51电子时钟毕业设计说明书.doc
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1、摘 要现代生活的人们越来越重视起了时间观念,可以说是时间和金钱划上了等号。对于那些对时间把握非常严格和准确的人或事来说,时间的不准确会带来非常大的麻烦,所以以数码管为显示器的时钟比指针式的时钟表现出了很大的优势。本次设计主要对电子时钟进行设计,采用AT89C51单片机来保证电子时钟的工作,并用LED数码管时、分、秒,以24小时计时方式,根据数码管动态显示原理来进行显示,用12MHz的晶振产生振荡脉冲,定时器计数。在此次设计中,电路具有显示时间的其本功能,还可以实现对时间的调整。AbstractMODERN LIFE OF PEOPLE MORE AND MORE ATTENTION TO TH
2、E CONCEPT OF TIME, CAN BE SAID TO BE THE TIME AND MONEY IS A SIGN. FOR THOSE WHO HOLD THE PERSON OR THING IS VERY STRICT IN TIME AND ACCURATELY, THE TIME OF INACCURATE WILL BRING GREAT TROUBLE, SO AS TO CONTROL THE DISPLAY OF DIGITAL CLOCK THAN THE CLOCK POINTER SHOWED A BIG ADVANTAGE. THE DESIGN OF
3、 THE MAIN DESIGN OF THE ELECTRONIC CLOCK, USE AT89C51 MICROCONTROLLER TO ENSURE THE ELECTRONIC CLOCK, AND THE LED DIGITAL TUBE, FENS AND MIAOS, 24 SHIS TIMER MODE, ACCORDING TO DIGITAL CONTROL THEORY TO DYNAMIC DISPLAY TO DISPLAY, USE THE 12MHZ CRYSTAL OSCILLATION PULSE, THE TIMER COUNT. IN THIS DES
4、IGN, THE CIRCUIT HAS ITS TIME THE FUNCTION, BUT ALSO CAN ACHIEVE THE ADJUSTMENT OF TIME.目录第一章 绪论11.1 设计背景11.2 单片机的发展1第二章 设计方案42.1任务要求42.2设计原理42.3设计方案的确定4第三章 硬件设计53.1 单片机的选型53.2 时钟电路73.3 复位电路73.4显示电路73.5按键电路93.6 74LS245驱动器103.7系统原理图11第四章 软件设计134.1主程序134.2调时子程序144.3定时中断子程序154.4 软件消抖17第五章 调试与运行195.1 Pr
5、oteus ISIS 的介绍195.2 仿真结果19第六章 总结21参考文献22致谢23附录24 第一章 绪论1.1 设计背景数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的钟表。与机械钟相比具有更高的准确性和直观性,具有更长的使用寿命,已得到广泛的使用。数字钟的设计方法有许多种,例如可用中小规模集成电路组成电子钟,也可以利用专用的电子钟芯片配以显示电路及其所需要的外围电路组成电子钟,还可以利用单片机来实现电子钟等等。这些方法都各有其特点,其中利用单片机实现的电子钟具有编程灵活,以便于功能的扩展。近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展,单片机的应用越来越普及了,并且由于它具有功能
6、强,体积小,功耗低,价格便宜,工作可靠,使用方便等特点,使单片机在电子和一些自动化行业中应用也越来越广泛了。数字钟的组成模块主要由一个AT89C51单片机模块、用于放大信号来驱动数码管显示的74LS245、用于显示时间的数码管显示模块、还有用于复位的按键部分,还有电源等部分组成。数字钟已成为人们日常生活中:必不可少的必需品,广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所,给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术,使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点,它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。1.2单片机的发展单片机经过1
7、、2、3、3代的发展,正朝着多功能、高性能、低电压、低功耗、低价格、大存储容量、强I/O功能及较好的结构兼容性方向发展。其发展趋势不外乎以下几个方面:1、多功能 单片机中尽可能地把所需要的存储器和I/O口都集成在一块芯片上,使得单片机可以实现更多的功能。比如A/D、PWM、PCA(可编程计数器阵列)、WDT(监视定时器-看家狗)、高速I/O口及计数器的捕获/比较逻辑等。有的单片机针对某一个应用领域,集成了相关的控制设备,以减少应用系统的芯片数量。例如,有的芯片以51内核为核心,集成了USB控制器、SMART CARD接口、MP2解码器、CAN或者I*I*C总线控制器等,LED、LCD或VFD显
8、示驱动器也开始集成在8位单片机中。2、高效率和高性能为了提高执行速度和执行效率,单片机开始使用RISC、流水线和DSP的设计技术,使单片机的性能有了明显的提高,表现为:单片机的时钟频率得到提高;同样频率的单片机运行效率也有了很大的提升;由于集成度的提高,单片机的寻址能力、片内ROM(FLASH)和RAM的容量都突破了以往的数量和限制。由于系统资源和系统复杂程度的增加,开始使用高级语言(如C语言)来开发单片机的程序。使用高级语言可以降低开发 难度,缩短开发周期,增强软件的可读性和可移植性,便于改进和扩充功能。3、低电压和低功耗单片机的嵌入式应用决定了低电压和低功耗的特性十分重要。由于CMOS等工
9、艺的大量采用,很多单片机可以在更低的电压下工作(1.2V或0.9V),功耗已经降低到uA级。这些特性使得单片机系统可以在更小电源的支持下工作更长的时间。4、低价格单片机应用面广,使用数量大,带来的直接好处就是成本的降低。目前世界各大公司为了提高竞争力,在提高单片机性能的同时,十分注意降低其产品的价格。下面大致介绍一下单片机的主要应用领域和特点。(1)家用电器领域用单片机控制系统取代传统的模拟和数字控制电路,使家用电器(如洗衣机、空调、冰箱、微波炉、和电视机等)功能更完善,更加智能化和易于使用。(2)办公自动化领域单片机作为嵌入式系统广泛应用于现代办公设备,如计算机的键盘、磁盘驱动、打印机、复印
10、机、电话机和传真机等。(3)商业应用领域商业应用系统部分与家用和办公应用系统相似,但更加注重设备的稳定性、可靠性和安全性。与通用计算机相比,这些系统由于比较封闭,可以更有效地防止病毒和电磁干扰等,可靠性更高。(4)工业自动化在工业控制和机电一体化控制系统中,除了采用工控计算机外,很多都是以单片机为核心的单片机和多机系统。(5)智能仪表与集成智能传感器目前在各种电气测量仪表中普遍采用了单片机应用系统来代替传统的测量系统,使得测量系统具有存储、数据处理、查询及联网等智能功能。将单片机和传感器相结合,可以构成新一代的智能传感器。(6)现代交通与航空航天领域通常应用于电子综合显示系统、动力监控系统、自
11、动驾驶系统、通信系统以及运行监视系统等。这些领域对体积、功耗、稳定性和实时性的要求往往比商用系统还要高。第二章 设计方案2.1任务要求1.通过单片机内定时器控制走时,准确持续走时,调时不影响走时。2.在LED数码管上显示时、分、秒。3.能对时间进行校准。2.2设计原理采用AT89C51芯片作为硬件核心,其内部采用Flash ROM,具有4KB ROM 存储空间,能于3V的超低压工作,本系统的计时方案是利用单片机内部的定时/计数器进行中断定时, 配合软件延时实现对时、分、秒的计时。LED数码管74LS245位选段选时钟电路复位电路按键 AT89C51 AT89C51时钟电路复位电路按键 图 1.
12、1 2.3 设计方案的确定 电子钟的电路图主要由单片机(AT89C51)、按键电路、驱动显示电路和LED显示器四部分组成,它主要实现时钟的显示,以及对时、分、秒进行调整,即实现调时的功能。(1)显示方案数码管显示方法可分为静态显示和动态显示两种。方案一:动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起,另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路,位选通由各自独立的I/O线控制,当单片机输出字形码时,所有数码管都接收到相同的字形码,但究竟是哪个数码管会显示出字形,取决于单片机对位选通COM端电路的控制,所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开,该位就
13、显示出字形,没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端,就使各个数码管轮流受控显示,这就是动态驱动。在轮流显示过程中,每位数码管的点亮时间为12ms,由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应,尽管实际上各位数码管并非同时点亮,但只要扫描的速度足够快,给人的印象就是一组稳定的显示数据,不会有闪烁感,动态显示的效果和静态显示是一样的,能够节省大量的I/O端口,而且功耗更低。方案二: 静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动,或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单,显示亮度高,缺点是占用I/O
14、端口多,如驱动5个数码管静态显示则需要58=40根I/O端口来驱动,要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢:),实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动,增加了硬件电路的复杂性。由于本次设计是对时间进行显示,如采用静态显示,则所占用的I/O口较多,电路较复杂,所以在此选择的是方案二,采用动态显示。(2)按键方案方案一:独立式按键。按键的各个按键相互独立,每个按键独立地与一根数据输入线(单片机并行接口或其他芯片的并行接口)连接。独立式键盘配置灵活,软件结构简单,但每个按键必须占用一根接口线,在按键数量不多时,接口线占用多。方案二:单个按键。只有一个按键实现所有控制功能。本次设计选择方案
15、一使用三个按键。(3)计时方案采用软件控制:利用单片机内部的定时/计数器进行定时,配合软件定时实现时、分、秒的计时。该方案能够使设计者,在设计的过程中容易实现,且节省硬件成本,因此本系统将采用软件方法实现计时。第三章 硬件设计3.1单片机的选型由于AT89C51芯片的普及性和便捷性,所以选择它作为AT89C51 提供以下标准功能:4k字节Flash闪速存储器,128字节内部RAM,32 个I/O 口线,两个16位定时/计数器,一个5向量两级中断结构,一个全双工串行通信口,片内振荡器及时钟电路。同时,AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的
16、工作,但允许RAM,定时/计数器,串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容,但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。图3-1 AT89C51管脚说明:VCC:供电电压。GND:接地。(1) P0端口: P0是一个8位漏极开路型双向I/O端口,端口置1(对端口写1)时作高阻抗输入端。作为输出口时能驱动8个TTL。在访问外部程序和外部数据存储器时,P0口是分时转换的地址(低8位)/数据总线,访问期间内部的上拉电阻起作用。对内部Flash程序存储器编程时,接收指令字节;校验程序时输出指令字节,要求外接上拉电阻。 (2) P1端口: P1是一个带有内部上拉电阻的8位双
17、向I/0端口。输出时可驱动4个TTL。端口置1时,内部上拉电阻将端口拉到高电平,作输入用。对内部Flash程序存储器编程时,接收低8位地址信息。(3) P2端口: P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口。输出时可驱动4个TTL。端口置1时,内部上拉电阻将端口拉到高电平,作输入用。对内部Flash程序存储器编程时,接收高8位地址和控制信息。在访问外部程序和16位外部数据存储器时,P2口送出高8位地址。而在访问8位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。(4) P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后,它们被内部上
18、拉为高电平,并用作输入。作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下表所示:口管脚 备选功能P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 /INT0(外部中断0)P3.3 /INT1(外部中断1)P3.4 T0(计时器0外部输入)P3.5 T1(计时器1外部输入)P3.6 /WR(外部数据存储器写选通)P3.7 /RD(外部数据存储器读选通)P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST:复位输入。当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG:当访问外部存储
19、器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。/PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP:当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2:
20、来自反向振荡器的输出。3.2时钟电路晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的方波信号,可保证数字钟的走时准确及稳定.不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。如图2-1所示。图3-2 单片机时钟电路图3.3复位电路当上电时,电源对电容充电,对单片机复位,使单片机从00H开始执行程序。如下图2-3所示: 图3-3上电复位电路上电复位要求接通电源后,单片机自动实现复位操作。常用的上电复位如上图所示。上电瞬间RST引脚获得高电平,随着电容C1的充电,RST引脚的高电平将逐渐下降。3.4显示电路七段LED显示器的原理由于系统要显示的内容较简单,显示量不多,所以选用数码管既方便
21、又经济。LED有共阴极和共阳极两种。如图2-4所示。二极管的阴极连接在一起,通常此公共阴极接地,而共阳极则将发光二极管的阳极连接在一起,接入+5V的电压。一位显示器由8个发光二极管组成,其中7个发光二极管构成字型“8”的各个笔划(段)ag,另一个小数点为dp发光二极管。当在某段发光二极管施加一定的正向电压时,该段笔划即亮;不加电压则暗。图3-4 LED数码管结构原理图及实物图LED显示数码管通常由硬件7段译码集成电路,完成从数字到显示码的译码驱动。本系统采用软件译码,以减小体积,降低成本和功耗,软件译码的另一优势还在于比硬件译码有更大的灵活性。所谓软件译码,即由单片机软件完成从数字到显示码的转
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