掉電保護裝置設計流程圖

『壹』 低壓防孤島保護裝置

參數

●頻率精度：≤0.01Hz。
●工作電壓：AC220V、DC220V或DC110V。
●交流電流迴路：<1VA/相 (IN =)。
●交流量精度：≤±0.2%。
●存儲溫度：-40～+85℃。

功能

●外部故障聯跳。
●低壓防孤島保護裝置具有過頻Ⅱ段保護。
●限時速斷。
●諧波監測及過大保護。
●零序電流保護。

『貳』 用AT89C51單片機和溫度感測器DS18B20S設計數字式溫度計

江蘇省聯合職業技術學院常州旅遊商貿分院
專科畢業論文

基於51單片機及DS18B20溫度感測器的數字溫度計設計

姓 名：(××××××××3號黑體)
學 號：(××××××××3號黑體)
班 級：(聯院班級號×××3號黑體)
專 業：(××××××××3號黑體)
指導教師：(××××××××3號黑體)
系 部：創意信息系××××3號黑體)

二〇二0年××月××日

摘 要
本設計採用的主控晶元是ATMEL公司的AT89S52單片機，數字溫度感測器是DALLAS公司的DS18B20。本設計用數字感測器DS18B20測量溫度，測量精度高，感測器體積小，使用方便。所以本次設計的數字溫度計在工業、農業、日常生活中都有廣泛的應用。
單片機技術已經廣泛應用社會生活的各個領域，已經成為一種非常實用的技術。51單片機是最常用的一種單片機，而且在高校中都以51單片機教材為藍本，這使得51單片機成為初學單片機技術人員的首選。本次設計採用的AT89S52是一種flash型單片機，可以直接在線編程，向單片機中寫程序變得更加容易。本次設計的數字溫度計採用的是DS18B20數字溫度感測器，DS18B20是一種可組網的高精度數字式溫度感測器，由於其具有單匯流排的獨特優點，可以使用戶輕松地組建起感測器網路，並可使多點溫度測量電路變得簡單、可靠。
本設計根據設計要求，首先設計了硬體電路，然後繪制軟體流程圖及編寫程序。本設計屬於一種多功能溫度計，溫度測量范圍是-55℃到125℃。溫度值的解析度可以被用戶設定為9-12位，可以設置上下限報警溫度，當溫度不在設定的范圍內時，就會啟動報警程序報警。本設計的顯示模塊是用四位一體的數碼管動態掃描顯示實現的。在顯示實時測量溫度的模式下還可以通過查詢按鍵查看設定的上下限報警溫度。

關鍵詞：單片機、數字溫度計、DS18B20、AT89S52

目 錄

1 引言 1
2 系統總體方案及硬體設計 2
2.1 系統總體方案 2
2.1.1系統總體設計框圖 2
2.1.2各模塊簡介 2
2.2 系統硬體設計 6
2.2.1 單片機電路設計 6
2.2.2 DS18B20溫度感測器電路設計 6
2.2.3 顯示電路設計 7
2.2.4 按鍵電路設計 7
2.2.5 報警電路設計 8
3 軟體設計 9
3.1 DS18B20程序設計 9
3.1.1 DS18B20感測器操作流程 9
3.1.2 DS18B20感測器的指令表 9
3.1.3 DS18B20感測器的初始化時序 10
3.1.4 DS18B20感測器的讀寫時序 10
3.1.5 DS18B20獲取溫度程序流程圖 11
3.2 顯示程序設計 13
3.3 按鍵程序設計 13
4實物製作及調試 14
5電子綜合設計體會 15
參考文獻 16

1 引言
本系統所設計的數字溫度計採用的是DS18B20數字溫度感測器測溫，DS18B20直接輸出的就是數字信號，與傳統的溫度計相比，具有讀數方便，測溫范圍廣，測溫准確，上下限報警功能。其輸出溫度採用LED數碼管顯示，主要用於對測溫比較准確的場所。
該設計控制器使用的是51單片機AT89S52，AT89S52單片機在工控、測量、儀器儀表中應用還是比較廣泛的。測溫感測器使用的是DS18B20，DS18B20是一種可組網的高精度數字式溫度感測器，由於其具有單匯流排的獨特優點，可以使用戶輕松地組建起感測器網路，並可使多點溫度測量電路變得簡單、可靠。顯示是用4位共陰極LED數碼管實現溫度顯示，LED數碼管的優點是顯示數字比較大，查看方便。蜂鳴器用來實現當測量溫度超過設定的上下限時的報警功能。

2 系統總體方案及硬體設計
2.1 系統總體方案
2.1.1系統總體設計框圖
由於DS18B20數字溫度感測器具有單匯流排的獨特優點，可以使用戶輕松地組建起感測器網路，並可使多點溫度測量電路變得簡單、可靠，所以在該設計中採用DS18B20數字溫度感測器測量溫度。
溫度計電路設計總體設計框圖如圖2-1所示，控制器採用單片機AT89S52，溫度感測器採用DS18B20，顯示採用4位LED數碼管，報警採用蜂鳴器、LED燈實現，鍵盤用來設定報警上下限溫度。

圖2-1 溫度計電路總體設計框圖
2.1.2各模塊簡介
1.控制模塊
AT89S52單片機是美國ATMEL公司生產的低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內含有8kb的可系統編程的Flash只讀程序存儲器，器件採用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標准8051指令系統及引腳。在單晶元上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統可編程的Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。
AT89S52具有以下標准功能：8k位元組Flash，256位元組RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數據指針，三個16 位定時器/計數器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串列口，片內晶振及時鍾電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態邏輯操作，支持2種軟體可選擇節電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振盪器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬體復位為止。
2.顯示模塊
顯示電路採用4位共陰LED數碼管，從P0口輸出段碼，P2口的高四位為位選端。用動態掃描的方式進行顯示，這樣能有效節省I/O口。
3.溫度感測器模塊
DS18B20溫度感測器是美國DALLAS半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度感測器，與傳統的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，並且可根據實際要求通過簡單的編程實現9～12位的數字值讀數方式。DS18B20的性能特點如下：獨特的單線介面僅需要一個埠引腳進行通信；多個DS18B20可以並聯在惟一的三線上，實現多點組網功能；無須外部器件；可通過數據線供電，電壓范圍為3.0～5.5v；零待機功耗；溫度以9或12位二進制數字表示；用戶可定義報警設置；報警搜索命令識別並標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件；負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發熱而燒毀，但不能正常工作；
DS18B20採用3腳TO－92封裝或8腳SO或µSOP封裝，其其封裝形式如圖2-2所示。

圖2-2 DS18B20的封裝形式
DS18B20的64位ROM的結構開始8位是產品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48位，最後8位是前面56位的CRC檢驗碼，這也是多個DS18B20可以採用一線進行通信的原因。溫度報警觸發器TH和TL，可通過軟體寫入戶報警上下限。
DS18B20溫度感測器的內部存儲器還包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的EEPRAM。高速暫存RAM的結構為8位元組的存儲器，結構如圖2-3所示。

圖2-3 DS18B20的高速暫存RAM的結構
頭2個位元組包含測得的溫度信息，第3和第4位元組TH和TL的拷貝是易失的，每次上電復位時被刷新。第5個位元組，為配置寄存器，它的內容用於確定溫度值的數字轉換解析度，DS18B20工作時寄存器中的解析度轉換為相應精度的溫度數值，該位元組各位的定義如表2-1所示。
表2-1：配置寄存器
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

TM

R1

R0

1

1

1

1

1

配置寄存器的低5位一直為1，TM是工作模式位，用於設置DS18B20在工作模式還是在測試模式，DS18B20出廠時該位被設置為0，用戶要去改動，R1和R0決定溫度轉換的精度位數，來設置解析度，「R1R0」為「00」是9位，「01」是10位，「10」是11位，「11」是12位。當DS18B20解析度越高時，所需要的溫度數據轉換時間越長。因此，在實際應用中要將解析度和轉換時間權衡考慮。
高速暫存RAM的第6、7、8位元組保留未用，表現為全邏輯1。第9位元組讀出前面所有8位元組的CRC碼，可用來檢驗數據，從而保證通信數據的正確性。
當DS18B20接收到溫度轉換命令後，開始啟動轉換。轉換完成後的溫度值就以16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第1、2位元組。單片機可以通過單線介面讀出該數據，讀數據時低位在先，高位在後，數據格式以0.0625℃／LSB形式表示。
當符號位s＝0時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉換為十進制；當符號位s＝1時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數值。輸出的二進制數的高5位是符號位，最後4位是溫度小數點位，中間7位是溫度整數位。表2-2是一部分溫度值對應的二進制溫度數據。
表2-2 DS18B20輸出的溫度值

溫度值

二進制輸出

十六進制輸出

+125℃

0000 0111 1101 0000

07D0h

+85℃

0000 0101 0101 0000

0550h

+25.0625℃

0000 0001 1001 0001

0191h

+10.125℃

0000 0000 1010 0010

00A2h

+0.5℃

0000 0000 0000 1000

0008h

0℃

0000 0000 0000 0000

0000h

-0.5℃

1111 1111 1111 1000

FFF8h

-10.125℃

1111 1111 0101 1110

FF5Eh

-25.0625℃

1111 1110 0110 1111

FF6Fh

-55℃

1111 1100 1001 0000

FC90h

DS18B20完成溫度轉換後，就把測得的溫度值與RAM中的TH、TL位元組內容作比較。若T＞TH或T＜TL，則將該器件內的報警標志位置位，並對主機發出的報警搜索命令作出響應。因此，可用多隻DS18B20同時測量溫度並進行報警搜索。在64位ROM的最高有效位元組中存儲有循環冗餘檢驗碼（CRC）。主機ROM的前56位來計算CRC值，並和存入DS18B20的CRC值作比較，以判斷主機收到的ROM數據是否正確。
4.調節模塊介紹
調節模塊是由四個按鍵接地後直接接單片機的I/O口完成的。當按鍵沒有按下時單片機管腳相當於懸空，默認下為高電平，當按鍵按下時相當於把單片機的管腳直接接地，此時為低電平。程序設計為低電平觸發。
5.報警模塊介紹
報警模塊是由一個PNP型的三極體9012驅動的5V蜂鳴器，和一個加一限流電阻的發光二極體組成的。報警時蜂鳴器間歇性報警，發光二極體閃爍。

2.2 系統硬體設計
2.2.1 單片機電路設計

圖2-4 單片機最小系統原理圖
單片機最小系統是由晶振電路，上電復位、按鍵復位電路，ISP下載介面和電源指示燈組成。原理圖如圖2-4所示。
2.2.2 DS18B20溫度感測器電路設計
DS18B20溫度感測器是單匯流排器件與單片機的介面電路採用電源供電方。
電源供電方式如圖2-7，此時DS18B20的1腳接地，2腳作為信號線，3腳接電源。

圖2-7 DS18B20電源供電方式
當DS18B20處於寫存儲器操作和溫度A/D轉換操作時，匯流排上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10us。採用寄生電源供電方式時VDD端接地。由於單線制只有一根線，因此發送介面必須是三態的。
2.2.3 顯示電路設計
顯示電路是由四位一體的共陰數碼管進行顯示的，數碼管由三極體9013驅動。
四位一體的共陰數碼管的管腳分布圖如圖2-5所示。

圖2-5 四位一體的共陰數碼管管腳分布圖
顯示電路的總體設計如圖2-6所示。

圖2-6 顯示電路
2.2.4 按鍵電路設計
按鍵電路是用來實現調節設定報警溫度的上下限和查看上下報警溫度的功能。電路原理圖如圖2-10所示。

圖2-10 按鍵電路原理圖

2.2.5 報警電路設計
報警電路是在測量溫度大於上限或小於下限時提供報警功能的電路。該電路是由一個蜂鳴器和一個紅色的發光二極體組成，具體的電路如圖2-9所示。

圖2-9 報警電路原理圖

3 軟體設計
3.1 DS18B20程序設計
3.1.1 DS18B20感測器操作流程
根據DS18B20的通訊協議，主機（單片機）控制DS18B20完成溫度轉換必須經過三個步驟：
• 每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位操作
• 復位成功後發送一條ROM指令
• 最後發送RAM指令
這樣才能對DS18B20進行預定的操作。復位要求主CPU將數據線下拉500μs，然後釋放，當DS18B20收到信號後等待16～60μs左右，後發出60～240μs的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復位成功。
DS18B20的操作流程如圖3-1所示。

如圖3-1 DS18B20的操作流程
3.1.2 DS18B20感測器的指令表
DS18B20感測器的操作指令如表3-1所示。感測器復位後向感測器寫相應的命令才能實現相應的功能。
表3-1 DS18B20的指令表

指 令

指令代碼

功 能

讀ROM

0x33

讀DS1820溫度感測器ROM中的編碼（即64位地址）

符合 ROM

0x55

發出此命令之後，接著發出 64 位 ROM 編碼，訪問單匯流排上與該編碼相對應的 DS1820 使之作出響應，為下一步對該 DS1820 的讀寫作準備。

搜索 ROM

0xF0

用於確定掛接在同一匯流排上 DS1820 的個數和識別 64 位 ROM 地址。為操作各器件作好准備。

跳過 ROM

0xCC

忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS1820 發溫度變換命令。適用於單片工作。

告警搜索命令

0xEC

執行後只有溫度超過設定值上限或下限的片子才做出響應。

溫度變換

0x44

啟動DS1820進行溫度轉換，12位轉換時最長為750ms（9位為93.75ms）。結果存入內部9位元組RAM中。

讀暫存器

0xBE

讀內部RAM中9位元組的內容

寫暫存器

0x4E

發出向內部RAM的3、4位元組寫上、下限溫度數據命令，緊跟該命令之後，是傳送兩位元組的數據。

復制暫存器

0x48

將RAM中第3 、4位元組的內容復制到EEPROM中。

重調 EEPROM

0xB8

將EEPROM中內容恢復到RAM中的第3 、4位元組。

讀供電方式

0xB4

讀DS1820的供電模式。寄生供電時DS1820發送「 0 」，外接電源供電 DS1820發送「 1 」。

3.1.3 DS18B20感測器的初始化時序
DS18B20感測器為單匯流排結構器件，在讀寫操作之前，感測器晶元應先進性復位操作也就是初始化操作。
DS18B20的初始化時序如圖3-2所示。首先控制器拉高數據匯流排，接著控制器給數據匯流排一低電平，延時480μs，控制器拉高數據匯流排，等待感測器給數據線一個60-240μs的低電平，接著上拉電阻將數據線拉高，這樣才初始化完成。

圖3-2 DS18B20初始化時序
3.1.4 DS18B20感測器的讀寫時序
1.寫時序
DS18B20感測器的讀寫操作是在感測器初始化後進行的。每次操作只能讀寫一位。
當主機把數據線從高電平拉至低電平，產生寫時序。有兩種類型的寫時序：寫「0」時序，寫「1」時序。所有的時序必須有最短60μs的持續期，在各個寫周期之間必須有最短1μs的恢復期。
在數據匯流排由高電平變為低電平之後，DS18B20在15μs至60μs的時間間隙對匯流排采樣，如果為「1」則向DS18B20寫「1」， 如果為「0」則向DS18B20寫「0」。如圖3-2的上半部分。
對於主機產生寫「1」時序時，數據線必須先被拉至低電平，然後被釋放，使數據線在寫時序開始之後15μs內拉至高電平。
對於主機產生寫「1」時序時，數據線必須先被拉至低電平，且至少保持低電平60μs。
2.讀時序
在數據匯流排由高電平變為低電平之後，數據線至少應保持低電平1μs，來自DS18B20的輸出的數據在下降沿15μs後有效，所以在數據線保持低電平1μs之後，主機將數據線拉高，等待來自DS18B20的數據變化，在下降沿15μs之後便可開始讀取DS18B20的輸出數據。整個讀時序必須有最短60μs的持續期。如圖3-2的下半部分。讀時序結束後數據線由上拉電阻拉至高電平。

圖3-3 DS18B20感測器的讀寫時序
3.1.5 DS18B20獲取溫度程序流程圖
DS18B20的讀位元組，寫位元組，獲取溫度的程序流程圖如圖3-3所示。

圖3-4 DS18B20程序流程圖
3.2 顯示程序設計
顯示電路是由四位一體的數碼管來實現的。由於單片機的I/O口有限，所以數碼管採用動態掃描的方式來進行顯示。程序流程圖如圖3-4所示。

圖3-5 顯示程序流程圖
3.3 按鍵程序設計
按鍵是用來設定上下限報警溫度的。具體的程序流程圖如圖3-5所示。

圖3-6 按鍵程序流程圖

4實物製作及調試
製作好的實物如圖4-1所示。

圖4-1 數字溫度計實物正面圖
在做實物時出現了不少問題。比如本來是採用NPN型9013驅動蜂鳴器，但是在實際調試中蜂鳴器驅動不了，經多次試驗，在三極體的基極電阻與單片機的介面處接一個1、2kΩ的上拉電阻就能驅動了。但考慮到單片機的I/O口默認狀態時為高電平，這樣一上電蜂鳴器就會響，所以將NPN型9013換成了PNP型的9012三極體，效果還不錯。

5電子綜合設計體會
經過將近一個月的設計、焊接、編程、調試，我們終於完成了數字溫度計的設計，基本能夠達到設計要求，而且還設計了一些其他功能，比可以開啟或消除按鍵音功能，開機動畫功能，查看報警上下限溫度功能。
此次的設計使我從中學到了一些很重要的東西，那就是如何從理論到實踐的轉化，怎樣將我們所學到的知識運用到實踐中去。在大學課堂的學習只是給我們灌輸專業知識，而我們應把所學的知識應用到我們現實的生活中去。這次的設計不僅使我們將課堂上學到的理論知識與實際應用結合了起來，而且使我們對電子電路、電子元器件、印製電路板等方面的知識有了更進一步的認識，同時在軟體編程、焊板調試、相關調試儀器的使用等方面得到較全面的鍛煉和提高，為今後能夠獨立進行某些單片機應用系統的開發設計工作打下一定的基礎。此次單片機設計也為我們以後進行更復雜的單片機系統設計提供了寶貴的經驗。
在本次設計的過程中，我們遇到不少的問題，剛開始焊好的板子下不進去程序，經過一再仔細的檢查，才發現是在下載口處出了問題，由於焊盤口比較小，排針插不進去，最後使了很大力氣才插進去，插進去後才發現壞了，結果在去排針的時候把焊盤給去下來了，最後只能在旁邊將下載口引了出來。還有就是文章中提到的蜂鳴器驅動問題等等。經過此次的硬體製作與調試，鍛煉了我們的動手實踐能了。本次設計的另一個重點就是軟體程序的設計，其中需要有很巧妙的程序演算法，雖然以前寫過幾次程序，但我覺的寫好一個程序並不是一件簡單的事，有好多的東西，只有我們去試著做了，才能真正的掌握，只學習理論，有些東西是很難理解的，更談不上掌握。
通過此次的綜合設計，我們初步掌握了單片機系統設計的基本原理。充分認識到理論學習與實踐相結合的重要性，對於書本上的很多知識，不但要學會，更重要的是會運用到實踐中去。在以後的學習中，我們會更加註重實踐方面的鍛煉，多提高自己的動手實踐能力。

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『叄』 怎樣用51單片機實現累加計時和倒計時，並用六個共陰極數碼管顯示出來。用兩個按鍵分別切換。

沒有定時器的不過有數字鍾的
你可以參考下
其中可有有用的

摘要
本題給出基於單片機的數字中的設計，設計由單片機作為核心控制器，通過頻率計數實現計時功能，將實時時間經由單片機輸出到顯示設備——數碼管上顯示出來，並通過鍵盤來實現啟動、停止、復位和調整時間的功能。
關鍵詞： 單片機、數字鍾、AT89S52、LED
1 引言
在單片機技術日趨成熟的今天，其靈活的硬體電路的設計和軟體的設計，讓單片機得到了廣泛的應用，幾乎是從小的電子產品，到大的工業控制，單片機都起到了舉足輕重的作用。單片機小的系統結構幾乎是所有具有可編程硬體的一個縮影，可謂是「麻雀雖小，五臟俱全」。
現在是一個知識爆炸的新時代。新產品、新技術層出不窮，電子技術的發展更是日新月異。可以毫不誇張的說，電子技術的應用無處不在，電子技術正在不斷地改變我們的生活，改變著我們的世界。在這快速發展的年代，時間對人們來說是越來越寶貴，在快節奏的生活時，人們一旦遇到重要的事情而忘記了時間，這將會帶來很大的損失，因此我們需要一個計時系統來提醒這些忙碌的人。 然而，隨著科技的發展和社會的進步，人們對時鍾的要求也越來越高，傳統的時鍾已不能滿足人們的需求。多功能數字鍾不管在性能上還是在樣式上都發生了質的變化，如電子鬧鍾、數字鬧鍾等等。 單片機在多功能數字鍾中的應用已是非常普遍的，基於單片機的數字鍾給人們帶來了極大的方便。
現今，高精度的計時工具大多數都使用了石英晶體振盪器，由於電子鍾，石英錶，石英鍾都採用了石英技術，因此走時精度高，穩定性好，使用方便，不需要經常調校，數字式電子鍾用集成電路計時，解碼代替機械式傳動，用LED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，還可以進行時和分的校對，片選的靈活性好。本文利用單片機實現數字時鍾計時功能的主要內容，其中AT89S52是核心元件同時採用數碼管動態顯示「時」，「分」，「秒」的現代計時裝置。與傳統機械表相比，它具有走時精確,顯示直觀等特點。它的計時周期為24小時，顯滿刻度為「23時59分59秒」，另外具有校時功能，斷電後有記憶功能，恢復供電時可實現計時同步等特點。
2 方案論證
2.1 方案一
數字鍾採用FPGA作為主控制器。由於FPGA具有強大的資源，使用方便靈活，易於進行功能擴展，特別是結合了EDA，可以達到很高的效率。此方案邏輯雖然簡單一點，但是一塊FPGA的價格很高，對於做電子鍾來說有一點浪費，而且FPGA比較難掌握，本設計中不作過多研究，也不採用此方案。
2.2 方案二
數字鍾由幾種邏輯功能不同的CMOS數字集成電路構成，共使用了10片數字集成電路，其原理圖如圖2.1所示。它是由秒信號發生器（時基電路）、小時分鍾計數器及解碼和驅動顯示電路3部分組成，其基本工作過程是：時基電路產生精確周期的脈沖信號，經過分頻器作用給後面的計數器輸送1HZ的秒信號，最後由計數器及驅動顯示單元按位驅動數碼管時間顯示，但是這樣設計的電路比較復雜，使用也不靈活，而且價格比較高，故不採用此方案。

圖2.1 方案二原理示意圖

2.3 方案三
AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術製造，與工業80C51產品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統可編程，亦適於常規編程器。在單晶元上，擁有靈巧的8位CPU和在系統可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、有效的解決方案。它具有串列口，片內晶振及時鍾電路。另外，AT89S52可降至0Hz 靜態邏輯操作，支持2種軟體可選擇節電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振盪器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬體復位為止。
基於AT89S52單片機來實現系統的控制,外圍電路比較簡單，成本比較低，此系統控制靈活能很好地滿足本課題的基本要求和擴展要求，因此選用該方案。其硬體框圖如圖2.2所示，原理圖見附錄圖6.1。

圖2.2 數字鍾硬體框圖

2.4 電路組成及工作原理
本文數字時鍾設計原理主要利用AT89S52單片機,由單片機的P0口控制數碼管的位顯示，P2口控制數碼管的段顯示，P1口與按鍵相接用於時間的校正。在設計中引入220V交流電經過整流、濾波後產生+5V電壓，用於給單片機及顯示電路提供工作電壓。
整個系統工作時，秒信號產生器是整個系統的時基信號，它直接決定計時系統的精度，將標准秒信號送入「秒計數器」，「秒計數器」採用60進制計數器，每累計60秒發出一個「分脈沖」信號，該信號將作為「分計數器」的時鍾脈沖。「分計數器」也採用60進制計數器，每累計60分鍾，發出一個「時脈沖」信號，該信號將被送到「時計數器」。「時計數器」採用24進制計時器，可實現對一天24小時的累計。顯示電路將「時」、「分」、「秒」計數器的輸出，通過六個七段LED顯示器顯示出來。校時電路是直接加一個脈沖信號到時計數器或者分計數器或者秒計數器來對「時」、「分」、「秒」顯示數字進行校對調整。在本設計中，24小時時鍾顯示、秒錶的設計和顯示都是依靠單片機中的定時器完成。使用定時器T0產生1s的中斷，在中斷程序中完成每一秒數字的變化，並在主程序中動態顯示該字元。其功能框圖如圖2.3所示。

圖2.3 秒錶外中斷的功能示意圖

數字鍾的電路設計主要功能是提供單片機和外部的LED顯示、273地址鎖存和片選以及外部存儲器2764的介面電路，此外還需要設計相關的LED驅動電路。
（1）電路原理和器件選擇
本實例相關的關鍵部分的器件名稱及其在數字鍾電路中的主要功能：
89S52：單片機，控制LED的數據顯示。
LED1--LED6：用於顯示單片機的數據，其中三個採用7段顯示用於顯示時、分、秒的十位，另三個採用8段顯示用於顯示時、分、秒的個位。
74LS273：鎖存器，LED顯示擴展電路中的段碼和位碼使用了兩片74LS273，上升沿鎖存。
74LS02：與非門，與單片機的讀寫信號一起使用，選中外部的74LS273，決定LED的欄位和字位的顯示內容。
7407：驅動門電路，提供數碼管顯示的驅動電流。
74LS04：非門，對單片機的片選信號取反，並和讀寫信號一起使用，決定74LS273的片選。
L1--L4：發光二極體，通過單片機的P1.4--P1.7控制，用以顯示秒錶和時鍾的時間變化。
BUZZER：揚聲器，在程序規定的情況下，發出聲音，提示計時完畢。
74LS373：地址鎖存器，將P0口的地址和數據分開，分別輸入到2764的數據和地址埠。
2764：EPROM，為單片機提供外部的程序存儲區。
開關K0、K1、K2分別調整秒、分、時。
按鍵RESET：在復位電路中，起到程序復位的作用。
按鍵PULSE：提供單脈沖，從而實現單片機對外部脈沖的計數功能，利用單脈沖實現相應位加1。
（2）地址分配和連接
P2.7：和寫信號一起組成字位口的片選信號，字位口的對應地址位8000H
P2.6：和寫信號一起組成欄位口的片選信號，欄位口的對應地址位4000H
D0--D7：單片機的數據匯流排，LED顯示的內容通過D0--D7數據線從單片機傳送到LED
P2.0--P2.5：單片機的P2口，和2764的高端地址線相連，決定2764中的存儲單元的地址。
P1.4--P1.7：單片機的P1口，和反光二極體L1--L4相連，通過單片機的P1.4--P1.7控制，用以顯示秒錶和時鍾的時間變化。
（3）功能簡介
LED顯示模塊與單片機的連接中，對LED顯示模塊的讀寫和字位、欄位通道的選擇是通過單片機的P2.6、P2.7口完成。其中，P2.6、P2.7口的片選信號需要和讀寫信號做一定的邏輯操作，以保證字位和欄位選擇的正確性。
外部存儲器2764是通過74LS373和單片機相連，並且通過P2口的相關信號線進行地址的分配。地址范圍為0000H--1FFFH。
3 各電路設計和論證
3.1電源電路設計
在各種電子設備中，直流穩壓電源是必不可少的組成部分，它不僅為系統提供多路電壓源，還直接影響到系統的技術指標和抗干擾性能。要想得到我們所要的+5V輸出電壓，就需將交流220V的電壓經過二極體全波整流、電容濾波、7805穩壓輸出穩定的5V直流電壓為整個電路提供電源。

圖3.1 電源電路圖
4個IN4004組成橋式整流電路，電容(104uf)用於濾波，LM7805將經過整流濾波的電壓穩定在5V輸出。
3.2 晶體振盪器
51系列單片機內部有一個時鍾電路（其核心時一個反相放大器），但並沒有形成時鍾的振盪信號，因此必須外接諧振器才能形成振盪。如何用這個內部放大器，可以根據不同的場合做出不同的選擇。這樣就對應了單片機時鍾產生的不同方式：若採用這個放大器，產生振盪即為內部方式；若採用外部振盪輸入，即為外部方式。
方案一、內部方式
如果在51單片機的XTAL1和XTAL2引腳之間外接晶體諧振器，便會產生自激振盪，即可在內部產生與外加晶體同頻率的振盪時鍾。
最常見的內部方式振盪圖如圖3.2所示。

圖3.2 晶體振盪電路

不同單片機最高工作頻率不一樣，如AT89C51的最高工作頻率為24MHZ，AT89S51的最高工作頻率可達33MHZ。由於製造工藝的改進，現在單片機的工作頻率范圍正向兩端延伸，可達40MHZ以上。振盪頻率越高表示單片機運行的速度越快，但同時對存儲器的速度和印刷電路板的要求也就越高。頻率太高有時反而會導致程序不好編寫（如延時程序）。一般來說，不建議使用很高頻率的晶體振盪器。51系列的單片機應用系統一般都選用頻率為6～12MHZ的晶振。
這個電路對C1、C2的值沒有嚴格的要求，但電容的大小多少會影響振盪器的穩定性、振盪器頻率的高低、起振的快速性等。一般外接晶體時，C1、C2的值通常選為20～100PF。
晶體振盪器是數字鍾的核心。振盪器的穩定度和頻率的精確度決定了數字鍾計時的准確程度，通常採用石英晶體構成振盪器電路。一般說來，振盪器的頻率越高，計時的精度也就越高。在此設計中，信號源提供1HZ秒脈沖，它是採用晶體分頻得到的。AT89S52單片機有一個用於構成內部振盪器的反相放大器，XTAL1和XTAL2分別是放大器的輸入、輸出端。石英晶體和陶瓷諧振器都可以用來一起構成自激振盪器。從外部時鍾源驅動器件，XTAL2可以不接，而從XTAL1接入，由於外部時鍾信號經過二分頻觸發後作為外部時鍾電路輸入的，所以對外部時鍾信號的占空比沒有其它要求，最長低電平持續時間和最少高電平持續時間等還是要符合要求的。反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，兩端連接石英晶體及兩個電容形成穩定的自激振盪器。電容通常取30PF左右。振盪頻率范圍是1.2～12MHz。
晶體振盪器的振盪信號從XTAL2端輸出到片內的時鍾發生器上。時鍾發生器為二分頻器。向CPU提供兩相時鍾信號P1和P2。每個時鍾周期有兩個節拍（相）P1和P2，CPU就以兩相時鍾P1和P2為基本節拍指揮AT89S52單片機各部件協調工作。在本次設計中取石英晶體的振盪頻率為11.0592MHz。
另外在設計電路板時，晶振、電容等均應盡量靠近單片機晶元，以減小分布電容，進一步保證振盪器的穩定性。
方案二、外部方式
在較大規模的應用系統中可能會用到多個單片機，為保證各單片機之間時鍾信號的同步，應當引入唯一的公用外部脈沖信號作為各單片機的共同的振盪脈沖，也就是要採用外部方式，外部振盪信號直接引入XTAL1和XTAL2引腳。
由於HMOS、CHMOS單片機內部時鍾進入的引腳不同，因此外部振盪信號的接入方式也不一樣。所以不選用此方案。
3.3 校時電路
當數字鍾走時出現誤差時，需要校正時間。校時控制電路實現對「秒」、「分」、「時」的校準。其電路圖如圖3.3所示：

圖3.3 校時電路
3.4 解碼顯示電路
解碼電路的功能是將「秒」、「分」、「時」 計數器中每個計數器的輸出狀態（8421碼），翻譯成七段(或八段)數碼管能顯示十進制數所要求的電信號，然後再經數碼管把相應的數字顯示出來。解碼器採用74LS248解碼/驅動器。顯示器採用七段共陰極數碼管。顯示部分是整個電子時鍾最為重要的部分，共需要6位LED顯示器。採用動態顯示方式，所謂動態顯示方式是時間數字在LED上一個一個逐個顯示，它是通過位選端控制在哪個LED上顯示數字，由於這些LED數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字的，並且動態顯示方式所用的介面少，節省了CPU的管腳。由於埠的問題以及動態顯示方式的優越性，在此設計的連接方式上採用共陰級接法。顯示器LED有段選和位選兩個埠，首先說段選端，它由LED八個埠構成，通過對這八個埠輸入的不同的二進制數據使得它的時間顯示也不同，從而可以得到我們所要的時間顯示和溫度。但對於二十個管腳的AT89S52來說，LED八個段選管腳太多，於是我選用2764晶元來擴展主晶元的管腳，74LS164是數據移位寄存器，還選用了74LS373作為數據緩存器。
選用器件時應注意解碼器和顯示器的匹配，包括兩個方面：一是功率匹配，即驅動功率要足夠大。因為數碼管工作電流較大，應選用驅動電流較大的解碼器或OC輸出解碼器。二是邏輯電平匹配。例如，共陰極型的LED數碼管採用高電平有效的解碼器。推薦使用的顯示解碼器有74LS48、74LS49、CC4511。
3.5 顯示電路結構及原理
（1）單片機中通常用七段LED構成 「8」 字型結構，另外，還有一個小數點發光二極體以顯示小數位！這種顯示器有共陰和共陽兩種！發光二極體的陽極連在一起的（公共端）稱為共陽極顯示器，陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。
一位顯示器由8個發光二極體組成，其中，7個發光二極體構成字型「8」的各個筆劃,另一個發光二極體為小數點為。當在某段發光二極體上施加一定的正向電壓時，該段筆畫即亮；不加電壓則暗。為了保護各段LED不被損壞，需外加限流電阻。
在本設計中時、分、秒的十位採用七段顯示，個位採用八段顯示，使得更易於區分時、分、秒。
（2）LED顯示器介面及顯示方式
LED顯示器有靜態顯示方式和動態顯示方式兩種。靜態顯示就是當顯示器顯示某個字元時，相應的段恆定的導通或截止，直到顯示另一個字元為止。LED顯示器工作於靜態顯示方式時，各位的共陰極接地；若為共陽極則接+5V電源。每位的段選線分別與一個8位鎖存器的輸出口相連，顯示器中的各位相互獨立，而且各位的顯示字元一經確定，相應鎖存的輸出將維持不變。
正因為如此，靜態顯示器的亮度較高。這種顯示方式編程容易，管理也較簡單，但佔用I/O口線資源較多。因此，在顯示位數較多的情況下，一般都採用動態顯示方式。
由於所有6位段皆由一個I/O口控制，因此，在每一瞬間，6位LED會顯示相同的字元。要想每位顯示不同的字元，就必須採用掃描方法流點亮各位LED，即在每一瞬間只使某一位顯示字元。在此瞬間，段選控制I/O口輸出相應字元段選碼（字型碼），而位選則控制I/O口在該顯示位送入選通電平（因為LED為共陰，故應送低電平），以保證該位顯示相應字元。如此輪流，使每位分時顯示該位應顯示字元。
在多位LED顯示時，為了簡化電路，降低成本，將所有位的段選線並聯在一起，由一個8位I/O口控制。而共陰（共陽）極公共端分別由相應的I/O口線控制，實現各位的分時選通。
段選碼，位選碼每送入一次後延時2MS，因人的視覺暫留效應，給人看上去每個數碼管總在亮。

圖3.4 六位LED動態顯示電路
3.6 鍵盤部分
它是整個系統中最簡單的部分，根據功能要求，本系統共需三個按鍵：分別對時、分、秒進行控制。並採用獨立式按鍵。
按鍵按照結構原理可分為兩類，一類是觸點式開關按鍵，如機械式開關、導電橡膠式開關等；另一類是無觸點式開關按鍵，如電氣式按鍵，磁感應按鍵等。前者造價低後者壽命長。目前，微機系統中最常見的是觸點式開關按鍵。
按鍵按照介面原理可分為編碼鍵盤與非編碼鍵盤兩類，這兩類鍵盤的主要區別是識別鍵符及給出相應鍵碼的方法。編碼鍵盤主要是用硬體來實現對鍵的識別，非編碼鍵盤主要是由軟體來實現鍵盤的定義與識別。
全編碼鍵盤能夠由硬體邏輯自動提供與鍵對應的編碼，此外，一般還具有去抖動和多鍵、竄鍵保護電路。這種鍵盤使用方便，但需要較多的硬體，價格較貴，一般的單片機應用系統較少採用。非編碼鍵盤只簡單地提供行和列的矩陣，其它工作均由軟體完成。由於其經濟實用，較多地應用於單片機系統中。在本套設計中由於只需要幾個功能鍵，此時，可採用獨立式按鍵結構。
獨立式按鍵是直接用I/O口線構成的單個按鍵電路，其特點是每個按鍵單獨佔用一根I/O口線，每個按鍵的工作不會影響其它I/O口線的狀態。獨立式按鍵的典型應用如圖3.5 所示。
獨立式按鍵電路配置靈活，軟體結構簡單，但每個按鍵必須佔用一根I/O口線，因此，在按鍵較多時，I/O口線浪費較大，不宜採用。

圖3.5 獨立式按鍵結構圖
3.7 復位電路
復位時使CPU和系統中的其他功能部件都處於一個確定的初始狀態，復位後計算機就從這個狀態開始工作。在復位期間，CPU並沒有開始執行程序，是在做准備工作。
無論時在計算機剛上電時、斷電後、還是系統出現故障時都需要復位。
51單片機的復位條件靠外部電路實現。當時鍾電路工作時，只要在單片機的RESET引腳上持續出現2個TP以上的高電平就可以使單片機復位。但時間過短往往使復位部可靠。為了確保復位，RESET引腳上的高電平一般要維持大約10ms以上。
常見的復位電路有上電復位和按鍵復位電路。在此我們選用按鍵復位電路。
（1）上電復位電路
上電復位電路是利用電容充電來實現的。在接通電源的瞬間，RESET端的電位與VCC相同，都是+5V。隨著RC電路的充電，RESET的電位逐漸下降，只要保證RESET為高電平的時間大於10ms就能正常復位了。如圖3.6（1）所示。

圖3.6（1）上電復位電路
（2）按鍵復位電路
在單片機已經通電的情況下，只需要按下圖3.6（2）的K鍵也可以復位，此時VCC經過電阻Rs、Rk分壓，在RESET端產生一個復位高電平。
在圖3.6（2）的電路中，干擾容易竄入復位端，雖然在大多數情況下不會造成單片機的錯誤復位，但可能會引起內部某些寄存器的錯誤復位。這時可在RESET端接上一個去耦電容。
另外有些單片機應用系統中的外圍晶元也需要復位，如果這些復位端的復位電平要求和單片機的復位要求一致，則可以直接與之相連。常將RC電路接施密特電路後再接入單片機的復位端。這樣系統可以有多個復位端，以便保證外部晶元和單片機可靠地同步復位。

圖3.6（2） 按鍵復位電路
4 軟體設計
4.1 程序流程
程序整體設計：定時模塊，顯示模塊，時間調整模塊，狀態調整模塊。
（1）總體介紹：此部分主要介紹定時模塊，和顯示模塊。定時部分採用經典的定時器定時。它實現了數字鍾的主要部分和秒錶的主要部分，以及進行定時設置。顯示模塊是實現數字鍾的又一重要部分，其模塊的獨立程度直接影響到數字鍾的可視化程度。在此部分的設計中，設置專用顯示數據緩沖區，與分、時及其他數據緩沖區數據區別，在其中存放的是顯示段碼，而其他緩沖區存放的是時間數據。在顯示時，首先將時間十進制數據轉化為顯示段碼，然後送往數碼管顯示。顯示段碼採用動態掃描的方式。在要求改變顯示數據的類別時，只須改變指向數據緩沖區的指針所指向的十進制數據緩沖區即可。
（2）時間調整：時間調整有多種方式。一、可以直接進入相關狀態進行有關操作，二、將調整分兩步，先進入狀態，然後執行操作，這兩步分別由兩個鍵控制。方式一，比較直接，設計思想也比較簡單，但是，這種方式存在操作時間和控制鍵數目的矛盾。如果用比較少的鍵，那麼可能會在進入狀態後處於數據調整等待狀態，這樣會影響到顯示的掃描速度（顯示部分可以採用8279晶元來控制，可以解決此問題）。 當然在這種方式下，還可以使用多個狀態鍵，每個狀態鍵，完成一個對應數據的調整。如果採用二的方式，就不會出現這種情況。因為狀態的調整，與狀態的操作可以分別由兩個鍵控制，其狀態的調整數可以多達256個（理論上），操作的完成是這樣的，一鍵控制狀態的調整，一鍵控制數據的調整。以上兩種方式的實現都可以採用查詢和中斷的方式。兩種方式必須注意的問題是兩者進行相關操作的過程不能太長否則會影響顯示的掃描。利用查詢的方式，方法傳統，對此就不作過多的討論，以下是採用中斷的方式實現的數字鍾的一些討論和有關問題作的一些處理。基於以上的討論可以設計如下：將調整分為狀態調整和數據調整兩部分，每次進入中斷只執行一次操作，然後返回，這樣，就不必讓中斷處於調整等待狀態，這樣，可以使中斷的耗時很小。將定時器中斷的優先順序設置為最高級，那麼中斷的方式和查詢的方式一樣不會影響到時鍾的記數。
（3）中斷方式應注意的問題：
採用中斷的方式，最好將定時器中斷的優先順序設置為最高級，關於程序數據的穩定性應注意兩個問題：一、在低優先順序中斷響應時，應在入棧保護數據時禁止高優先順序的中斷響應。二、在入棧保護有關數據後，對中斷程序執行有影響的狀態位，寄存器，必須恢復為復位狀態的值。例如，在用到了十進制調整時，在中斷進入時，需將PSW中的AC，CY位清零，否則，十進制調整出錯。
（4）定時准確性的討論：
程序中定時器，一直處於運行狀態，也就是說定時器是理想運作的，其中斷程序每隔0.1秒執行一次，在理想狀態下，定時器定時是沒有系統誤差的，但由於定時器中斷溢出後，定時器從0開始計數，直到被重新置數，才開始正確定時，這樣中斷溢出到中斷響應到定時器被重新置數，其間消耗的時間就造成了定時器定時的誤差。如果在前述定時器不關的情況下，在中斷程序的一開始就給定時器置數，此時誤差最小，誤差大約為：每0.1秒，誤差7—12個機器周期。當然這是在定時器定時剛好為0.1秒時的情況，由以上分析，如果數字鍾設計為查詢的方式或是在中斷的方式下將定時器中斷設置為最高級，我們在定時值設置時，可以適當的扣除9個機器周期的時間值。但如果在中斷的情況下，沒有將定時器中斷設置為最高級，那就要視中斷程序的大小，在定時值設置時，扣除相應的時間值。
（5）軟體消抖：
消抖可以採用硬體（施密特觸發器）的方式如圖4.4所示，也可以採用軟體的方式。在此只討論軟體方式。軟體消抖有定時器定時，和利用延時子程序的方式。一，定時器定時消抖可以不影響顯示模塊掃描速度，其實現方法是：設置標志位，在定時器中斷中將其置位，然後在程序中查詢。將其中斷優先順序設置為低於時鍾定時中斷，那麼它就可以完全不影響時鍾定時。二，在採用延時子程序時，如果顯示模塊的掃描速度本來就不是很快，此時可能會影響到顯示的效果，一般情況下，每秒的掃描次數不應小於50次，否則，數碼的顯示會出現閃爍的情況。因此，延時子程序的延時時間應該小於20毫秒，如果採用定時器定時的方式，延時時間不影響時鍾。
如果，設計時採用的是中斷的方式來完成有關操作，同樣可以採用軟體的方式來消抖，其處理思想是：中斷不能連續執行，兩次之間有一定的時間間隔。
4.1.1 系統主程序流程圖

圖4.1 主程序流程圖
4.1.2 各子程序流程圖

圖4.2 時鍾調整子程序流程圖
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『肆』 10KV輸電線路繼電保護及自動裝置的課程設計

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『伍』 誰有關於LED顯示時鍾溫度檢測控制器的畢業設計啊,借來參考一下,非常感謝

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摘 要
本系統是從實際應用角度出發，針對當前市場上流行的LED產品的應用領域而設計製作的多功能電子顯示屏，可用於商場導購促銷顯示、新聞與廣告顯示、車站機場班次時間資訊顯示等。
本簡易16行*64列LED電子顯示屏根據題目設計要求，硬體部分主要包括SPCE061A單片機系統、16塊8*8LED點陣顯示模塊構成16*64點陣、顯示驅動電路、SPR4096存儲器、PCF8563實時時鍾電路、鍵盤輸入控制器等部分，還外擴了液晶顯示、溫度實時檢測、無線通訊、電機驅動屏幕旋轉等電路，。本系統不僅能夠實現數字、字母、漢字等預存信息的切換顯示，同時還可以實現信息的定時循環、上下左右滾屏、LED顯示亮度連續可調、實時時間顯示、實時溫度顯示、無線遙控、顯示屏旋轉等擴展功能。另外，本系統可以和PC機通訊，通過PC機串口對顯示信息進行更新。

關鍵詞：LED電子顯示屏 SPCE061A 串列通信
Abstract
The LED lattice display system is a kind of new information display media with the rapid development of the computer, micro-electronics, photoelectron technology.
This 16*64 LED display system includes SPCE061A MCU system, sixteen 8*8 LED lattice moles, display driving circuit, SPR4096 memory mole, PCF8563 as the real-time clock chip, keyboard controller et. In addition, it includes LCD circuit, real-time temperature detective, RF communication circuit. This system can display the numbers, letters, Chinese characters. It can display the information timely and circularly, up-rollingly, down rollingly left-rollingly, right-rollingly. The lightness of the displaying information can be adjusted continuously. Further more, this system can be remote controlled and communicate with PC by COM1 to update the display information.

Keywords: LED lattice display system SPCE061A serial communication

目 錄
一、方案比較 4
1、控制系統 4
2、點陣信息提取方案 4
3、顯示驅動電路 5
二、硬體設計與論證 5
1、主控制單片機 6
2、LED顯示驅動電路 6
3、數據存儲器 8
4、鍵盤液晶顯示模塊 9
5、無線通信模塊 9
6、時鍾電路的設計 10
7、溫度檢測 10
8、列印機的選擇 11
9、旋轉底盤的設計 11
三、系統的軟體設計 11
1、主程序流程圖 12
2、點陣字模信息提取程序流程圖 12
3、LED各顯示程序 12
4、串列通信程序 12
5、PC機客戶程序 12
四、系統功能測試 16
1、測試及製作中所用儀器 16
2、鍵盤各鍵功能 16
3、單元模塊電路測試 16
4、系統整體功能測試 16
五、總結 17
一、方案比較
1、控制系統
LED點陣電子顯示屏的設計一般有兩種方案：
方案一：採用可編程邏輯器件作為核心控制器產生LED點陣的行、列驅動信號。由於該系統不僅要實現信息的顯示，還要具備鍵盤控制器、顯示亮度連續可調、實時時鍾顯示、與PC機通訊等功能及其他發揮功能，這就要求需要用中大規模的PLD，設計多個介面電路，開發周期長，不易進一步擴展，同時系統的成本會急劇上升（相對於第二種方案）。因此，本設計並未採用這種方案。
方案二：採用單片機系統來實現。鑒於SPCE061A單片機比傳統的51系列8位單片機具有更加豐富的資源，而且數據處理速度快，同時「61板除了具備單片機最小系統電路外還包括有電源電路、音頻電路（含MIC輸入部分和DAC音頻輸出部分）、復位電路等，體積小，可靠性高。本系統的設計採用雙單片機系統，一個主要用於完成多功能顯示控制功能，另一個主要用於實時時鍾顯示、實時溫度檢測顯示、無線通訊以及其他的擴展發揮部分功能，這樣提供了充足的內部空間和更多的外部介面；同時由於安裝和調試工作可以並行進行，極大地縮短了總體設計和製造的時間。
2、點陣信息提取方案
要用LED點陣來顯示數字、字母和漢字等信息，首先要能夠提取出其字模數據，即一個16*8的點陣數字、字母的字模數據共有16個位元組，一個16*16的點陣漢字的字模數據共有32個位元組。首先要確定點陣信息提取方案。
方案一：固定漢字顯示，就是將要顯示的語句中全部漢字的字母數據依次提取出來，按順序存放在存儲器中，當有顯示任務時，直接取出字模數據送至顯示器即可。這種方法佔用空間少，程序實現簡單，顯示速度快。本系統中對10組預存信息的點陣信息的提取和存儲就是採用這種方案。但是，要想顯示大量的漢字信息或直接對顯示信息進行更新，則幾乎是不可能的事。因此，要實現這樣的功能就要採用第二種方案。
方案二：將標準的點陣信息字模數據的字型檔文件（本系統中採用漢字型檔文件HZK16、ASCII碼庫文件ASC16）裝入外擴ROM存儲器，採用與PC機相同的編碼（機內碼），先進行基於PC機的預處理，提取需顯示內容的機內碼，通過串口發給單片機，單片機首先進行判斷，若是ASCII碼，則直接計算出起始地址，在ASC16文件中指定位置取出連續的16個位元組即為其字模信息；若為漢字，單片機將機內碼轉換為區碼和位碼，再計算出起始地址，在HZK16文件中指定位置取出連續的32個位元組即為其字模信息，然後送到顯示器去顯示。另外，PC機與單片機之間串口通信只是傳輸機內碼，而不是傳輸字模信息，傳輸信息量小，不需要復雜的通信協議。這樣既可以減輕單片機的負擔，而且可以根據要求隨時改變顯示內容，非常簡單靈活。
3、顯示驅動電路
常用的顯示驅動方式有三種：
方案一：串列控制驅動，這種方式的好處是單元內的線路連接簡單，給印刷電路板的設計帶來方便，減少了布線的密度，方便以後的製作與調試，而且相對提高了每個單元的可靠性；
方案二：並行控制驅動，將顯示數據通過並行(一般為8位)方式送入驅動電路，這樣的好處是：相對於串列控制而言，數據的刷新速度快，在處理同等數量的數據時，對處理速度要求可以大大降低，從而提高了系統的穩定性，但也正因為「並行」使單元內的數據線路的連接更加復雜，布線後的排錯難度大大增加；
方案三：採用專用集成電路（ASIC）直接驅動，由於這種專用集成電路是集行控制、列控制和外圍驅動於一體，使系統的穩定性更為可靠，特別適合戶外的大型或者超大型顯示屏。因為這種類型的顯示屏對圖像顯示要求高，不僅要保證圖像的一致性，而且要保證圖像的穩定、高亮。
本次設計的顯示屏僅為16行*64列，更適合採用串列控制這種方式，這樣做既省去了並行控制驅動在製版過程中十分復雜的布線，又因為沒有採用專用集成電路在一定程度上降低了整個系統的成本。
二、硬體設計與論證
根據以上的系統方案比較與分析，本設計的系統總體組成框圖如圖1所示：
圖1 系統的總體組成框圖
系統整體由三大部分構成：
以單片機1#為核心的模塊一：包括16*64LED點陣、驅動電路、STR4096存儲器、無線數傳模塊、旋轉底盤、光電感測器、音箱、列印機。實現功能：主要用來實現點陣的顯示，包括特定標語庫內容的顯示，適時時間顯示、適時溫度顯示，並實現上下左右滾屏等各種花樣顯示；存儲器用來存儲漢字和ASCII碼的點陣庫，並實現掉電不丟失功能；無線模塊實現標語庫更新和接受設置信息；底盤可實現顯示屏的左右轉動，擺動幅度可調；在商場導購中，光電感測器用於檢測人員進出，可與自動門配合使用，音箱播放「歡迎光臨」等語音信息；在廣告牌應用中，列印機用於名片列印。
以單片機2#為核心的模塊二：包括4*4鍵盤、液晶、無線數傳模塊。實現功能：該部分實現遙控器的功能，可以遙控設置顯示屏的滾動模式，選擇標語庫，設置時間，設置擺頭幅度；實現標語庫的更新。（鍵盤使用說明見附錄一）
以上位PC機為核心的模塊三：包括上位機軟體和MAX232。實現功能：上位機主要實現標語庫的數據更新，上位機軟體通過MAX232將更新內容（漢字或者ASCII碼的機內碼）送到單片機2#，然後無線傳輸到單片機1#實現數據更新。
以下是各單元電路的具體設計：
1、主控制單片機
採用凌陽公司的16位單片機SPCE061A作為主控制器。由於SPCE061A內置有2K字的SRAM和32K字的內存FLASH，能滿足本系統數據處理及LED點陣顯示所需數據的存儲要求；CPU時鍾頻率高達49.152MHz，能滿足刷新速度要求。另外，「61板」功能較強、性價比高，具有體積小、集成度高、易擴展、功耗小等優點，簡化主控制系統的硬體電路設計，可靠性高，而且凌陽單片機具有C語言風格的匯編語言，有與標准C兼容的C語言，C語言函數可以與匯編函數互相調用，使其開發更加容易，實現整個系統更加簡單。
2、LED顯示驅動電路
本次設計中16行*64列LED電子顯示屏的製作以及其顯示驅動電路的設計製作都是非常關鍵的部分。下面主要介紹一下顯示驅動電路的設計。
本LED點陣屏採用動態掃描的方式顯示，即逐行掃描，工作時先將一行點陣字模通過列驅動輸出，然後運用解碼器選中對應行，使該行得以顯示，接著再送下一行數據，再選中下一行有效，直到16行全被掃描一遍。至此，一幅完整的文字信息就顯現出來。然後在反復掃描這16行直至顯示新的信息。採用這種方式的優點是耗電少，成本低，壽命長，但是也存在顯示亮度及內容顯示穩定的問題。根據視覺滯留原理，根據視覺滯留原理，每屏的完整的顯示時間應控制在20ms之內，即50Hz，人眼看上去才不會覺得閃爍。由於要掃描16 行的點陣，所以每行的時間絕不能超過20ms÷16=1.25ms，同時也不是每行的掃描時間越短越好，因為LED的亮度同電流的大小和維持時間的長短有關。LED點陣塊的單點靜態電流一般在10mA左右，由於占空比是1/16，所以單點的動態電流最大可以達到160mA。在維持時間恆定的情況下，電流越大（不超過額定電流），點陣亮度也越亮，而在電流恆定的情況下，需要一段維持時間來保持亮度。試驗表明當輸入LED的電流為15mA時，維持時間至少需要1ms，否則LED呈微亮狀態。由於設計時設置SPCE061A單片機的時鍾頻率為24MHz，而每次傳送移行的字模數據有64位，經計算傳輸所需的時間小於1ms，這樣就能充分利用列驅動74HC595的鎖存功能，即在它接收下一行待顯示的數據，還沒有鎖存新數據的這段時間來顯示本行的內容，這樣就不需要額外加延時來增加顯示屏的亮度。採用這個方法就不要再增加LED的列驅動器件，從而使整個硬體結構更簡化，成本降低。
行信號的處理是由四十六解碼器CD4514來完成解碼，輸出為高。由於顯示屏行的組成是多個模塊並聯而成的，因而行驅動得功率要求比較大，而且我們進行行掃描時需要所選行為低，故加反相驅動器ULN2803來滿足要求。
列信號的處理列信號的處理主要由8片8位帶鎖存的串入並出移位寄存器74HC595來完成。從單片機IO口串列輸出的64位點陣數據隨著移位時鍾的作用逐位移動到對應位置，在接收到鎖存信號後，將數據並行輸出至LED的列線，最後在行驅動信號作用下點亮一行LED象素。
顯示掃描電路的電路圖如圖2所示。

圖2 LED顯示掃描驅動電路
3、數據存儲器
設計題目要求能增大到10組預存信息，且顯示信息具有掉電保護功能，同時考慮到要把漢字點陣字型檔文件HZK16（261K位元組）和ASCII碼點陣字型檔文件ASC16（4K位元組）裝入到ROM存儲器中，以便根據機內碼在字型檔中定址，找到對應的字模，提取後再送到點陣顯示屏顯示。因為SPCE061單片機的內存Flash只有32K，還要存放程序，因此需外擴數據存儲器。我們選擇了凌陽「61板」的配套模組SPR4096。SPR4096是一個高性能的4M-bit（512K位元組）FLASH，分為256個扇區，每個扇區為2K位元組。SPR4096串列介面的工作頻率可達5MHz，數據存取速度和存儲容量都能夠達到我們的要求。硬體圖連接如圖3所示：

圖3 SPR4096硬體連接圖
4、鍵盤液晶顯示模塊
為使用鍵盤作為顯示屏控制器，實現多功能顯示控制，我們使用智能型鍵盤顯示控制晶元HD7279A作為4*4鍵盤與單片機之間的介面，其與微處理器僅需4條介面線，採用串列通信方式，佔用CPU埠少，同時HD7279得到鍵盤碼後通過中斷服務程序把按鍵信息送給單片機，使單片機可以騰出更多時間質性其他操作。設計中我們需要用液晶模塊顯示遙控單片機菜單的各信息。在本系統中選用了OCM4×8C模塊，可以顯示字母、數字元號、中文字型及圖形，具有繪圖及文字畫面混合顯示功能，既可採用並行介面，又可採用串列介面，連線較為方便。HD7229、OCM4×8C與單片機連接原理圖如圖4所示。
5、無線通信模塊
在本設計中，我們採用了兩塊61板，1#板主要用於完成控制LED顯示屏，2#板主要用於鍵盤液晶控制、實時時鍾、實時溫度檢測顯示、與PC機通訊以及其他的擴展發揮部分功能。兩板之間採用無線通訊進行數據傳輸。為滿足系統的要求我們選擇了SRWF-1型微功率無線數傳模塊，該模塊的特點是：高抗干擾能力和低誤碼率、完善的通訊協議、數據實時同步、看門狗實時監控、傳輸距離遠、低功耗及休眠功能高可靠性，體積小、重量輕。

圖4 鍵盤顯示電路
SRWF-1型模塊提供2個串口3種介面方式，COM1為TTL電平UART介面，COM2由用戶自定義為標準的RS-232/RS-485介面（用戶只需拔/插短路器再上電即可改變介面類型）。SRWF-1提供的兩個串口，在使用時注意以下事項：（1）對於空中接收的數據，SRWF-1通過串口轉送給終端設備時，COM1和COM2同時輸出，即用戶如果在COM1和COM2各連接了1個設備，他們都可同時收到數據；（2）對於由終端設備送來，准備向空中發射的數據，SRWF-1隻能正確接收COM1或COM2其中1個串口送來的數據，否則將造成數據通訊混亂。如終端設備在向COM1發送1個0x12（數據正在傳送）時，再向COM2發送1個0x34，模塊將收到一個數據串0x12，0x34。
圖5 SRWF-1與用戶設備介面電路
註：沒有使用的引腳可以懸空不連。但不能連接長懸空線，以免引入干擾。
6、時鍾電路的設計
系統要求實現實時時間的顯示，這里我們選用串列日歷時鍾晶元PCF8563，，與單片機的連線大為減少，極大的節省了單片機的系統資源。PCF8563與單片機的介面電路如圖6所示。而且該部分電路還加了掉電保護功能，在主供電系統意外斷電時，即Vcc為0V時，D1截止， 3.6V備用電源通過D2繼續給PCF8563供電,保證8563的正常運行。
圖6 PCF8563時鍾電路
7、溫度檢測
本系統擴展了實時溫度檢測顯示功能，選用DS18B20一線式數字溫度感測器，通過單片機讀取當前環境溫度可通過鍵盤切換顯示時間和溫度。

圖6 DS18B20與單片機的介面電路
8、列印機的選擇
本系統還擴展了列印機功能，在廣告牌應用中用來列印名片等相關信息。我們選擇了北京市興偉機電應用技術研究所研製的微型熱敏/針打列印機。通過通用的ESC/P列印命令實現字元的列印。

圖7 列印機介面控制時序圖
9、旋轉底盤的設計
針對應用的需要，系統擴展了顯示屏旋轉功能，用普通小型直流電機提供動力，由變速箱減速並加大驅動能力，實現顯示屏幕左右擺動，並且幅度可調。

圖8 直流電機驅動電路

三、系統的軟體設計
本系統的軟體部分主要包括主程序、點陣字模信息提取程序、LED各顯示程序、串列通信程序以及PC機客戶程序等。
1、主程序流程圖
見圖8。
2、點陣字模信息提取程序流程圖
見圖9。
3、LED各顯示程序
LED顯示屏的顯示方式有靜止、上下滾屏、左右滾屏等多種方式。其中上下滾屏顯示程序類似，左右滾屏顯示程序類似，其他多花樣的顯示方式程序都是在此基礎上進行改動而來的。因此主要給出靜態顯示、上移顯示、左移顯示這三種典型方式的程序流程圖，見圖10、圖11、圖12。
4、串列通信程序
每當向PC機客戶程序里輸入新顯示內容並發送給單片機時，單片機就產生串列中斷，接受待顯示信息的機內碼，然後再利用點陣字模信息提取程序得到點陣數據送到LED顯示屏顯示。單片機接受數據採用中斷的方式。串列中斷程序流程圖見圖13。
5、PC機客戶程序
本系統的PC機客戶程序是採用Visual Basic 6.0進行開發的，主要利用其串列通信控制項MSComm，其主要流程圖及運行效果見圖14、圖15。

圖8 主程序流程圖 圖9 點陣字模信息提取程序流程圖

圖10 靜態顯示程序流程圖 圖11 上移顯示程序流程圖

圖12 左移顯示程序流程圖

圖13 串列中斷程序流程圖 圖14 PC機客戶程序流程圖

圖15 PC機客戶控製程序的界面
四、系統功能測試
1、測試及製作中所用儀器
GDS-820C型雙蹤數字示波器、UNT-T型台式數字萬用表、
SK1731SL2A直流穩壓電源、F10型數字合成函數信號發生器、
聯想PC、烙鐵等
2、鍵盤各鍵功能
1 2 3 4
5 6 7 8
9 0 ./+ C/-
確定 上 下 取消
「0—9」 ：數字鍵；
「. /+」 ：小數點/數據加1；
「C/-」 ： 刪格/數據減1；
「確定」 ：進入菜單，保存設置
「取消」 ：返回上一級菜單
「上」 ： 菜單上翻，插入點左移
「下」 ： 菜單下翻，插入點右移
3、單元模塊電路測試
1）LED點陣測試：用程序實現所有點陣全部點亮，顯示部分點陣塊無法完全點亮，更換點陣塊後顯示正常。
2）無線數傳測試：由單片機#2無線發送1000位元組數據，單片機#1接收並存儲，通過開發環境查看接收數據，發送一百次，成功接收100次，經測試系統穩定；
3）與上位機通信測試：上位機循環發送1000位元組數據，單片機接收並校驗，接受成功後送液晶顯示，然後停止發送，經測試接收時間相對於人的反映時間可以忽略。測試20次，成功接受20次。
4）鍵盤液晶測試：用鍵盤控制菜單進出，上下翻頁，鍵盤無抖動，液晶無閃爍。
4、系統整體功能測試
各單元模塊整合後，系統上電,顯示屏上顯示預存信息,通過2#機上的鍵盤可以成功控制1#機上的顯示,包括預存信息切換顯示、翻頁、上下滾屏、左右滾屏、對流、展開等各花樣顯示方式、LED顯示屏亮度連續可調，能成功地顯示出字母、數字、漢字等信息，通過按鍵可以控制顯示實時時間、實時溫度等信息，而且斷電後，重新開機，預存的顯示信息與時間均可掉電保護。通過PC機的客戶程序發送需更新信息數據到2#機，由2#機通過無線數傳模塊發送給1#機，可以成功地更新顯示內容。
經過多次測試，整個系統工作穩定可靠，能夠實現上述所有功能。
五、總結
我們製作的這套LED點陣電子顯示屏系統不僅完成了題目要求的基本功能和發揮功能，還在實時溫度檢測顯示、無線遙控、顯示方式等方面有所創新。本系統以凌陽16位單片機SPCE061A為核心部件，最終完成了競賽題目中要求的各項任務，包括可以控制16*64LED點陣顯示屏實現信息的左右滾屏、顯示屏亮度連續可調、實時時間和實時溫度的顯示等，在設計過程中，力求硬體線路簡單，充分發揮軟體在編程方面靈活的特點，來滿足系統設計的要求。
在競賽的過程中，我們遇到了許多突發性的不太好解決的問題，例如，在整個系統的調試過程中，我們體會到無論是硬體還是軟體的調試都要注意模塊化，要從最底層開始，逐級通過後才能進行下一步的工作；同時在聯合調試的過程中，應注意各模塊之間的時序配合問題，有時都是正確的模塊程序卻因為按照不恰當的順序來執行從而導致程序運行結果完全出錯。
通過這次比賽，我們深深的體會到了團隊間的共同協作的重要性，提高了自己的動手能力和解決問題的能力。

『陸』 電器控制裝置設計的基本步驟和方法有哪些

設計方法及步驟
在接到設計任務書後，按原理設計和工藝設計兩方面進行。
1．原理圖設計的步驟
(1)根據要求擬定設計任務。
(2)根據拖動要求設計主電路。在繪制主電路時，可考慮以下幾個方面：
①每台電動機的控制方式，應根據其容量及拖動負載性質考慮其啟動要求，選擇適當的啟動線路。對於容量小(7.5kw以下)、啟動負載不大的電動機，可採用直接啟動}對於大容量電動機應採用降壓啟動。
②根據運動要求決定轉向控制。
③根據每台電動機的工作制，決定是否需要設置過載保護或過電流控制措施。
④根據拖動負載及工藝要求決定停車時是否需要制動控制，並決定採用何種控制方式。
⑤設置短路保護及其他必要的電氣保護。
⑥考慮其他特殊要求：調速要求、主電路參數測量、信號檢測等。
(3)根據主電路的控制要求設計控制迴路，其設計方法是：
①正確選擇控制電路電壓種類及大小。
②根據每台電動機的啟動、運行、調速、制動及保護要求，依次繪制各控制環節(基本單元控制線路)。
③設置必要的聯鎖(包括同一台電動機各動作之間以及各台電動機之間的動作聯鎖)。
④設置短路保護以及設計任務書中要求的位置保護(如極限位、越位、相對位置保護)、電壓保護、電流保護和各種物理量保護(溫度、壓力、流量等)。
⑤根據拖動要求，設計特殊要求控制環節，如自動抬刀、變速與自動循環、工藝參數測量等控制。
⑥按需要設置應急操作。
(4)根據照明、指示、報警等要求設計輔助電路。
(5)總體檢查、修改、補充及完善。主要內容包括：
①校核各種動作控制是否滿足要求，是否有矛盾或遺漏。
②檢查接觸器、繼電器、主令電器的觸點使用是否合理，是否超過電器元件允許的數量。
③檢查聯鎖要求能否實現。
④檢查各種保護能否實現。
⑤檢查發生誤操作所引起的後果與防範措施。
(6)進行必要的參數計算。
(7)正確、合理地選擇各電器元件，按規定格式編制元件目錄表。
(8)根據完善後的設計草圖，按GB/T 6988電氣制圖標准繪制電氣原理線路圖，並按GB/T 5094-1985《電氣技術中的項目代號》要求標注器件的項目代號，按GB 4884-1985《絕緣導線的標記》的要求對線路進行統一編號。
2．工藝設計步驟
(1)根據電氣設備的總體配置及電器元件的分布狀況和操作要求劃分電器組件，繪制電氣控制系統的總裝配圖和接線圖。
(2)根據電器元件的型號、外形尺寸、安裝尺寸繪制每一組件的元件布置圖(如電器安裝板、控制面板、電源、放大器等)。
(3)根據元件布置圖及電氣原理編號繪制組件接線圖，統計組件進出線的數量、編號以及各組件之間的連接方式。
(4)繪制並修改工藝設計草圖後，便可按機械、電氣制圖要求繪制工程圖。最後按設計過程和設計結果編寫設計說明書及使用說明書。