[信息与通信]基于单片机的闹钟提醒器练达设计.doc
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1、景德镇高等专科学校 毕 业 论 文 选题题目: 单片机的闹钟提醒 指导老师: 邵娟 所属院系: 机电系 专 业: 通信技术 姓 名: 练达 研究方向: 电子技术 选题时间: 2010年11月10 一、设计方案选定1.1 前言:单片计算机即单片微型计算机,(Single-Chip Microcomputer)。是集CPU ,RAM ,ROM,定时,计数和多种接口于一体的微控制器。他体积小,成本低,功能强,广泛应用于智能产品和工业自动化上。而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。这次毕业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。基于单片机的定时和控制装置在许多行业
2、有着广泛的应用。而数字定时闹钟是其中最基本,也是最有代表性的一个实例。数字定时闹钟的设计方法有许多种,例如,可以用中小规模集成电路组成数字定时闹钟,也可以利用专用的时钟芯片配以显示电路及其所需要的外围电路组成数字定时闹钟,还可以利用单片机来实现数字定时闹钟。这些方法都各有其特点,其中,利用单片机来实现数字定时闹钟具有编程灵活、精度高等特点,便于数字定时闹钟功能的扩充,同时还可以用该数字定时闹钟发出各种控制信号1.2 实验目的:1、熟悉集成电路的引脚安排。2、掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。3、充分认识单片机设计。4、了解数字钟的组成及工作原理。5、提高同学们的动手能力和编程技巧。1.3总体设计
3、要求1、基本要求:(1) 显示准确的北京时间(时、分、秒),可用24小时制式;(2) 随时可以调校时间。(3)闹铃功能 2、自由发挥部分: (1)秒表功能(2)增加公历日期显示功能(年、月、日),年号只显示最后两位;(3) 随时可以调校年、月、日;(4) 允许通过转换功能键转换显示时间或日期。1.4 方案选定:思路:基于单片机的数字定时闹钟在设计时需要解决三个方面的主要问题:一是LCD显示模块的驱动和编程,二是有关单片机中定时器的使用,三是如何利用单片机的外中断实现时钟功能和运行模式的转化。在基于单片机系统的数字定时闹钟电路中,除了基本的单片机系统和外围电路外,还需要外部的控制和显示装置。在本
4、设计中,输入装置是按键开关,用于控制数字定时闹钟的运行模式,显示装置是LCD液晶显示器。该数字定时闹钟是由AT89C51单片机控制的,可以达到以下效果:1、能够显示“时时-分分-秒秒”。2、能够设定定时时间、修改定时时间。3、定时时间到能够发出一分钟的报警声。AT89C51的指令系统和引脚与8051完全兼容,片内有128B 的RAM、32条I/O口线、2个16位定时计数器、5个中断源、一个全双工串行口等。显示部分采用六位一体的共阳极数码管二、硬件电路设计:2.1 AT89C52:AT89C52是51系列单片机的一个型号,它是ATMEL公司生产的。主要功能特性:1、兼容MCS51指令系统。2、8
5、k可反复擦写(1000次)Flash ROM。 3、32个双向I/O口。 4、256x8bit内部RAM。 5、3个16位可编程定时/计数器中断。 6、时钟频率0-24MHz 2个串行中断 可编程UART串行通道 2个外部中断源 共6个中断源 2个读写中断口线 3级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能 2.2 复位电路: 为确保微机系统中电路稳定可靠工作,复位电路是必不可少的一部分,复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为5V5%,即4.755.25V。由于微机电路是时序数字电路,它需要稳定的时钟信号,因此在电源上电时,只有当VCC超过4.75V低于5.
6、25V以及晶体振荡器稳定工作时,复位信号才被撤除,微机电路开始正常工作。 2.3 晶振电路:晶振在数字电路的基本作用是提供一个时序控制的标准时刻。数字电路的工作是根据电路设计,在某个时刻门完成特定的任务,如果没有一个时序控制的标准时刻,整个数字电路就会成为“聋子”,不知道什么时刻该做什么事情了。晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振,便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振,而通过电子调整频率的方法保持同步。晶振的工作原理: 主板时钟芯片即分频器的原始工作振荡频率,由石英晶体多谐振荡器的谐振频率来产生,晶振其实是一个频率产生器,他主要把传进去的电压转化
7、为频率信号。提供给分频率一个基准的14.318MHZ的振荡频率,它是一个多谐振荡器的正回馈环电路,也就是说它把输入作为输出,把输出作为输入的回馈频率,象这样一个永无休止的循环自激过程。2.4 时钟显示LCD1602:工业字符型液晶,能够同时显示16x02即32个字符。(16列2行) DS1302:1. 引脚功能及结构 DS1302的引脚排列,其中Vcc1为后备电源,VCC2为主电源。在主电源关闭的情况下,也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vcc10.2V时,Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时,DS1302由Vcc1供电。
8、X1和X2是振荡源,外接32.768kHz晶振。RST是复位/片选线,通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。 下图为DS1302的引脚功能图: DS1302封装图要特别说明的是备用电源B1,可以用电池或者超级电容器(0.1F以上)。虽然DS1302在主电源掉电后的耗电很小,但是,如果要长时间保证时钟正常,最好选用小型充电电池。可以用老式电脑主板上的3.6V充电电池。如果断电时间较短(几小时或几天)时,就可以用漏电较小的普通电解电容器代替。100 F就可以保证1小时的正常走时。DS1302在第一次加电后,必须进行初始化操作。初始化后就可以按正常方法调整时间。2.5 程序框图:LCD液
9、晶显示电路复位、时钟等电路单片机 闹钟铃声指示电路按钮电路电源系统电子闹钟的主电路指的是图中的框部分,主要设计到单片机电路和按键按钮电路,主机的设计具体地说有:(1)系统时钟电路设计;(2)系统复位电路设计;(3)按键与按钮电路设计;(4)闹铃声指示电路设计。本设计是定时闹钟的设计,由单片机AT89C52芯片和LCD液晶显示器为核心,辅以时钟芯片等必要电路,构成的一个单片机电子定时闹钟。电子钟设计可以采用数字。初始化 程序流程图计时时间显示 比较蜂鸣器响Y闹钟?闹钟标志N读键读键判断定时设定值2.6 MCS-52存储器的结构MCS-52单片机存储器采用的是哈佛结构,即程序存储器空间和数据存储寻
10、空间截然分开,见图3-4。其中程序存储器和数据存储器各有自己的寻址方式、寻址空间和控制系统。这种结构对于单片机“面向控制”的实际应用极为方便、有利。 图2-4 8052/8751单片机的存储器1. 程序存储器MCS-52单片机的程序存储器用于存放应用程序和表格之类的固定常数。可扩充的程序存储器空间最大为64K字节。程序存储器的使用应注意以下两点:(1)整个程序存储器空间可以分为片内和片外两部分,CPU访问片内和片外程序存储器,可由引脚所接的电平来确定。=1,即引脚接高电平时,程序将从片内程序存储器开始执行;当 PC 值超出片内ROM的容量时,会自动转向片外程序存储器空间执行程序。=0,即引脚接
11、低电平时,单片机只执行片外程序存储器中的程序。(2)程序存储器的某些单元被固定用于中断源的中断服务程序的入口地址。MCS-52单片机复位后,程序存储器PC的内容为0000H,故系统从0000H单元开始取指令,执行程序。64K程序存储器中有5个单元具有特殊用途,如下:0003H:外部中断0入口地址。000BH:定时器0中断入口地址。0013H:外部中断1入口地址。001BH:定时器1中断入口地址。0023H:串行口中断入口地址。在系统中断相应之后,将自动转各中断入口地址处执行序,而中断服务程序一般无法存放于几个单元之内,因此在中断入口地址处往往存放一条无条件转移指令进行跳转,以便执行中断服务程序
12、。2.MCS-52内部数据存储器MCS-52单片机的片内数据存储器单元共有128个,字节地址为00H-7FH。 地址为00H-1FH的32个单元是4组通用工作寄存器区,每个区含8个8位寄存器,编号为R7-R0。地址为20H-2FH的16个单元可进行共128位的位寻址。地址为30H -7FH的单元为用户RAM区,只能进行字节寻址。其具体配置见图2-5。图2-5 MCS-52内部数据存储器的配置3. 特殊功能寄存器(SFR)特殊功能寄存器的总数为21个,离散的分布在该区域中,其中有些SFR还可以进行位寻址。表2-3是该寄存器的名称及其地址分布。表 2-3 SFR名称及地址分布特殊功能寄存器符号名称
13、字节地址位地址BB寄存器F0HF7HF0HACC或A累加器AE0HE7HE0HPSW程序状态字PSWD0HD7HD0H中断优先级控制IPB8HBFHB8HP3P3口B0HB7HB0HIE中断允许控制A8HAFHA8HP2P2口A0HA7HA0HSBUF串行数据缓冲器99HSCON串行控制98H9FH98HP1P1口90H97H90HTH1定时器/计数器1(高八位)8DHTH0定时器/计数器0(高八位)8CHTL1定时器/计数器1(低八位)8BHTL0定时器/计数器0(低八位)8AHTMOD定时器/计数器方式控制89HTCON定时器/计数器控制88H8FH88HPCON电源控制87HDPH数据指
14、针高字节83HDPL数据指针低字节82HSP堆栈指针81HP0 P0口80H87H80H4.位地址空间MCS-52单片机指令系统中有丰富的位操作指令,这些指令构成了位处理机的指令集。在RAM和SFR中共有211个位地址,位地址范围在00H-FFH内,其中00H-7FH这128个位处于内部RAM字节地址20H-2FH单元中,如表2-4所示。其余的83个可寻址位分布在特殊功能寄存器SFR中,如表2-5所示。 表2-4 8052内部RAM的可寻址位字节地址位地址D7D6D5D4D3D2D1D02F7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H2E77H76H75H74H7372H71H70H2D6
15、FH6EH6DH6CH6B6AH69H68H2C67H66H65H64H6362H61H60H2B5FH5EH5DH5CH5B5AH59H58H2A57H56H55H54H5352H51H50H294FH4EH4DH4CH4B4AH49H48H2847H46H45H44H4342H41H40H273FH3EH3DH3CH3B3AH39H38H2637H36H35H34H3332H31H30H252FH2EH2DH2CH2B2AH29H28H2427H26H25H24H2322H21H20H231FH1EH1DH1CH1B1AH19H18H2217H16H15H14H1312H11H10H210
16、FH0EH0DH0CH0B0AH09H08H2007H06H05H04H0302H01H00H表2-5 8052特殊功能寄存器中的位地址SFR符号位地址字节地址D7D6D5D4D3D2D1D0BF7HF6HF5HF4HF3HF2HF1HF0HF0HACCE7HE6HE5HE4HE3HE2HE1HE0HE0HACC.7ACC.6ACC.5ACC.4ACC.3ACC.2ACC.1ACC.0PSWD7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0HD0HCYACF0RS1RS0OVF1PIP-BDHBCHBBHBAHB9HB8HB8HPT2PSPT1PX1PT0PX0P3B7HB6HB5HB4HB3HB
17、2HB1HB0HB0HP3.7P3.6P3.5P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0IEAFH-ACHABHAAHA9HA8HA8HEA-ESET1EX1ET0EX0P2A7HA6HA5HA4HA3HA2HA1HA0HA0HP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0SCON9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H98HSM0SM1SM2RENTB8RB8T1R1P197H96H95H94H93H92H91H90H90HP1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0TCON8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H88HTF1TR1TF0T
18、R0IE1IT0IE0IT0P087H86H85H84H83H82H81H80H80HP0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.02.7 MCS-52 的并行I/O口图2-6给出了四个端口中每个典型位锁存器和I/O缓冲器的功能框图。位锁存器作为一个D触发器,根据来自CPU的“写锁存器”信号,记录来自内部总线上的数值。在CPU发出“读锁存器”信号时,将触发器的Q输出值放在内部总线上。在CPU发出“读管脚”信号时,端口管脚本身的电平放到内部总线上。有些“读端口指令”令会激活“读锁存器”信号,而其它指令则激活“读管脚”信号。 并行I/O口的应用要点:(1)P0口通常作为单片机的低
19、字节地址数据复用线,分时使用,即构成A7A0地址线和数据总线(DB)用。(2)P2口一般作为高8位地址线A15A8,使用8031单片机也是这样用的。(3)P1口一般情况下作为通用的I/O口使用。(4)P3口在以下的情况下作为第二功能使用:串行通信使用,外部中断使用;定时器/计数器使用;扩展外部RAM时使用, 控制信号。除上述情况外,则可以当作I/O引脚用。(5)当某一引脚作为输入前,必须使引脚置“1”。复位后,四个口的32个引脚均为高电平(置1)。(6)各个口由于输出结构不同,带负载能力也不同。2.7 MCS-52时钟电路与时序时钟电路用于产生MCS-52单片机工作所必需的时钟信号。在执行指令
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