毕业设计论文基于AT89C51单片机数字钟的设计.doc
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1、三门峡职业技术学院专科生毕业设计(论文)题目:基于AT89C51单片机的数字钟设计 院 校: 三门峡职业技术学院 系 部: 信 息 工 程 系 专 业: 计算机应用技术 (嵌入式方向)姓 名: 学 号: 指导老师: 日 期: 摘 要近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展,单片机的应用正在不断地走向深入,由于它具有功能强,体积小,功耗低,价格便宜,工作可靠,使用方便等特点,因此特别适合于与控制有关的系统,越来越广泛地应用于自动控制,智能化仪器,仪表,数据采集,军工产品以及家用电器等各个领域,单片机往往是作为一个核心部件来使用,在根据具体硬件结构,以及针对具体应用对象特点的软件结合
2、,以作完善。本次设计中以单片机的发展过程和发展方向为背景,介绍了单片机的输入输出的工作原理和操作方法,中断的工作原理和操作方法,74LS245译码器的工作原理和与,LED连接的方法。本次做的数字钟是以单片机(AT89C51)为核心,结合相关的元器件(共阴极LED数码显示器、BCD-锁存/7段译码/驱动器74LS245等),再配以相应的软件,是它具有时,分,秒显示的功能,并且时,分,秒还可以调整。此次设计电子数字钟是为了了解电子数字钟的原理,从而学会制作电子数字钟。而且通过电子数字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。通过它可以进一步学习与掌握单片机原理与使用方
3、法。关键词:单片机;AT89C51;共阴极LED数码显示器;74LS245译码器目录摘 要2目录3第一章 数电字子钟的背景、意义、应用4第二章 单片机制作数字钟的原理52.1 主芯片8051的硬件资源52.1.1单片机的概念52.1.2 8051的芯片引脚62.1.3 使用I/O口的注意事项82.2 8051中断系统92.2.1 中断源92.2.2 中断的控制102.2.3 中断响应112.3 单片机定时/计数器在数字钟的使用112.3.1与T/C有关的特殊功能寄存器122.3.2 定时器/计数器的初始化13第三章系统硬件电路的设计143.1 单片机的基本结构143.2 74LS245 引脚图
4、及功能:163.4硬件电路的设计原则18第四章软件程序的设计204.1 软件程序内容204.2 软件流程图214.2.1 系统软件设计流程图214.3 定时程序设计244.3.1实时时钟实现的基本方法:244.3.2 实时时钟程序设计步骤:24第5章 结论与展望255.1 结论255.2 单片机的发展趋势26附录:27参考文献33第一章 数电字子钟的背景、意义、应用 20世纪末,电子技术获得了飞速的发展,在其推动下,现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域,有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高,同时也使现代电子产品性能进一步提高,产品更新换代的节奏也越来越快。 时间对人们来说总是那么
5、宝贵,工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间。忘记了要做的事情,当事情不是很重要的时候,这种遗忘无伤大雅。但是,一旦重要事情,一时的耽误可能酿成大祸。目前,单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。下面是单片机的主要发展趋势。单片机应用的重要意义还在于,它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能,现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术,是传统控制技术的一次革命。单片机模块中最常见的是数字钟,数字钟是一种用数
6、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,具有更更长的使用寿命,因此得到了广泛的使用。数字钟是采用数字电路实现对.时,分,秒.数字显示的计时装置,广泛用于个人家庭,车站, 码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表, 钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便,而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等,所有这些,都是以钟表数
7、字化为基础的。因此,研究数字钟及扩大其应用,有着非常现实的意义。 数字钟已成为人们日常生活中:必不可少的必需品,广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所,给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术,使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点,它还用于计时自动报时及自动控制的领域。第二章 单片机制作数字钟的原理以8051为主芯片制作多功能数字钟的方案中,时钟信号主要由8051单片机的定时器/计数器来提供,对时间进行设置和进行闹铃设置主要用到单片机的外部中断。外部控制电路及显示电路都用到了他的I/O口,在本章我们主要介绍一下关于
8、8051单片机定时器/计数器、中断源及中断系统以及8051的I/O口的特性及应用2.1 主芯片8051的硬件资源2.1.1单片机的概念单片机(microcontroller,又称微控制器)是在一块硅片上集成了各种部件的微型计算机。这些部件包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时器/计数器和多种I/O接口电路。图1-1是8051单片机的基本结构图8051单片机的结构特点有以下几点: 8位CPU; 片内振荡器及时钟电路; 32根I/O线; 外部存储器ROM和RAM,寻址范围各64KB; 两个16位的定时器/计数器; 5个中断源,2个中断优先级 全双工串行口 布尔处理器2.定时
9、器/计数器8051内部有两个16位可编程定时器/计数器,记为T0和T1。16位是指他们都是由16个触发器构成,故最大计数模值为2-1。可编程是指他们的工作方式由指令来设定,或者当计数器来用,或者当定时起来用,并且计数(定时)的范围也可以由指令来设置。这种控制功能是通过定时器方式控制寄存器TMOD来完成的如果需要,定时器在计到规定的定时值是可以向CPU发出中断申请,从而完成某种定式的控制功能。在计数状态下同样也可以申请中断。定时器控制寄存器TCON用来负责定时器的启动、停止以及中断管理在定时工作时,时钟由单片机内部提供,即系统时钟经过12分频后作为定时器的时钟。技术工作时,时钟脉冲由TO和T1输
10、入3.中断系统8051的中断系统允许接受五个独立的中断源,即两个外部中断申请,两个定时器/计数器中断以及一个串行口中断。外部中断申请通过INTO和INT1(即P3.2和P3.3)输入,输入方式可以使电平触发(低电平有效),也可以使边沿触发(下降沿有效)。两个定时器中断请求是当定时器溢出时向CPU提出的,即当定时器由状态1转为全零时提出的。第五个中断请求是由串行口发出的,串行口每发送完一个数据或接收完一个数据,就可提出一次中断请求2.1.2 8051的芯片引脚如图1-2所示VCC:供电电压。GND:接地。P0口:P0口为一个8位漏极开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次
11、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。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
12、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
13、特殊功能口,如下表所示: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
14、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。
15、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。2.1.3 使用I/O口的注意事项 P1,P2,P3口的输出缓冲器可驱动4个LSTTL电路。对于HCMOS芯片单片机的I/O口,在正常情况下,可任意由TTL或NMOS电路驱动。HMOS及CMOS性的单片机I/O口有集电极开路或漏极开路的输出来驱动时,不必外加上拉电阻 对于74LS系列,CD4000系列以及一些大规模集成电路芯片(如8155,8253,
16、8259等),都可以和MCS-51系列单片机直接接口。具体使用时,可以查阅有关器件手册或参考典型电路 对一些线性组件,特别是应用键盘、码盘、LED显示器等输入/输出设备时,应当尽量增加驱动部分的容量,否则,单片机将提供不出足够的驱动电流供给负载使用2.2 8051中断系统所谓中断,是指当计算机执行正常程序时,系统中出现某些急需处理得异常情况和特殊情球,CPU暂停执行现行程序,转去对随机发生地更紧迫事件进行处理;处理完毕后,CPU自动返回原来的程序继续执行。中断允许软件设计不需要关心系统其他部分定时要求,算术程序不需要考虑隔几个指令检查I/O设备是否需要服务。相反,算术程序编写时好像有无限的时间
17、作算术运算而无其他工作在进行。若其它事件需要服务时,则通过中断告诉系统。8051单片机有5个中断源,有两个中断优先级,每个中断源的优先级可以编程控制。中断允许受到CPU开中断和中断源开中断的两极控制。2.2.1 中断源中断源是指任何引起计算机中断的事件,一般一台机器允许有许多个中断源。8051系列单片机至少有5个中断源。增加很少的硬件就可把各种硬件中断源“线或”成为一个外部中断输入,然后再顺序检索一起中断的特定源。8051单片机的5个中断源是: 外部中断请求0,由(P3.2)输入; 外部中断请求1,由(P3.3)输入; 片内定时器/计数器0益处中断请求; 片内定时器/计数器1 溢出中断请求;
18、片内串行口发送/接收中断请求;为了了解每个中断源是否产生了中断请求,中断系统应设置许多个中断请求触发器(标志位)实现记忆。这些中断源请求标志位分别有特殊功能寄存器TCON和SCON的相应位锁存(1) 定时器/计数器控制寄存器TCON,它是一个八位的寄存器,各位如下表所示TF1TF0IE1IT1IE0IT0 IT0,IT1:外部中断0、1触发方式选择位,由软件设置。1是下降沿触发,0是电平触发。 IE0,IE1:外部终端0、1请求标志位。 TF0,TF1:定时器/计数器0、1溢出中断请求标志。2.2.2 中断的控制中断的控制主要实现中断的开关管理和中断优先级的管理。这个管理主要通过对特殊功能寄存
19、器IE和IP的编程实现 中断允许寄存器IEEAET2ESET1EX1ET0EX0 EX0,EX1:外部终端0,1的中断允许位。1是中断开,0是中断关 ET0,ET1:定时器/计数器0、1溢出中断允许位。1是开中断,0是关中断 ES:串行口中断允许位。1是中断开,0是中断关 ET2:定时器/计数器2溢出中断位 EA:CPU开/关中断控制位。1是开中断,0是关中断中断优先级寄存器IPPSPT1PX1PT0PX0若系统中多个中断源同时请求中断,则CPU按中断源的优先级别,由高到低分别响应。8051单片机有两个断优先级:高优先级和低优先级。每个中断源都可以编程为高优先级。这可以实现两级中断嵌套。嵌套的
20、原则:一个正在执行的中断服务程序可以被高级的中断请求中断,而不能被同级或较低级的中断请求中断。两级中断通过使用IP寄存器设置,相应的位置1,则优先级高,0则优先级低。PX0、PX1:终端0、1中断优先级控制;PT0、PT1:定时器/计数器0、1中断优先级控制。PS:串行口中断优先级控制。8051复位时,IP被清零,5个中断源都在同一个优先级。这时若其中几个中断源同时产生中断请求,则CPU按照片内硬件优先级链路的顺序相应中断,硬件优先级由高到低的顺序是:外部中断0定时器/计数器0-外部中断1-定时器/计数器1-串行口中断2.2.3 中断响应8051的CPU在每个机器周期采样个中断源的中断请求标志
21、位,如果没有上述阻止条件,则将在下一个机器周期响应被激活了的最高级中断请求。阻止条件如下: CPU正在处理同级或更高级的中断; 现行机器周期不是所执行指令的最后一个机器周期; 正在执行的是RETI或者是访问IE或IP的指令;CPU在中断响应之后完成如下操作: 硬件清除相应的中断标志位; 执行一条硬件子程序,保护断点,并转向中断服务程序入口。 结束中断时执行RETI指令,恢复断点,返回主程序。8051的CPU在相应中断请求时,由硬件电路自动形成转向与该中断源对应的中断的服务程序入口地址。这种方法为硬件向量中断法。各中断源的中断服务程序入口地址如下:编号中断源入口地址0外部终端00003H1定时器
22、/计数器0000BH2外部终端10013H3定时器/计数器1001BH4串行口中断0023H各中断服务程序入口地址仅隔8个字节,编译器在这些地址放入无条件转移指令,跳到服务程序的实际地址。向量中断包括把先前的程序计数指针推入堆栈,中断服务程序很像其他子程序。当向量中断发生时,硬件禁止所有中断。此时表明外部中断或定时器溢出的标志位由硬件清除。中断服务程序的不同分支取决于中断源。在重新允许全局CPU中断EA之前,必须仔细清除各种标志。标志会引起立即地重复中断。8051对终端实际上有特殊的返回指令-RETI。不是RET。RETI重新允许系统识别其他中断。因而,没必要在正常使用中断时复位EA,只要在程
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