太阳能供电的世博倒计时钟的设计与制作-职业学院毕业论文

南通纺织职业技术学院 1 太阳能供电的世博倒计时钟的设计与制作太阳能供电的世博倒计时钟的设计与制作 作者： 班级 专业应 教 学 系 指导老师 完成时间 2010 年月 5 日 7 至 2010 年 5 月 29 日 目录 摘要：.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 关键词:.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 一 引言.2 1.太阳能供电的优势以及选择单片机的优势4 二 太阳能供电系统硬件电路设计.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1.太阳能电池及蓄电池充放电的电特性 2太阳能供电系统设计 3.太阳能供电系统框图.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4. 充电控制电路错误！未定义书签。错误！未定义书签。 南通纺织职业技术学院 2 5. 防过充过放控制电路 6.基于 7805 的电源转换电路 三 倒计时装置的硬件设计.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1. 设计方案论证与选择错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2. 系统功能分析错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3系统的结构框图 4.单片机的选择及其基本外围电路的设计 5. 时钟信息产生单元的电路设计 6. 显示单元电路的设计 7. 倒计时间调整控制单元电路的设计 8. 系统原理图 四系统软件的设计错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1. 主程序流程图错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2. 倒计时调整流程图错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.显示子程序流程图 4.中断处理子程序流程图 小结.28 参考文献.29 【摘要】【摘要】: :本文介绍的是以环保为主题采用太阳能供电以 89 系列单片机为核心，结合译 码芯片、时钟芯片以及用 LED 数码显示管来达到显示功能的倒计时钟。该倒计时钟能显示 当前日期（年、月、日、时、分） ，以及距离北京奥运开幕式所剩下的时间（天数）,倒计 时天数可任意由按键调整。它具有成本低，简携轻便，耗电量小，操控简易，稳定性强， 误差小的特点，投入使用后，也有商业价值 【关键词】【关键词】：太阳能 倒计时 单片机 时钟芯片 LED 数码显示 一一 引言引言 太阳能遍布地球, 取之不尽、用之不竭, 对环境无污染, 这是人类未来能源的最佳选择, 太阳能是取之不尽的可再生能源, 可利用量巨大川。太阳能的利用技术已是当今世界各国 索取和利用的新能源, 是进行节能、环保的重要研究项目之 南通纺织职业技术学院 3 一太阳能供电系统一次性投资少、运行和维护费用低。而且相对风力发电和其他供 电方式没有机械传动部件, 故障率低、无噪声、无污染、运行稳定可靠、维护量小。通讯 工业是太阳能供电的主要用户, 广泛用于卫星通信系统、农村电话、光纤和微波传输、双 向无线电通讯和数据采集在得不到电网供电的边远地区微波站, 太阳能往往是最可靠、最 价廉物美的电力来源。尤其是太阳能光伏技术的发展, 给太阳能在照明中的应用带来了更 加广阔的前景。 本文主要的宗旨就是如何通过以太阳能供电的 89 系列单片机来控制 LED 显示屏，从 而达到所要求的设计目的.该装置要能显示当前日期（年、月、日、时、分） ，以及距离北 京奥运会开幕式所剩下的时间（天数） 。其中倒计天数可任意调整。该装置完成后的产品 雏形如图 0-1 所示。 距离距离 1010 世博会开幕式还有世博会开幕式还有天天 今天是今天是年年月月日日 现在时间为现在时间为时时分分 复位复位设定设定+10+10+1+1 图图 0-10-1倒计时装置的产品雏形倒计时装置的产品雏形 该装置的设计任务需要很多的逻辑运算、控制及传输功能的芯片，运用模拟和数字电 路也可完成此项任务，但这需要很多芯片的连线组合，因此选用单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）无疑是个不错的选择，单片机面向控制，特别适用于控制应用领域。 具有体积小，可靠性高，控制功能强，使用方便，性能价格比高，易产品化等特点。因此 该装置的设计我准备采用以处理器 89C52 为核心集合译码器、时钟芯片、地址锁存器、LED 数码显示管、按键等来完成。 南通纺织职业技术学院 4 第一章第一章太阳能供电系统系统的硬件电路的设计太阳能供电系统系统的硬件电路的设计 1 1太阳太阳能能电池及电池及蓄蓄电池充电池充放放电电的电的电特特性性 1.1太阳能电池的特性 太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应, 由于太阳能电池的电压与电流并不是 线性的关系, 且在不同的大气条件下, 因日照量与温度不同每个工作曲线都不一样。由图 可知, 工作曲线有一个不同的最大功率点P此即为太阳能电池的最佳工作点。 为了提高太阳 能发电系统的效率并充分的运用太阳能电池, 需要一控制法则来使太阳能电池随时操作在 最大功率点, 12蓄电池的特性 电池的特性蓄电池的充电特性如图所示 。由充电曲线可以看出蓄电池的充电过程有个 阶段初期OA电压快速上升中期AC电压缓慢上升, 延续较长时间C点为末期, 电化学反应接 近结束电压开始迅速上升, 接近D时。水开始被电解分解出氢气和氧气, 此时应停止充电,。 否则将给蓄电池带来损坏铅酸蓄电池的放电特性如图1所示 。由放电曲线可以看出, 蓄电 南通纺织职业技术学院 5 池放电也有3个阶段开始OE阶段, 电压下降较快中期EG, 电压缓慢下降, 延续较长时间,G点 后, 放电电压急剧下降。电压随放电过程不断下降的原因有3个首先 是随着蓄电池的放电, 酸浓度降低, 引起电动势降低其次是活性物质的不断消耗, 反应面 小, 使极化不断增加,三是由于硫酸铅的不断生成使电池内阻不断增加, 内阻压降增大。图 中G点标志则蓄电池已接近放电终了, 应立即停止放电, 否则将给电池带来不可逆转损坏。 通过上述对蓄电池充放电特性的分析可知, 在蓄电池充电过程中, 当电压升到C点到D 点之间所对应电压出现时, 就标志着电池已经充电完毕, 应停止充电。在蓄电池放电过程 中, 当放到相当于G点电压出现时, 就标志着电池已经放电终了。依据这一原理, 在控制器 中设置电压比较电路, 通过监测G点和C点电压值来判断蓄电池是否应该结束充电或放电。 2 2太阳能供电系太阳能供电系统统设设计计 整机结构主要由供电电路、控制电路组成。充电电路的设计充分考虑了太阳能电池和蓄 电池的特性, 可以通过调节蓄电池的端电压分压值, 与6.2V稳压二极管提供的基准电压通 过LM393电压比较, 输出高低电平驱动三级管开关电路控制充放电, 并用二极管显示相关 工作状态控制电路可以实现端电压, 过充电压, 过放电压显示 3 3太阳能供电太阳能供电系系统框统框图图 太阳能供电系统由太阳能电池组件、太阳能充电控制器、蓄电池组组成。 1.太阳能电池组件太阳能电池组件是太阳能供电系统中的核心部分, 也是太阳能供电系统 中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能量转换为电能, 或送往蓄电池中存储起来, 或推动载工作。太阳能电池组件的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本 2 太阳能充电控制器太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态, 并对蓄电池起到过 充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方, 合格的控制器还应具备温度补偿的功 能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项 蓄电池蓄电池用于储存电力。其目的是在夜间、阴天及灾害时提供备用的电力、发电电力 急变时的缓冲、电力储存以及尖峰电力的抑制等用途一般为铅酸电池或胶体电池。小微型 太阳能电池板 南通纺织职业技术学院 6 系统中, 也可用镍氢电池、镍锅电池或铿电池。其作用是在有光照时将太阳能电池组件所 产生的电能储存起来, 到需要时再释放出来。 4.4.充充电电控控制模块制模块 因太阳能电池工作时, 受日照和环境温度的影响, 输出功率产生很大的变化, 即太阳能 电池是一种波动范围很大的电源。为了最大限度地利用蓄电池的性能和使用寿命, 必须对 他的充放电条件加以规定和控制。要求实现太阳能电池对蓄 电池的自动充电控制, 有效防止过充, 反充, 同时对蓄电池放电进行自动控制, 防止深度 放电, 过强负载。并且实现过充电压和过放电压可调。 1防反充功能 电路如图所示, 防反充只需接上单向导通的二极管来防止晚间或阴雨天太阳能电池成为 耗电元件。过充过放电压判断采用双电压比较器LM393接上反馈电阻构成双迟滞电压比较 器, 比较器输出高低电平来控制继电器的三极管开关电路, 再连接一些发光二极管LED比 来指示相关状态。 系统太阳电池用一块40W硅太阳电池组件, 在标准光照下输出17V、2.3A左右的直流工作 电压和电流蓄电池电池为12V/24Ah全密封免维护铅酸蓄电池在太阳能电池与蓄电池之间 接上一个IN4001二极管防反充, 二极管的单向导通特性, 在太阳能电池输出电压较低时, 防止硅太阳电池在太阳光较弱的晚间或阴雨天时成为耗电器 5.5.防防过过充充过过放控制电放控制电路路 过充过放的判断是把蓄电池电压和可调的基准电压进行比较, 从而判断是否过充或过 放。如图5所示, 的LM393的两个反相输人端2脚和6脚连接在一起, 并由稳压二极管ZD1提供 6.2的基准电压做比较电压, 两个输出1端脚和7脚分别接反馈电阻, 将部分输出信号反馈 到同相输人3端脚和4脚, 这样就把双电压比较器变成了双迟滞电压比较器, 这样可使电路 在比较电压的临界点附近不会产生振荡。欣R2、RP1、C1、A1、Q1、Q2和J1组成过充电压检 测比较控制电路。R3、RP2、C2、A3、Q3、Q4仍和J2组成过放电压检测比较控制电路。如图 5所示。其中电位器RP1, 和RP2起调节设定过充、过放电压的作用。LM393稳定的8V工作电压 由可调三端稳压器LM317提供给。 电压比较器特性：设待比较电压即蓄电池电压为V1加在比较器的正相输人端, 基准电压 通过稳压二极管稳定在6.2V加在电压比较器的反相输人端。过充和过放的上门限电压VT+和 下门限电压VT-分别可通过RP1, RP2, 调节。当蓄电池的端电 压为13.5V左右时, 调节RP1, 使LM393的5脚电压为6.2V, 即设此电压为过充电压比较的临界 点当蓄电池电压为11.5V时, 调节RP2, 使得LM393的3脚电压为6.2V, 即设此电压为过放比较 南通纺织职业技术学院 7 电压的临界电压。 当太阳光照射的时候, 硅太阳电池组件产生的直流电流经过继电器J1-1一常闭触点和R1, 使LED1发光, 等待对蓄电池进行充电 K闭合, 三端稳压器输出8V电压, 电路开始工作, 过 充电压检测比较控制电路和过放电压检测比较控制电路 同时对蓄电池端电压进行检测比较。当蓄电池端电压小于预先设定的过充电压值时, LM393的6脚电位高于5脚电位, 7脚输出低电位使三极管Q1截止, 三极管Q2导通, LED2发光 指示充电, 继电器J1动作, 其接点J1-1转换位置, 硅太阳电池组件通过D1对蓄电池充电。 蓄 电池逐渐被充满, 当其端电压大于预先设定的过充电压值时, LM393的6脚电位低于5脚电位, 7脚输出高电位使Q1导通,Q2截止,LED2熄灭,J1 释放J1-1断开充电回路, LED1发光, 指示停 止充电。 当蓄电池端电压大于预先设定的过放电压值时, LM393的3脚电位高于2脚电位, 1脚输出 高电位使Q3导通,Q4截止, LED3熄灭, 继电器J2释放。其常闭触点J2-1闭合, LED4发光, 指示 负载工作正常蓄电池对负载放电时端电压会逐渐降低, 当端电压降低到小于预先设定的过 放电压值时, LM393的3脚电位低于2脚电位, 1脚输出低电位使三极管Q3截止, 三极管Q4导 通, LED3发光指示过放电, 继电器J2动作, 其接点J2-1断开, 正常指示灯LED4熄灭。另一常 闭接点J2-2也断开, 切断负载回路, 避免蓄电池继续放电。闭合开关K, 蓄电池又充电。 6.6.基于基于78057805电源电路的设计电源电路的设计 南通纺织职业技术学院 8 要让整个系统能正常工作，我们采用的是直流+5V 稳压电源供电，对于电源部分的电路设 计模块图如图 三三 倒计时装置的硬件设计倒计时装置的硬件设计 1.1.设计方案论证与选择设计方案论证与选择 方案一： 利用大量的数字逻辑器件来实现简单的计时和倒计时功能，其原理是利用计数器进行 计时和倒计时，用数字逻辑器件设计电路，没有程序，完全通过硬件设施来完成，电路的 结构很复杂，成本很高，且没有什么实际的运用价值。 方案二： 利用 AT89C52 单片机自身带有的晶振来确定基准时间，通过程序进行时间的确定，所 有的功能全部用单片机来实现，这样一来，使得这个系统在硬件上变得简单，从而使得设 计成本降低，能达到大量生产的目的。但对设计者来说，软件编程能力要求过高，对我们 在短短一个月的毕业设计时间来说是远远不够的。 方案三： 利用 AT89C52 单片机和实时时钟芯片 DS12C887 来实现倒计时钟的设计，该设计时钟 可以用 DS12C887 来实现，设计者无需考虑大小月、2 月、闰年等问题的影响，电路简单、 程序设计较为容易，功能扩展方便。这样可以尽可能用已知的元件来完善和简化系统，同 时也能灵活运用已知知识达到设计要求。 由上比较，方案三最适合我们在短时间内的设计与制作，它既能够满足实际需要又更 容易实现设计功能。 2.2.系统功能分析系统功能分析 南通纺织职业技术学院 9 对当前国内外倒计时钟的现状调查分析，设计一个倒计时钟系统应具备三个功能：时 钟功能、倒计时功能、倒计时间调整功能。本系统在尽量达到功能、完成设计的同时又尽 可能减小硬件成本，所以在时钟功能上只选择了对当前年、月、日、时、分的显示，而放 弃了对当秒的显示，在倒计时功能上只选择了对倒计天数的四位显示，而放弃了对到达的 时间（北京奥运会开幕式 2008 年 8 月 8 日）的显示。倒计时间调整功能则是可以将倒计 天数调整，来完成对处理系统断电等意外问题。 3.3.系统的结构框图系统的结构框图 图 1-1 倒计时系统结构框图 通过机构图我们可以看出： 通过读时钟信息产生单元的数据， 用单片机对其进行适当处理， 通过显示单元展现给用户。至于对倒计时间的设定可由倒计时间调整控制单元来实现。 4.4.单片机的选择及其基本外围电路的设计单片机的选择及其基本外围电路的设计 AT89C52单片机是89系列中的标准型产品，它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的高密度非 倒计时调整控制倒计时调整控制 单元单元 处理器处理器时钟信息产时钟信息产 生单元生单元 显示单元显示单元 南通纺织职业技术学院 10 易失性技术，其输出引脚和指令系统都与MCS-51系统兼容，因此AT89C52单片机是一种功 能强、灵活性高的单片机。其引脚图如图1-2 所示。 图1-2 AT89C52引脚图 AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8kbytes的 可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256bytes的随机存取数据存储器（RAM） ，器件 采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS51指令系统及8052产品引 脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C52单片机适 合于许多较为复杂控制应用场合。 南通纺织职业技术学院 11 图1-3 单片机的基本外围电路 图1-3中电容的大小为10uF，电阻为8.2K，晶振为12MHz。 每个机器周期的时间为1us，复位的条件为：1）振荡器要工作；2）必须使RES引脚至少保 持两个机器周期（即2us）的高电平。复位电路中的RC参数通常由实验调整，若C采用10uF， R采用8.2K，时间常数为只要Vcc的上升时间不超过1ms，振荡器建立 时间不超过10ms，这个时间常数足以保证完成复位操作 5.5.时钟信息产生单元的电路设计时钟信息产生单元的电路设计 时钟芯片的选择无疑是本设计的重点所在，在本设计中我们选择了 DS12C887 作为时 钟信息产生单元的主要芯片。 时钟芯片 DS12C887S 是实时时钟芯片，能自动记录当前时、分、秒和年、月、日等时 钟日历信息，所需工作电流极微，在外部电源停电情况下，依靠电池，仍能进行计时，并 能在正常工作时可保证时钟数据十年内不会丢失。 虽然89C52也可以用编程计算的方法来获得时间信息，但既然已经有实时时钟芯片， 只需从DS12C887内部RAM02H、04H、07H、08H、09H处直接读取分、时、日、月、年信息即 可，简化了程序。同时其内部还包含：秒、秒报警、分报警、时报警、星期等信息。 DS12C887芯片采用24引脚双列直插式封装，其引脚接口逻辑和内部操作方式与 MC146818B基本一致，不同的是晶体振荡器、振荡电路、充电电路和可充电锂电池等封装 成一个加厚的集成电路模块。DS12C887通电时会自动对电池充电。 DS12C887内部有专门 的接口电路，使用时无需任何外围电路即可和计算机总线连接，是一个真正的全自动日历 时钟单元电路模块。是本设计的时钟模块的最佳芯片。 DS12C887主要技术特点： （1）具有完备 的时钟、闹钟及到2100年的日历功能，可选择12小时制或24小时制计时， 有上午（AM）和下午（PM） 、星期、夏令时操作、闰年自动补偿等功能。精度可达到每月 误差1分钟。 （2）具有可编程选择的周期中断方式和方波发生器功能。 （3）DS12C887内部有15个时钟控制寄存器，其中，11个为时钟日历寄存器，4个为控制和 状态寄存器，113个字节的低功耗用户RAM，可用作掉电保护的数据存放区，故DS12C887还 可以兼作掉电保护电路。 南通纺织职业技术学院 12 （4）时钟日历可选择二进制或BCD码表示。 （5）工作电压范围为4.5-5.5V。 （6）工作电流范围为7-15mA。 （7）工作温度范围为0-70度。 DS12C887共有24个引脚，如图1-4所示。 图1-4 DS12C887的引脚图 外围电路的接线方法是：AD0-AD7 接单片机的 P0 口；为选通号，接单片机第 15 脚； 接单片机第 17 脚；接单片机第 16 脚；接单片机的第 30 脚。 6.6.显示单元电路的设计显示单元电路的设计 时钟及倒计时装置显然要应用具有显示功能的器件， 我们采用了 LED （Light Emitting Diode）发光二极管，由于其结构简单，价格便宜，在单片机系统中得到了广泛的应用。 LED 是发光二极管的简称。其应用形式有多种，例如：单个 LED 显示管，八段 LED 数码显 示管以及点阵式 LED 字符显示器等。LED 显示器具有结构简单、体积小、功耗较低、响应 速度较快、可靠性高以及价格低廉等特点，因此，本设计选取八段双位共阳 LED 数码显示 管作为输出设备。 LED 显示管的基本单元均为 LED。LED 的基本特点是：工作电压为 1.5V 左右；功 耗约为 150mW 左右；响应时间大致为 1.0s；正向工作电流为 220mA 时发光，在此 电流范围内，LED 的发光强度基本上与正向工作电流成比例。 LED 数码显示管是单片机系统中最常用的显示器，它由若干个发光二极管组成。常用 的八段 LED 数码显示管如图所示，它有共阳和共阴两种结构。发光二极管的正极连在一起 南通纺织职业技术学院 13 的称共阳极显示管（CA） ，负极连在一起的称共阴极显示管（CC） 。当发光二极管导通时， 相应的一个点或一个笔段发光。控制不同组合的笔段，就能显示数字、若干字母及符号， 如下图 1-5 所示。 n gf a b d h e c m 图 1-5八段 LED 共阳数码显示管原理和结构 LED 采用动态显示方式的原因 单片机系统中的显示装置一般由 N 个 LED 数码显示管组成。常把每个数码显示管中并 接的引出线称为位选线，而把组成显示内容的各段 LED 的引出线称为段选线。因此，由 N 个 LED 数码显示管组成的显示装置共有 N 根位选线和 8N 根段选线。 单片机系统中的 CPU 通过相应的硬件接口使这 N 个 LED 数码显示管工作在静态或动态两种显示方式。 LED 数码显示管工作在静态显示方式时， 各显示管的公共阴极或公共阳极连在一起 （接 地或+5V） ；每位的段选线与一个八位并行口相连。CPU 只要送一次与需显示的字符所对应 的段选码到各 I/O 口锁存，经驱动后显示将一直保留到下一次 CPU 重新送段选码为止。显 然，显示控制方便，占用 CPU 的工作时间少。但是，由于 N 位显示器要有 N8 根 I/O 口 线，因此，当位数较多时，占用 I/O 资源较多，此时往往采用动态显示方式。 LED 数码显示管工作在动态显示方式时，所有位的段选码并联在一起由一个八位 I/O 口控制，而共阴极点或共阳极点分别由另外的 I/O 口控制。这样，八位 LED 动态显示电路 只须两个八位 I/O 口，一个控制位选码。由于所有的段选码皆由一个八位 I/O 口控制，因 此，要想每位显示不同的字符，必须采用扫描方式。即在每一瞬间，段选控制 I/O 口输出 与显示字符相对应的段选码， 位选控制 I/O 口在该显示位送出选通电平 （共阴极送低电平， 共阳极送高电平） 。通过一位一位的轮流，使每位显示该位应显示的字符并保持一段时间。 只要对每个显示管来说，选通频率大于 50Hz，就可造成视觉暂留效果（即人的眼睛并不会 感觉显示器是闪动的） 。 由于动态显示时每个LED显示管点亮的时间不大于扫描周期的1/N， 因此，为保证动态显示时每个 LED 显示管仍能达到其单独亮点的亮度，每段驱动电流的大 南通纺织职业技术学院 14 小应不小于静态显示方式的 N 倍。动态显示方式的特点是节省硬件，缺点是 CPU 须周期性 的对各显示管进行扫描。 由以上分析，动态显示和静态显示都有自己的优缺点。在时钟及倒计时装置的设计中 由于要显示现在的时间（年、月、日、时、分）和距北京奥运会开幕式还剩余的时间（天） ， 这样需要 16 位 LED 数码显示管，这样全采用静态方式是不行的，因为采用静态显示每一 个八段双位 LED 数码显示管要用 10 个引脚（包括两个控制端）来控制的，这样以来 10 位 LED 需要不少的 I/O 引脚。对于系统硬件设计而言很复杂，对硬件资源造成极大浪费，硬 件选择方面要本着成本低，性能高，操作方便等原则，因此不全选用静态显示。相对而言 采用动态显示要好的多，可以共用段驱动和位驱动，这样不仅可以减少硬件成本而且也是 满足系统设计所必须的。所以 16 个 LED 数码显示管都采用动态显示，但牵扯到位数较多， 我们在字型码输出时又是通过 CD4514 来驱动。 2)LED 显示字型代码编制 系统设计中我采用的八段共阳 LED 数码显示管字型代码编制如下表 1-7： 显示内容共阳极代码显示内容共阳极代码 00C0H592H 10F9H682H 20A4H70FH 30B0H880H 499H990H 表 1-7八段共阳极 LED 显示字型代码编制 系统设计中 LED 数码显示管接线为：a b c d e f g ph（字形口）是由：74LS373 芯 片直接提供的，m、n 片选端（字位口）是由 CD4514 芯片经三极管电路提供的。具体电路 如图 1-8 所示： 南通纺织职业技术学院 15 图 1-8显示模块电路图 7 7倒计时间调整控制单元电路的设计倒计时间调整控制单元电路的设计 本设计的倒计时间的调整基本是靠按键去完成的。本设计计划使用4个键，一个键用 来实现手动复位功能，一个键用来实现模式功能，一个键用来实现加10功能，一个键用来 实现加1功能，这样可以使操作方便，同时降低成本。 键盘接线如图 1-9，分别接在单片机的 RESET、P3.3、P3.4、P3.0 口，经上拉电阻接 在+5V 电源 Vcc，另一端接地。接线如图 1-13 所示： 南通纺织职业技术学院 16 1-13 键盘接线图 图中上拉电阻的阻值为 10K，其主要作用是使电路中高低电平区别更为明显，是一种硬 件消抖动的方法。 .6系统原理图系统原理图 通过上面各个单元模块的设计，我们把各模块组合起来，即我们设计的系统原理图。 图 1-12系统原理图 其工作原理为： 读 DS12C887 内容， 通过 89C52 将段信号， 位信号分别送至 74LS373、 CD4514， 后由它们共同输给数码管显示倒计天数，及当前时间的年、月、日、时、分。 第二章第二章 系统软件的设计系统软件的设计 南通纺织职业技术学院 17 本设计的软件包含四大部分，分别为：主程序模块、倒计时调整模块、显示模块、中断处 理模块。 2.12.1 主程序流程图主程序流程图 图 2-1 主程序流程图 初始化：主要功能是对单片机的中断、DS12C887 的启用进行设置的，让其工作。 读 DS12C887 内部 RAM 的内容时要判断其寄存器 A 中的第七位是否为“1” ，只有当其为“1” 时才能访问。我是用“MOV DPTR,#0AHMOV A,DPTRJB ACC.7， READ” 来实现。 判断这次天的读出值与上一次读出值是否一致， 如果不一致， 要跳转到倒计时调整子程序； 初始化初始化 倒计时天数减一子程序倒计时天数减一子程序 读取时间数据读取时间数据， 存单片机内部存单片机内部 调用显示子程序调用显示子程序 判断天是否与上一判断天是否与上一 次读取的数据一致次读取的数据一致 N Y 开始开始 结束结束 南通纺织职业技术学院 18 如果一致，则直接调用显示子程序。 2.22.2 倒计时调整流程图倒计时调整流程图 N N N N Y 图 2-2 倒计时调整子程序流程图 次子程序中，用到的与 00H 进行比较的方法都是“CJNE A,#00H,rel”所涉及到的是四位 BCD 码的减一程序，这样一来，我们的装置倒计时的天数取值范围就是 00009999 2.32.3 显示子程序流程图：显示子程序流程图： 开始开始 取倒计时低两位 与 00H 比较 置低两位为 99H 取倒计时高两位的低位 与 00H 比较 倒计时高两位减 7 存储倒计时数据，送入 DS12C887 取倒计时低两位的低位 与 00H 比较 倒计时高两位减 1 倒计时低两位减 7 倒计时低两位减 1 返回返回 Y Y Y 南通纺织职业技术学院 19 对于显示模块的编程，我采用的是子程序调用，首先我们要定义 LED 显示的段代码地址， 然后把存在单片机内部的数据，一一调出来，分时输出对应的段代码，同时输出位选码。 段代码由单片机 P2 口送出经限流电阻至地址锁存器 74LS373， 后由 74LS373 直接送向数码 管；位选码是通过 CD4514 进行译码后送出由 NPN 三极管向数码管输入。 2.42.4 中断处理子程序流程图：中断处理子程序流程图： 由流程图 2-4 所知，我们在判断是否有按键按下的时候都要进行延时去抖动，其目的是防 止产生错误的信息。当然我们的加一、加十的程序在设计时使之在加时是 0-9 变化，不会 出现“A、b、C、d、E、F”的字样，在结束时，有自动保存的功能。 显示数代码的表地址显示数代码的表地址 延时延时 2ms 逐一向逐一向 CD4514 送显示片选码送显示片选码 读单片机内部显示数据，查表读单片机内部显示数据，查表 选中选中 向向 74LS373 发送字显示码发送字显示码 开始开始 返回返回 南通纺织职业技术学院 20 N Y NN YY Y N 图 2-4 中断处理程序流程图 延时延时 10ms 去抖动去抖动 返回返回 设置键是否设置键是否 按下按下 进入设置显示模式进入设置显示模式 加加 10 键是否键是否 按下？按下？ 加加 1 键是否键是否 按下？按下？ 延时延时 10ms 去抖动去抖动延时延时 10ms 去抖动去抖动 判断是否有键按判断是否有键按 下下 延时延时 4 秒做移位、确认秒做移位、确认 加加 10 程序处理程序处理加加 1 程序处理程序处理 中断进入设置中断进入设置 结束结束 南通纺织职业技术学院 21 第三章第三章 系统的安装与调试系统的安装与调试 3.13.1 ProtelProtel 操作操作 在进行 Protel 的操作时，要注意的是，在画原理图或者 PCB 版之前，都要把各个器 件的库加上去，没有的要自己参考元器件资料自己定义并加入到元件库中。定义元器件最 主要的是了解元器件的基本结构， 对于芯片来说， 它的数据手册中都有对基本结构的描述， 可以参考数据手册。对于接插件，一般有 IDC，CON，SIP，这些封装都可以在基本元件库 中找到。另外还有电容，晶振，三极管，电阻等封装同样在基本元件库中找到。 3.23.2 印制线路板图操作调试印制线路板图操作调试 原理图画完后， 可以通过创建网络表生成 PCB 板， 也可以通过手工布线来绘制 PCB 板， 在画 PCB 板中需要注意以下一系列的问题： 1、制线路板上的元器件放置的通顺序 2 元器件离板边缘的距离 3 低压之间的隔离 4 印制线路板的走线 5 印制导线的宽度 6 印制导线的间距 7 印制导线的屏蔽与接地 8 焊盘 9 大面积敷铜 10 跨接线的使用 11 板材与板厚 3.33.3 安装安装 ( (一一) )准备工作准备工作 为了顺利地完成元器件在面包板上的组装工作，特准备了如下工具： 1、面包板2 块 2、起子1 把 3、万用表1 只 4、剪刀1 把 南通纺织职业技术学院 22 5、导线若干 ( (二二) ) 组装组装 工作步骤： 1、将集成电路 IC 插座按布局图插在面包板上。 2、连线。为了排除连线接触不良的现象，在进行连线前，首先用剪刀对连线的绝缘包皮 剥去 3mm 左右，然后将连线插到面包板上。 3、在装接电阻、电容前，首先用万用表对元器件进行测量，排除一些不合格的元器件， 以免留下后患。 3.43.4 硬件电路的调试硬件电路的调试 ( (一一) )静态调试静态调试 第一步： 在系统进行加电之前，首先用万用表依据硬件电路原理图和装配图仔细检查连线的正 确性， 尤其是电源的走线、 防止电源间的短路或极性错误及开路， 并重点检查系统总线 （地 址、数据及控制总线）是否存在相互之间的短路或与其它信号线的短路。 第二步： 加电后检查各 IC 插件上引脚的电位，根据硬件电路原理图检查各点的电位是否正常， 并重点检查单片机插脚的各点电位。 第三步： 在不加电的情况下，除单片机外，插上所有的元器件。上电后，用手摸元器件有无发 热现象。然后用仿真头将系统电路板的单片机插脚和仿真器的仿真插口相连。为联机调试 作好准备。 ( (二二) )通电调试通电调试 接通电源，再接上仿真器，看显示单元显示的内容是否正常，再按下有关按键，是否 能够达到预期目的。如果不能，将仿真器单步运行，查看每一步的运行结果，并对照预期 南通纺织职业技术学院 23 现象对程序进行调整。 心得体会心得体会 通过这次毕业设计，我觉得这个倒计时钟在研究时具有成本低，简携轻便，耗电量小， 操控简易，稳定性强，误差小的特点，投入使用后，也有商业价值。 另外，我的这个设计项目发展空间还很大，主要是，现 DS12C887 在我们从中读取的 只有年、月、日信息，事实上再加上几个 LED 管的话，我们还可以读取星期、上下午、小 时、分、秒等信息，这就能直接成为一个实用性很强的时钟系统，而且我所取得的倒计时 天数只是距离北京奥运会的倒计时天数，再加几个 LED 管的话，我们完全可以通过修改程 序得到任意一天的倒计时天数，甚至星期数、小时数、分钟数及秒数。通过这样的扩展功 能，如果能引进国外先进科技，把实物缩小化，更便于携带，使用锂电池的话，由于耗电 量小的原因，将更具商业价值和卖点。 像这种相当于有附加功能的时钟或手表，加上一点外表的流行因素，大众的需求量就 会更加多了，也能使之更普及。 通过本次毕业设计， 使我对单片机的功能开发产生了浓厚的兴趣， 单片机虽然体积小， 但功能很强大，加以编程能在各个地方起到特定的作用。 通过本次毕业设计，让我了解了团队合作的重要性，并不是每一件事都可以一个人完 成的，有了大家共同的努力，我们可以事半功倍。 当然这本次毕业设计中，我们也出现过很多问题，感触较深的是我在编程的时候考虑 问题不够全面，常常是一些细节的问题耽搁了我很多时间，我想在以后的设计或工作中， 要尽量把问题考虑清楚，特别是细节的东西，尤其重要。 南通纺织职业技术学院 24 参考文献参考文献 ：1邹丽新，翁桂荣.单片机微型计算机原理.苏州大学出版社，2001.12 2邹丽新，翁桂荣.单片机微型计算机及接口技术.苏州大学出版社，2002.4 3徐爱钧，彭秀华.单片机高级语言 C51windows 环境编程与应用.北京电子工业出版社，2001.7 4吉雷.Protel99 从入门到精通.西安电子科技大学出版社，2000.10 5求是科技.单片机典型模块设计实例导航.北京人民邮电出版社，2004.5 6康华光.电子技术基础：模拟部分.北京高等教育出版社，1999.6 7朱欣华，姚天忠，邹丽新.智能仪器原理与设计.中国计量出版社，2005.11 (8)刘秋艳,刘景文,胥宝萍,任志娟. Protel 99 SE.中国铁道出版社，2005.7 南通纺织职业技术学院 25 致谢致谢 本文工作是在指导老师史保华的悉心指导下完成的。从毕业设计的选题，具体设计到 论文的最后完稿所取得的每一点成绩都倾注了老师的心血。史老师严谨治学的态度，渊博 的学识， 对事业执着追求的精神以及对本人在学习、 生活等各方面无微不至的关怀和帮助， 都将使我终生受益。籍此论文完成之际，谨向导师致以最崇高的敬意和最衷心的感谢！ 衷心感谢本实验室杨毅德、史保华等老师在毕业设计完成过程中，在专业知识、操作 过程、编程技巧等方面给予热情帮助。 感谢明达职业技术学院三年来的辛苦栽培。 最后，我要感谢我的父母、家人、朋友，感谢他们从各方面对我的关心、鼓励、帮助 和支持。 南通纺织职业技术学院 26 附录一附录一 倒计时钟电路图倒计时钟电路图 南通纺织职业技术学院 27 附录二附录二 程序：程序： FENEQU2 SHIEQU4 RQEQU7 YUEEQU8 NIANEQU9 DJGEQU33H DJDEQU34H REG_AEQU0AH REG_BEQU0BH REG_CEQU0CH REG_DEQU0DH DJ1EQU30H DJ2EQU31H YEAREQU32H MONTHEQU33H DAYEQU34H HOUREQU35H MINEQU36H S2EQUP3.3 S3EQUP3.4 S4EQUP3.0 ORG0000H JMPSTART ORG001BH JMPTINT START:MOVSP,#7FH CLRC CLRP1.0 CLRIT0 CLRIT1 SETBEX0 SETBEX1 SETBPX1 SETBEA CALLINIT CLRP3.5 MOVDPTR,#REG_A MOVXA,DPTR JB ACC.7,READ MOVDPTR,#DJG MOVXA,DPTR MOVDJ1,A MOVDPTR,#DJD MOVXA,DPTR MOVDJ2,A READ:CLRP3.5 MOVDPTR,#REG_A MOVXA,DPTR JBACC.7,READ MOVDPTR,#NIAN MOVXA,DPTR MOVYEAR,A MOVDPTR,#YUE MOVXA,DPTR MOVMONTH,A MOVDPTR,#RQ MOVXA,DPTR CJNEA,DAY,YZ MOVDAY,A MOVDPTR,#SHI 南通纺织职业技术学院 28 MOVXA,DPTR MOVHOUR,A MOVDPTR,#FEN MOVXA,DPTR MOVMIN,A LCALLXS SJMPREAD YZ:MOVDAY,A LCALLDJSTZ LCALLXS SJMPREAD DJSTZ:MOVA,DJ2 CJNEA,#00H,AA MOVDJ2,#99H MOVA,DJ1 ANLA,#0FH CJNEA,#00H,AA1 MOVA,DJ1 CLRC SUBBA,#06H MOVDJ1,A AA1:DECDJ1 JMPCC AA:ANLA,#0FH CJNEA,#00H,AA2 MOVA,DJ2 CLRC SUBBA,#06H MOVDJ2,A AA2:DECDJ2 CC:CLRP3.6 CLRP1.0 MOVA,DJ1 MOVDPTR,#DJG MOVXDPTR,A MOVA,DJ2 MOVDPTR,#DJD MOVXDPTR,A SETBP3.6 SETBEA LCALLXS LCALLXS LCALLXS RET XS:MOVDPTR,#TAB MOVA,DJ1 SWAPA ANLA,#0FH MOVCA,A+DPTR MOVP2,A MOVP1,#00H LCALLDELAY MOVP1,#00H MOVA,DJ1 ANLA,#0FH MOVCA,A+DPTR MOVP2,A MOVP1,#02H LCALLDELAY MOVP1,#00H MOVA,DJ2 SWAPA ANLA,#0FH MOVCA,A+DPTR MOVP2,A MOVP1,#04H 南通纺织职业技术学院 29 LCALLDELAY MOVP1,#00H MOVA,DJ2 ANLA,#0FH MOVCA,A+DPTR MOVP2,A MOVP1,#06H LCALLDELAY MOVP1,#00H MOVA,#02H MOVCA,A+DPTR MOVP2,A MOVP1,#08H LCALLDELAY MOVP1,#00H MOVA,#00H MOVCA,A+DPTR MOVP2,A MOVP1,#0AH LCALLDELAY MOVP1,#00H MOVA,YEAR SWAPA ANLA,#0FH MOVCA,A+DPTR MOVP2,A MOVP1,#0CH LCALLDELAY MOVP1,#00H MOVA,YEAR ANLA,#0FH MOVCA,A+DPTR MOVP2,A MOVP1,#0EH LCALLDELAY MOVP1,#00H MOVA,MONTH SWAPA ANLA,#0FH MOVCA,A+DPTR MOVP2,A MOVP1,#10H LCALLDELAY MOVP