应用电子毕业设计(论文)基于单片机控制的数字钟.doc
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1、扬 州 市 职 业 大 学毕 业 设 计(论 文)设计(论文)题目:基于单片机控制的数字钟 系 别: 电子工程系 专 业: 应用电子 班 级: 08电子(2) 1姓 名: 1学 号: 指导教师: 完成时间: 11年4月30日 目 录摘要2第1章 绪论31.1课题简介3 1.2系统功能要求3第2章 方案设计4 第3章 硬件设计63.1 最小系统设计7 3.2 时间调整电路设计103.3 显示电路设计113.4整点报时电路设计123.5电路相关参数的计算12第4章 软件设计144.1主程序设计144.2显示子程序设计154.3定时器中断服务子程序设计15第5章 检测与调试17 5.1硬件调试17
2、5.2软件调试17总结 19附录21参考文献32基于单片机控制的数字钟 摘要: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,单片机的应用正在不断地走向深入,由于它具有功能强,体积小,功耗低,价格便宜,工作可靠,使用方便等特点,因此特别适合于与控制有关的系统,越来越广泛地应用于自动控制,智能化仪器,仪表,数据采集,军工产品以及家用电器等各个领域,单片机往往是作为一个核心部件来使用,在根据具体硬件结构,以及针对具体应用对象特点的软件结合,以作完善。本次毕业设计中做的数字钟是以单片机(AT89C51)为核心,结合相关的元器件(LED数码显示器、时钟芯片等功能模块),再配以相应的软件。其硬件
3、电路设计主要包括中央处理单元电路、时钟电路、信号处理电路等几部分组成。数字钟是采用数字电路实现时、分、秒数字显示的计时装置,广泛应用于个人家庭,车站,码头等公共场所,成为人们日常生活中不可缺少的必需品。在本次的毕业设计中,实现以单片机为核心,由LED数码管显示时、分、秒的数字钟,并具有按键修改时钟参数和闹铃的功能。关键字:单片机;数字钟;AT89C51;按键修改;闹铃第1章 绪 论1.1 课题简介该产品介绍一个采用AT89C51单片机芯片制作的“数码显示电子钟”,该LED数码管时钟电路采用24小时计时方式,时、分、秒用六位数码管显示。该电路采用AT89C51单片机,结合相关的元器件,具有电路简
4、单、制作容易、设置方便、使用灵活等优点。1.2 系统功能要求1.本电路采用的内部振荡器方式,晶体振荡器频率为6MHZ,具有较高的频率稳定性,且延时采用数字计数的方式进行,因而对时间的控制、精度较高,可有效地控制时间不准、不可靠的问题出现。2.初始加电时,显示初始状态,本电路的6位数码显示管将自动显示出程序默认的时间,只要不进行新的时间设置,数码管将从初始状态起计时。本程序的初始状态设为00:00:00。3.本电路允许用户随时通过调时按键自行输入设置新的时间参数,其范围可在1S-24H之间任意调试,使用户可以根据自身的需要来进行不同的时间设置。4.当调时进行完毕后,数码管显示将根据程序的要求自动
5、加1S,秒位累计到60S,向分位进1,分位累计到60分,向时位进1,当时位累计到23,且秒位为59秒,分位为59分时,时位、分位、秒位自动归零,即24小时(一天)结束,进入下一工作日计时。5.本电路的外接电源可用5V直流电池电源,亦可将交流电压转变为直流电,简单方便。使用中应谨慎,避免硬件设施被烧坏。6.在进行时间参数设置和整个显示过程中,系统采用6位数码管做“时位、分位、秒位”计时显示(省电模式下除外),直观、准确。第2章 方案设计随着社会科技文化的发展,电子、电脑技术的不断提高,许多电路都有了不同的设计方案及连接方法。相同的产品用不同的系统也能用不同的原理去制成。数字钟作为一个普通的生活用
6、品,有多种不同的制作方案。虽然数字钟比较简单,但作为我初次实验设计方案,对于我们初学者来说还是很有帮助的。在制作数字钟电路时,我选择了二种使用设计方案。第一种主要是用JK触发器制作的。第二种是用上述所说的单片机(AT89C51)制作的。方案一:用数字电路设计。数字电路设计的可分模块组建,一个模块一个功能看起来易于理解,也由于这个原因使得在设计数字钟时所用到的元器件较多。如下图所示:24进制时计数器60进制分计数器60进制秒计数器JKJK1KHZ脉冲源10分频器10分频器Q1 10分频器 图2-1 用数字电路设计的数字钟第一种方案的设计思路:首先,应有一种秒脉冲产生器,由石英体振荡器产生的基准信
7、号,经过整形和分频获得。秒脉冲经过秒计数器(60进制)可以累计秒脉冲数,而秒计数器输出的分脉冲计数器(60进制)累计分钟数。同样,分计数器输出的脉冲经计数器(24进制)可累计时分数。这些时分秒计数通过数码管显示。方案二:用单片机设计。单片机设计分为硬件设计和软件设计,清晰明了。一个元件有几个功能。硬件上有不足处可在软件上解决,软件上不能完成的功能又可在硬件解决。使用方便,软硬件的可变化性很大,方法也很多。同时它也具有如下的优点:(1)可靠性高 (2)性能价格比高 (3)操作简便 (4)电路简单两种电路方案相比较之下,前者的方案虽然价格不是很贵,也比较实用、精确。但其电子元件相对多了很多(例如仅
8、是触发器就有13个之多)。使得电路的焊接就显得非常困难。在短期的实践中就会显得比较仓促。更重要的一点就是当今社会的发展趋势是更趋向于高度的集成化。所以我选择了后者,即单片机控制数码管显示电路。这个方案不仅电路简单,也更符合发展的趋势,将高度的集成化融入实践中,更具实际意义。第3章 硬件设计硬件框图CPU8051复位电路按键闪烁和加1蜂鸣器时间显示图3-1 硬件框图 图3-2 电路原理图CPU是单片机内部的核心部件,它决定了单片机的主要功能特性。它由运算部件和控制部件两大部分组成。其中包括振荡电路和时钟电路,主要完成单片机的运算和控制控制功能;3.1 最小系统设计最小系统主要由6MHZ晶振、2个
9、30PF和1个10UF的电容,1个200, 1个10K电阻和开关组成。它的功能是使单片机能方便的与各种扩展芯片连接。只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可。同时EA接高电平ALE、PSEN信号系统不用,系统就可以工作。3.1.1 AT89C51性能介绍由于AT89系列单片机所有的CPU核心均为8051技术,下面来介绍AT89系列单片机的性能和结构如图(四)所示。 图3-3 AT89C51引脚AT89C51单片机的封装形式有双列直插封装(PDIP)方式对其引脚的主要功能简要说明如下:1)主电源引脚(1)VCC:电源端。(2)GND:接地端。2)外接晶体引脚XTAL1和XTAL2(1)XTAL1:
10、接外部晶体一个引脚。(2)XTAL2:接外部晶体管的另一个引脚。3)控制信号引脚(1)ALE/PROG:地址锁存允许/编程信号端。当访问片外存储器时,该引脚信号为地址锁存信号ALE。ALE的输出用于锁存地址的低8位字节。即使不访问片外存储器,ALE端仍以不变的频率(此频率为振荡器频率的确良1/6)周期性地出现正脉冲信号。因此,ALE也可用作对外输出时钟,或用于定时等目的。(2)/PSEN:外部程序存储器读选通信号。当单片机访问外部程序存储器时(取指令或常数),每个机器周期PSEN两次有效(即输出2个脉冲)。当访问外部数据存储器时,将不出现PSEN信号。(3)EA/Vpp:外部程序存储器访问允许
11、/编程电压输入端。要使CPU只访问外部程序存储器(地址范围为0000HFFFFH),则EA端必须保持低电平(接地)。 当EA端保持高电平(接Vcc端)时,CPU则执行内部程序存储器中的程序。(4)RST:复位信号输入端。当振荡器运行时,若在该引脚上出现两个机器周期的高电平信号,将使单片机复位。4)输入/输出引脚(I/O口线) (1)P0端口(P0.0P0.7):P0口是一个8位漏极开路型双向I/O端口。 (2)P1端口(P1.0P1.7):P1口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。 (3)P2端口(P2.0P2.7):P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2口的输出缓冲器
12、可驱动(吸收或输出电流方式)4个LSTTL负载。 (4)P3端口(P3.0P3.7):P3口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3口的输出缓冲器可驱动(吸收或输出电流方式)4个LSTTL负载。在AT89C51中,P3端口可作一般的通用I/O使用,也可用于一些复用功能。复用功能如下表P3各端口的复用功能表P3口复用功能P3.0口RXD串行输入口P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7TXDINT0INT1T0T1WRRD串行输出口外部中断0输入端外部中断1输入端定时/计数器0的外部输入端定时/计数器1的部输入端外部数据存储器写选通外部数据存储器读选通3.1.2 复位电路:
13、与AT89C51的RESET 脚相连,复位电路如图:图3-4 复位电路AT89C51单片机复位是使CPU和系统中其他功能部件都处在一个确定的初始状态,无论在单片机刚开始接上电源时,还是断电后或者发生故障后都要考虑。单片机的复位条件是RST引脚加上持续两个机器周期(即24个振荡周期)的高电平,单片机常见的复位电路如图(五)所示。单片机的RST引脚为主机提供一个外部复位信号输入端口。复位以后,单片机内各部件恢复到初始状态,单片机从ROM的0000H开始执行程序。单片机的复位方式有上电复位和手动复位两种,上电复位要求接通电源后,单片机自动实现复位操作。上电瞬间RESET引脚获得高电平,随着电容的充电
14、,RERST引脚的高电平将逐渐下降。RERST引脚的高电平只要能保持足够的时间(2个机器周期),单片机就可以进行复位操作。上电与按键均有效的复位电路不仅在上电时可以自动复位,而且在单片机运行期间,利用按键也可以完成复位操作。所以本设计选用第二种上电复位与按键均有效的复位电路,即手动复位电路。在图3-4中,R1=10K,R2=200,C3=10uf。RST按键可以选择专门的复位按键,也可以选择轻触开关。3.1.3 时钟电路:由6MHz的晶振和两个30PF的电容接AT89C51的X1X2构成,保证系统正常工作。图3-5 时钟电路时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号,而时序所研究的是指令执行中
15、各信号之间的相互关系。单片机本身就如一个复杂的同步时序电路,为了保证同步工作方式的实现,电路应在唯一的时钟信号控制下严格地作。AT89C51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器,引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输出端和输入端。这个放大器与片外石英晶体和陶瓷谐振器一起构成了一个自激振荡器,如图3-5所示。一般情况下电容C1和C2取30PF左右,晶体的振荡频率范围是1.212MHZ。晶体振荡频率越高,则系统的时钟频率越高,单片机运行速度也越快。一般情况下,单片机使用的振荡频率为6MHZ或者说12MHZ。在任何情况下,振荡器时钟驱动内部时钟发生器向主机提供时钟信号。时钟发生器是个2分
16、频触发器,它向芯片提供一个两相的时钟信号。单片机工作的时间基准是由时钟电路提供的。在单片机的XTAL1和XTAL2两个引脚间,接一只晶振及两只电容就构成了单片机的时钟电路,在图3-5中,XTAL1和XTAL2脚接到6MHz的晶体振荡器上,与两个30pf的电容并联,并接低电平。电容对振荡频率有微调作用。3.2 时间调整电路设计按键电路是由开关S1,S2,上拉电阻R1=R2=10K,接在P3.2,P3.3口上,两个按键分别是加一和闪烁功能。当对时间进行调整时,当LED数码管对应的显示时、分、秒的位闪烁时,可按键S2,对时间进行调整。图3-6 时间调整电路3.3 显示电路设计数码显示运用了LED数码
17、管。LED数码显示器就是由发光二极管组合而成的1种新型显示器件,在单片机系统中应用非常普遍。在设计中我运用了共阳极法,当阴极端输入低电平时,断发光二极管就导通点亮,输入高电平不点亮,并运用了动态显示,逐个循环点亮数码管。LED数码管显示电路:段码输出是由8个510欧姆的限流电阻,6个LED共阳极的数码管,通过P0口输出的。位码控制是由6个4.7K的电阻,6个PNP(8550)极,通过P2口的P2.0,P2.1,P2.2,P2.3,P2.4,P2.5来控制的。图3-7 显示电路LED采用共阳极连接方式,公共端接+5V电源,8个口分别和AT89C51的P0口对应的8个引脚相连。3.4 整点报时电路
18、设计电路图如下图3-8 整点报时电路本次设计中使用到一个蜂鸣器,当数码管显示到整点的时候蜂鸣器会进行整点报时,会发出“滴”的响声。3.5 相关电路参数的计算3.5.1 LED数码管与P0口之间的电阻选择:由于LED数码管是由七段发光二极管组成。发光二极管发光时的压降为1.8V,发光电流位312mA, 5V-1.8V=3.2V,可取电阻为510,则电流就为3.2V510,得到约为6.3mA,则电阻上的阻值应取位510。3.5.2 PNP三极管与P2口之间的电阻选择:假设LED数码显示器八段全亮,则集电极电流Ics为80mA.基极与发射极之间的电压为0.7伏,则基极电流Ib=U/R即为(5-0.7
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