ATC芯片制作数字时钟培训课程实训书.docx
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ATC芯片制作数字时钟培训课程实训书
《单片机产品设计与制作》
课程综合实训指导书
2010年12月
训练任务书
一.训练任务
利用AT89C51/AT89S51单片机,在以下项目中,由教师提前指定或学生自主选择一个综合产品,作为课程目标,集中一周时间完成产品的设计制作与调试任务,完成作品应通过检测实现规定的功能,并撰写实训报告通过答辩。
要求学生三人一组,分工协作进行。
1、音乐演奏器的设计与制作;
2、电子时鈡的设计与制作;
3、交通灯控制器的设计与制作;
4、小型液晶显示器广告牌的设计与制作;
5、利用语音芯片制作的录放机的设计与制作;
6、超声波汽车倒车测距仪的设计与制作;
7、单片机电机转速红外遥控装置的设计与制作;;
8、单片机步进电机控制装置的设计与制作;
9、单片机与微型打印机接口电路的设计与制作;
10、单片机控制直流电动机PWM调速装置的设计与制作;
11、用SMBus实现单片机与AT24C02及SAA1064的串行通信;
12、单片机电阻炉温度控制装置的设计与制作。
二.训练目的
通过课程实训,初步掌握简单单片机应用系统的设计、制作、调试的方法,培养团队合作精神,训练技术报告的撰写方法。
三.训练形式及进度安排
1、团队形式进行,自由组合。
其中一人为项目组长,负责项目的总体设计与实施、软硬件联合调试问题解决、实训报告的撰写;1人负责硬件设计、制作与调试;1人负责软件设计与调试。
2、本次实训推荐制作项目一、音乐演奏器的设计与制作和项目二、电子时鈡的设计与制作,也可选择其它项目。
3、实训进度安排
(1)第一天上午:
布置任务、分组、确定题目。
(2)第一天下午和晚上:
查找资料确定方案,画出系统组成框图、硬件电路图、软件流程图。
(3)第二天上午:
同步进行元件购买和软件设计
(4)第二天下午和晚上:
同步进行软件设计与电路焊接
(5)第三天上午:
同步进行软件设计与电路焊接
(6)第三天下午和晚上:
同步进行软件仿真调试和电路调试
(7)第四天上午:
软硬件联调
(8)第四天下午和晚上:
软硬件联调,撰写实训报告(每组一份)
(9)第五天上午和下午:
产品测试与答辩
四.电子时钟性能要求
1、基本功能:
1)上电或按复位键后显示“P”(5分)
2)按下启动键后,以数码管形式显示当前的时、分、秒,显示分辨率为秒;(25分)
3)具有时间设定按钮,可以设定当前时间(15分);
4)计时精度为0.5秒;(5分)
以上基本功能必须完成。
2、拓展功能
具有闹钟设定和声音提醒功能。
五.音乐演奏器性能要求
1、基本功能:
1)按下启动按钮,能够反复演奏一首乐曲,松开启动按钮,能停止演奏;(50分)
2)对演奏音效不做特殊要求;
2、拓展功能
演奏3首以上乐曲,并可人工选择。
(10分)
六.评分表
序号
项目
分值
得分
1
基本功能
所有功能完成,50分
A
B
C
2
拓展功能
+10
A
B
C
3
产品制作情况
元器件布局、布线合理,焊接质量高,性能稳定,5分
A
B
C
4
软件设计情况
设计思路清晰,程序编写规范。
5分
A
B
C
5
实训报告
表述清晰,流畅准确5分
图纸表达正确规范,5分
程序书写规范,5分
A
B
C
6
答辩情况
0~15分
A
B
C
7
小组内个人贡献
每组10分,由各组自行评定。
A
B
C
8
出勤情况
缺勤3次,不及格
A
B
C
附件
数字时钟设计参考资料
电脑钟的原理框图如图1所示。
它由以下几个部件组成:
单片机89C2051、电源、时分显示部件以及显示驱动部分。
时分显示采用静态扫描,用74LS164驱动数码管显示时分,显示驱动的数据输出和时钟信号输出都通过AT89C2051的P1.0和P1.1口控制。
电源部分:
电源部分有二部分组成。
一部分是由220V的市电通过变压、整流稳压来得到+5V电压,维持系统的正常工作。
图1
2.1AT89C2051单片机及其引脚说明
AT89C2051单片机是51系列单片机的一个成员,是8051单片机的简化版。
内部自带2K字节可编程FLASH存储器的低电压、高性能COMS八位微处理器,与IntelMCS-51系列单片机的指令和输出管脚相兼容。
由于将多功能八位CPU和闪速存储器结合在单个芯片中,因此,AT89C2051构成的单片机系统是具有结构最简单、造价最低廉、效率最高的微控制系统,省去了外部的RAM、ROM和接口器件,减少了硬件开销,节省了成本,提高了系统的性价比。
AT89C2051是一个有20个引脚的芯片,引脚配置如图2所示。
与8051相比,AT89C2051减少了两个对外端口(即P0、P2口),使它最大可能地减少了对外引脚下,因而芯片尺寸有所减小。
AT89C2051芯片的20个引脚功能为:
图2AT89C2051引脚配置
VCC电源电压。
GND接地。
RST复位输入。
当RST变为高电平并保持2个机器周期时,所有I/O引脚复位至“1”。
XTAL1反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2来自反向振荡放大器的输出。
P1口8位双向I/O口。
引脚P1.2~P1.7提供内部上拉,当作为输入并被外部下拉为低电平时,它们将输出电流,这是因内部上拉的缘故。
P1.0和P1.1需要外部上拉,可用作片内精确模拟比较器的正向输入(AIN0)和反向输入(AIN1),P1口输出缓冲器能接收20mA电流,并能直接驱动LED显示器;P1口引脚写入“1”后,可用作输入。
在闪速编程与编程校验期间,P1口也可接收编码数据。
P3口引脚P3.0~P3.5与P3.7为7个带内部上拉的双向I/0引脚。
P3.6在内部已与片内比较器输出相连,不能作为通用I/O引脚访问。
P3口的输出缓冲器能接收20mA的灌电流;P3口写入“1”后,内部上拉,可用输入。
P3口也可用作特殊功能口,其功能见表1。
P3口同时也可为闪速存储器编程和编程校验接收控制信号。
表1P3口特殊功能
P3口引脚
特殊功能
P3.0
RXD(串行输入口)
P3.1
TXD(串行输出口)
P3.2
(外部中断0)
P3.3
(外部中断1)
P3.4
T0(定时器0外部输入)
P3.5
T1(定时器1外部输入)
2.2驱动部件
本设计的驱动电路采用74LS164,74LS164是最常见的移位寄存器,移位寄存器是暂时记忆数据的“寄存器”,其特征是具有将数据向左或向右移动的功能。
移位寄存器有各种形式。
按存数据的位数有4位、8位等,按“输入/输出数据”形式有“串入/串出”、“串入/并出”、“并入/串出”、“并入/并入”等。
图3(a)是串行输入/并行(串行)输出移位寄存器74LS164的管脚排列图。
其功能表见表2所示。
74LS164有两个串行数据DA、DB输入端,使用时一般把它们连在一起;为清零输入端,低电平有效,当该端加入低电平时,寄存器输出Q0~Q7全为低电平。
在正常情况下,清零输入端接高电平,当CP信号上升沿到来时,数据右移一位;Q0~Q7为并行数据输出端,同时Q7端也是串行数据输出端,对于串行输入的数据,最先输入的从Q7输出,最后进入的从Q0输出。
CP为移位脉冲。
图3常用移位寄存器管脚排列图
表274LS164的真值表
输入
输出
CPDADB
Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7
0XXX
00000000
10XX
Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7
1↑11
1Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6
1↑0X
0Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6
1↑X0
0Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6
2.3时分显示部件
由于系统要显示的内容较简单,显示量不多,所以选用数码管既方便又经济。
LED有共阴极和共阳极两种。
如图4所示。
二极管的阴极连接在一起,通常此公共阴极接地,而共阳极则将发光二极管的阳极连接在一起,接入+5V的电压。
一位显示器由8个发光二极管组成,其中7个发光二极管构成字型“8”的各个笔划(段)a~g,另一个小数点为dp发光二极管。
当在某段发光二极管施加一定的正向电压时,该段笔划即亮;不加电压则暗。
为了保护各段LED不被损坏,需外加限流电阻。
图4LED数码管结构原理图
众所周知,LED显示数码管通常由硬件7段译码集成电路,完成从数字到显示码的译码驱动。
本系统采用软件译码,以减小体积,降低成本和功耗,软件译码的另一优势还在于比硬件译码有更大的灵活性。
所谓软件译码,即由单片机软件完成从数字到显示码的转换。
从LED数码管结构原理可知,为了显示字符,要为LED显示数码管提供显示段码,组成一个“8”字形字符的7段,再加上1个小数点位,共计8段,因此提供给LED数码管的显示段码为1个字节。
各段码位与显示段的对应关系如表3。
段码位
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
显示段
dp
g
f
e
d
c
b
a
表3各段码位的对应关系
需说明的是当用数据口连接LED数码管a~dp引脚时,不同的连接方法,各段码位与显示段有不同的对应关系。
通常数据口的D0位与a段连接,D1位与b段连接,……D7位与dp段连接,如表3所示,表4为用于LED
码管显示的十六进制数和空白字符与P的显示段码。
表4LED显示段码
字型
共阳极段码
共阴极段码
字型
共阳极段码
共阴极段码
0
C0H
3FH
9
90H
6FH
1
F9H
06H
A
88H
77H
2
A4H
5BH
B
83H
7CH
3
BOH
4FH
C
C6H
39H
4
99H
66H
D
A1H
5EH
5
92H
6DH
E
86H
79H
6
82H
7DH
F
84H
71H
7
F8H
07H
空白
FFH
00H
8
80H
7FH
P
8CH
73H
注:
(1)本表所列各字符的显示段码均为小数点不亮的情况。
(2)“空白”字符即没有任何显示。
3.总原理图设计
根据AT89C2051单片机灌电流能力强,拉电流能力弱的特点,我们选用共阴数码管。
将AT89C2051的P1.0~P1.1分别与74LS164的数据输入口和时钟信号输入口相连,74LS164是8位串入并出移位寄存器,负责将P1.0输出的串行数据转换成并行信号。
显然,这种方式显示同样的位数使用单片机的口线大大减少,即可以让LED当前时间数值,数码管显示器有二种工作方式,即静态显示方式和动态扫描显示方式。
为节省端口,本系统采用静态扫描显示方式。
系统的时分显示部件由4只7段共阳LED数码管构成,前两只用于时的显示,后两只用于分的显示。
每个LED数码管由相对应的74LS164驱动,数码管的a,b,c,d,e,f,g,h,分别分别74LS164的QA,QB,QC,QD,QE,QF,QH相连。
具体设计原理图及实物PCB图见下图所示:
数字钟原理图5
实物PCB图6
4系统的软件构成及功能
本系统的软件系统主要可分为主程序和定时器中断程序以及查询P1.2,P1.3端口并判断是否调用子程序三大模块。
下面对部分模块作介绍。
4.1系统主程序设计
主程序的功能是完成系统的初始化,程序流程如图4所示。
图7
4.2中
- 配套讲稿:
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