《单片机技术》课程设计基于单片机的电子钟的设计.doc
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1、湖南工学院 单片机技术课程设计说明书课题名称: 基于单片机的电子钟的设计专业名称: 自动化 学生班级: 0402班 学生姓名: 学 生 学 号: 46040222 指 导 教 师: 湖南工学院课程设计任务书课 程: 单片机技术 课程设计题目: 基于单片机的电子钟的设计 基于单片机的频率计的设计 适 用 班 级: 自本04010403 时 间: 20072008学年第一学期 指 导 教 师: 单片机技术课程设计任务书一、设计题目:基于单片机的电子钟的设计二、适用班级:自本04010403三、指导教师:王韧四、任务与要求:1、本课题任务如下:(1)、基于单片机的电子钟的设计设计一个具有特定功能的电
2、子钟。该电子钟上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”, 进入时钟准备状态;第一次按电子钟启动/调整键,电子钟从0时0分0秒开始运行,进入时钟运行状态;再次按电子钟启动/调整键,则电子钟进入时钟调整状态,此时可利用各调整键调整时间,调整结束后可按启动/调整键再次进入时钟运行状态。(2)、基于单片机的频率计的设计设计一个能够测量矩形波信号的频率、周期、脉宽、占空比的频率计。该频率计上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”, 进入测量准备状态。按频率测量键则测量频率;按周期测量键则测量周期;按脉宽测量键则测量脉宽;按占空比测量键则测量占空比。2、本课题可选择设计方案如下:(1)、基于单片机
3、并行口的设计在AT89S52的P0口和P2口上外接LED数码管显示器,P0口作LED数码管显示器的段控口,P2口作LED数码管显示器的位控口,P1口外接四个按键A、B、C、D。(2)、基于单片机串行口的设计将AT89S52的串行口扩展成并行口,外接LED数码管显示器;P1口外接四个按键A、B、C、D。(3)、基于Intel 8279的设计利用Intel 8279芯片为AT89S52扩展并行口,通过Intel 8279外接LED数码管显示器和四个按键A、B、C、D构成的键盘。(4)、基于Intel 8155的设计利用Intel 8155芯片为AT89S52扩展并行口,通过Intel 8155外接
4、LED数码管显示器和四个按键A、B、C、D构成的键盘。(5)、基于Intel 8255的设计利用Intel 8255芯片为AT89S52扩展并行口,通过Intel 8255外接LED数码管显示器和四个按键A、B、C、D构成的键盘。3、本课题基本要求如下:(1)、基于单片机的电子钟的设计LED数码管显示器显示当前时间;四个按键的功能:A键用于电子钟启动/调整;B键用于调时,范围0-23,0为24点,每按一次时加1;C键用于调分,范围0-59,0 为60分,每按一次分加1;D键用于调秒, 范围0-59,0为60秒,每按一次秒加1;(2)、编程语言:汇编或C51;(3)、计算机打印单片机技术课程设计
5、说明书一份;(4)、设计时间:二周;(5)、实物制作或Proteus仿真;(6)、人员分组:一人一组或多人一组(不超4人)。五、单片机技术课程设计说明书正文主要内容参照“单片机技术课程设计说明书正文主要内容”文件。六、单片机技术课程设计说明书书写格式 参照“单片机技术课程设计说明书书写格式”文件。七、参考资料1、曹巧媛,单片机原理及应用M,北京:电子工业出版社,1997.7;2、赵秀珍,单永磊,单片微型计算机原理及其应用M,北京:中国水利水电出版社,2001.8;3、张毅刚,修林成,胡振江,MCS-51单片机应用设计M,哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1990.8;4、张洪润,兰清华,单片机应用
6、技术教程M,北京:清华大学出版社,1997.11;。5、李华,MCS-51系列单片机实用接口技术M,北京:北京航空航天大学出版社,1993.8;6、陈景初,单片机应用系统设计与实践M,北京:北京航空航天大学出版社;7、马忠梅,单片机的C语言Windows环境编程宝典M, 北京:北京航空航天大学出版社,2003.6; 8、李光飞,单片机C程序设计指导M,北京:北京航空航天大学出版社,2003.01 ;9、李光飞,单片机课程设计实例指导M,北京:北京航空航天大学出版社,2004.9。 电气自动化教研室 2007年9月10日 摘 要MCS-51单片机是Intel公司推出的世界上著名的高性能低功耗非易
7、失性存储器和数字集成电路的一流半导体,它的EEPROM 电可擦除技术、闪速存储器技术和质量、高可靠性的生产技术。在CMOS 器件生产领域中,Intel 的先进设计水平、优秀的生产工艺及封装技术一直处于世界的领先地位,这些技术用于单片机生产使单片机也具有优秀的品质、在结构、性能和功能等方面都有明显的优势。Intel公司的单片机是目前世界上一种独具特色而性能卓越的单片机。它在计算机外部设备、通讯设备、自动化工业控制、宇航设备、仪器仪表和各消费类产品中都有着广泛的应用前景。51系列单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。这次课程设计通过对它的学习,应用,从而达到学习、设计、开发软、硬的能力。
8、本设计通过对一个基于单片机的能实现调时功能功能的电子时钟的设计学习,详细介绍了单片机应用中的动态扫描显示原理,键盘扫描原理,单片机的定时中断原理。从而达到学习、了解单片机相关指令在各方面的应用。系统由AT89S51、时钟芯片、LED显示器、稳压电源等部分构成,能进行时、分、秒的显示。该电子钟上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”, 进入时钟准备状态;第一次按电子钟启动/调整键,电子钟从0时0分0秒开始运行,进入时钟运行状态;再次按电子钟启动/调整键,则电子钟进入时钟调整状态,此时可利用各调整键调整时间,调整结束后可按启动/调整键再次进入时钟运行状态。关键词 单片机,电子钟,独立式键盘,动
9、态扫描显示目 录第1章 系统设计要求1 1.1 设计任务1 1.2 系统框图及设计方案11.2.1 系统框图1 1.2.2 设计方案1第2章 电子钟工作原理22.1 电子钟原理图22.1 硬件设计原理22.1.1 AT89S52简介22.1.2 时钟电路原理42.1.3 复位电路原理42.1.4 键盘电路原理 52.1.5 驱动限流和显示电路 52.3 软件设计原理62.3.1 实现时钟计时的基本方法62.3.2 电子钟的时间显示方法72.3.2 按键识别方法7第3章 软件设计93.1 监控程序流程图93.2 键扫描子程序103.4 定时器1务子程序流程图113.4 键功能函数流程图123.5
10、 定时器0服务子程序流程图13第4章 系统调试144.1 硬件调试14 4.2 软件调试144.3 误差现象 、分析及对策154.3.1 误差现象154.3.2 误差分析154.3.3 误差对策16第5章使用说明17第6章 单片机技术课程教学建议18结束语19参考文献20致谢21附录22 附录一元器件清单22 附录二程序清单23附录三电子钟原理图29第1章 系统设计要求1.1 设计任务(1)、 LED数码管显示器显示当前时间;(2)、 该电子钟上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”, 进入时钟准备状态;(3)、 四个按键的功能:A键用于电子钟启动/调整;B键用于调秒,范围0-59,0为6
11、0秒,每按一次秒加1;C键用于调分,范围0-59,0 为60分,每按一次分加1;D键用于调时, 范围0-23,0为24时,每按一次时加1。 1.2 系统框图及设计方案1.2.1 系统框图 1.2.2 设计方案本设计采用单片机控制技术方案,使用本方案能满足课程设计要求。本方案设计的电子钟采用单片机(AT89S51)作为主控制器,利用单片机内部定时器中断累计计时,通过数码管动态扫描显示时间,采用独立式键盘对电子钟进行调整,经运用C语言编译程序,在Pretues仿真软件上观察设计结果。第2章 电子钟工作原理2.1 电子钟原理图该电子钟是以单片机AT89S51为核心来完成的,在硬件电路中采用P0口作为
12、8位一体共阴LED数码管的段驱动接口, 8位一体共阴LED数码管的位选线分别由相应的P2. 0P2. 7控制, 同时在数码管和P0口之间加入了驱动芯片74LS244和限流电阻。在电路中还设有四个按键A、B、C和D进行启动/停止、调秒、调分、调时,分别与单片机的P1. 0、P1. 1、P1. 2、P1.3口相连接。电子钟原理图见附录三。2.2 硬件设计原理2.2.1 AT89S51简介本设计中采用了AT89S51芯片,它是一种低功耗、高性能的CMOS8位单片机,带有4K Flash 可编程和擦除的只读存储器(EPROM),该器件采用ATMEL的高密度非易失性存储器技术制造,与工业上标准的80C5
13、1和82C52的指令系统及引脚兼容,片内Flash 集成在一个芯片上,可用与解决复杂的问题,且成本较低。AT89S51提供了4K字节Flash ,128字节RAM,32线I/O口,2个16位定时器/计数器,5向量两极中断,一个双工串行口,片内根据振荡器和始终电路等标准功能。图2-1为AT89S51芯片的结构框图。AT89S51芯片的管脚、引线与功能如下: (1)、引脚信号介绍:P0.0P0.7:P0口8位双向口线P1.0P1.7:P1口8位双向口线P2.0P2.7:P2口8位双向口线P3.0P3.7:P3口8位双向口线(2)、/Vpp:访问外部程序存储器控制信号(3)、 ALE地址锁存控制信号
14、: ALE是以晶振六分之一的固定频率输出的正脉冲,因此可作为外部时钟或外部定时脉冲作用。(4)、 外部程序存储器读选取通信号:在读外部ROM时有效(低电平),以实现外部ROM单元的读操作。(5)、VCC:电源;GND:地线;RST:复位端,当振荡器工作时,此引脚上出现两个机器周期的高电平将系统复位。(6)、 P0口:是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口,每个引脚可吸入8个TTL输入。当把“1”写入P0口的引脚时可作为高阻输入。当访问外部程序存储器和数据存储器时,P0口也可作复用的地址/数据总线。在此状态下,P0口有内部上拉电路。P0口也在Flash 编程时,接收代码字节,而在程序校验时
15、,输出代码字节。在程序校验期间,需要外部上拉电路。(7)、 P1口、P2口、P3口:是一个具有内部上拉电路的8位双向I/O口。P1口的输出缓冲器能够吸入/放出4个TTL输入。当对P1口的引脚写“1”时,它被内部上拉电路拉高,并能作输入使用,作为输入时,由于上拉电路的作用,由外部拉低的P1口引脚将放出电流(IIL)。P0口在Flash编程和校验期间,接收低8位地址。当访问外部程序存储器及使用16位地址的是数据存储器(MOVXDPTR)时,P2口输出高8位地址。这种情况下,当不置“1”时,P2口使用强大的内部上拉电路。当访问使用8位地址的外部存储器(MOVXRI)时,P2口输出P2口锁存器的内容。
16、在Flash编程及检验期间,P3口也接收某些控制信号。P3口也提供AT89S51各种专用功能见表2.1.1。(8) XTAL1:振荡器反向放大器输入端和内部时钟发生器的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器输出端。引脚替代的专用功能P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2(外部中断0)P3.3(外部中断1)P3.4T0(定时器0的外部输入)P3.5T1(定时器1的外部输入)P3.6(外部数据存储器写选通)P3.7(外部数据存储器读选通) 表2.1.1 AT89S51的P3口各种专用功能表2.2.2 时钟电路原理MCS51内部有一个高增益反相放大器,其输入引脚为芯片引脚XT
17、AL1,其输出引脚为芯片引脚XTAL2,在芯片的外部通过这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容,形成反馈电路,这样就构成了一个稳定的自激振荡器。振荡电路产生的振荡脉冲并不直接使用,经二分频后为系统的时钟信号。在二分频的基础上再三分频产生ALE信号,在二分频的基础上六分频得到机器周期信号。时钟电路见图2-2。2.2.3 复位电路原理本设计采用按键电平复位方式,利用 RC微分电路产生的正脉冲实现,RST引脚是复位信号的输入端,复位信号是高电平有效,其有效时间应持续24个振荡脉冲周期,即2个机器周期以上。复位电路见图2-3。2.2.4 键盘电路原理通过上拉电阻使AT89S51与键盘相连引脚为高电平,当按
18、键按下时,使引脚变为低电平 。键盘电路见图2-4。电子钟设置4个按键通过程序控制来完成电子钟的启、停及时间调整。A键控制电子钟的启动/停止; B键调整秒;C键调整分;D键调整时。2.2.5 驱动限流和显示原理74LS244用于字型驱动,它具有200mA的输出电流能力,发光二级管正常工作时,其两端正向压降约为1.6v,正向电流约为10mA,假如8个发光二级管都点亮,则共有80mA电流从阳极流出(因为是动态扫描,所以8位数码管任何时刻都只有一位工作), 74LS244完全有能力接受80mA的灌入电流。由于P0口输出驱动电路工作处于开漏状态,它的驱动能力强,故只需外接上拉电阻便可以把LED数码管点亮
19、。因为共阴的LED数码管它的驱动电流是分开的,在单片机进行动态扫描的时候不会影响彼此的电流,故该电路中的8位一体LED数码管用共阴极的数码管。在8位一体LED显示时,为了简化电路降低成本, 8个LED显示器共用一个8位的I/O,P2口为八位一体LED共阴数码管位驱动接口。2.3 软件设计原理2.3.1 实现时钟计时的基本方法16位的定时/计数器分别由两个8位专用寄存器组成,即:T0由TH0和TL0构成;T1由TH1和TL1构成。其访问地址依次为8AH-8DH。每个寄存器均可单独访问。这些寄存器是用于存放定时或计数初值的。此外,其内部还有一个8位的定时器方式寄存器TMOD和一个8位的定时控制寄存
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