课程设计论文基于89C51单片机的电子时钟.doc
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1、摘要单片计算机即单片微型计算机。由RAM ,ROM,CPU构成,定时,计数和多种接口于一体的微控制器。它体积小,成本低,功能强,广泛应用于智能产业和工业自动化上。而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。 本设计主要设计了一个基于89C51单片机的电子时钟。并在数码管上显示相应的时间。并通过一个控制键用来实现时间的调节和是否进入省电模式的转换。应用Proteus的ISIS软件实现了单片机电子时钟系统的设计与仿真。该方法仿真效果真实、准确,节省了硬件资源。关键字:单片机;子时钟;键盘控制。目录摘要.1一 需求分
2、析.41引言41.1 编写目的41.2项目背景41.3参考资料42系统任务概述42.1目标42.2用户的特点52.3假定和约束53需求规定53.1软件功能的规定53.2对性能的规定53.2.1精度53.2.2 时间特性要求53.2.3可靠性53.2.4 灵活性64运行环境规定6 4.1设备.6 4.2系统及软件.6二、系统设计介绍.62.1 设计目的.62.2功能要求说明.62.3 模块设计.7三、电子时钟.7 3.1 电子时钟简介.7 3.2 电子时钟的本特点.7 3.3 子时钟的基本原理.8四、单片机的相关知识.84.1单片机的简介.8 4.2单片机的发展史.84.2.1 4位单片机 .8
3、4.2.2 8位单片机.84.2.3 16位单片机.94.2.4 32位单片机.94.2.5 64位单片机.9 4.3单片机的特点.9 4.4 89C51单片机介绍.10五、各部分电路分析.12 5.1 显示模块.125.2 运算模块.125.3 校时模块.135.4整体功能.13六、程序调试.13七、硬件电路图.14八、仿真效果图.15九、程序调试图.16十、程序流程图.16十一、程序清单.18十二、参考文献.26一、需求分析1、引言随着生活节奏的加快和网络的发展,教师、学生对电脑软件用于学习越来越重视,希望获取软件应用的过程简单,方便,快速。因而,用电脑完成学习中设计数字电子钟应用是十分重
4、要的。 1.1 编写目的 在对课程设计进行了全面细致的分析后明确了该电子钟 “做什么”, 编写这份分析报告的目的是将分析结果条理清晰的展示出来,它说明了本产品实现的各种计时功能以及各种功能的适用范围,方便以后更好的开展具体工作。本分析报告主要提交给老师和其他同学参考,以达到最终满足用户的要求,让用户满意。1.2项目背景项目名称:单片机电子时钟项目提出者:杨超项目开发者:杨超用户:学生1.3参考资料 1、谢自美电子线路设计实验测试 华中理工大学出版社2、刘湘涛江世明单片机原理与应用2、电子时钟概述2.1目标本设计可细化为两个子系统:时钟系统和秒表系统。在这个设计中以电子时钟设计为主,在此基础上稍
5、加变换以得到一个电子秒表。也可以将时钟与秒表合二为一,并且在同时使用时互不影响。即可在时钟与秒表之间任意切换,而不影响走时、计秒。 电子时钟主要工作过程为:在XD12键盘上选定3个键分别作为小时. 分. 秒的调校键。每按一次键,对应的显示值便加1。分. 秒加到59后变为00;小时加到23后再按键即变为00.再调校时均不向上一单位进位(例如分加到59后变为00;但小时不发生改变)。电子秒表的主要工作过程为:分、秒各占用2位显示,1/10秒、1/100秒各占用1位显示。设定二个键分别作启动停止、清零。2.2用户的特点本软件的最终用户可分为操作人员、维护人员。其中,要求操作人员对计算机、相关软件有一
6、定了解,可以无障碍的使用本系统提供给操作人员操作权限内的各种功能。 要求维护人员是对本系统有较深的了解,同时对系统相关信息及工作流程有所了解的技术人员,并且能分析编程程序。2.3假定和约束本系统由自己承接设计,是非专业的设计技术人员,只是学习了相关课程有关知识,由于此课程设计开发时间有限,我只能利用有限的课余时间进行系统需求分析报告。而且考虑到作为在校生,自己没有此类开发经验,所以,在设计过程中不可避免的出现考虑不全面,技术不成熟等问题,设计的系统相对比较简单。3、需求规定3.1软件功能的规定产品主要实现以下功能:电子钟:通过计数方式进行满六十秒分钟进一,满六十分小时进一,满二十四小时小时清零
7、。从而达到计时的功能,是人民日常生活补课缺少的工具。电子秒表:分、秒各占用2位显示,1/10秒、1/100秒各占用1位显示。设定二个键分别作启动停止、清零。3.2对性能的规定3.2.1精度开机时时钟时从000000开始计时的,到235959时在回到0000003.2.2时间特性要求在中断服务程序里,必须对秒、分和时的单元内的数值进行判断,当秒加到60时,分必须加1 、秒清零;当分加到60时,时加1、分清零。当时加到24时,直接清零。然后转到调用处。3.2.3可靠性由于此系统由自己设计管理,所以,不会出现不运行或是死机等现象,可靠性高。3.2.4 灵活性在运用此设计中的电子时钟时可以改变其程序设
8、计来改变其相应的输入、输出设计要求,以完成各种不同用户的需求。4、运行环境规定4.1 设备键盘、鼠标及安装相应软件的电脑等4.2 系统及软件1. 操作系统:使用Windows XP 或 Windows 7等系统2. 应用软件:Keil uVision2、proteus7.2sp6二、系统设计介绍2.1、设计目的用89C51单片机CPU及接口电路设计并实现显示时间的实时时钟。2.2、功能要求说明(1)在ZY15MCU12BD型综合单片机试验箱的硬件结构上编写软件完成设计。(2)程序的首地址应使目标机可以直接运行,即从0000H开始。在主程序的开始部分必须设置一个合适的栈底。程序放置的地址须连续且
9、靠前,不要在中间留下大量的空间地址,以使目标机可以使用较少的硬件资源。(3)6位LED数码管从左到右分别显示时. 分. 秒(各占用2位),采用24小时标准计时制。开始计时时为000000,到235959后变成000000。(4)在XD12键盘上选定3个键分别作为小时. 分. 秒的调校键。每按一次键,对应的显示值便加1。分. 秒加到59后变为00;小时加到23后再按键即变为00.再调校时均不向上一单位进位(例如分加到59后变为00;但小时不发生改变)。(5)另设三个键,分别作小时、分、秒的减1调校。(6)在以上设计的基础上,修改程序制作一个电子秒表。分、秒各占用2位显示,1/10秒、1/100秒
10、各占用1位显示。设定二个键分别作启动停止、清零。(7)在做完(6)后,将时钟与秒表合二为一,并且在同时使用时互不影响。即可在时钟与秒表之间任意切换,而不影响走时、计秒。(8)软件设计必须使用8031片内定时器,采用定时中断结构,不得使用软件延时法。(9)上机调试程序。(10)写出设计报告。2.3 模块设计六位数码管显示模块89C51运算模块计算模块校时模块图1 系统模块三、电子时钟3.1、电子时钟简介1957年,Ventura发明了世界上第一个电子表,从而奠定了电子时钟的基础,电子时钟开始迅速发展起来。现代的电子时钟是基于单片机的一种计时工具,采用延时程序产生一定的时间中断,用于一秒的定义,通
11、过计数方式进行满六十秒分钟进一,满六十分小时进一,满二十四小时小时清零。从而达到计时的功能,是人民日常生活补课缺少的工具。3.2、电子时钟的基本特点 现在高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器,由于电子钟、石英钟、石英表都采用了石英技术,因此走时精度高,稳定性好,使用方便,不需要经常调试,数字式电子钟用集成电路计时时,译码代替机械式传动,用LED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。3.3、电子时钟的基本原理 该电子时钟由89C51,BUTTON,六段数码管等构成,采用晶振电路作为驱动电路,由延时程序和
12、循环程序产生的一秒定时,达到时分秒的计时,六十秒为一分钟,六十分钟为一小时,满二十四小时为一天。而电路中唯一的一个控制键却拥有多种不同的功能,按下又松开,可以实现屏蔽数码管显示的功能,达到省电的目的;直接按下不松开,则可以通过按键实现分钟的累加,每按一次分钟加一;而连续两次按下按键不放松,则可实现小时的调节,同样每按一次小时加一。四、单片机的相关知识 4.1、单片机的简介单片机全称为单片机微型计算机(Single Chip Microsoftcomputer)。从应用领域来看,单片机主要用来控制,所以又称为微控制器(Microcontroller Unit)或嵌入式控制器。单片机是将计算机的基
13、本部件微型化并集成在一块芯片上的微型计算机。4.2、单片机的发展史4.2.1 4位单片机 1975年,美国德克萨斯仪器公司首次推出4位单片机TMS-1000;此后,各个计算机公司竞相推出四位单片机。日本松下公司的MN1400系列,美国洛克威尔公司的PPS/1系列等。四位单片机的主要应用领域有:PC机的输入装置,电池充电器,运动器材,带液晶显示的音/视频产品控制器,一般家用电器的控制及遥控器,电子玩具,钟表,计算器,多功能电话等。 4.2.2 8位单片机 1972年,美国Intel公司首先推出8位微处理器8008,并于1976年9月率先推出MCS-48系列单片机。在这以后,8位单片机纷纷面市。例
14、如,莫斯特克和仙童公司合作生产的3870系列,摩托罗拉公司生产的6801系列等。随着集成电路工艺水平的提高,一些高性能的8位单片机相继问世。例如,1978年摩托罗拉公司的MC6801系列及齐洛格公司的Z8系列,1979年NEC公司的UPD78XX系列。这类单片机的寻址能力达64KB,片内ROM容量达4-8KB,片内除带有并行IO口外,还有串行IO口,甚至还有AD转化器功能。8位单片机由于功能强,被广泛用于自动化装置、智能仪器仪表、智能接口、过程控制、通信、家用电器等各个领域。4.2.3 16位单片机 1983年以后,集成电路的集成度可达几十万只管/片,各系列16位单片机纷纷面市。这一阶段的代表
15、产品有1983年Intel公司推出的MCS-96系列,1987年Intel推出了80C96,美国国家半导体公司推出的HPC16040,NEC公司推出的783XX系列等。16位单片机主要用于工业控制,智能仪器仪表,便携式设备等场合。4.2.4 32位单片机 随着高新技术只智能机器人,光盘驱动器,激光打印机,图像与数据实时处理,复杂实时控制,网络服务器等领域的应用与发展,20世纪80年代末推出了32位单片机,如Motorlora公司的MC683XX系列,Intel的80960系列,以及近年来流行的ARM系列单片机。32位单片机是单片机的发展趋势,随着技术的发展及开发成本和产品价格的下降,将会与8位
16、单片机并驾齐驱。4.2.5 64位单片机 近年来,64位单片机在引擎控制,智能机器人,磁盘控制,语音图像通信,算法密集的实时控制场合已有应用,如英国Inmos公司的Transputer T800是高性能的64位单片机。4.3 单片机的特点 (1)、单片机的存储器ROM和RAM时严格区分的。ROM称为程序存储器,只存放程序,固定常数,及数据表格。RAM则为数据存储器,用作工作区及存放用户数据。 (2)、采用面向控制的指令系统。为满足控制需要,单片机有更强的逻辑控制能力,特别是单片机具有很强的位处理能力。(3)、单片机的I/O口通常时多功能的。由于单片机芯片上引脚数目有限,为了解决实际引脚数和需要
17、的信号线的矛盾,采用了引脚功能复用的方法,引脚处于何种功能,可由指令来设置或由机器状态来区分。(4)、单片机的外部扩展能力很强。在内部的各种功能部件不能满足应用的需求时,均可在外部进行扩展,与许多通用的微机接口芯片兼容,给应用系统设计带来了很大的方便。4.4、89C51单片机介绍 VCC:电源。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P1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外部必须被拉高
18、。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。在给出地址“
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