<4D F736F F D20ADCBBCC6AD70AEC9BEB9A1E3A548A175B2CEB4FAA176ACB0A8D22E646F63>

Size: px

Start display at page:

Download "<4D F736F F D20ADCBBCC6AD70AEC9BEB9A1E3A548A175B2CEB4FAA176ACB0A8D22E646F63>"

驱杨
5 years ago
Views:

1 投稿類別 : 工程技術類篇名 : 倒數計時器 ~ 以統測為例作者 : 吳思蓓新北市立瑞芳高級工業職業學校資訊三張荃舜新北市立瑞芳高級工業職業學校資訊三指導老師 : 呂瑞瓊老師林陽德老師陳思亮老師

2 壹前言 : 一研究動機 : 生活中有許多瑣碎的事情, 需要我們留意它的時間, 假如不小心忘記或錯過了, 可能會導致重大的損失! 所以對於時間的掌控, 人們製作倒數計時器來提醒自己, 希望以較為輕鬆有把握的心情來利用剩餘時間, 進一步對事務做完整的規劃安排隨著高中生涯進入尾聲, 我們即將面臨統測的考驗在這一年內, 我們曾將距離統測的日期剩餘的天數記錄在黑板上, 但每天手動更新日期是一件麻煩的事, 甚至有時會忘記寫或算錯日數於是, 我們將利用二年級所學到的數位邏輯以及 8051 單晶片, 製作出一個電子式的倒數計時器來提醒我們距離統測所剩的時間, 以方便我們做讀書規劃二研究目的我們希望能運用所學的 8051 單晶片, 製作出一個可更改與設定的倒數計時器, 這個倒數計時器不僅僅是應用於統測日數的倒數, 也可以依照個人的需求來更改需要倒數的時間以及事件我們希望這次的專題可以驗證我們在 8051 單晶片實習的能力及熟練度, 另一方面也期待自己能熟悉地運用程式技巧, 進而製作出兼具實用與創意的產品三研究方法與步驟圖一專題研究步驟方塊圖一開始, 我們專題的方向定位在生活中常常需要用到的物品, 希望能加以改良, 讓人們能更方便地使用, 並且運用上實習課所學到的相關知識多次小組討論 1

3 後, 我們選擇了倒數計時器作為本次研究的主題我們相信唯有經過詳細妥善的規劃整合, 才能有效率的分工安排反覆討論後, 我們開始蒐集相關資料查閱各項參考文獻, 然後著手製作本專題圖二是我們的時間分配甘特圖, 用來安排研究進度, 為了讓我們能確實且有效率地掌握時間, 我們做了以下的安排時間工作查詢各項資料程式彙整製作程式設定與裝置溝通逐項測試與撰寫完成成果發表八月九月十月十一月圖二時間分配甘特圖貳正文一 8051 晶片介紹與起源 8051 屬於 MCS-51 單晶片的一種, 具有 8 位元的單晶片微控制器, 由英特爾 (Intel Corporation) 公司 1981 年所製造 8051 的邏輯系統依同步的順序處理, 整個工作系統完全仰賴內部的時脈信號, 用時脈信號來產生各種動作周期和同步信號使用時得接上石英晶體諧振器及電容, 才可以使系統產生正確的時脈 Intel 原 8051 系列的開發是利用 NMOS 技術, 但之後的版本是利用 CMOS 的技術進行開發, 所以才會寫上 80C51 之類的名稱 COMS 比 NMOS 更能節省能源, 也更適合於電池供電設備二專題元件說明 ( 一 )8051 晶片的工作特性 1 專被控制用所設計的 8 位元單晶片 2 具有位元邏輯運算能力 3 擁有 128 位元的 RAM, 以及 4K 位元的 ROM 4 有 4 個 8 位元 I/O 埠 5 有 2 個 16 位元的計時 / 計數器 2

6 有全雙工的 UART 7 有 5 個中斷源及兩層中斷優先權結構 8 有時脈產生電路 9 有外部電路擴充 64 位元程式記憶體的能力圖三 89S51

我們利用 7447 的解碼 IC 如下圖七, 當 7447 在正常解碼狀態 (LT=H RBI=H BI/RBO=H) 時, 假設輸入

abcdefg=lhlllll, 即顯示出數字 6 而三個控制端 LT RBI 以及 BI/RBO 三個腳位都需要為低態動作, 其分析如下 : 1

4 6 有全雙工的 UART 7 有 5 個中斷源及兩層中斷優先權結構 8 有時脈產生電路 9 有外部電路擴充 64 位元程式記憶體的能力圖三 89S51 晶片實體圖圖四單晶片開發器圖五程式編寫翻譯軟體圖六程式燒入軟體 ( 二 )7447 BCD 對共陽極七段顯示解碼驅動器介紹共陽極的七段顯示器 : 我們利用 7447 的解碼 IC 如下圖七, 當 7447 在正常解碼狀態 (LT=H RBI=H BI/RBO=H) 時, 假設輸入 DCBA=LLLH, 則輸出端 abcdefg=hllhhhh, 顯示數字 1 ; 假設輸入 DCBA=LHHL, 則輸出端 abcdefg=lhlllll, 即顯示出數字 6 而三個控制端 LT RBI 以及 BI/RBO 三個腳位都需要為低態動作, 其分析如下 : 1 LT( 燈泡測試 Lamp Test): 當 LT 為低態時, 不管其他輸入端為何,7447 屬於燈泡測試, 即 a~g 解碼輸出端皆為 L, 七段顯示器為全亮, 也就是 7447 會顯示出數字 8 3

5 2 RBI ( 漣波遮沒輸入 Ripple Blanking Input): RBI 與 DCBA 輸入皆為 L 時, 此時解碼後的數字以 0 開頭時將不顯示, 這功能通常應用在兩個數字以上的顯示, 自動遮沒, 例如 08, 只會顯示 8, 前面 0 將會被 RBI 的功能給遮沒 3 BI/RBO( 遮沒輸入 / 遮沒輸出 Blanking Input / Ripple Blanking Output): 此端同時具有輸入遮沒以及輸出遮沒功能,BI/RBO 為 0 時為遮沒輸入, 此時 a~g 解碼輸出端全為 1 時, 七段顯示器 LED 為全暗 BI/RBO 不當輸入使用時, 則可作漣波遮沒輸出, 即當 RBI 與輸入的 DCBA 皆為 L 時, 也會輸出 L 以傳送給下一級 ; 否則, 輸出將為 H 圖七 7447 解碼 IC( 註三 ) ( 三 )74138 三對八解碼器 74138, 是低態輸出的解碼器, 有 G1 G2A G2B 如下圖八, 當 G1G2AG2B=HLL 時才能正常工作, 也才可依輸入端 C B A 的狀態產生所對應的輸出 ; 當 G1G2AG2B=HLL CBA=HHL 時, 則 Y6 為 L 輸出, 其他的輸出端為 H, 當 G1G2AG2B 不是 HLL 時,74138 將不會動作, 所有的輸出端皆為 H 圖八解碼 IC( 註四 ) 4

三研究設備及材料下表一是本專題製作所使用的相關設備明細表 ; 下表二則是硬體電路製作時所使用到的相關材料彙整表表一設備明細表設備名稱規格電腦 ACPI Multiprocessor PC CPU Intrl(R) Core(TM)2 Quad 螢幕 19 吋液晶螢幕滑鼠鍵盤標準型作業系統 Windows XP 程式語言 C 語言表二材料明細表材料名稱規格數量萬用版

6 三研究設備及材料下表一是本專題製作所使用的相關設備明細表 ; 下表二則是硬體電路製作時所使用到的相關材料彙整表表一設備明細表設備名稱規格電腦 ACPI Multiprocessor PC CPU Intrl(R) Core(TM)2 Quad 螢幕 19 吋液晶螢幕滑鼠鍵盤標準型作業系統 Windows XP 程式語言 C 語言表二材料明細表材料名稱規格數量萬用版一般型 1 4 個七段式顯示器共陽 2 IC 腳座 40Pin 1 IC IC 電阻 10KΩ 10Ω 220Ω 電容 30pF 2 石英晶體 12MHz 1 電解電容 10uF 1 PNP 電晶體三程式設計說明本專題的韌體程式開發使用 Keil C 語言, 並搭配 SimLab 8051 來進行程式模擬測試,SimLab 8051 開發環境如下圖九所示 : 圖九 SimLab 8051 開發環境圖 5

7 ( 一 ) 程式流程圖圖十程式流程圖 ( 二 ) 程式說明 1 時間遞減副程式 void sub_1(void) int i; for (i=0 ;i<=7;i++) // 日時分秒共八位數 if(i= =2 && d[3]= =0 && d[2]= =0) // 當時分秒遞減至零時, 將 // 時恢復成 23 時 59 分 59 d[2]=3; d[3]=2; i=3; // 秒, 日期減一 6

8 } } } else } if(d[i]==0) // 當小時個位數分與秒數字遞減至零時 d[i]=t[i]; // 將計時陣列內容恢復成上限值如秒的個位 } // 數, 恢復至 9, 秒的十位數, 恢復至 5 else // 分的個位數, 恢復至 9, 分的十位數, 恢 // 復至 5 等 d[i]--; // 如時分秒遞為減至零時, 時分秒 break; // 的計時陣列內容則進行減一, 並中止迴圈 } // 離開副程式 2 顯示副程式 void display(void) char i,j; for(i=0;i<8;i++) P1=d[i]+ i*16; // 日時分秒共八位數 // 將日時分秒的陣列內容輸出至 P1 for(j=1;j<50;j++) //P1 上半部 4~7 接腳連接解碼器, ; // 選擇欲點亮的七段顯示器,0~3 接腳連接 } //7447 以 BCD 碼決定亮的內容, 已多工掃 } // 描的方式, 讓八顆七段顯示器同時發光 3 計時器初值 void timer_ini(void) TMOD=0x01; TH0=( )/256; TL0=( )%256; EA=1; ET0=1; TR0=1; } // 設定計時器使用模式為 16 位元模式 // 設定計時器高位元組初值 // 設定計時器低位元組初值 // 設定可中斷 // 致能 T0 中斷 //T0 開始計數 7

9 四硬體電路設計我們將程式完成後, 轉成 HEX 檔輸出, 且燒入在 89S51 單晶片上, 完成這次的專題電路圖如下圖十一所示圖十一系統電路圖 ( 一 ) ( 二 ) ( 三 ) 圖十二倒數計時器之萬用版成果圖 ( 一 ) 上方的 4 個七段式顯示器作用為 : 顯示天數左方為 7447 與 ( 二 ) 上方的 4 個七段式顯示器作用由左至右, 前兩個為 : 顯示小時 8

圖十三時間設定初始畫面圖十四為設定時間為 200 天圖十四設定時間圖圖十五為設定時間倒數結束

10 後兩個為 : 顯示分鐘 ( 三 ) 左方之 LED 燈作用為 : 測試是否有電壓輸入五研究成果下表三為本次專題製作的研究成果說明表說明表三研究成果說明表實作圖片圖十三為未設定時間的初始畫面圖十三時間設定初始畫面圖十四為設定時間為 200 天圖十四設定時間圖圖十五為設定時間倒數結束圖十五時間倒數結束圖參結論一未來發展與應用在軟體方面, 希望未來能完成 12 小時制與 24 小時制的互換與增加的功能, 9

11 以便使用者能自行設定倒數時間與事件而未來在硬體部分的發展, 我們將會在倒數計時器上加入 4X4 鍵盤, 以配合使用者輸入所需倒數之時間, 也可以加上當天的日期與時間, 提醒使用者倒數的時間還剩下多久, 好讓這個倒數計時器作品整體功能更豐富, 使這個專題製作能更貼近人們的生活二心得感想在這個科技日新月異, 一日千里的時代, 像倒數計時器這類的物品其實是隨手可得的, 然而鮮少人們想去探討它的邏輯與內部製程不過, 它的內容與功能卻吸引我們想去解構與探究, 藉著這股吸引力, 讓我們興起了坐而言不如起而行的念頭, 並開始對這門奧妙的科技進行探討及摸索, 從中我們也得到了豐富寶貴的經驗經由這次的專題, 我們了解到如何把一個複雜的電路簡單化, 並製作成實體作品, 這是多麼不簡單的一件事! 從程式的撰寫到實體的焊接, 以及最後將成品完整的製作出來, 每一個步驟都讓我們費盡心思雖然製作的過程非常辛苦, 而且問題重重, 不過從屢次的失敗中, 我們也學習到了課堂理論之外的寶貴知識與經驗肆引註資料 (1). 楊明豐編著 (2011 年 8 月 ) 8051 入門 -- 輕鬆學 ( 第二板 ) 台北市; 碁峰資訊股份有限公司 (2). 石博元黃慶璋編著 (2012 年 8 月 ) 89S51/52 單晶片與專題製作最佳範本 - 使用 Keil C( 第二版 ) 台北市; 台科大圖書股份有限公司 (3). DatasheetCatalog com 2013 年 10 月, 取自 (4). 數位邏輯學第八章 2013 年 10 月, 取自 (5). 黃慶璋編著 (2012 年 4 月 ) 數位邏輯台北市; 全華圖書股份有限公司 10

一、研究動機

一、研究動機中華民國第四十六屆中小學科學展覽會作品說明書高職組電子電機及資訊科第二名最佳創意獎 091006 智慧型汽車後視鏡學校名稱 : 國立屏東高級工業職業學校作者 : 職二楊上玄指導老師 : 童信源職二黃龍聖職二林冠樺職二李嘉清關鍵詞 : 後視鏡汽車單晶片車不車車路來利輪輪利來車車車來行車來車行度度來車易度車度車行車...