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内蒙古科技大学毕业论文 基于实验平台的电脑钟与频率计综合系统设计与实施基于实验平台的电脑钟与频率计综合系统设计与实施 摘要摘要 本设计以 8032 单片机为核心，单片机实现的电脑钟钟具有编程灵活，便于 功能的扩充等优点，同时采用 led 数码管显示器动态显示，而且电脑钟和频率 计的应用非常普通。 电脑钟通过键盘可以进行校时、定时等功能。输出设备显示器可以用液晶 显示技术和数码管来显示技术。数字频率计是数字显示被测信号频率的仪器， 被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。 简单介绍了 led 显示的发展状况和其所特有的优势，简述了该设计中一些 重要芯片的基本工作原理，着重论述了硬件线路各个模块的设计思想。数码管 与单片机的接口采用动态显示技术，利用了时钟芯片的系统自带电池功能来实 现断电时保存一些重要数据，以便来电时正确显示信息的功能。 关键词：关键词：单片机 电脑钟 频率计 led 数码管 内蒙古科技大学毕业论文 i abstract this design with 8032 singlechip microcomputer, the digital clock programming, the expansion of the flexible functional advantages, led digital display by tube, and computer clock dynamic display of frequency and application is very common. computer keyboard can clock through school, timing etc. function. output devices with lcd monitors can technology and digital tube to display technology. digital frequency is measured by using digital display signal frequency instrument, the signal can be sine wave, square or other periodic change of signal. simply introduces the development status and led to show its unique advantage in the system, this paper expounds some important chip basic principle of focuses on the hardware circuit design ideas of the modules. digital and dynamic display of the interface chip technology, using the clock chip system to realize the function of cabin battery power save some important data when, in order to correctly display information to the function. keywords : scm computer clock frequency plan led digital tube 内蒙古科技大学毕业论文 目录目录 摘要i abstract.ii 第一章 绪论.1 1.1 设计背景 1 1.2 电脑钟 2 1.3 频率计 2 第二章 系统设计方案.4 2.1 系统功能实现方案 4 2.1.1 电脑钟系统原理 4 2.1.2 频率计系统原理.5 2.2 系统综述 .6 2.2.1 电脑钟功能介绍 6 2.2.2 频率计功能介绍 .7 第三章 硬件设计.8 3.1 8032 单片机介绍 8 3.2 74ls138 译码器介绍 16 3.3 74ls48 译码器介绍 .17 3.4 led 显示器 21 3.5 施密特触发器 22 3.6 741 集成运放电路 23 第四章 软件设计26 4.1 电脑钟软件设计 .26 4.1.1 电脑钟主程序流程图 .26 4.1.2 电脑钟总中断流程图 .27 4.2 频率计软件介绍 .31 4.2.1 频率计程序流程图 .31 4.2.2 频率计显示子程序流程图 .33 第五章总结.34 参考文献.35 附录.36 致谢.51 内蒙古科技大学毕业论文 0 第一章第一章 绪论绪论 1.1 设计背景设计背景 集成电路是信息产业和高新技术的核心，是推动国民经济和社会信息化的 关键技术。集成电路的产业规模和技术水平已成为国家综合国力的一个重要标 志。 集成电路是随着计算机技术的发展而不断进步， 1946 年 2 月 15 日世界 上第一台通用电子数字计算机使用了 18000 个电子管，1500 个继电器以及其 他器件，安装在面积为 9*15 平方米的室内。在 20 世纪 50 年代中期第二代电 子计算机问世，它是以晶体管代替了电子管，此时第一个集成电路诞生了，它 包括一个晶体管、两个电阻和一个电阻、电容的组合 .后来集成电路工艺日趋 完善，大部分电路元件都已经以集成电路的形式出现，甚至在约 1 平方厘米 的芯片上，就可以集成上百万个电子元件。在 1967 年和 1977 年，分别出现 了大规模集成电路和超大规模集成电路，不断的完善和改进计算机的性能与规 模。 但我国集成电路相对于世界先进水平存在一定的差距，所以有发展本国 集成电路的需要。 现在我国集成电路产业已经经过 30 多年的发展现已形成了近百家的产业 规模，其中具备一定设计规模的单位有 20 多家，其中北京华大、大唐、深圳 华威和无锡矽科四家设计公司的销售额超过了 1 亿元。 2000 年，我国集成 电路总产量为 58.80 亿块，销售额近 200 亿元，产量和销售额分别比 1999 年 增长 50.3%和 75%。并且集成电路芯片目前主要采用 56 英寸硅片、0.81 微米技术 ，大部分设计公司的技术水平在 0.80.5 微米之间，最高设计水平 可达 0.35 微米。不少设计公司可以设计上万门的集成电路产品，而北京华大 和深圳华威最高可设计 80 万门的电路。目前国内的通信芯片行业取得了突破 性进展，例如南京东南大学射频与光电集成电路研究所设计的第一批芯片已成 功通过测试，其中的 3 个芯片还达到世界先进水平，填补了我国高速 cmos 集成电路设计的技术空白，在此基础上开发出的实用产品可以打入光纤通信接 口设备市场。多家外国著名公司也纷纷在中国建立起集成电路设计公司。 内蒙古科技大学毕业论文 1 中国发展集成电路的主要目标为：达到大规模生产 150mm 和 0.8 微米的 技术水平；200mm 和 0.5 微米的制造技术的产业化；提高集成电路的设计能 力以满足市场需求；跟踪 0.30.4 微米和先进封装技术的研发；开发 200mm 的硅片制造技术并在国内开始生产等。未来 10 年是我国微电子产业发展的关 键时期。重点要推进超大规模集成电路和新技术的产业化。 我国集成电路市 场潜力巨大， 是因为近年来因特网持续爆炸式增长、移动通信终端设备市场 的迅猛发展，以及数码相机、手持电脑等电子产品市场的兴旺，尤其是移动 通信业的高速发展成为推动半导体产业新一轮发展的强大动力。信息产业 的高速发展，为集成电路产业提供了巨大的市场空间。 未来几年，我国集成电路市场需求主要来自以下几个方面： 1. 通信运营业的高速发展对集成电路提出新的需。 2. 国民经济和社会信息化建设给电子信息制造业创造了一个新市场； 3. 随着我国经济结构的战略性调整，传统产业改造升级，提高设计和制造水 平推进机电一体化，为各行业提供先进和成套的技术准备，又会给集成电路产 业带来新的市场。综观中国集成电路的设计概况，可以看到从 20 世纪 80 年 代末开始，经过 90 年代初的创业期，现正进入它的发展期， 21 世纪将是中 国设计业的成熟期。 1.2 电脑钟电脑钟 本系统可模拟电脑时钟，实现时钟，秒表，校时功能，主从 cpu 数据处理、 键盘控制与数据显示。主控系统能响应按键，并对其进行相应的处理，再把其 对应的结果数据在数码管 led 上显示。 1.3 频率计频率计 频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪 器。采用编程设计实现的数字频率计，除被测信号的整形部分、键入部分和数 码显示部分外，其余全部在一片芯片上实现，整个系统非常精简，而且具有灵 活的现场可更改性。在不更改电路的基础上，对系统进行各种改进可以进一步 提高系统的性能。该数字频率计具有高速、精确、可靠、抗干扰性强和现场可 编程等优点。 内蒙古科技大学毕业论文 2 在设计中，所有频段均采用直接测频法对信号频率进行测量，克服了逼近 式换挡速度慢的缺点；采用了门控信号和被测信号对计数器的使能端进行双重 控制，提高了测量的精准度。 内蒙古科技大学毕业论文 3 第二章第二章 系统设计方案系统设计方案 2.1 系统功能实现方案系统功能实现方案 2.1.1 电脑钟系统原理电脑钟系统原理 设计的电路主要由四模块构成：单片机控制电路，显示电路、闹铃电路以 及校正电路如图附录所示。 本系统的设计电路如图附录所示，左边按键控制时分秒加一减一操作，右 边开关切换数码管显示时钟，秒表，倒计时定时器等功能。右侧是数码管 led，用于显示。数码管左边的上拉电阻具有自动拉高 p2 i/o 口的功能。 本设计采用语言程序设计，使单片机控制数码管显示时、分、秒，当秒计 数计满 60 时就向分进位，分计数器计满 60 后向时计数器进位，小时计数器按 “23 翻 0”规律计数。时、分、秒的计数结果经过数据处理可直接送显示器显示。 当计时发生误差的时候可以用校时电路进行校正。设计采用的是时、分、秒显 示，单片机对数据进行处理同时在数码管上显示。 具体设计基本任务是： 1用 led 数码管显示时间，且能显示时、分、秒的 24 小时制的数字钟。 2具有校时功能，具体方法：设置三个按钮，其中两个按钮分别对“时”、 “分”进行校时，另一个按钮则实现对“秒”位清零。此设计原理框图如图 1-1 所 示。 图 1-1 键 盘 控 制 区 8032 芯片 数码管显示 闹铃电路 内蒙古科技大学毕业论文 4 1.用单片机定时器中断原理实现数码管动态 10ms 循环扫描，同时完成计 数功能，并经过多次中断产生 “秒”信号。 2.可控制按键实现时，分，秒加一，减一功能。考虑到设计硬件单原则， 利用单片机实现的数字时钟具有编程灵活，便于功能的扩充等优点。 2.1.2 频率计系统原理频率计系统原理 本设计是利用运用运算放大器进行放大，然后通过施密特触发器把非方波 信号转换成方波信号，最后再将信号输入到单片机中去，运用程序来实现各功 能转换，再通过译码器进行译码进行显示。 计数信号 时钟信号 输入 图 1.2 施密 特触 发 器 与 非 门 计数器 内部定 时器 单 片 机 译 码 器 led 数 码显示管 运算 放大 器 内蒙古科技大学毕业论文 5 2.2 系统综述系统综述 2.2.1 电脑钟功能介绍电脑钟功能介绍 （1） 时钟运行图 仿真开始运行时，或按下仿真软件的开始按键时，时钟从 12：00：00 开始 运行，其中 k3 键对时进行调整，k2 对分钟进行调整，k6 键可以让钟表显示 暂停。 （2）秒表计时图 当按下 k1 键进入秒表计时状态，k6 键是秒表暂停键，可按 k4 键跳出秒 表计时状态。 （3）闹铃设置图及运行图 当按下 k5，开始定时，分别按 k2 调分，k3 调时设置闹铃时间，然后按 下 k4 键恢复时钟运行状态，当闹铃设置时间到时，蜂鸣器将发出 10 秒中蜂鸣 声。 该数字钟是用一片 8032 单片机通过编程去驱动数码管实现的。通过 6 个开 关控制,从上到下 6 个开关 k1-k6 按键的功能分别为：k1 键是切换至秒表；k2 键是调节时间,每调一次时加 1；k3 键调节时间,每调一次分加 1；k4 键从其它 状态切换至时钟状态；k5 是切换至闹钟设置状态,也可以对秒表清零；k6 键是 秒表暂停.控制键分别与 p1.0-p1.5 口连接其中： a 通过 p0 口和 p2 口去控制数码管的显示如图所示 p0 口接数码管的 1 6 端,是控制动态扫描输出，p2 口接数码管的 ag 端，是控制输出编码。 b 从 rd 输出一个信号驱动三极管，三极管在设置的闹钟时间到了驱动喇 叭实现闹铃作用。 功能具体说明： a、各个控制键的功能：可对时间进行校准调节（只能加）；按下设置键 数字时钟进入闹钟设置状态，设置闹钟的时间；时加、分加键是在校准时 间时或设置闹钟时间对小时数或分钟数调节而设置的；按下秒切换键就可以进 内蒙古科技大学毕业论文 6 入秒表模式，同时秒表也开始计时，按下秒表暂停、复位键就暂停、归零，如 果要重 新对秒计时则可以按秒表开始、复位；清零键可以对闹钟清零。 b、8032 单片机是整个数字时钟系统的核心所在，它通过预先要实现的功 能对其进行编程。当程序经调试完全正确后，将程序烧录到单片机内，以完成 用户对数字时钟各种需求的直接操作。 c、数码管主要事用来显示时钟和秒表信号。 2.2.2 频率计功能介绍频率计功能介绍 利用放大电路进行放大，以用来驱动施密特触发器。再利用史密特触发器 将非方波信号转换成方波信号再传入 8032 单片机,并利用单片机内部定时器 t0 定时,定时为 1 秒.t1 作为计数器使用。int1 用来判断时间是否过了 1s，若为 1 时，就是未到 1s；若为 0 时，即到了 1s。int0 用来发出是否计数的信号。计 数值运用多字节乘法进行运算得出频率值，然后送入译码器进行译码显示，其 中 74ls48 用来控制字形显示，74ls138 用来位显示。 利用放大电路进行放大，以用来驱动施密特触发器。通过施密特触发器将 波形进行转换。由于要测量的频率是 1hz1mhz，所以本单元设计采用 ttl 系列 74ls14 施密特触发器进行波形转换。本单元设计思路是：利用施密特触 发器进行波形转换，将非方波信号转换成方波信号，然后和 int0 发出的计数 信号进行与非，最后得出的信号用来控制 t1 的计数。 内蒙古科技大学毕业论文 7 第三章第三章 硬件设计硬件设计 3.1 8032 单片机介绍单片机介绍 8032 单片机具有以下几个特点： （1）具有功能很强的 8 位中央处理单元（cpu）； （2）片内有时钟发生电路（6mh 或 12mh）、每执行一条指令时间为 2us 或 1us； （3）片内具有 128 字节的 ram； （4）具有 21 个特殊寄存器； （5）可扩展 64k 字节的外部数据存储器和 64k 字节的外部程序存储器； （6）具有 4 个 i/o 口，32 根 i/o 线； （7）具有 2 个 16 位定时器/计数器； （8）具有 5 个中断源，配备 2 个中断优先级； （9）具有一个全双功串行接口； （10）具有位寻址能力，适用逻辑运算。 从上述特性可以看出这种 8032 芯片集成度高、功能强，只需增加少量外围 器件就可以构成一个完整的微机系统。 8032 芯片引脚及其功能 8032 芯片具有 40 根引脚，其引脚图如下。 p1.0 1 p1.1 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 rst/vpd 9 rxd p3.0 10 txd p3.1 11 int0 p3.2 12 int1 p3.3 13 t0 p3.4 14 t1 p3.5 15 wr p3.6 16 rd p3.7 17 xtal2 18 xtal1 19 vss 20 p2.0 21 p2.1 22 p2.2 23 p2.3 24 p2.4 25 p2.5 26 p2.6 27 p2.7 28 psen 29 ale/prog 30 ea/vpp 31 p0.7 32 p0.6 33 p0.5 34 p0.4 35 p0.3 36 p0.2 37 p0.1 38 p0.0 39 vcc 40 8031 8051 8751 内蒙古科技大学毕业论文 8 图 3.1 8032 芯片引脚图 40 根引脚按其功能可以分为四类： 1.电源线 2 根。 vcc：编程和正常操作时的电源电压，接+5v。 vss：地电平。 2.晶体振荡器 2 根。 xtal1：振荡器的反向放大器输入。使用外部振荡器时必须接地。 xtal2：振荡器的反向放大器输出和内部时钟发生器的输入。当使用外部 振荡器时用于输入外部震荡信号。 3. i/o 口 共有 p0、p1、p2、p3 四个 8 位口，32 根 i/o 线，其功能如下： （1）p0.0p0.7（ad0ad7） 是 i/o 端口 0 的引脚。端口 0 是一个 8 位漏极开路的双向 i/o 端口。在存 取外部存储器时，该端口分时地用作低 8 位的地址线和 8 位双向的数据端口 （在此时内部上拉电阻有效）。 （2）p1.0p1.7 端口 1 的引脚，是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 通 道，专供用户使用。 （3）p2.0p2.7（a8a15） 端口 2 的引脚。端口 2 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，在访问 外部存储器时，它输出高 8 位地址 a8a15。 （4）p3.0p3.7 端口 3 的引脚。端口 3 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，该口的 每一位均可独立地定义第一 i/o 口功能或第二 i/o 口功能。作为第一功能使用 时，口的结构与 p1 操作与口完全相同，第二功能如下所示： 口引脚 第二功能 p3.0 rxd (串行输入口) p3.1 txd (串行输出口) p3.2 int0 (外部中断) p3.3 int1 (外部中断) p3.4 t0 (定时器 0 外部输入) 内蒙古科技大学毕业论文 9 p3.5 t1 (定时器 1 外部输入) p3.6 wr (外部数据存储器写选通) p3.7 rd (外部数据存储器读选通) 由上看出，8032 单片机不是将地址总线、数据总线和控制总线分开，而是地址 线、数据线和部分控制均由 i/o 口完成。 4.控制线 （1）psen：程序存储器的使能引脚，是外部程序存储器的选通信号，低 电平有效。从外部程序存储器取数时，在每个机器周期内二次有效。 （2）ea/vpp：ea 为高电平时，cpu 执行内部程序存储器的指令。ea 为 低电平时，cpu 仅执行外部程序存储器的指令。因为 8032 芯片没有内部程序 存储器，所以 ea 必须接地。 （3）ale/prog：ale 是地址锁存器使能信号。作为地址锁存允许时高电 平有效。因为 p1 端口是分时传送数据和低 8 位地址。所以访问外部存储器时， ale 信号锁存低 8 位地址。即使在不访问外部存储器时，也以 1/6 振荡频率的 固定频率产生 ale，因此可以用它作为外部的时钟信号。ale 主要是提供一个 定时信号，在从外部程序存储器取指令时，把 p0 口的低位地址字节锁存到外接 的地址锁存器中。 （4）rst/vpd：是复位/备用电源端。在振荡器运行时，使 rst 引脚至少 保持两个机器周期为高电平，可实现复位操作，复位后程序计数器清零，即程 序从 0000h 单元开始执行。在 vcc 关断前加上 vpd（掉电保护）ram 的内容 将不变。 （1）中断源 mcs51 单片机是一个多中断源的单片机，有五个中断源：外部中断 0、定时器 0 中断、外部中断 1、定时器 1 中断和串行接收或发送中断。 各中断源的中断处理程序入口地址如下表 3-1 所示： 内蒙古科技大学毕业论文 10 3-1 中断向量表 （2）中断控制 1中断的开放或禁止是由中断允许寄存器 ie 控制的。ie 的格式如下： ea /eset1ex1et0ex0 ea中断总允许位。ea1，开放总中断，而各个中断源的中断请求是允许 还是禁止，分别由各自的中断允许位确定； ea=0，禁止一切中断。 1)es串行口中断允许位。 2)et1 和 et0 分别是定时器 t1 和 t0 的中断允许位。 ex1 和 ex0 分别是外部中断 1（int1）和外部中断 0 3)（int0）的中断允许位。 以上五个中断允许位的意义是： 0 为禁止中断,1 为允许中断。 2中断源优先级控制中断优先级寄存器 ip。 mcs51 单片机有高、低两个中断优先级， 5 个中断源可由程序设置为 高优先级中断或低优先级中断，实现二级中断嵌套。一个正在执行的低优先级 中断源的中断服务程序，能被高优先级中断源所中断，但不能被同级别的另一 个中断源所中断。mcs51 单片机的 5 个中断源的优先级由中断优先级寄存 中断源入口地址 外部中断 00003h 定时器 0000bh 外部中断 10013h 定时器 1001bh 串行口0023h 内蒙古科技大学毕业论文 11 器 ip 的相应位设定。 ip 格式如下： / pspt1px1pt0px0 1)ps 是串行口的中断优先级控制位。 2)pt1 和 pt0 分别是定时器 t1 和 t0 的中断优先级控制位。 3)px1 和 px0 分别是外部中断 int1 和 int0 的中断优先级控制位。 中断优先级控制位的意义是： 0 为设定为低优先级中断源； 1 为设定为高 优先级中断。 如果同优先级的多个中断请求同时出现时，则按 mcs51 单 片机的 cpu 查询次序确定那个中断请求被响应，其查询次序为： ie0、tf0、ie1、tf1、ri 或 ti。 在控制系统中，常常要求有一些实时时钟以实现定时或延时控制，如定时 中断、定时检测、定时扫描等等，也往往要求有计数器能对外部事件计数。 mcs51 单片机有 2 个定时器，称为定时器 0（t0）和定时器 1（t1）。 (1)定时器的结构 mcs51 单片机的定时器由计数器 0、计数器 1、方式控制寄存器和定 时器控制寄存器组成。计数器 0 和计数器 1 分别由 8 位计数器 th0、tl0 和 th1 和 tl1 构成。th0、tl0、th1、tl1 是不能位寻址的特殊功能寄存器， 通过对 th0、tl0、th1、tl1 的初始化编程来控制 t0 和 t1 的计数初值。 mcs51 单片机的两个计数器 th0、tl0 和 th1、tl1 可以构成 16 位 的计数器、13 位的计数器和 8 位的计数器。计数器是定时器 t0 和 t1 的核心， 它可以对引线 t0 和 t1 来的外部事件计数；也可以对单片机的机器周期计数。 一个机器周期等于 12 个振荡脉冲周期，因此计数频率为振荡频率的 1/12。 这样，不但可以根据计数值计算出定时时间，也可以反过来按定时时间的要求 计算出计数器的预置值。计数器是加法计数器，所以预置的计数初值应为计数 值的补码。 (2)定时器的工作方式 内蒙古科技大学毕业论文 12 mcs51 单片机的 t0 有方式 0、方式 1、方式 2 和方式 3 四种工作方式。 t1 有方式 0、方式 1 和方式 2 三种工作方式。 工作方式控制寄存器 tmod:tmod 寄存器是不能位寻址的特殊功能寄存 器，用于控制 t1 和 t0 的工作方式，各位的定义如下： gatec/tm1m0gatec/tm1m0 tmod 的高半字节和低半字节的定义相同，高半字节用 于控制 t1，低半字节用于控制 t0，其中，gate 是门控位。gate 为 1 时，定时器的计数器受外部引线 int0 或 int1 输入电平的控制，输入高电平 计数，输入低电平停止计数，这时可以用于测量在 intx 引线出现的正脉冲 宽度；gate 为 0 时，定时器的计数不受 int0 或 int1 引线的控制。 c/t 是定时器和计数器选择位。 c/t 为 1，选择计数器方式，计数器 thi 和 tli 对 ti 引线输入的外部事件计数； c/t 为 0，选择定时器方式，计数器 thi 和 tli 对机器周期进行计数。 m1 和 m0 是定时器的工作方式选择位。 m1 和 m0 这 2 位有 0011 四个 状态，分别选择方式 0（13 位定时器）、方式 1（16 位定时器）、方式 2（8 位自动重装载定时器）和方式 3（t0 分成两个 8 位的定时器）。 mcs-51 系统中，用 hmos 工艺制造的单片机都采用双列直插式 （dip40）脚封装，引脚信号完全相同。图 3.1 为引脚图，在这 40 根引脚大致 可分为：电源（vcc、vss、vpp、vpd）钟（xtal1、xtal2）、i/o 口 （p0p3）、地址总线（p0 口、p2 口）和控制总线 （ale、rst、/prog、/psen、/ea）等几部分。它们的功能简述如下： 电源 vcc 芯片电源，接+5v。 vss 电源接地端。 时钟 xtal1 内部振荡电路反相放大器的输入端，是外接晶振的一个引脚。当采 用外部振荡器时，此引脚接地。 内蒙古科技大学毕业论文 13 xtal2 内部振荡器的反相放大器输出端，是外接晶振的另一端。 当采用外部振荡器时，此引脚接外部振荡源。 控制总线 ale./prog 正常操作时为 ale 功能（允许地址锁存），用来把地址的低字节锁存到外 部锁存器。ale 引脚以不变的频率（振荡器频率的 1/6）周期性地发出正脉冲 信号。因此，它可用作为外输出的时钟信号或用于定时。但要注意，每当访问 外部数据存储器时，将跳过一个 ale 脉冲。ale 端可以驱动（吸收或输出电 流）8 个 lsttl 电路。 psen 外部程序存储器读选通信号。在从外部程序存储器取指令（或数据）期间， /psen 在每个机器周期内两次有效。/psen 可以驱动 8 个 lsttl 电路。 rst/vpd 复位信号输入端。振荡器工作时，该引脚上持续 2 个机器周期的高电平可 实现复位操作。此引脚还可以接上备用电源。在 vcc 端口掉电期间，由 vpd 向内部 ram 提供电源，以保持内部 ram 中的数据。 ea/vpp /ea 为内部程序存储器和外部程序存储器的选择端。当/ea 为高电平时， 访问内部程序存储器（pc 值小于 4kb）；当/ea 为低电平时，访问外部程序存 储器。 i/o 线 p0 口 单片机的双向数据总线和低 8 位地址总线。在访问外部存储器时实现分时 操作，先用作地址总线，在 ale 信号的下降沿，地址被锁存；然后用作数据总 线。它可以用作双向输入/输出口。p0 口能驱动 8 个 lsttl 负载。 p1 口 准双向输入/输出口，它能驱动 4 个 lsttl 负载。 p2 口 准双向输入/输出口。在访问外部存储器时，用作高 8 位地址总线。p2 口能 内蒙古科技大学毕业论文 14 驱动 4 个 lsttl 负载。 p3 口 准双向输入/输出口，它能驱动 4 个 lsttl 负载。p3 口的每一引脚还有另 外一种功能： p3.0rxd：串行口输入端。 p3.1txd：串行口输出端。 p3.2/int0：外部中断 0 中断请求输入端。 p3.3/int1：外部中断 1 中断请求输出端。 p3.4t0：定时器/计数器 0 外部输入端。 p3.5t1：定时器/计数器 1 外部输入端。 p3.6/wr：外部数据存储器写选通信号。 p3.7/rd：外部数据存储器读选通信号。 内蒙古科技大学毕业论文 15 3.2 74ls138 译码器介绍译码器介绍 74ls138 译码器得引脚图，逻辑图及功能表如下: 图 3.2 74ls138 的引脚图 图 3.3 用与非门组成的 3 线-8 线译码器 74ls138 内蒙古科技大学毕业论文 16 表 3-2 3 线-8 线译码器 74ls138 的功能表 3.3 74ls48 译码器介绍译码器介绍 4线七段译码器/驱动器（bcd输入，有上拉电阻） 简要说明 48为有内部上拉电阻的bcd-七段译码器/驱动器，共有54/7448、54/74ls48 两 种 线路结构型式，其主要电特性的典型值如下： 型号 iolvo(off)pd（典型） 54/74486.4ma5.5v265mw 54ls482ma5.5v125mw 74ls486ma5.5v125mw 输出端（ya-yg）为高电平有效，可驱动灯缓冲器或共阴极 led，当要求 输出 0-15 时，消隐输入（bi)应为高电平或者开路。对于输出为 0 时，还要 求脉冲消隐（rbi）为高电平或者开路。 内蒙古科技大学毕业论文 17 当（bi）为低电平时 不管其他输入状态如何， ya-yg 均为低电平。 当（rbi）和地址端（a0-a3）均为低电平，并且灯测试输入端（ lt）为高 电平时，ya-yg 为低电平，脉冲消隐（rbo）也为低电平。 当（bi）为高电平或者开路时， lt 为低电平可使 ya-yg 均为高电平 48 与 248 引出端排列功能和电特性均相同，差别仅在显示 6 和 9,248 显示的 6 和 9 比 48 多出上杠和下杠。 引出端符号 a0a3译码地址输入端 b i / r b o 消隐输入（低电平有效） /脉冲消隐输出（低电平有效） l t 灯测试输入端（低电平有效） 脉冲消隐输入端（低电平有效） r b i 脉冲消隐输入端（低电平有效） yayg 段输出 逻辑图 双列直插封装 内蒙古科技大学毕业论文 18 功能表 输出样式 内蒙古科技大学毕业论文 19 推荐条件 5448/744854ls48/74ls48 最小额定最大最小额定最大 单位 544.555.54.555.5电源电压vcc 744.7555.254.7555.25 v 输入高电平电压vih22v 540.80.7 输入低电 平电 压 vil 740.80.8 v yayg-400-100 输出高电 平电 流 ioh -200-50 ua 546.42yayg 746.46 5481.6 输出低电 平电 流 iol b i /rbo 7483.2 ma 静态特性 48ls48 测 试 条 件 【1】 最小最大最小最大 单位 iik=-12ma-1.5 v 输入嵌位电压vcc=最小 iik=-18ma-1.5 v voh输出高电平电压vcc最小vih2v, ioh最大2.42.4v io输出电流yaygvcc最小vih2v,vo=0.85v-1.3-1.3ma 540.40.4 vol输出低电平电压 vcc=最小， vih=2v,iol=最 大 740.40.5 v vi=5.5v1 ii 最大输入 电压时输入电 流 除b i /r b o 外 vcc最大 vi=7v 0.1 ma vih=2.4v40 iih 输入高电平 电流 除b i /r b o 外 vcc最大 vih=2.7v20 a 除b i /r b o 外 -1.6-0.4 iil 输入 低电平 电流 b i /r b o vcc最大,vil=0.4v -1-1.2 ma ios输出短路电流b i /r b o vcc最大 -4 -0.3 -2 ma 547638 i 电源电流 vcc 最大, 所 有 输入 接 4.5v 749038 ma 内蒙古科技大学毕业论文 20 动态特性 48ls48参数2 测 试 条 件 最大最大 单位 tplh100100ns tphl a任一y rl=1 k(ls48 为 4k) 100100ns tplh100100ns tphl 任一y r b i vcc =5v, cl=15pf, rl=1 k(ls48 为 6k) 100100ns 3.4 led 显示器显示器 led 就是 light emitting diode ，发光二极管的英文缩写。它是一种通过 控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行 情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。 led 的技术进步是扩大市场需求及应用的最大推动力。最初，led 只 是作为微型指示灯，在计算机、音响和录像机等高档设备中应用，随着大规 模集成电路和计算机技术的不断进步， led 显示器正在迅速崛起，近年来 逐渐扩展到证券行情股票机、数码相机、 pda 以及手机领域。 led 显示器集微电子技术、计算机技术、信息处理于一体，以其色彩鲜 艳、动态范围广、亮度高、寿命长、工作稳定可靠等优点，成为最具优势的 新一代显示媒体，目前， led 显示器已广泛应用于大型广场、商业广告、 体育场馆、信息传播、新闻发布、证券交易等，可以满足不同环境的需要。 led 显示器的结构 led 显示块是发光二极管显示字段的显示器件。在单片机应用系统中通常 使用的是七段 led。七段 led 内部由 7 个条形发光二极管和一个圆点发光二 极管组成。 图 3-4 内蒙古科技大学毕业论文 21 本设计中采用的是 7seg-mpx8-ca-blue 八位数码管，发光二极管具有单 向导电性，只有当外加的正向电压使得正向电流足够大时才发光，它的开启电 压比普通二极管的大。 led 的接线形式 根据内部发光二极管的接线形式分成共阴极型（公共点接地）和共阳极型 （公共点接电源）。计算机与七段显示器的接口，分成静态显示接口和动态显 示接口。静态接口是每个七段显示器单独用一组寄存器控制，将其公共点接地。 动态接口使用两组寄存器。几个显示器的七段用一组寄存器控制，该寄存器称 作段选寄存器。另一组寄存器控制这几个七段显示器的公共点，控制这几个显 示器逐个循环点亮。适当选择循环速度，利用人眼 “视觉暂留”效应，使看上 去好像这几个七段显示器同时在显示一样。控制公共点的寄存器称为位选寄存 器。 3.5 施密特触发器施密特触发器 123456 a b c d 654321 d c b a title numberrevisionsize b date:24-apr-2006sheet of file:j:hjthanjing.ddbdrawn by: 12 ua 74ls14 图 3-5 施密特触发器 施密特触发器也是数字系统中常用的电路之一，它可以把变化十分缓慢的 不规则脉冲波形转换成数字电路所需要的矩形脉冲 施密特触发器与前述的各类触发器相比具有以下特点：它属于电平触发方 式，既不仅状态的翻转需外加触发信号，而且，状态的维持也需外加触发信号， 内蒙古科技大学毕业论文 22 另外，施密特触发器对于变化方向不同的输入信号，具有不同的阀值电压 ttl74ls 系列的施密特触发器其主要功能如下: 时钟输入频率:33mhz ,电源电压:5v, 传输延迟时间:7.5ns 静态功耗:2mw,功耗-延迟:15pj,直流噪声容限:unl=0.4v,unh=0.5v 输出逻辑摆幅:3.5v,适用工作频率:30mhz 以下 内蒙古科技大学毕业论文 23 3.6 741 集成运放电路集成运放电路 以图.所示的 ua741 型集成运放电路为例，简述其构成原理。 图 3-6 ua741 集成运放内部电路图 图中 t1t10管和 r1r4电阻组成了输入级。t1、t2（npn 管）和 t3、t4（pnp 管）组成互补差分输入放大级。t1、t2管为共集电极组态，其 值很大，具有小的基极偏置电流和高的差模输入电阻。t3、t4管为横向 pnp 管， 采用共基极组态，以改善输入频响特性。由于 t3和 t4管基射结可耐受较大的 反压，则可承受较大的差模输入电压。t5t7管和 r1r3电阻构成可电流镜恒流 源，它们是 t3、t4管集电极有源负载，并完成从双端输出到单端输出的转换， 同时提高输入级的增益。在输入级偏置电路中，由 t5、t6组成电流镜电流源， 再配合 t10恒流源，完成输入级共模电流负反馈，以稳定输入级工作电流，提 高输入级共模抑制比和共模输入电阻。在共模输入电压作用或由于温升而使 ic3、ic4增大时，共模电流负反馈的作用则是，通过 ic3、ic4增大，使 ic8增大， 根据电流镜的关系，ic9也增大，而 t10为恒流源，则 t3、t4的基极电流 ib3、ib4必然同时减少，从而使 ic3、ic4减少，达到稳定工作点，提高共模特性 的目的。 内蒙古科技大学毕业论文 24 t16、t17管和它的有源负载 t13b组成中间放大级，同时完成电平移动。这 一级具有较高的增益。为了保证运放闭环工作的稳定性，在 t16管集电极和基 极间接入 30pf 积分校正电容。 t11、t12两个二极管和电阻 r5为 t10、t13a、t13b管的电流镜恒流源的偏置 电路。 输出级由 t14、t20、和 t21管及偏置电路、输出保护电路构成。t14、t20管 组成互补输出级，t21管为激励级。t18、t19两个二极管为 t14、t20提供初始偏 置电压，以减少交越失真。t13a为 t21射极有源负载。为了避免输出级接地过 载引起的损坏，由 t15管和电阻 r9构成正向电流过载保护电路。当 t14管输出 电流增大到使 r9上的电压大于 0.6v 时，t15管导通，将分流 t14管部分基极电 流，使正向输出短路电流限制在 0.6v/27=22ma。负向输出电流保护电路由 t22、t23、t24管和电阻 r10构成。当电阻 r10上电压超过 0.6v 时， t24、t23、t22管相继导通，分去 t16管的基极电流，限制了输出级 t20管输出电 流，使负向输出短路电流限制在 0.6v/27=27ma。 集成运放通常采用下图.所示的三角形符号和相应的引出端来表示。集成运 放共有五类引出端： a) 输入端。即信号电压输入端，它有两个。通常用符号“+”来表示同相输 入端，用“-”来表示反相输入端。 b) 输出端。即放大信号输出端，只有一个，通常为对地电压输出。 c) 电源端。集成运放为有源器件，工作时必须外接电源。一般有两个引出 端。对于双电源运放，其中一个为正电源+ucc 端，而另一个为负电源- uee 端；对于单电源运放，一端接正电源，另一端接地。 d) 调零端。一般有两个引出端。将其外接到电位器的两个外端，而电位器 中心调节端接正电源或负电源端。有些运放则不设调零端，欲调零则需 外设调零电路。 e) 相应补偿（校正）端。其引出端数目因型号而各异。一般为两个引出端， 多者 34 个，少者不设相应补偿端。 内蒙古科技大学毕业论文 25 集成运放的输入端、输出端、电源端在三角形符号上标示的位置比较固定， 如图 6 所示。而调零端、相位补偿端则不同，可在两斜边任一位置上标出。 为简化电路图，经常只标出两个输入端和一个输出端，而将电源端、调零 端和相位补偿端略去。必要时也可标出所需说明的引出端，如调零端等。由于 输入输出共三个引出端，因此称其为三端器件。 在用于施工的运放电路图中，必须将全部引出端和所连元件、连接方式完 整地表示出来，并在相应的引出端标出器件管角编号，在相应的三角形表示符 号内或附近标出器件型号和器件编号。 18 27 36 4 5 oa1 in- in+ v- 空 v+ out oa2 图 3-7 引脚图 内蒙古科技大学毕业论文 26 第四章第四章 软件设计软件设计 4.1 电脑钟软件设计电脑钟软件设计 4.1.1 电脑钟主程序流程图电脑钟主程序流程图 软件程序从开始执行，先通过初始化各个寄存器，经过扫描按键来决定是 否设定参数来执行相应功能的程序，进而在数码管上显示。 y n 图 4-1 主程序流程图 开始 定时器及中断定时器初始 化 是否设定参数 执行显示程序 执行时钟秒表闹铃设定 程序 内蒙古科技大学毕业论文 27 4.1.2 电脑钟总中断流程图电脑钟总中断流程图 图 4-2 中断流程图 恢复初值 保 a护 tcount 加 1 tcount1=1 00？ 秒数值 time1.second 加 1second 归零 time1.second= 60？ time1.hour 23 时数值 time1.hour 归零 执行闹钟 程序 p0.0=1 闹钟程序 是否执行 完全 判断时间 与闹钟是 否一致 返回主程 序 分数值 time.minute 加 1time.second 归零 time1.second= 60？ 实数值 time.hour 加 1time1minute 归零 内蒙古科技大学毕业论文 28 时间的显示通过此中断程序来控制，并且通过与设定的时间进行比较来判 断是否让闹铃工作。程序中包含时间的设定，如设定 tcount 来使秒等工作，进 而来控制分和时。 秒表中断程序流程 秒表功能通过另一程序实现。通过保护主程序的数据来进行秒表功能，设 置秒表的具体显示方法如图 4-3 所示。 n y n 图 4-3 秒表中断程序流程图 恢复初值保护 10ms 计数器加 1 ms100? 秒计数器加 1，10ms 计 数器归零，即 sec+，ms=0 sec60? 分计数器加 1，秒计数 器归零，即 minute+，sec=0 输出字码，中断结 束，返回上级主程 序 内蒙古科技大学毕业论文 29 按键程序流程 图 4-4 为时钟和闹钟的调节，程序中通过扫描来判断按键是否按下进行时间和 闹钟的调节。 程序初使化 判断时加键 thour是否按下, p1.2=0? 判断标志flag是 否为0,flag=0? 输出闹钟时个位加 1,alarms6+,延时 y 判断分加键盘 tminute是否按 下,p1.1=0? 输出时钟时个位加 1,dat16+,延时. ydat169? 输出时钟时十位加 1,dat17+,延时 dat172? 时十位归 零,dat17=0 nny y n n alarms69? 输出闹钟时十位加 1,alarms7+,延时 alarms72? 时十位归 零,alarms7=0. y y n n 判断标志flag是 否为0,flag=0? 输出时钟分个位加 1,dat13+,延时. dat139? 输出时钟分十位加 1,dat14+,延时 dat142? 分十位归 零,dat14=0 输出闹钟分个位加 1,alarms3+,延时 alarms39? 输出闹钟分十位加 1,alarms4+,延时 alarms42? 分十位归 零,alarms4=0. y y y n y n n y y n n 图 4-4 按键程序流程图 内蒙古科技大学毕业论文 30 图