电子信息科学与技术专业论文.doc
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1、电子与信息工程学院本 科 毕 业 论 文论文题目 基于单片机的时钟计时器 学生姓名 陶 虹 蛟 学 号 083621058 专 业 电子信息科学与技术 班 级 083621 指导教师 李 忠 明 2012年5月摘 要时钟是人类日常生活必不可少的工具,本设计从日常生活中常见的事物入手,通过对时钟计时器的设计,让我们认识到单片机已经深入到我们生活的每个领域,该设计不仅可以锻炼我们的动手能力,而且可以加深我们对单片机的认识和激发我们对未知科学领域的探索。 本文利用单片机实现数字时钟计时功能的主要内容,采用独立式按键进行时间调整,其中AT89C52是核心元件同时采用液晶显示器显示“时”,“分”,“秒”
2、的现代计时装置。与传统机械表相比,它具有走时精确,显示直观等特点。它的计时周期为24小时,显满刻度为“23时59分59秒”,另外具有校时功能。该系统同时具有硬件设计简单、工作稳定性高、价格低廉等优点。关键字: AT89S52; 液晶显示; 调时功能AbstractHuman Clock is an essential tool for everyday life, from the design of everyday things in common start, the clock timer through the design, let us recognize that SCM ha
3、s the depth to each area of our lives, not only the design Can exercise our practical ability, but can also deepen our understanding of the SCM and inspire us to explore the unknown field of science.Using MCU digital clock timing of the main contents of a stand-alone keys to time to adjust, while AT
4、89C52 is the core component of the LCD display hours ,points and seconds of modern timing devices. Compared with the traditional mechanical watches, it has a precise path that intuitive, and other characteristics. Its time for the 24-hour cycle, in full scale as 23:59:59, and a school function. The
5、system also has hardware design simple, high stability work, the advantages of low prices.KEY WORDS:AT89S52;LCD display;When the transfer function目 录1 引言11.1 研究背景11.2 研究意义11.3 设计研究方案12 系统硬件电路的设计32.1 方案论证32.2 时钟功能82.3功能按键82.4时钟计时器的硬件电路83 系统程序的设计133.1 主程序133.2 显示子程序133.3 定时器T0中断服务程序143.4 定时器T1中断服务程序15
6、3.5 调试功能程序164 系统调试174.1 硬件调试174.2 软件调试174.3 性能分析175 总 结196 致谢20参考文献21附 录231 引言1.1 研究背景时钟,自从它发明的那天起,就成为人类的朋友,但随着时间的推移,科学技术的不断发展,人们对时间计量的精度要求越来越高,应用越来越广。怎样让时钟更好的为人民服务,怎样让我们的老朋友焕发青春呢?这就要求人们不断设计出新型时钟。时钟作为现代社会应用广泛的计时工具,在航天、电子等科研单位,工厂、医院、学校等企事业单位,各种体育赛事及至我们每个人的日常生活中都发挥着重要的作用。 现今,高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器,由于电
7、子钟,石英表,石英钟都采用了石英技术,因此走时精度高,稳定性好,使用方便,不需要经常调校,数字式电子钟用集成电路计时时,译码代替机械式传动,用液晶显示器代替指针显示进而显示时间,减小了计时误差,这种表具有时,分,秒显示时间的功能,还可以进行时和分的校对,片选的灵活性好。本文利用单片机实现数字时钟计时功能的主要内容,采用独立式按键进行时间调整,其中AT89C52是核心元件同时采用数码管动态显示“时”,“分”,“秒”的现代计时装置。与传统机械表相比,它具有走时精确,显示直观等特点。它的计时周期为24小时,显满刻度为“23时59分59秒”,另外具有校时功能。该系统同时具有硬件设计简单、工作稳定性高、
8、价格低廉等优点。1.2 研究意义作为本设计核心元件的单片机自20世纪70年代问世以来,以其极高的性能价格比,受到人们的重视和关注,应用很广、发展很快。单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。由于具有上述优点,在我国,单片机已广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面,而52单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。随着单片机的不断发展其应用的不断扩展,它的作用也越来越重要,时钟是人类日常生活必不可少的工具,其制作也越来越简单,本设计从日常生活中常见的事物入手,通过对时钟计时器的设计,
9、让我们认识到单片机已经深入到我们生活的每个领域,该设计不仅可以锻炼我们的动手能力,而且可以加深我们对单片机的认识和激发我们对未知科学领域的探索。使的原本枯燥的学习变的更有趣味和更加形象。1.3 设计研究方案时钟计时器设计主要利用AT89S52单片机,采用AT89S52单片机最小化应用设计,液晶显示器输出。单片机的 P0.0P0.7口和P2.5P2.7作列扫描输出;P3.0,P3.1,P3.2与按键相接用于时间的校正及功能设置;为了提供液晶显示器的列扫描驱动电压,USB接口设备用作电源驱动输出;采用12MHZ晶振,以提高妙计时的精确性。在设计中,外部电源系统产生+5V电压,用于给CPU及显示电路
10、提供工作电压,这是数字时钟正常工作时的总电压。整个系统工作时,秒信号产生器是整个系统的时基信号,它直接决定计时系统的精度,将标准秒信号送入“秒计数器”,“秒计数器”采用60进制计数器,每累计60秒发出一个“分脉冲”信号,该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器,每累计60分钟,发出一个“时脉冲”信号,该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制计时器,可实现对一天24小时的累计。显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出,通过液晶显示器显示出来。校时电路是直接加一个脉冲信号到时计数器或者分计数器或者秒计数器来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整。2
11、 系统硬件电路的设计2.1 方案论证 对于单片机的选择,如果用8031系列,由于它没有内部RAM,系统又需要大量内存存储数据,因而不可用;51系列单片机的ROM为4K,对于我们设计的系统可能有点小;52系列单片机与51系列的结构一样,而ROM扩大为8K,对我们设计系统提供充足的空间进行功能的扩展。再有51系列单片机与52系列的单片机价格差不多。因此,我们选择52系列的单片机。单片机采用52系列单片机。由ATMEL公司生产的AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51 产品指令
12、和引脚完全兼容。在单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在线系统可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能: 8k字节Flash,256字节RAM,32 位I/O 口线,看门狗定时器,2 个数据指针,三个16 位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。而且,它还具有一个看门狗(WDT)定时/计数器,如果程序没有正常工
13、作,就会强制整个系统复位,还可以在程序陷入死循环的时候,让单片机复位而不用整个系统断电,从而保护你的硬件电路。AT89S52引脚图如下: 图1.0 AT89252单片机引脚图Vss-(20脚): 地线Vcc-(40脚): +5V电源XTAL1-(19脚): 当采用芯片内部时钟信号时,接外部晶振的一个引脚;当采用外部时钟信号时,此脚应接地。XTAL2-(18脚): 当采用芯片内部时钟信号时,接外部晶振的一个引脚;当采 用外部时钟信号时,外部信号由此脚输入。RST/Vp0-(9脚): 复位信号输入;Vcc掉电后,此脚可接上备用电源,在低功耗条件下保持内部RAM中的数据。ALE/PROG-(30脚)
14、:ALE即允许地址锁存信号输出,当单片机访问外部存储器时该脚的输出信号用于锁存P0的低8位地址,其输出的频率为时钟振荡频率的1/6。PROG为编程脉冲输入端,当选用8751单片机时,由此脚输入编程脉冲。/PSEN-(29脚): 访问外部程序存储器选通信号,低电平有效,用于实现外部程序存储器的读操作。/EA/Vpp-(31脚): EA为访问内部或外部程序存储器选择信号,EA=0,单片机只访问外部程序存储器,故对8031此脚只能接地;EA1,单片机访问内部程序存储器,固对8051和8751此脚应接高电平,但若程序指针PC值超过4KB(OFFFH)范围,单片机将自动访问外部程序存储器。P0口-(32
15、39脚):P0数据/地址复用总线端口。P1口-(18脚): P1静态通用端口。P2口-(2128脚):P2动态端口。P3口-(1017脚):P3双功能静态端口。除作I/O端口外,它还提供特殊的 第二功能,其具体含义为:P3.0-(10脚)RXD: 串行数据接收端。P3.1-(11脚)TXD: 串行数据发送端。P3.2-(12脚)INT0:外部中断0请求端,低电平有效。P3.3-(13脚)INT1:外部中断1请求端,低电平有效。P3.4-(14脚)T0: 定时器/计数器0计数输入端。P3.5-(15脚)T1: 定时器/计数器1计数输入端。P3.6-(16脚)WR: 外部数据存储器写选通,低电平有
16、效。P3.7-(17脚)RD: 外部数据存储器读选通,低电平有效。显示系统的方案比较:方案1:用数码管或LED显示。 方案2:用液晶1602显示。时钟和温度的显示可以用数码管或LED,而且价格便宜。但是数码管的只能显示简单的设计的系统,与我们设计要求也不相符。有很多东西需要显示,还是用显示功能更好的液晶显示器比较好,它能显示更多的数据,首选1602。因此我们选择方案二。字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式 LCD,分为4位和8位数据传输方式,提供57点阵光标和510点阵光标的显示模式。字符型液晶显示模块还有显示数据缓冲区DDRAM,字符发生器CGROM和字符发生器CGR
17、AM。1602液晶显示就是一种字符型液晶显示模块。下面介绍他的主要技术参数,引脚说明和指令功能以及字符代码与字符图形对应关系。1. 主要技术参数如表2 显示容量162个字符工作电压4.55.5V工作电流2.0mA最佳工作电压5.0V字符尺寸2.954.35(WH)mm 表2 主要技术参数2. 引脚说明 1602LCD 采用标准的 14 脚(无背光)或 16 脚(带背光)接口,各引脚接口说明如下 第 1 脚:VSS 为地电源。 第 2 脚:VDD 接 5V 正电源。 第 3 脚:VL 为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地时对比度最高,对比度过高时会产生“鬼影”,使用时可以通过一个
18、 10K 的电位器调整对比度。 第 4 脚:RS 为寄存器选择,高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第 5 脚:R/W 为读写信号线,高电平时进行读操作,低电平时进行写操作。当 RS和 R/W 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址,当 RS 为低电平 R/W 为高电平时可以读忙信号,当 RS 为高电平 R/W 为低电平时可以写入数据。 第 6 脚:E 端为使能端,当 E 端由高电平跳变成低电平时,液晶模块执行命令。 第 714 脚:D0D7 为 8 位双向数据线。 第 15 脚:背光源正极。 第 16 脚:背光源负极。 3指令功能表如表31602 液晶模块内部的控制器共有 11
19、 条控制指令指令主要功能RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标复位000000001*3设定输入模式00000001I/DS4开关控制的显示方式0000000DBC5光标或画面滚动000001S/CR/L*6数据和字符的工作模式00001DLNF*7设置字符发生器的地址0001字符发生器的地址CGRAM8设置数据存储器的地址001数据存储器地址DDRAM9忙标志位和数据指针01BF数据指针10写数据10需读的数据11读数据11需写的数据 表3 指令功能表 在表3中,I/D表示光标移动方向。I/D=1,光标右移,即当读或写入一个字符后,地址指针加1;I/D=
20、0,光标左移,即当读或写入一个字符后,地址指针减一。当S=1(I/D=1),在写一个字符时,整屏显示左移;或右移(I/D=0),以得到光标不移动而屏幕移动的效果。S=0,当写一个字符时,整屏的显示都不移动,即无效。D是控制整体显示的开与关。D=1,表示开显示;D=0,表示关显示。C是控制光标的开与关。C=1,表示有光标;C=0,表示无光标。B是控制光标是否闪烁。B=1,表示光标闪烁;B=0,表示光标不闪烁。4. 字符代码与字符图形对应关系如表4 表4 字符代码与字符图形对应关系键盘控制方案选择:方案1:购买集成键盘,采用矩阵形式连接。方案2:购买单个复位开关做成键盘。虽然集成键盘美观,与单片机
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