毕业设计论文基于AT89C51单片机数字时钟的设计.doc
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1、1.毕业设计(论文)题目:数字时钟制作2.应完成的项目:设计一个数字温度计,要求如下:(1)设计一个能动态显示时分秒的数字时钟(2)可以调节小时和分钟(3)有闹钟功能,并且可以自行设定闹钟的时间(4)要有完整的设计思路,包括硬件电路设计、软件设计、源程序和仿真结果,或者实物演示。3.参考资料以及说明:1李朝青. 单片机原理及接口技术(简明修订版). 杭州; 北京航空航天大学出版社,19982李广弟. 单片机基础M. 北京; 北京航空航天大学出版社,19943阎石. 数字电子技术基础(第三版). 北京; 高等教育出版社,19894廖常初. 现场总线概述J. 电工技术,1999.5 高卫东,辛友顺
2、,韩彦征. 51单片机原理与实践M. 北京; 北京航空航天大学出版社,20084.本毕业设计(论文)任务书于2011年11月7日发出,应于2011 年12月7日前完成,然后提交毕业考试委员会进行答辩。毕业设计(论文)评语:(应包括平时表现、论文质量、答辩表现等内容) 毕业设计(论文)总评成绩: 毕业设计(论文)答辩负责人签字: 年 月 日34摘要本文介绍了一款基于AT89C51单片机数字时钟的设计,阐述了多功能数字时钟的设计思路,详细叙述了系统硬件、软件设计的具体过程。本设计用AT89C51作为主控器件,用DS1302作为时间的计数,用LED12864为显示器件。通过DS1302直接读取时间、
3、日期,进行数据转换,该器件的物理化学性稳定,线性度较好,能自动计算年、月、日、时、分、秒、和星期,能自动计算闰年。该器件可直接向单片机传送数字信号,便于单片机控制和处理。而LCD12864是常用的液晶显示器件,其显示的分辨率为128*64,可以显示8*4行16*16点阵的汉字,也可以完成图形显示,低电压功耗是其又一个显著特点。在设计中还采用了单片机常用的汇编语言进行编写。在实际的仿真调试过程中,通过与实际时钟进行对比,查找误差的根源,确定调整误差的方法,尽量减少误差。使系统可以达到与实际时间一致的高精度准确性。关键词:数字时钟,AT89C51,DS1302,LED12864Abstract T
4、his paper introduces a digital clock based on AT89C51 design, this paper expounds the multi-function digital clock design ideas, and this paper describes the system hardware and software design of the specific process. This design is use AT89C51 for Master control device, use DS1302 for times count
5、and use LED-12864 for shows. Through the DS1302 directly read time, date, carries on the data transfer, this device of physical chemical stability, linearity is good, can automatically calculate date and time, minutes and seconds, and week, can automatically calculate a leap year. This device can be
6、 sent directly to the single chip microcomputer digital signal, facilitate single-chip microcomputer control and processing. And LCD-12864 is commonly used liquid crystal display device, its the resolution of the display for 128 * 64, can display 8 * 4 line 16 * 16 dot matrix characters, also can be
7、 finished graphic display, low voltage power consumption is its and a notable features. In the design of the single chip computer is also used in the assembly languages used to write. In the actual simulation debugging process, through comparing with actual clock, find the source of the error, deter
8、mine the arithmetic and try to minimize the error. The system can be achieved with the actual time consistent high precision accuracy.Keyword: Digital clock, AT89C51, DS1302, LED-12864摘要IAbstractII第一章 诸论11.1设计背景11.2 数字时钟设计方案论证11.2.1 方案一11.2.2 方案二11.3 方案二的总体设计框图2第二章 主要元器件介绍32.1 AT89C51的性能介绍32.2 DS130
9、2概述62.2.1 DS1302的基本情况62.2.2 DS1302的结构及工作原理62.2.3 引脚功能及结构62.2.4 DS1302的控制字节72.2.5 数据输入输出(I/O)72.2.8 DS1302与CPU的连接8第三章 硬件设计93.1 单片机最小系统设计93.1.1 按键模块93.1.2 振荡电路和复位电路93.2 DS1302与单片机的接口电路113.3 显示电路11第四章 软件设计134.1 主程序流程图134.2 各子程序流程图144.2.1 DS1302实时时间流程144.2.2 LCD12864流程图15第五章 仿真软件175.1 PROTEUS仿真软件介绍175.1
10、.2 Proteus ISIS的基本操作18第六章 仿真调试与系统测试236.1 仿真调试236.1.1 绘制仿真原理图如6-1所示:236.1.2 系统调试236.1.3 开始仿真241.现在时间242.设定时间253.闹钟设定26结束语29参考文献30致 谢31附录1 元器件清单32附录2 核心代码33第一章 诸论1.1设计背景随着“信息时代”的到来,我们的生活也趋向于数字化,信息化。“时间”是生活、工作都必不可少的信息。所以数字时钟是当今社会集信息化与数字化一身的设计。而作为今次设计主要的控制器件单片机更是现代化的器件。单片机作为微型计算机的一个分支,产生于20世纪70年代,经过二三十年
11、的发展,在各行各业中都已广泛应用。单片机体积小,重量轻,抗干扰能力强,对环境要求不高,价格低廉,可靠性高,灵活性好。美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电能的低功耗实时时钟电路DS1302。它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行时,还具有闰年补偿等多种功能,而且DS1302的使用寿命长,误差小。对于数字电子万年历采用直观的数字显示,可以同时显示年、月、日、周日、时、分、秒和温度等信息,还具有时间校准等功能。该电路采用AT89C51单片机为核心,功耗小,能在3V的低压工作,电压可选用3V电压供电。LCD12864是常用的液晶显示器件,其显示的分辨率为128*64,可以显示8*4行16*16
12、点阵的汉字,也可以完成图形显示,低电压功耗是其又一个显著特点。综上所述万年历具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁、成本低廉等诸多优点,符合电子仪器仪表的发展趋势,具有广阔的市场前景。1.2 数字时钟设计方案论证1.2.1 方案一 可以利用单片机内部的定时器作为秒的计算,再用不同的地址单元记录时、分。再用LCD12864显示时间。这种设计误差较大,因为单片机的读取程序的时间会产生误差,其二程序编写也较为复杂。1.2.2 方案二采用数字芯片DS1302计算日期,输出信号全数字化。由数字计数芯片DS1302和AT89C51单片机构成的数字时钟装置,它直接输出日历数字信号,也可直接与计算机连接。
13、采用AT89C51单片机控制,软件编程的自由度大,可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制,而且体积小,硬件实现简单,安装方便。再用低功耗的LCD12864液晶显示芯片进行显示。从以上两种方案很容易看出,采用方案二,电路比较清晰简单,软件设计也比较简单,日期计算精确。所以我选择采用方案二。1.3 方案二的总体设计框图 数字时钟的电路设计总体方框图如图1-1所示,控制器用的是单片机AT89C51,时间计数器件采用DS1302,用液晶LCD12864显示:图1-1 总体设计方框图第二章 主要元器件介绍2.1 AT89C51的性能介绍AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器(FPEROMFl
14、ash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压、高性能CMOS 8位微处理器,俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存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1000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。2.1.1 AT89C51的主要
15、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置和掉电模式片内振荡器和时钟电路2.1.2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P0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
16、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。在FLASH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
17、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
18、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RST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
19、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
20、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。 2.1.3振荡器特性XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件,XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器,因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求,但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。2.2 DS1302概述2.2.1 DS1302的基本情况绍美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟电路DS1302的结构、工作原理及其在实时显示时间中的应用
21、。它可以对年、月、日、周、日、时、分、秒进行计时,且具有闰年补偿等多种功能。给出DS1302在读写中的C51程序及流程图,以及在调试过程中的注意事项。 2.2.2 DS1302的结构及工作原理DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路,它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时,具有闰年补偿功能,工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信,并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品,与DS1202兼容,但增加了主电源/后
22、备电源双电源引脚,同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。 2.2.3 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Vcc1+0.2V时,Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时,DS1302由Vcc1供电。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。RST输入有两种功能:首先,RST接通控制逻辑,允许地址/命令序列送入移位寄存器;其次,RST提供终止单字节
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