ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＷＯＲＬＤ· 合肥师范学院魂芯ＤｓＰ产业化研究院乔玲陈兵兵周元元 【摘要】在各种类型的单片机中，５Ｉ单片机是应用最广泛也是最典型的一种单片机。采ＡＴ８９Ｃ一５１单片机设计基于定时器电路的电子跑 表 选用４位８段的ＬＥ１）￣码管显示，其计数时间范围是（１—９９９９ｓ＆定时时间可调；采用汇编语言编程。整个电子跑表系统能够完成时间显 示、计时定时的功能 ． 【关键词】ＡＴ８９Ｃ一５１；定时；跑表 过字段输出口由ＣＰＵ送出时，所有的ＬＥＤ显示器会接收到同样的字形 码，但最终是由ＣＯＭ端来决定哪个ＬＥＤ显示器变亮，由上述可知，Ｉ／ ０口可以控＊￣ＣＯＭ端，因此我们很容易通过控制ｌ，０口从而实现对显示 器变化情况的控制。这种通过分时的方式来控制每个显示器的Ｉ／Ｏ口达 到依次点亮每个显示器的方法就称之为动态扫描。 本次设计中，为了实现定时时间可调，加入了三个独立按键，实 现加、减和确定的功能，当数码管计数到定时时间时，ＬＥＤ灯亮。 １引言 电子跑表作为一种计时工具，在日常生活中随处可见。本文设 计的电子跑表使用ＡＴ８９Ｃ．５１单片机实现其功能，它的主要性能参 数与ＭＣＳ ５ｌ单片机兼容。显示屏则选用４位８段的ＬＥＤ数码管，其 计数范围是０．９９９９ｓ且定时时间可调，能够实现电子跑表硬件设计 和软件设计的功能。经测试后，可以达到预定的设计目标，同时具 有准确度高、方便易用的特点。 ３系统硬件设计 ３．１硬件电路的设计方案及框图 根据电子跑表的设计目标以及其实现的功能，决定该电路系统 的设计方案 图２所示即为该电路系统设计方案下对应的硬件电路 设计框图。此硬件电路的组成共有５部分：分别为单片机按键输入 电路、单片机时钟电路、复位电路、ＬＥＤ显示器段码驱动电路、４ 位ＬＥＤ显示器电路。 ２设计原理 ２．１数码管显示原理 显示块的控制：７个发光二极管组成一个“８”字，可以形成一 位ＬＥＤ数码管，此外再加上小数点ｄｐ，共８个。原则上，“８”字形 的数码显示块均采用Ａ、Ｂ、ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ以及ＤＰ这８个发光二 极管。每个发光二极管称为一个字段。８字形的显示块有共阴极和 共阳极两种结构。 数码管可以通过静态显示和动态显示达到控制ＬＥＤ显示器的目 的，在选择静态显示的状态下，其驱动器的选择相对来说就比较简 单．即显示器需要的电流和驱动器能给予的驱动能力相当即可，通 常情况下，并不需要考虑位的驱动实现段的驱动即可：动态显示便 有很大的不同，这是冈为段选和位选两者共同控制着ｌ位数据的显 竺 竺！ ｝＝＝＝ 置 — 机 片 段 ｒ．— 至亟＝］＝— 图２设计方案框图 示，所以，在驱动数码管时，段和位的驱动能力都要纳入考虑范围 之内，并且一股根据先段选然后再位选的原则。 本文的电子跑表选择４位时钟型ＬＥＤ显示器，内部电路采用共 阴极的连接方式。四位数码管各段的管脚分别为Ａ、Ｂ、ｃ、Ｄ、 Ｅ、Ｆ、Ｇ，这些管脚均为公共引出端，以实现段选的功能：每位数 码管的共ｌ；月极输出端由ｌ、２、３、４构成，实现位选的功能：此外， ｄｐ则是小数点的引出端，可以用来分隔每位数码管或者区分时、 分、秒等。这样的数码管显示器，无论是从体积还是结构上都能够 很好地满足预期目标。另外．４位ＬＥＤ数码管单元连接方式为共阴 极，它们的各段通过内部电路已经连接在一起，以至于此设计在编 写程序时需要采用动态扫描的代码实现，如图ｌ所示。 ３－２单片机的选择 根据对设计方案的分析，可以选择带有ＥＰＲＯＭ的单片机，实 现简化硬件电路的目的。本系统选用的是ＡＴ８９Ｃ．５１单片机，该芯 片的功能与ＭＣＳ．５１系列单片机可以完全兼容。 ３。３印制电路板（ＰＣＢ）的设计 ＰＣＢ的设计是电路设计的最终目的，要想让设计的电路可以应 用到实际中，就需要将其转化为ＰＣＢ。图３是ＰＣＢ设计原理图，在 此基础上绘制ＰＣＢ版图并制作。 段码输入端 位码输入端 图１接线图 ２．２动态显示原理 动态显示指的是这四位ＬＥＤ数码管的段选均以并联的方式连接， 通过对位码输入端的控制进而实现对哪一位数码管亮灭情况的控制。 在单片机的众多显示方式中，动态扫描显示接口无疑是其中应用最 普遍的一种。所有显示器的８个笔划段ａ．ｈ同名端相连，构成它的接口 电路。ｌ／Ｏ线可以独立的控制每一个显示器的公共极ＣＯＭ。字形码通 ·１９４·屯子世界 图３ ＰＣＢ设计原理图 （下转第１９６页） ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ Ｗ０ ＡＤ５２５８０线路研究。 ２．２功放外围线路设计 ·技术交流 ＡＭＰ输出。 ＡＭＰ外尉线路主要包括以下４个部分：Ａｕｄｉｏ输入回路、静音控 制回路、Ａｕｄｉｏ输出功率Ｌｉｍｉｔ控制线路及Ｇａｉｎ值选择线路、Ａｕｄｉｏ输 出滤波线路。以下针对ＡＤ５２５８０线路做研究，ＡＤ５２５８０功放外围线 路图见图ｌ。 开机后，ＡＭＰ ＭＵＴＥ拉Ｌｏｗ，Ｕ６０ｌ第ｌ￣Ｉ２ＰＩＮ为Ｈｉｇｈ．ＡＭＰ正 常输出声音。 关机时，因为Ｃ６ｌ２电容放电慢的缘故，Ｑ６Ｏ２ ｃ极会瞬间拉 Ｈｉｇｈ，进而导致Ｑ６０ １ Ｂ极也为Ｈｉｇｈ，经过Ｑ６０１反向，ＡＭＰ无声音 输出，避免关机过程杂音通过ＡＭＰ输出。 ２．２．３ Ａｕｄｉｏ输出功率Ｌｉｍｉｔ控制线路及Ｖｏｌｕｍｅ Ｇａｉｎ值选择线路 ＰＬＩＭＩＴ（ＰＩＮ１０）电压是用来设置Ａｕｄｉｏ输出功率电压大小， Ｒ６０５￣ＮＲ６２１是用来设置ＰＬｌＭｌＴ电压。 Ｖｏｌｕｍｅ Ｇａｉｎ值设置为２６ｄＢ，设置太小，Ａｕｄｉｏ输出功率太低， ｍ一一 ． ’啊 －／ ：：一 ！ｋ…… ；， １一 Ｌ一 Ｊ凸 ｋ敦－ ｝÷ —— ｐ１－ ｝－土 吨 玉 ．即使前端Ａｕｄｉｏ输入信号再大，Ａｕｄｉｏ经ＡＭＰ放大后．输出声音还是 太小声，设置太大后，机器开机后底噪会太大。 ２ ２．４ Ａｕｄｉｏ输出滤波线路 ｉ 西 曼 Ｌ●Ｌ ￡■ Ｉ Ａｕｄｉｏ输出线路Ｒ＇Ｌ，Ｃ选取：设汁功率ｌ０Ｗ，ＡＭＰ供电ｌ２Ｖ， ＡＭＰ转换效益８７％喇叭阻抗选取。Ｐ＝（Ｕ ／Ｒ）＊８７％＝ｆ（１４４／２）／ Ｒ】 ８７％＞１０Ｗ，由此Ｒ＜６．２６，Ｒ取值６欧姆。Ｑ值在０．５３～０．７之间效 果最佳．因为Ｑ值等于０．７时，响应最平坦，截止频率点前后变化最 一｛’＿ — ｆ—Ｉ一 均匀，选择Ｌ，Ｃ尽量使Ｏ值接近０．７。 软件模拟效果：Ｒ值选择６欧姆，因为软件设置单端，Ｒ设定为 ３欧姆，Ｌ选取为２２ＵＨ，Ｃ选取１ＵＦ，Ｑ值为０．６３９，接近０．７。 ２．２．５ Ｌａｙｏｕｔ，ｉ，￣．事项 ＡＤ５２５８０ Ｌａｙｏｕｔ需要注意以下：高压ＧＮＤ不要直接连接到Ｅ— ＰＡＤ；Ｅ—ＰＡＤ和ＧＮＤ空白处多大过孔辅助散热：Ｅ．ＰＡＤ四周与ＧＮＤ 连接要铺铜。 参考文献 图１功放外围线路图 ２．２ １ Ａｕｄｉｏ输入回路 Ａｕｄｉｏ输入信号经Ｒ６０７、Ｒ６１１分压，再经Ｃ６２３电容隔直通交后 进入左声道ＡＭＰ端，右声道Ａｕｄｉｏ输入线路同左声道一致。 ２ ２．２静音控制回路 开机时，ＡＭＰ ＭＵＴＥ还未受控，此时Ｄ３Ｖ３为３．３Ｖ，然后经 过Ｒ６２３和Ｄ６０２￣ＩＪＱ６０ｌ基极，基极电压为Ｈｉｇｈ，经过Ｑ６０１反向后， Ｕ６０１第ｌ和２ＰＩＮ为Ｌｏｗ，ＡＭＰ无声音输出，避免开机过程杂音通过 Ｉ１ｌ宋贵林湖春萍．现代音响技术入门『Ｍ１．北京：机械工业出版社，２００４． 【２１童诗白，华成英．模拟电子技术基础【Ｍ１．第三版．北京：高等教育 出版社．２Ｏ０５． （上接第１９４页） ＰＣＢ设计系统的特点如下：１）为设计者提供了更多的工作图 层；２）设计的方法则更加的灵活；３）简便的封装库的编辑及组织； ４）基于人工智能的自动布线系统；５）支持单层显示功能；６）强大的 过滤功能；７）设计校检（ＤＲＣ）。 码时需要在００００Ｈ处写入一条跳转指令。当ＣＰＵ接收到中断请求信号 并予以响应后，ＣＰＵ把当前的ＰＣ内容压入栈中进行保护，然后转入 响应的中断服务程序入口处执行。 主程序的初始化：将ＡＴ８９ｃ．５ １系列单片机的内部部件或扩展 芯片来进行初始工作的设定。 ５系统的安装调试 用ｋｅｉｌ４运行程序正确后生成ＨＥＸ格式的文件，用Ｐｒｏｔｅｕｓ画好电 路图，导入ＨＥＸ格式的文件进行仿真，如图４所示。 ６小结 利用单片机ＡＴ８９Ｃ。５１为核心，制作电子跑表，实现了时钟的启动、 停止，跑表启动、复位和时钟调整等功能，达到了预期设计效果。 图４仿真效果图 ４系统软件设计 程序的起始地址：当ＡＴ８９Ｃ一５１单片机复位后， （ＰＣ）＝００００Ｈ， 此时的０００３Ｈ．００２８Ｉ：１分别为各个中断源的入口地址。因此，在编写代 ·Ｊ９６·屯子世靠 参考文献 【１ｌ何立民．单片机中级教程…原理与应用【Ｍ１．北京航空航天大 学出版社，２００６． 【２ｌ陈明荧Ｉ８《）５１单片机课程设计实训教材【Ｍ】．清华大学出版社，２（Ｘ）４． 【３１５－海根．宋京．李果．ＴＤ－ＬＴＥ栽波聚合（ｃＡ）技术应用分析卟电 子世界，２ｏ１５（２１）．