電子時鐘課程設(shè)計 (3)

1、<p>　　概述：加入世貿(mào)組織以后，中國會面臨激烈的競爭。這種競爭將是一場科技實力、管理水平和人才素質(zhì)的較量，風(fēng)險和機遇共存。于是老師在單片機理論課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，為我們安排了一個涉及MCS—51單片機多種資源應(yīng)用及具有綜合功能的電子時鐘設(shè)計。</p><p>　　關(guān)鍵字： 顯示時間 定時 溫度采集 系統(tǒng)仿真</p><p><b>　　1 引 言</b&g

2、t;</p><p>　　《單片原理及應(yīng)用》是一門技術(shù)性、應(yīng)用性很強的學(xué)科，實踐教學(xué)是它的一個極為重要的環(huán)節(jié)。不論是硬件擴展、接口應(yīng)用還是編程方法、程序調(diào)試，都離不開實驗教學(xué)。如果不在切實認(rèn)真地抓好學(xué)生的實踐技能的鍛煉上下功夫，單憑課堂理論課學(xué)習(xí)，勢必出現(xiàn)理論與實踐脫節(jié)的局面。任隨書本上把單片機技術(shù)介紹得多么重要、多么實用多么好用，同學(xué)們?nèi)匀粫械侥侵皇强罩袠情w，離自己十分遙遠，或者會感到對它失去興趣，或者會感到

3、它高深莫測無從下手，這些情況都會令課堂教學(xué)的效果大打折扣。</p><p>　　本次仿真設(shè)計的目的就是讓同學(xué)們在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過完成一個涉及MCS—51單片機都種資源應(yīng)用并具有綜合功能的小系統(tǒng)目標(biāo)板的設(shè)計與編程應(yīng)用，使學(xué)生不但能夠?qū)⒄n堂上學(xué)到的理論知識與實際應(yīng)用結(jié)合起來，而且能夠?qū)﹄娮与娐贰㈦娮釉骷?、印制電路板等方面的知識進一步加深認(rèn)識，同時在軟件編程、排版調(diào)試、焊接技術(shù)、相關(guān)儀器設(shè)備的使用技能等方面得到

4、較全面的鍛煉和提高，為今后能夠獨立進行某些單片機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計工作打下一定的基礎(chǔ)。</p><p>　　該電子時鐘不但具有定時作用還有溫度采集作用。定時部分可以顯示時、分、秒，而且用按鍵還可以實現(xiàn)時間的調(diào)整和鬧鈴的設(shè)定。溫度采集部分實現(xiàn)環(huán)境溫度數(shù)據(jù)的采集。</p><p>　　在上一學(xué)期進行的EDA課程設(shè)計中，同學(xué)們完成了單片機數(shù)據(jù)采集與定時系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計。本次綜合實踐是在此基礎(chǔ)上

5、，焊接制作電路板，完成該系統(tǒng)的軟件設(shè)計與調(diào)試。待仿真成功后，再將程序燒寫入單片機中。</p><p><b>　　2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　整個電子時鐘系統(tǒng)電路可分為五大部分：中央處理單元（CPU）、電源電路部分、顯示部分、鍵盤輸入部分、溫度采集部分。</p><p><b>　　1 中央處理單元</b>&

6、lt;/p><p>　　CPU選用AT89C—2051對整個系統(tǒng)進行控制：</p><p>　　1）它將定時數(shù)據(jù)輸出到LED，實現(xiàn)時間的顯示；</p><p>　　2）根據(jù)鍵盤輸入調(diào)用相應(yīng)鍵處理子程序，實現(xiàn)時間的調(diào)整和鬧鈴的設(shè)定；</p><p>　　3）接收溫度傳感器輸入的溫度數(shù)據(jù)，進行一定的轉(zhuǎn)換，然后輸出到2位的LED顯示器顯示出來。<

7、/p><p>　　2．2 電源電路部分</p><p>　　在各種電子設(shè)備中，直流穩(wěn)壓電源是必不可少的組成部分，它是電子設(shè)備唯一能量來源，它的設(shè)計思路是根據(jù)我們以前學(xué)過的模電電子技術(shù)，要想得到我們所要的+6V輸出電壓，就需將交流220V的電壓經(jīng)過變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個部分。</p><p><b>　　2．3 顯示部分</b>&l

8、t;/p><p>　　顯示部分是整個電子時鐘最為重要的部分，它分為時間的顯示和溫度的顯示兩部分，共需要8位LED顯示器。采用動態(tài)顯示方式，所謂動態(tài)顯示方式是時間（或溫度）數(shù)字在LED上一個一個逐個顯示，它是通過位選端控制在哪個LED上顯示數(shù)字，由于這些LED數(shù)字顯示之間的時間非常的短，使的人眼看來它們是一起顯示時間數(shù)字的，并且動態(tài)顯示方式所用的接口少，節(jié)省了CPU的管腳。由于端口的問題以及動態(tài)顯示方式的優(yōu)越性，在此設(shè)

9、計的連接方式上采用共陰級接法。顯示器LED有段選和位選兩個端口，首先說段選端，它由LED八個端口構(gòu)成，通過對這八個端口輸入的不同的二進制數(shù)據(jù)使得它的時間（或溫度）顯示也不同，從而可以得到我們所要的時間顯示和溫度。但對于二十個管腳的AT89C2051來說，LED八個段選管腳太多，于是我選用74LS164芯片來擴展主芯片的管腳，74LS164是數(shù)據(jù)移位寄存器，還選用了74LS244作為數(shù)據(jù)緩存器。</p><p>&

10、lt;b>　　2．4 鍵盤部分</b></p><p>　　它是整個系統(tǒng)中最簡單的部分，根據(jù)功能要求，本系統(tǒng)共需四個按鍵：功能移位鍵、功能加鍵、功能減鍵、定鬧鍵。并采用獨立式按鍵。溫度采集部分</p><p>　　此部分選用DS18B20傳感器，主要由四部分組成：64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。有三個管腳：DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端

11、；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端。電源有兩種接法：1）遠端因入；2）寄生電源方式。它是支持“一線總線”接口的溫度傳感器，測量溫度范圍為-55°C~+125°C，在-10~+85°C范圍內(nèi)，可編程為9位—12位A/D轉(zhuǎn)換精度，工作電壓在3V—5V之間?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。</p><p>　　何為“一線總線”：獨特的電源和信號

12、復(fù)合在一起；僅使用一條口線；每個芯片唯一編碼，支持聯(lián)網(wǎng)尋址；簡單的網(wǎng)絡(luò)化的溫度感知；零功耗等待。</p><p><b>　　2．電路制作</b></p><p>　　根據(jù)電路圖（如圖示1）將元器件布置在電路板上：</p><p><b>　　如圖（1）</b></p><p>　　根據(jù)元器件種類和

13、體積以及技術(shù)要求將其布局在電路板上的適當(dāng)位置。可以先從體積較大的器件開始，如單片機底座、電源穩(wěn)壓器、變壓線圈、鎖存器、溫度傳感器等。待體積較大的元器件布局好之后，小型的電子元器件就可以根據(jù)間隙面積靈活布置。二極管、電感器、阻容元件的裝配方式一般有直立式、俯臥式和混合式三種。 </p><p>　?、僦绷⑹健ｋ娮?、電容、二極管等都是豎直安裝在印刷板上的。這種方式的特點是：在一定的單位面積內(nèi)可以容納較多的電子元件，

14、同時元件的排列也比較緊湊。缺點是：元件的引線過長，在一個平面上，欠美觀，元器件引腳彎曲，且密度較大，元器件之間容易引腳碰觸，可靠性欠佳，且不太適合頻率較高的電路采用。</p><p>　?、诟┡P式。電阻、電容、二極管等都是俯臥式安裝在印刷板上的。這樣可以明顯地降低元件的排列高度，可實現(xiàn)薄形化，同時元器件的引腳也最短，適合于較高工作頻率的電路采用，也是目前采用最廣泛的一種安裝方式。</p><p

15、>　?、刍旌鲜?。為了適應(yīng)各種不同條件的要求或某些位置受面積所限，在一塊印刷電路板上，有的元器件則采用俯臥式。這受到電路結(jié)構(gòu)各式以及機殼內(nèi)尺寸的限制，同時靈活處理。</p><p>　　元器件配置布局應(yīng)考慮的因素：</p><p>　?、匐娐钒迨蔷匦?，元件排列的長度方向一般應(yīng)與電路板的長邊平行，這樣不但可以提高元件的裝配好的印刷電路板更美觀。</p><p>　

16、?、趹?yīng)盡可能地縮短元件及元件之間的引線。盡量避免電路板上的導(dǎo)線的交叉，設(shè)法減小它們的分布電容和互相之間的電磁干擾，以提高系統(tǒng)工作的可靠性。</p><p>　?、蹜?yīng)以功能電路的核心器件為中心，外圍元件圍繞它進行布局。</p><p>　　④要注意各種門電路多余的處理，或接電源端或接地端，并按照正確的 方法實現(xiàn)不同邏輯門的組合轉(zhuǎn)換。</p><p>　　⑤元器件的配置

17、和布局應(yīng)有利于設(shè)備的裝配、檢查、高度和維修。</p><p>　　元器件焊接注意事項：</p><p>　　焊接前務(wù)必認(rèn)準(zhǔn)元件數(shù)值，會認(rèn)元件上的標(biāo)識和會用數(shù)字多用表測試。焊接時速度要快，電烙鐵不可長時間停留在電路板和元件的焊腳上。特別是晶振、發(fā)光二極管、電解電容、9041三極管等元件，時間過長容易導(dǎo)致元器件損壞。</p><p><b>　　3．軟件仿真&

18、lt;/b></p><p><b>　　3．1仿真器介紹</b></p><p>　　仿真器采用偉福仿真器系統(tǒng)，該仿真器介紹如下：</p><p><b>　　系統(tǒng)的特點介紹</b></p><p>　　本仿真器系統(tǒng)由仿真主機+仿真頭、MULTIA用戶板、實驗板、開關(guān)電源等組成。本系統(tǒng)的特點

19、是：</p><p>　　1．主機+仿真頭的組合，通過更換不同型號的仿真頭即可對各種不同類型的單片機進行仿真，是一種靈活的多CPU仿真系統(tǒng)。采用主機+POD組合方式，更換POD，可以對各種CPU 進行仿真。本仿真器主機型號為E2000/S，仿真頭型號為POD8X5X（可仿真系列8X5X單片機）。</p><p>　　2．雙平臺，具有DOS版本和WINDOWS版本，后者功能強大，中/英文界面

20、任選，用戶源程序的大小不再有任何限制，支持ASM，C,PLM語言混合編程，具有項目管理功能，為用戶的資源共享、課題重組提供強有力的手段。支持點屏顯示，用鼠標(biāo)左鍵點一下源程序中的某一變量，即可顯示該變量的數(shù)值。有豐富的窗口顯示方式，多方位，動態(tài)地顯示仿真的各種過程，使用極為便利。本操作系統(tǒng)一經(jīng)推出，立即被廣大用戶所喜愛。</p><p><b>　　3．雙工作模式</b></p>

21、<p>　　1）軟件模擬仿真（不要仿真器也能模擬仿真）。</p><p><b>　　2）硬件仿真。</b></p><p>　　4．雙CPU結(jié)構(gòu)，100%不占用戶資源。</p><p>　　全空間硬件斷點，不受任何條件限制，支持地址、數(shù)據(jù)、外部信號、事件斷點、支持實時斷點計數(shù)、軟件運行時間統(tǒng)計。</p><p&

22、gt;<b>　　5．雙集成環(huán)境</b></p><p>　　編輯、編譯、下載、調(diào)試全部集中在一個環(huán)境下</p><p>　　多種仿真器，多類CPU仿真全部集成在一個環(huán)境下?？煞抡?1系列，196系列，PIC系列，飛利蒲公司的552、LPC764、DALLAS320，華邦438等51增強型CPU。為了跟上形勢，現(xiàn)在很多工程師需要面對和掌握不同的項目管理器、編輯器、編譯

23、器。他們由不同的廠家開發(fā)，相互不兼容，使用不同的界面，學(xué)習(xí)使用都很吃力。偉福WINDOWS調(diào)試軟件提供了一個全集成環(huán)境，統(tǒng)一的界面，包含一個項目管理器，一個功能強大的編輯器，匯編Make,Build和調(diào)試工具并提供千個與第三方編譯器的接口。由于風(fēng)格統(tǒng)一，大大節(jié)省了精力和時間。</p><p>　　6．強大的邏輯分析儀綜合調(diào)試功能。</p><p>　　邏輯分析儀由交互式軟件菜單窗口對系統(tǒng)硬

24、件的邏輯或時序進行同步實時采樣，并實時在線調(diào)試分析，采集深度32K（E2000/L），最高時基采樣頻率達20MHz，40路波形，可精確實時反映用戶程序運行時的歷史時間。系統(tǒng)在使用邏輯分析儀時，除普通的單步運行、鍵盤斷點運行、全速硬件斷點運行外，還可實現(xiàn)各種條件組合斷點如：數(shù)據(jù)、地址、外部控制信號、CPU內(nèi)部控制信號、程序區(qū)間斷點等。由于邏輯儀可以直接對程序的執(zhí)行結(jié)果進行分析，因此極大地便利于程序的調(diào)試。</p><p

25、>　　7．強大的追蹤器功能</p><p>　　追蹤功能以總線周期為單位，實時記錄仿真過程中CPU發(fā)生的總線事件，其觸發(fā)條件方式同邏輯分析儀。追蹤窗口在仿真停止時可收集顯示追蹤的CPU指令記憶信息，可以以總線反匯編碼模式、源程序模式對應(yīng)顯示追蹤結(jié)果。屏幕窗口顯示波形圖最多追蹤記憶指令32K并通過仿真器的斷點、單步、全速運行或各種條件組合斷點來完成追蹤功能?？偩€跟蹤可以跟蹤程序的運行軌跡?？梢越y(tǒng)計軟件運行時間

26、。</p><p>　　偉福系統(tǒng)仿真如圖（2）所示：</p><p><b>　　如圖（2）</b></p><p><b>　　3．2仿真器編程</b></p><p>　　雙擊桌面上的WAVE圖標(biāo)或從開始/程序/WAVE FOR WINDOWS/WAVE進入本開發(fā)環(huán)境。在實驗開始時要先根據(jù)需要設(shè)

27、置好仿真器類型、仿真頭類型以及CPU類型，并注意是否“使用偉福軟件模擬器”，若使用硬件仿真，請注意去掉“使用偉福軟件模擬器”前的選擇。在文件窗口下可進行包括新建、打開、保存等文件操作。在編譯文件窗口下可將源文件編譯成目標(biāo)文件。在窗口窗口下可以觀察各種窗口信息，其中最常用到的是CPU窗口和數(shù)據(jù)窗口。在CPU窗口下可以通過CPU窗口看到編譯正確的機器碼及反匯編程序，可以更清楚地了解程序執(zhí)行過程。CPU窗口中還有SFR窗口和位窗口，了解程序執(zhí)

28、行過程中寄存器內(nèi)容的變化。在數(shù)據(jù)窗口下有DATA內(nèi)部數(shù)據(jù)窗口；CODE程序數(shù)據(jù)窗口；XDATA外部數(shù)據(jù)窗口；PDTA外部數(shù)據(jù)窗口。</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　通過這次的設(shè)計使我認(rèn)識到我對單片機方面的知識知道的太少了，對于書本上的很多知識還不能靈活運用，有很多我們需要掌握的知識在等著我去學(xué)習(xí)，我會在以后的學(xué)習(xí)生活中彌補我所缺少的知識

29、。本次的設(shè)計使我從中學(xué)到了一些很重要的東西，那就是如何從理論到實踐的轉(zhuǎn)化，怎樣將我所學(xué)到的知識運用到我以后的工作中去。在大學(xué)的課堂的學(xué)習(xí)只是在給我們灌輸專業(yè)知識，而我們應(yīng)把所學(xué)的用到我們現(xiàn)實的生活中去，此次的電子時鐘設(shè)計給我奠定了一個實踐基礎(chǔ)，我會在以后的學(xué)習(xí)、生活中磨練自己，使自己適應(yīng)于以后的競爭。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>