机电一体化毕业设计(论文)基于AT89C51单片机的数字时钟设计.doc
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1、基于AT89C51的数字时钟设计 绪论毕业设计(论文)基于AT89C51的数字时钟设计班 级: 机电711班 专 业: 机电一体化 所 在 系: 机电工程系 指导老师: 完成时间 2009 年12月 1日至 2009 年 12月 30日摘 要本设计采用AT89C51单片机为核心器件。具有电子钟显示,时间调整,闹铃定时,以及彩灯控制等功能。此数字钟是一个将“时”、“分”、“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。根据60秒为一分、60分为1小时的计数周期,构成秒、分、时的计数,实现计时的功能。而且能显示清晰、直观的数字符号。针对数字钟会产生误差的现象,就设计有校准事件的功能。关键字:电子钟;万年历;电
2、子时钟闹铃 Abstract This design uses at89C51 monolithic integrated circuit for the core component. Has the electron clock to demonstrate, time adjustment, alarum fixed time, as well as functions and so on colored lantern control. This digital clock will be one “when”, “the minute”, “the second” will demo
3、nstrate Yu Ren the visual organs timing unit. According to 60 seconds is one point, 60 divides into 1 hour count cycle, the constitution second, divides, the time counting, realizes the time function. Moreover candemonstrate clearly, the direct-viewing numeric character. Can have errors phenomenon i
4、n view of the digital clock, the design has the calibration eventsKey words: electronic bell; calendar; electronic alarm clock目录1 第一章绪论5第一章 绪 论 31.1 设计背景 31.2 设计来源 31.3 AT89C51在本设计中的应用 4第二章 系统概述 52.1比较论证 52.2主要功能 52.3 AT89C51简介 62.3.1主要特性: 62.3.2管脚说明: 6第三章 系统硬件设计 93.1 系统简介 93.2 单片机最小系统电路设计 93.3 电源电路
5、设计 113.4LED数码管电路设计 123.5 按键电路设计 123.6 彩灯电路设计 13第四章 系统软件设计 154.1 程序设计流程图 154.2 中断子程序流程图 164.3 按键子程序流程图 174.4 彩灯子程序流程图 18第五章 系统的仿真测试 195.1模拟仿真软件测试 195.2性能指标数据结论 205.2.1时间显示 205.2.2时间调整 21结 束 语 22参考文献 23附 录 24附录1: 24附录2: 241第一章 绪 论1.1 设计背景单片机是20世纪70年代中期发展起来的一种大规模集成电路器件。它在一块硅芯片内集成了各种计算机功能部件,构成一种单片式的微型计算
6、机。20世纪80年代以来,随着国际上单片机迅速发展,其应用不断深入,新技术层出不穷。也因为其体积小,功能强,成本地,尤其是随着CMOS工艺的发展,耗电也大大低于其它相似的电子产品,被广泛应用于智能产品和工业控制之中。其中最著名的生产商就是INTEL公司,其开发的51系列单片机是目前市场上最典型和最有代表性的一种,也是国内市场用的最多的单片机。1在其之后,世界上许多著名的半导体厂商相继生产和这个系列兼容的单片机,这就使得其产品型号不断地增加,品种不断丰富,功能不断增强。在国内外单片机应用中占有非常重要的地位。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROMFalsh Pro
7、grammable and Erasable Read Only Memory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。1.2 设计来源现在是一个知识爆炸的新时代。新产品
8、、新技术层出不穷,电子技术的发展更是日新月异。可以毫不夸张的说,电子技术的应用无处不在,电子技术正在不断地改变我们的生活,改变着我们的世界。在这快速发展的年代,时间对人们来说是越来越宝贵,在快节奏的生活时,人们往往忘记了时间,一旦遇到重要的事情而忘记了时间,这将会带来很大的损失。因此我们需要一个定时系统来提醒这些忙碌的人。数字化的钟表给人们带来了极大的方便。近些年,随着科技的发展和社会的进步,人们对数字钟的要求也越来越高,传统的时钟已不能满足人们的需求。多功能数字钟不管在性能还是在样式上都发生了质的变化,有电子闹钟、数字闹钟等等。单片机在多功能数字钟中的应用已是非常普遍的,人们对数字钟的功能及
9、工作顺序都非常熟悉。但是却很少知道它的内部结构以及工作原理。2由单片机作为数字钟的核心控制器,可以通过它的时钟信号进行计时实现计时功能,将其时间数据经单片机输出,利用显示器显示出来。通过键盘可以进行定时、校时功能。输出设备显示器可以用液晶显示技术和数码管显示技术。1.3 AT89C51在本设计中的应用 AT89C2051单片机控制的数字钟的硬件结构与软件设计,给出了汇编语言源程序。此数字钟是一个将“时”、“分”、“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时,显示满刻度为24时00分00秒,另外应有校时功能。电路由时钟脉冲发生器、时钟计数器、译码驱动电路和数字显示电路以及时间调整电
10、路组成。用晶体振荡器产生时间标准信号,这里采用石英晶体振荡器。根据60秒为1分、60分为1小时、24小时为1天的计数周期,分别组成两个60进制(秒、分)、一个24进制(时)的计数器。构成秒、分、时的计数,实现计时的功能。显示器件选用LED七段数码管。在译码显示电路输出的驱动下,显示出清晰、直观的数字符号。针对数字钟会产生走时误差的现象,在电路中就设计有有校准时间功能的电路。3第二章系统概述2.1比较论证本设计电子钟,其功能以单片机控制时钟显示,并且能调整时间参数,有定时时间闹钟提示,能够彩灯控制发光二极管的各种花样,通过模拟仿真以及电路调试与测试,可采用以上两种不同的系统方案。4方案一:采用数
11、字电路中的加法器和减法器,555集成电路作为时钟脉冲信号,CD4017作为彩灯控制芯片,用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置,与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性,且无机械装置,具有更长的使用寿命,因此得到了广泛的使用数字电路设计电子钟,从原理上讲是一种典型的数字电路,其中包括了组合逻辑电路和时序电路。设计数字电子钟是为了了解数字电子钟的原理,而且通过数字电子钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法。且由于数字电路包括组合逻辑电路和时序电路。通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。数字电子钟有下几部分组成:石英晶体振荡器、分频器
12、、秒脉冲发生器、校正电路、60进制的秒、分计时器和24进制计时计数器以及秒、分、时的译码显示部分等。方案二:采用单片机程序设计,该系统单片机最小系统,也是日常生活中常见的万年历一个小模块化,功能虽然没有那么多,但是可以在显示,按键,闹钟,彩灯的基础上扩展年月日以及LCD的显示,和继电器弱电对强电的控制,我们采用的是当前最流行的AT89系列单片机,单片机的集成度很高,他将微型计算机的主要部件都集成在一块芯片上,具有下列特点:1 . 体积小、重量轻、价格便宜、耗电少。1 . 根据工程环境要求设计,且许多功能部件集成在芯片内部,其信号通道受外界影响小,故可靠性高,抗干扰性能优于采用一般的CPU 。1
13、 . 控制功能强,运行速度快。其结构组成与指令系统都着重满足工控要求,又极丰富的条件分支指令,有很强的位处理功能和I/O口逻辑作功能。1 . 片内存储器的容量不可能很大;引脚也嫌少,I/O引脚常不够用,且兼第二功能,第三功能但存储器和I/O口都易于扩展。52.2主要功能 用单片及制作数字钟是单片机的一个典型应用。通过设计制作一个多功能数字钟,我们可以充分了解单片机的工作原理,学会如何用单片机实现数据的处理,设备的控制等。制作一个数字中虽然简单,但它涉及到的内容却很广泛,在本设计中,我们用到了键盘控制,需要加接键盘;用到了定时中断功能和电平触发外部中断功能;6用到了显示模块,显示时间;另外还涉及
14、单个口的作。另外单片机工作还需要软件支持,所以程序的编写,调试也是制作数字钟的一个重要的方面出于实验室条件和经济条件的影响,作者没有在数字钟上加上过多的功能,不过也实现了数字时钟的基本功能,如计时功能、整点报时功能,闹铃功能,调时功能和秒表功能等,由于它功能强,资源容易大,价格便宜,稳定性好,因此本设计采用些方案。2.3 AT89C51简介2.3.1主要特性:与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命:1000写/擦循环数据保留时间:10年全静态工作:0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源 可编程串行通道低功耗的闲
15、置和掉电模式片内振荡器和时钟电路2.3.2管脚说明:VCC:供电电压。 GND:接地。 P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时,P0 口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。 P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。7在FLASH
16、编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。 P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 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
17、4个TTL门电流。当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,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(ILL)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(记时器0外部输入)P3.5 T1(记时器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R
18、ST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG:当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时, ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外,该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。 /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
19、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:来自反向振荡器的输出。第三章 系统硬件设计3.1 系统简介本系统硬件结构由电源电路提供5V电源,单片机控制,按键输入,数码管时钟显示,彩灯控制,闹钟提示等部分组
20、成。该系统由按键输入、单片机控制模块、显示电路模块、流水灯控制电路、闹钟定时电路等构成。根据各模块电路实现的功能及所达到的要求,通过电路分析总出几种不同的方案。8通过键盘输入到达单片机,然后单片机运行和处理输入的指令,从而实现时间调整,数码管显示以及彩灯显示。数码管显示事为了更好的更直观的看到运行结果,以便进行更改,彩灯显示只是为了增加客观性,给人一种快乐的心情来进行试验。L E D显 示键盘 输 入时间 调 整单 片机彩灯 控 制图 3.1 模块方框图3.2 单片机最小系统电路设计 P0口作为数码管数据传送端口,目的是把输入的数据显示出来,能够更直观的看到效果,P2.0一P2.3是数码管的位
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