可調(diào)數(shù)字鐘的畢業(yè)設(shè)計_第1頁
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文檔簡介

1、<p><b>  摘 要</b></p><p>  現(xiàn)代生活的人們越來越重視起了時間觀念,可以說時間和金錢劃上了等號。這為數(shù)字鐘的存在創(chuàng)造了平臺。數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對“時”、“分”、“秒”數(shù)字顯示的計時裝置。數(shù)字鐘的精度、穩(wěn)定度遠遠超過老式機械鐘。數(shù)字鐘其小巧,價格低廉,走時精度高,使用方便,功能多,便于集成化而受廣大消費的喜愛,因此得到了廣泛的使用。</p>

2、;<p>  在這次設(shè)計中,我們采用LED數(shù)碼管顯示時、分、秒,以24小時計時方式,根據(jù)數(shù)碼管動態(tài)顯示原理來進行顯示,用12MHz的晶振產(chǎn)生振蕩脈沖,定時器計數(shù)。該設(shè)計中,電路具有顯示時間的基本功能,還可以實現(xiàn)對時間的調(diào)整。并采用單片機編程的方式使其使用方便、精度高。另外還通過protues軟件對設(shè)計的數(shù)字鐘進行了有效的仿真,使得設(shè)計的電子產(chǎn)品更具有實用性</p><p>  關(guān)鍵字:數(shù)字鐘; 數(shù)碼

3、管; 單片機; protues軟件</p><p><b>  Abstract</b></p><p>  There is a growing emphasis on modern life from the time the concept of time and money can be said to mark the equal sign.This dig

4、ital clock presence to create a platform.Digital Clock is a digital circuit on the "when", "minute", "second" digital display of the timing device.Digital clock precision, stability, far mor

5、e than the old mechanical clock.Digital clock its small, low cost, travel time and high precision, easy to use, multi-function, ease of integration and loved by the majority of con</p><p>  Keywords: digita

6、l clock, digital control, microcontroller, protues software</p><p><b>  目 錄</b></p><p><b>  摘 要1</b></p><p>  Abstract2</p><p><b> 

7、 目 錄3</b></p><p><b>  1 緒論4</b></p><p>  1.1 數(shù)字電子鐘的背景4</p><p>  1.2 數(shù)字電子鐘的意義4</p><p>  2 整體設(shè)計方案5</p><p>  2.1 單片機基礎(chǔ)5</p>

8、<p>  2.1.1 單片機簡介5</p><p>  2.1.2 單片機的結(jié)構(gòu)7</p><p>  2.2 系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)圖9</p><p>  3 數(shù)字鐘的硬件設(shè)計10</p><p>  3.1 單片機電路10</p><p>  3.1.1單片機最小系統(tǒng)設(shè)計10</p>

9、<p>  3.2 晶振電路13</p><p>  3.3 復(fù)位電路14</p><p>  3.4 實時時鐘電路15</p><p>  3.5 鍵盤控制電路16</p><p>  3.6 液晶顯示電路17</p><p>  4 數(shù)字鐘的軟件設(shè)計19</p><p>

10、;  4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖19</p><p>  4.2 數(shù)字鐘的源程序代碼22</p><p>  4.3 數(shù)字鐘的原理圖24</p><p><b>  5 系統(tǒng)仿真25</b></p><p>  5.1 protues軟件的介紹25</p><p>  5.2 電路功能仿

11、真25</p><p>  5.3 系統(tǒng)的調(diào)試及運行26</p><p>  5.3.1 調(diào)試步驟26</p><p>  5.3.2 運行結(jié)果26</p><p>  5.4 調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題28</p><p><b>  6 總結(jié)29</b></p><

12、p>  參考文獻..........................................................30</p><p><b>  1 緒論</b></p><p>  1.1 數(shù)字電子鐘的背景 </p><p>  20世紀末,電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展,在其推動下,現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領(lǐng)域,

13、有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高,同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提高,產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。時間對人們來說總是那么寶貴,工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當前的時間。忘記了要做的事情,當事情不是很重要的時候,這種遺忘無傷大雅。但是,一旦是重要事情,一時的耽誤可能釀成大禍。</p><p>  目前,單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性

14、能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。下面是單片機的主要發(fā)展趨勢。單片機應(yīng)用的重要意義還在于,它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能,現(xiàn)在已能用單片機通過軟件方法來實現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù),是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命[1]。</p><p>  單片機模塊中最常見的是數(shù)字鐘,數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置,與機

15、械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性,且無機械裝置,具有更長的使用壽命,因此得到了廣泛的使用。</p><p>  1.2 數(shù)字電子鐘的意義</p><p>  數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對時、分、秒數(shù)字顯示的計時裝置,廣泛用于個人家庭、車站、 碼頭辦公室等公共場所, 給人們的生活、學(xué)習、工作、娛樂帶來極大的方便,由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用,使得數(shù)字鐘的精度,遠遠超過老

16、式鐘表, 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便,而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動起閉路燈、定時開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備、甚至各種定時電氣的自動啟用等,所有這些,都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此,研究數(shù)字鐘及擴大其應(yīng)用,有著非?,F(xiàn)實的意義。</p><p><b>  2 整體設(shè)計方案</b></p><

17、p><b>  2.1 單片機基礎(chǔ)</b></p><p>  2.1.1 單片機簡介 </p><p>  單片機微型計算機是微型計算機的一個重要分支,也是頗具生命力的機種。單片機微型計算機簡稱單片機,特別適用于控制領(lǐng)域,故又稱為微控制器。</p><p>  通常,單片機由單塊集成電路芯片構(gòu)成,內(nèi)部包含有計算機的基本功能部件:中

18、央處理器、存儲器和I/O接口電路等。因此,單片機只需要和適當?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合,便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。</p><p>  單片機經(jīng)過1、2、3、3代的發(fā)展,正朝著多功能、高性能、低電壓、低功耗、低價格、大存儲容量、強I/O功能及較好的結(jié)構(gòu)兼容性方向發(fā)展。其發(fā)展趨勢不外乎以下幾個方面:</p><p><b>  1、多功能; </b></p>

19、<p>  單片機中盡可能地把所需要的存儲器和I/O口都集成在一塊芯片上,使得單片機可以實現(xiàn)更多的功能。比如A/D、PWM、PCA(可編程計數(shù)器陣列)、WDT(監(jiān)視定時器---看家狗)、高速I/O口及計數(shù)器的捕獲/比較邏輯等。</p><p>  有的單片機針對某一個應(yīng)用領(lǐng)域,集成了相關(guān)的控制設(shè)備,以減少應(yīng)用系統(tǒng)的芯片數(shù)量。例如,有的芯片以51內(nèi)核為核心,集成了USB控制器、SMART CARD接口

20、、MP3解碼器、CAN或者I*I*C總線控制器等,LED、LCD或VFD顯示驅(qū)動器也開始集成在8位單片機中[2]。</p><p>  2、高效率和高性能;</p><p>  為了提高執(zhí)行速度和執(zhí)行效率,單片機開始使用RISC、流水線和DSP的設(shè)計技術(shù),使單片機的性能有了明顯的提高,表現(xiàn)為:單片機的時鐘頻率得到提高;同樣頻率的單片機運行效率也有了很大的提升;由于集成度的提高,單片機的尋址

21、能力、片內(nèi)ROM(FLASH)和RAM的容量都突破了以往的數(shù)量和限制。</p><p>  由于系統(tǒng)資源和系統(tǒng)復(fù)雜程度的增加,開始使用高級語言(如C語言)來開發(fā)單片機的程序。使用高級語言可以降低開發(fā)難度,縮短開發(fā)周期,增強軟件的可讀性和可移植性,便于改進和擴充功能。</p><p>  3、低電壓和低功耗;</p><p>  單片機的嵌入式應(yīng)用決定了低電壓和低功耗

22、的特性。由于CMOS等工藝的大量采用,很多單片機可以在更低的電壓下工作(1.2V或0.9V),功耗已經(jīng)降低到uA級。這些特性使得單片機系統(tǒng)可以在更小電源的支持下工作更長的時間。</p><p><b>  4、低價格;</b></p><p>  單片機應(yīng)用面廣,使用數(shù)量大,帶來的直接好處就是成本的降低。目前世界各大公司為了提高競爭力,在提高單片機性能的同時,十分注意

23、降低其產(chǎn)品的價格。</p><p>  下面大致介紹一下單片機的主要應(yīng)用領(lǐng)域和特點:</p><p>  (1)家用電器領(lǐng)域;</p><p>  用單片機控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的模擬和數(shù)字控制電路,使家用電器(如洗衣機、空調(diào)、冰箱、微波爐、和電視機等)功能更完善,更加智能化和易于使用。</p><p> ?。?)辦公自動化領(lǐng)域;</p>

24、;<p>  單片機作為嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代辦公設(shè)備,如計算機的鍵盤、磁盤驅(qū)動、打印機、復(fù)印機、電話機和傳真機等。</p><p> ?。?)商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域;</p><p>  商業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)部分與家用和辦公應(yīng)用系統(tǒng)相似,但更加注重設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。商用系統(tǒng)中廣泛使用的電子計量儀器、收款機、條形碼閱讀器、安全監(jiān)測系統(tǒng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)和冷凍保鮮系統(tǒng)等,都采用了單片機

25、構(gòu)成的專用系統(tǒng)。與通用計算機相比,這些系統(tǒng)由于比較封閉,可以更有效地防止病毒和電磁干擾等,可靠性更高。</p><p><b> ?。?)工業(yè)自動化;</b></p><p>  在工業(yè)控制和機電一體化控制系統(tǒng)中,除了采用工控計算機外,很多都是以單片機為核心的單片機和多機系統(tǒng)。</p><p>  (5)智能儀表與集成智能傳感器;</p&

26、gt;<p>  目前在各種電氣測量儀表中普遍采用了單片機應(yīng)用系統(tǒng)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測量系統(tǒng),使得測量系統(tǒng)具有存儲、數(shù)據(jù)處理、查詢及聯(lián)網(wǎng)等智能功能。將單片機和傳感器相結(jié)合,可以構(gòu)成新一代的智能傳感器。它將傳感器變換后的物理量作進一步的變化和處理,使其成為數(shù)字信號,可以遠距離傳輸并與計算機接口【1】。</p><p>  2.1.2 單片機的結(jié)構(gòu)</p><p>  目前,我國生產(chǎn)很

27、多型號的單片機,根據(jù)以上單片機的特征,在此,我們采用型號為AT89C51的單片機。</p><p>  AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓,高性能CMOS8位微處理器,俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造,與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳

28、相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中,ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器,為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。其相關(guān)參數(shù)介紹如下:</p><p><b>  1.主要特性:</b></p><p>  ·與MCS-51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命:1000寫/擦循環(huán)

29、 數(shù)據(jù)保留時間:10年·全靜態(tài)工作:0Hz-24Hz 三級程序存儲器鎖定·128*8位內(nèi)部RAM 32可編程I/O線·兩個16位定時器/計數(shù)器 5個中斷源 ·可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式·片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 </p><p&g

30、t;<b>  2.管腳說明:</b></p><p>  VCC:電源。 GND:接地。</p><p>  P0口:P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口,每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時,被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程 序數(shù)據(jù)存儲器,它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時,P0 口作為原碼輸入口,

31、當FIASH進行校驗時,P0輸出原碼,此時P0外部必須被拉高。</p><p>  P1口:P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口,P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后,被內(nèi)部上拉為高,可用作 輸入,P1口被外部下拉為低電平時,將輸出電流,這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時,P1口作為第八位地址接收。 </p><p>  P2口:P2口為一個內(nèi)部

32、上拉電阻的8位雙向I/O口,P2口緩沖器可接收,輸出4個TTL門電流,當P2口被寫“1”時,其管腳被內(nèi)部上拉電阻 拉高,且作為輸入。并因此作為輸入時,P2口的管腳被外部拉低,將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存 儲器進行存取時,P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時,它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢,當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時,P2口輸出其特殊功能寄存器 的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校

33、驗時接收高八位地址信號和控制信號。</p><p>  P3口:P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口,可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后,它們被內(nèi)部上拉為高電平,并用作輸入。作為輸入,由于外部下拉為低電平,P3口將輸出電流(ILL)這是由于上拉的緣故。</p><p>  P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口,如下表所示:</p><p&g

34、t;  口管腳 備選功能</p><p>  P3.0 RXD(串行輸入口)</p><p>  P3.1 TXD(串行輸出口)</p><p>  P3.2 /INT0(外部中斷0)</p><p>  P3.3 /INT1(外部中斷1)</p><p>  P3.4

35、 T0(記時器0外部輸入)</p><p>  P3.5 T1(記時器1外部輸入)</p><p>  P3.6 /WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)</p><p>  P3.7 /RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)</p><p>  P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。</p><

36、;p>  RST:復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時,要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。</p><p>  ALE/PROG:當訪問外部存儲器時,地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖。在平時,ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號,此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是:每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器 時,將跳

37、過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時, ALE只有在執(zhí)行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外,該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止,置位無效。</p><p>  PSEN:外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間,每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時,這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。</p><p

38、>  EA/VPP:當/EA保持低電平時,則在此期間外部程序存儲(0000H-FFFFH),不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時, /EA將內(nèi)部鎖定為RESET;當/EA端保持高電平時,此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間,此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)【2】。</p><p>  2.2 系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)圖</p><p>  根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的要求和設(shè)計思路,確定該系

39、統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)圖。如圖2.1所示。硬件電路主要由MCU微處理控制器單元、DS1302時鐘電路、儲存器、復(fù)位電路、晶振電路、LCD1602液晶顯示模塊構(gòu)成。</p><p>  圖2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖設(shè)計</p><p>  3 數(shù)字鐘的硬件設(shè)計</p><p>  從上面的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計圖來看,一個完整的數(shù)字鐘的由中央處理器(單片機)及其外圍電路組成。其外圍電路包括晶

40、振電路、復(fù)位電路、時鐘電路、鍵盤控制電路、電源供電電路及液晶顯示電路等電路。下面來分別介紹各部分的硬件部分。</p><p><b>  3.1 單片機電路</b></p><p>  3.1.1單片機最小系統(tǒng)設(shè)計 </p><p>  下面通過單片機的最小系統(tǒng)來說明單片機的運作情況以及其外圍所必須的電路,以便為數(shù)字鐘設(shè)計的單片機打下基礎(chǔ)。其

41、最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下:</p><p>  圖3-1 單片機最小系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖</p><p>  由上面的最小系統(tǒng)圖很容易看出: </p><p>  單片機的最小系統(tǒng)是由電源、復(fù)位、晶振、/EA=1組成,下面介紹一下每個組成部分。</p><p><b>  1、電源引腳;</b></p><p&g

42、t;  Vcc 40 電源端</p><p>  GND 20 接地端</p><p>  工作電壓為5V,另有AT89LV51工作電壓則是2.7-6V, 引腳功能一樣。 </p><p><b>  2、外接晶體引腳;</b></p><p>  圖3-2 晶振連接的內(nèi)部、外部方式圖</p><p&

43、gt;  XTAL1是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端,XTAL2則是輸出端,使用外部振蕩器時,外部振蕩信號應(yīng)直接加到XTAL1,而XTAL2懸空。內(nèi)部方式時,時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻,如晶振為12MHz,時鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率可以在1MHz-24MHz內(nèi)選擇。電容取30PF左右。系統(tǒng)的時鐘電路設(shè)計是采用的內(nèi)部方式,即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。AT89單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別

44、是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路,接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴格的要求,但電容的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此,此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz,電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容,電容值約為22μF。在焊接刷電路板時,晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機芯片靠近,

45、以減少寄生電容,更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。</p><p><b>  3、復(fù)位RST9;</b></p><p>  在振蕩器運行時,有兩個機器周期(24個振蕩周期)以上的高電平出現(xiàn)在此引腿時,將使單片機復(fù)位,只要這個腳保持高電平,51芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后P0-P3口均置1引腳表現(xiàn)為高電平,程序計數(shù)器和特殊功能寄存器SFR全部清零。當復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗?/p>

46、平時,芯片為ROM的00H處開始運行程序。復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連,斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲,它的輸出在每個機器周期的S5P2,由復(fù)位電路采樣一次。復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式,此電路系統(tǒng)采用的是上電與按鈕復(fù)位電路。當時鐘頻率選用6MHz時,C取22μF,Rs約為200Ω,Rk約為1K。復(fù)位操作不會對內(nèi)部RAM有所影響【3】。</p>

47、<p>  4、輸入輸出引腳(上面已有所提到,這里再強調(diào)下);</p><p>  (1)P0端口[P0.0-P0.7]P0是一個8位漏極開路型雙向I/O端口,端口置1(對端口寫1)時作高阻抗輸入端。作為輸出口時能驅(qū)動8個TTL。</p><p>  對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時,接收指令字節(jié);校驗程序時輸出指令字節(jié),要求外接上拉電阻。</p><p>

48、;  在訪問外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲器時,P0口是分時轉(zhuǎn)換的地址(低8位)/數(shù)據(jù)總線,訪問期間內(nèi)部的上拉電阻起作用。</p><p>  (2)P1端口[P1.0-P1.7]P1是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時可驅(qū)動4個TTL。端口置1時,內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平,作輸入用。</p><p>  對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時,接收低8位地址信息。</p>

49、<p>  (3)P2端口[P2.0-P2.7]P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時可驅(qū)動4個TTL。端口置1時,內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平,作輸入用。對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時,接收高8位地址和控制信息。</p><p>  在訪問外部程序和16位外部數(shù)據(jù)存儲器時,P2口送出高8位地址。而在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時其引腳上的內(nèi)容在此期間不會改變。</p>

50、<p>  (4)P3端口[P3.0-P3.7]P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時可驅(qū)動4個TTL。端口置1時,內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平,作輸入用【5】。</p><p><b>  3.2 晶振電路</b></p><p>  每個單片機系統(tǒng)里都有晶振,全程是叫晶體震蕩器,在單片機系統(tǒng)里晶振的作用非常大,他結(jié)合單片機內(nèi)部的電路,

51、產(chǎn)生單片機所必須的時鐘頻率,單片機的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個基礎(chǔ)上的,晶振的提供的時鐘頻率越高,那單片機的運行速度也就越快。</p><p>  晶振用一種能把電能和機械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作,以提供穩(wěn)定,精確的單頻振蕩。在通常工作條件下,普通的晶振頻率絕對精度可達百萬分之五十。高級的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率,稱為壓控振蕩器(VCO)。 </p><

52、;p>  晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振,便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振,而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步【3】。 </p><p>  晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用,以提供系統(tǒng)所需的時鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時鐘信號,可以用與同一個晶振相連的不同鎖相環(huán)來提供。</p><p>  在本設(shè)計中,AT89C51單片

53、機在工作時需要外部提供時鐘信號,因此,本設(shè)計選擇在其18腳19腳之間接上12MHz的晶振,為單片機提供1μs的機器振蕩周期。其電路連接圖如圖所示。在圖中,電容器C3.C4起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用,其電容值一般在20~50pF。</p><p>  圖3-3 晶振電路圖</p><p><b>  3.3 復(fù)位電路</b></p><p>

54、  復(fù)位電路的基本功能是:系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號,直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后,撤銷復(fù)位信號。為可靠起見,電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(fù)位信號,</p><p>  以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。</p><p>  常見的復(fù)位電路有下面幾種【3】:</p><p>  圖3-4 常見復(fù)位電路圖</p><p>  在該數(shù)

55、字鐘的設(shè)計中,AT89C51單片機中的振蕩器運行時,引腳上保持到少2個機器周期的高電平輸入信號,復(fù)位過程即可完成。根據(jù)此原理,本設(shè)計采用上電復(fù)位和按鍵復(fù)位嵌套在系統(tǒng)中,增強了系統(tǒng)的實用性。</p><p><b>  3.4實時時鐘電路</b></p><p>  本設(shè)計使用的實時時鐘電路芯片是美國DALLAS公司生產(chǎn)的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路芯片D

56、S1302,其引腳如圖3-5所示。VCC1為后備電源,VCC2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下,也能保持時鐘的連續(xù)運行。DS1302由VCC1或VCC2兩者中的較大 者供電;當VCC2大于VCC1+0.2V時,VCC2給DS1302供電;當VCC2小于VCC1時,DS1302由 </p><p>  VCC1供電。X1和X2是振蕩源,外接32

57、.768kHz晶振。 是復(fù)位/片選線,通過把輸 入驅(qū)動置高電平 來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。 圖3-5 引腳圖 </p><p>  輸入有兩種功能。首先,接通控制邏輯,允許地址/命令序列送入移位寄存器;其次,提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當為高電平 時,所

58、有的數(shù)據(jù)傳送被初始化,允許對DS1302進行操作。</p><p>  如果在傳送過程中置為低電平,則會終止此次數(shù)據(jù)傳送,I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時在Vcc≥2.5V之前,必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時,才能將置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向),SCLK始終是輸入端。本設(shè)計入端。本設(shè)計連接圖如圖3.15所示,其中C1和C2起微調(diào)晶振的作用【4】。</p><p>

59、;<b>  3.5鍵盤控制電路</b></p><p>  該設(shè)計需要校對時間,所以用三個按鍵來實現(xiàn)。按時按鈕來調(diào)節(jié)小時的時間,按分按鈕來調(diào)節(jié)分針的時間,按 秒按鈕來調(diào)節(jié)秒的時間。下圖是按鍵硬件連接圖。</p><p>  圖3-6 按鍵控制電路的硬件連接圖</p><p>  當用手按下一個鍵時,如圖3-7所示,往往按鍵在閉合位置和斷開位置

60、之間跳幾下才穩(wěn)定到閉合狀態(tài)的情況;在釋放一個鍵時,也回會出現(xiàn)類似的情況。這就是抖動。抖動的持續(xù)時間隨鍵盤材料和操作員而異,不過通??偸遣淮笥?0ms。很容易想到,抖動問題不解決就會引起對閉合鍵的識別。用軟件方法可以很容易地解決抖動問題,這就是通過延遲10ms來等待抖動消失,這之后,再讀入鍵盤碼。</p><p>  圖3-7 按鍵抖動信號波形</p><p>  3.6 液晶顯示電路<

61、;/p><p>  顯示器普遍地用于直觀地顯示數(shù)字系統(tǒng)的運行狀態(tài)和工作數(shù)據(jù),按照材料及產(chǎn)品工藝,單片機應(yīng)用系統(tǒng)中常用的顯示器有: 發(fā)光二極管LED顯示器、液晶LCD顯示器、CRT顯示器等。LED顯示器是現(xiàn)在最常用的顯示器之一,如下圖所示。</p><p>  圖3-8 LED顯示器的符號圖</p><p>  發(fā)光二極管(LED)由特殊的半導(dǎo)體材料砷化鎵、磷砷化鎵等制成

62、,可以單獨使用,也可以組裝成分段式或點陣式LED顯示器件(半導(dǎo)體顯示器)。分段式顯示器(LED數(shù)碼管)由7條線段圍成8字型,每一段包含一個發(fā)光二極管。外加正向電壓時二極管導(dǎo)通,發(fā)出清晰的光。只要按規(guī)律控制各發(fā)光段亮、滅,就可以顯示各種字形或符號。LED數(shù)碼管有共陽、共陰之分。圖3-9是共陽式、共陰式LED數(shù)碼管的原理圖和符號。</p><p>  圖3-9 共陽式、共陰式LED數(shù)碼管的原理圖和數(shù)碼管的符號圖<

63、;/p><p>  顯示電路顯示模塊需要實時顯示當前的時間,即時、分、秒,因此需要6個數(shù)碼管,另需兩個數(shù)碼管來顯示橫。采用動態(tài)顯示方式顯示時間,硬件連接如下圖所示,時的十位和個位分別顯示在第一個和第二個數(shù)碼管,分的十位和個位分別顯示在第四個和第五個數(shù)碼管,秒的十位和個位分別顯示在第七個和第八個數(shù)碼管,其余數(shù)碼管顯示橫線。LED顯示器的顯示控制方式按驅(qū)動方式可分成靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式兩種。對于多位LED顯示器,通

64、常</p><p>  都是采用動態(tài)掃描的方法進行顯示,其硬件連接方式如下圖所示【4】。</p><p>  圖3--10 數(shù)碼管的硬件連接示意圖</p><p>  4 數(shù)字鐘的軟件設(shè)計</p><p>  系統(tǒng)的軟件設(shè)計也是工具系統(tǒng)功能的設(shè)計。單片機軟件的設(shè)計主要包括執(zhí)行軟件(完成各種實質(zhì)性功能)的設(shè)計和監(jiān)控軟件的設(shè)計。單片機的軟件設(shè)計通

65、常要考慮以下幾個方面的問題:</p><p>  1、根據(jù)軟件功能要求,將系統(tǒng)軟件劃分為若干個相對獨立的部分,設(shè)計出合理的總體結(jié)構(gòu),使軟件開發(fā)清晰、簡潔和流程合理;</p><p>  2、培養(yǎng)良好的編程風格,如考慮結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計、實行模塊化、子程序化。既便于調(diào)試、鏈接,又便于移植和修改;</p><p>  3、建立正確的數(shù)學(xué)模型,通過仿真提高系統(tǒng)的性能,并選取合

66、適的參數(shù);</p><p>  4、繪制程序流程圖;</p><p>  5、合理分配系統(tǒng)資源;</p><p>  6、為程序加入注釋,提高可讀性,實施軟件工程;</p><p>  7、注意軟件的抗干擾設(shè)計,提高系統(tǒng)的可靠性。</p><p>  4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖</p><p>

67、  這次的數(shù)字電子鐘設(shè)計用到流程圖如下所示。</p><p>  這次的數(shù)字電子鐘設(shè)計用到很多子程序,它們的流程圖如下所示【6】。</p><p>  主程序是先開始,然后啟動定時器,定時器啟動后在進行按鍵檢測,檢測完后,就可以顯示時間。</p><p>  圖4-1 主程序流程圖</p><p>  按鍵處理是先檢測秒按鍵是否按下,秒按鍵如

68、果按下,秒就加1;如果沒有按下,就檢測分按鍵是否按下,分按鍵如果按下,分就加1;如果沒有按下,就檢測時按鍵是否按下,時按鍵如果按下,時就加1;如果沒有按下,就把時間顯</p><p><b>  示出來</b></p><p>  圖4-2 按鍵處理流程圖</p><p>  定時器中斷時是先檢測1秒是否到,1秒如果到,秒單元就加1;如果沒到,

69、就檢測1分鐘是否到,1分鐘如果到,分單元就加1;如果沒到,就檢測1小時是否到,1小時如果到,時單元就加1,如果沒到,就顯示時間。</p><p>  圖4-3 定時器中斷流程圖</p><p>  時間顯示是先秒個位計算顯示,然后是秒十位計算顯示,再是分個位計算顯示,再然后是分十位顯示,再就是時個位計算顯示,最后是時十位顯示。</p><p>  圖4-4 時間顯示

70、流程圖</p><p>  4.2 數(shù)字鐘的源程序代碼</p><p>  #include <AT89X51.H> </p><p>  unsigned char code dispcode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f, </p><p>  0x66,0x6d,0x7d,0x07, </p>

71、<p>  0x7f,0x6f,0x77,0x7c, </p><p>  0x39,0x5e,0x79,0x71,0x00}; </p><p>  unsigned char dispbitcode[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7, </p><p>  0xef,0xdf,0xbf,0x7f}; </p><p>

72、;  unsigned char dispbuf[8]={0,0,16,0,0,16,2,1}; //初始化使顯示時間的位全為12:00:00,其他都不點亮;</p><p>  當將dispbitcode[2] 和dispbitcode[3]對應(yīng)的16改為X(10~15中的一個),并將其指向dispcode[16]即0x00改為dispcode[X]即0x40。時分秒的間隔就為“—”。</p>&

73、lt;p>  unsigned char dispbitcnt; </p><p>  unsigned char second; </p><p>  unsigned char minite; </p><p>  unsigned char hour; </p><p>  unsigned int tcnt; </p&g

74、t;<p>  unsigned char mstcnt; </p><p>  unsigned char i,j; </p><p>  void main(void) </p><p><b>  { </b></p><p>  TMOD=0x02; </p><p>  

75、TH0=0x06; </p><p>  TL0=0x06; </p><p><b>  TR0=1; </b></p><p><b>  ET0=1; </b></p><p><b>  EA=1; </b></p><p><b> 

76、 hour=12;</b></p><p><b>  while(1) </b></p><p><b>  { </b></p><p>  if(P0_0==0) </p><p><b>  { </b></p><p>  for(

77、i=5;i>0;i--) </p><p>  for(j=248;j>0;j--); </p><p>  if(P0_0==0) </p><p><b>  { </b></p><p>  second++; </p><p>  if(second==60) </p&g

78、t;<p><b>  { </b></p><p>  second=0; </p><p><b>  } </b></p><p>  dispbuf[0]=second%10; </p><p>  dispbuf[1]=second/10; </p><p

79、>  while(P0_0==0); </p><p><b>  } </b></p><p><b>  } </b></p><p>  if(P0_1==0) </p><p><b>  { </b></p><p>  for(i=5;

80、i>0;i--) </p><p>  for(j=248;j>0;j--); </p><p>  if(P0_1==0) </p><p><b>  { </b></p><p>  minite++; </p><p>  if(minite==60) </p>

81、<p><b>  { </b></p><p>  minite=0; </p><p><b>  } </b></p><p>  dispbuf[3]=minite%10; </p><p>  dispbuf[4]=minite/10; </p><p>

82、  while(P0_1==0); </p><p><b>  } </b></p><p><b>  } </b></p><p>  if(P0_2==0) </p><p><b>  { </b></p><p>  for(i=5;i>

83、;0;i--) </p><p>  for(j=248;j>0;j--); </p><p>  if(P0_2==0) </p><p><b>  { </b></p><p><b>  hour++; </b></p><p>  if(hour==24) &

84、lt;/p><p><b>  { </b></p><p><b>  hour=0; </b></p><p><b>  } </b></p><p>  dispbuf[6]=hour%10; </p><p>  dispbuf[7]=hour/1

85、0; </p><p>  while(P0_2==0); </p><p><b>  } </b></p><p><b>  } </b></p><p><b>  } </b></p><p><b>  } </b>&l

86、t;/p><p>  void t0(void) interrupt 1 using 0 </p><p><b>  { </b></p><p>  mstcnt++; </p><p>  if(mstcnt==8) </p><p><b>  { </b></p&

87、gt;<p>  mstcnt=0; </p><p>  P3=0xff;      //關(guān)閉所有顯示</p><p>  P1=dispcode[dispbuf[dispbitcnt]]; </p><p>  P3=dispbitcode[dispbitcnt]; </p><p>

88、  dispbitcnt++; </p><p>  if(dispbitcnt==8) </p><p>  { </p><p>  dispbitcnt=0; </p><p><b>  } </b></p><

89、p><b>  } </b></p><p><b>  tcnt++; </b></p><p>  if(tcnt==4000) </p><p><b>  { </b></p><p><b>  tcnt=0; </b></p>

90、<p>  second++; </p><p>  if(second==60) </p><p><b>  { </b></p><p>  second=0; </p><p>  minite++; </p><p>  if(minite==60) </p>

91、<p><b>  { </b></p><p>  minite=0; </p><p><b>  hour++; </b></p><p>  if(hour==24) </p><p><b>  { </b></p><p><

92、;b>  hour=0; </b></p><p><b>  } </b></p><p><b>  } </b></p><p><b>  } </b></p><p>  dispbuf[0]=second%10; </p><p

93、>  dispbuf[1]=second/10; </p><p>  dispbuf[3]=minite%10; </p><p>  dispbuf[4]=minite/10; </p><p>  dispbuf[6]=hour%10; </p><p>  dispbuf[7]=hour/10; </p><

94、p><b>  } </b></p><p><b>  } </b></p><p>  4.3 數(shù)字鐘的原理圖</p><p>  用PROTUES軟件,根據(jù)要求畫出數(shù)字電子鐘的原理圖如圖4-5所示。</p><p>  圖4-5 數(shù)字鐘的電路原理圖</p><p>

95、;<b>  5 系統(tǒng)仿真</b></p><p>  5.1 protues軟件的介紹</p><p>  Proteus ISIS是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows操作系統(tǒng)上,可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路,該軟件的特點是:</p><p> ?、賹崿F(xiàn)了單片機仿真和SPICE

96、電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能;有各種虛擬儀器,如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。</p><p> ?、谥С种髁鲉纹瑱C系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機類型有:68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片

97、。</p><p>  ③提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點等調(diào)試功能,同時可以觀察各個變量、寄存器等的當前狀態(tài),因此在該軟件仿真系統(tǒng)中,也必須具有這些功能;同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境,如Keil C51 uVision2等軟件。</p><p> ?、芫哂袕姶蟮脑韴D繪制功能。總之,該軟件是一款集單片機和SPICE分析于一身的仿真軟件,功能極其強大。<

98、;/p><p>  5.2 電路功能仿真</p><p>  在PROTUES繪制好原理圖后,調(diào)入已編譯好的目標代碼文件:*.HEX,可以在PROTUES的原理圖中看到模擬的實物運行狀態(tài)和過程。</p><p>  它的元器件、連接線路等卻和傳統(tǒng)的單片機實驗硬件高度對應(yīng)。這在相當程度上替代了傳統(tǒng)的單片機實驗教學(xué)的功能,例:元器件選擇、電路連接、電路檢測、電路修改、軟件調(diào)

99、試、運行結(jié)果等。 </p><p>  課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生走向就業(yè)的重要實踐環(huán)節(jié)。由于PROTUES提供了實驗室無法相比的大量的元器件庫,提供了修改電路設(shè)計的靈活性、提供了實驗室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表,因而也提供了培養(yǎng)學(xué)生實踐精神、創(chuàng)造精神的平臺。</p><p>  5.3 系統(tǒng)的調(diào)試及運行</p><p>  5.3.1 調(diào)試步驟</

100、p><p>  (1)打開protues軟件,按上面的設(shè)計圖選取元件并連線完成上面所示的數(shù)字鐘電路原理圖。</p><p>  (2)通過菜單“Source—Add/Remove Source Files…”,新建源程序文件:Cyuyan.ASM。</p><p> ?。?)通過菜單“Source—Cyuyan.ASM”,打開protues軟件提供的文本編輯器SRCED

101、IT,在其中編輯數(shù)字鐘的源程序,程序編輯好后,單擊保存按鈕存入文件Cyuyan.ASM中。</p><p> ?。?)通過菜單“Source—Build All”編譯源程序,生成目標代碼文件Cyuyan.HEX。如編譯失敗,對程序修改調(diào)試直至編譯成功。另外,目標代碼文件也可以通過其他的軟件(如keil軟件等單片機軟件)編譯獲得。</p><p> ?。?)加載目標代碼文件:先右擊,再左擊A

102、T89C51單片機,即打開單片機屬性窗口,在“Program File”欄中添加上面編譯好的目標代碼文件Cyuyan.HEX;在“Clock Frequency”欄中輸入晶振頻率12MHz。</p><p> ?。?)單擊左下方的按鈕,啟動仿真【7】。</p><p>  5.3.2 運行結(jié)果</p><p>  仿真效果圖如圖5-1所示:</p>&

103、lt;p><b>  :</b></p><p>  圖5-1 系統(tǒng)仿真圖</p><p><b>  按鍵調(diào)試步驟如下:</b></p><p>  按時按鈕按鍵,進入調(diào)時狀態(tài),每按一次數(shù)字鐘的小時數(shù)加一。效果</p><p><b>  圖如圖5-2所示:</b>&l

104、t;/p><p>  圖 5-2 調(diào)時效果圖</p><p>  再按分按鈕按鍵,進入調(diào)分狀態(tài),每按一次數(shù)字鐘的分鐘數(shù)加一。效</p><p>  果圖如圖5-3所示:</p><p>  圖5-3 調(diào)分效果圖</p><p>  再按秒按鈕按鍵,進入調(diào)秒狀態(tài),每按一次數(shù)字鐘的分鐘數(shù)加一。效果圖如圖5-4所示:</p

105、><p>  圖5-4 調(diào)秒效果圖</p><p>  5.4 調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題</p><p>  首先是軟件安裝問題,首次接觸這個軟件就在安裝上出現(xiàn)了問題。 對安裝步驟不是很熟悉,表面上是安裝上去了,但是沒有運行UPDATE文件或者是沒有將原BIN文件覆蓋到安裝目錄下的BIN文件中導(dǎo)致軟件不能正常啟動,再就是軟件本身的不穩(wěn)定因素,導(dǎo)致軟件運行一段時間就突然消失等

106、現(xiàn)象。經(jīng)過多次嘗試分析,終于搞清楚了緣由,從中也學(xué)到了不少東西。</p><p>  然后是在接觸該軟件后,對其操作不是很熟悉,導(dǎo)致速度減慢。但是當發(fā)現(xiàn)圖書館有相關(guān)的書后,參考書上介紹慢慢就熟悉了該軟件的相關(guān)操作。</p><p>  還有就是在該軟件編譯目標文件時,出現(xiàn)編譯錯誤等提示。不得已就慢慢從錯誤提示中去看源程序,經(jīng)過分析解決了問題所在,并逐漸強化了對程序的認識。</p>

107、;<p><b>  6 總結(jié)</b></p><p>  首先要說的是,這一次數(shù)字電子鐘的設(shè)計過程中,我受益匪淺。通過對自己在大學(xué)里所學(xué)的知識的回顧,并充分發(fā)揮對所學(xué)知識的理解和對畢業(yè)設(shè)計的思考及書面表達能力,最終完成了該論文。這為自己今后進一步深化學(xué)習,積累了一定寶貴的經(jīng)驗。撰寫論文的過程也是專業(yè)知識的學(xué)習過程,它使我運用已有的專業(yè)基礎(chǔ)知識,對其進行設(shè)計、分析和解決一個理

108、論問題或?qū)嶋H問題,把知識轉(zhuǎn)化為能力的實際訓(xùn)練。培養(yǎng)了我運用所學(xué)知識解決實際問題的能力。</p><p>  通過這次課程設(shè)計我發(fā)現(xiàn),只有理論水平提高了,才能夠?qū)⒄n本知識與實踐相整合,理論知識服務(wù)于教學(xué)實踐,以增強自己的動手能力。這個實驗十分有意義,我獲得很深刻的經(jīng)驗。通過這次課程設(shè)計,我們知道了理論和實際的距離,也知道了理論和實際相結(jié)合的重要性,也從中得知了很多書本上無法得知的知識。</p><

109、;p>  我們的學(xué)習不但要立足于書本,以解決理論和實際教學(xué)中的實際問題為目的,還要與實踐相結(jié)合,理論問題即實踐課題,解決問題即課程研究,學(xué)生自己就是一個專家,通過自己的手來解決問題比用腦子解決問題更加深刻。學(xué)習就應(yīng)該采取理論與實踐結(jié)合的方式,理論的問題,也就是實踐性的課題。這種做法既有助于完成理論知識的鞏固,又有助于帶動實踐,解決實際問題,加強我們的動手能力和解決問題的能力。</p><p><b&g

110、t;  參考文獻</b></p><p>  [1] 譚丙煜.51單片機中文說明書.ATMEL Corporation. 2002.</p><p>  [2] 張軍.51系列單片機C語言編程與應(yīng)用實例.中國電力出版社,2003.</p><p>  [3] 康華光.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第五版).高等教育出版社.2006</p><p&

111、gt;  [4] 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京:高等教育出版社,1983.</p><p>  [5] 高峰.單片微型計算機原理與接口技術(shù).北京.科學(xué)出版社,2003.</p><p>  [6] 蔡明文 馮先成. 單片機課程設(shè)計. 華中科技大學(xué)出版社. 2007.3</p><p>  [7] 張靖武 周靈彬.單片機系統(tǒng)的protues設(shè)計與仿真.電子工業(yè)出版

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