 GND 10 LE 11 Q7 12 Q6 13 Q5 14 Q4 15 Q3 16 Q2 17 Q1 18 Q0 19 VCC 20 U