基于AT89C51单片机的数字电子时钟设计.docx
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基于AT89C51单片机的数字电子时钟设计.docx
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/安徽工程大学机电学院
单片机课程设计
题目:
数字电子时钟设计
指导老师:
龙海燕
制作人员:
范超
学号:
313107010212
班级:
自动化2132
日期:
7月13日-7月24日
总评成绩:
课程任务设计书
设计题目:
数字电子时钟的设计
设计任务:
1.设计一款时,分,秒可调数字电子时钟可整点报时;
2.设计三个按键K1,K2和K3,用于调节时钟的时间;
3.用8个、七段LED数码管作为显示设备,开机显示00-00-00;
摘要
本设计采用AT89C51单片机为核心器件。
具有电子钟显示,时间调整,整点报时等功能。
此数字钟是一个将“时”、“分”、“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。
根据60秒为一分、60分为1小时的计数周期,构成秒、分、时的计数,实现计时的功能。
而且能显示清晰、直观的数字符号。
针对数字钟会产生误差的现象,就设计有校准时间的功能。
AT89C51单片机控制的数字钟的硬件结构与软件设计,给出了汇编语言源程序。
此数字钟是一个将“时”、“分”、“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。
它的计时周期为24小时,显示满刻度为24时00分00秒,另外应有校时功能。
电路由时钟脉冲发生器、时钟计数器、译码驱动电路和数字显示电路以及时间调整电路组成。
用晶体振荡器产生时间标准信号,这里采用石英晶体振荡器。
根据60秒为1分、60分为1小时、24小时为1天的计数周期,分别组成两个60进制(秒、分)、一个24进制(时)的计数器。
显示器件选用LED八段数码管。
在译码显示电路输出的驱动下,显示出清晰、直观的数字符号。
针对数字钟会产生走时误差的现象,在电路中就设计有有校准时间功能的电路。
关键字:
Proteus,KeiluVision,AT89C51,电子钟,整点报时
目录
摘要 3
第1章概述..............................................................................................................5
1.1设计背景.........................................................................................................5
1.2系统方案论证与设计………………………………………………..………5
第2章系统硬件设计..............................................................................................7
2.1系统总电路的设计 7
2.1.1系统的总框图
2.1.2芯片的选择 7
2.2最小系统设计 9
2.2.1时钟电路的选择与设计 10
2.2.2复位电路的选择与设计 10
2.3发声电路的选择与设计 10
2.4按键电路的选择与设计 11
2.5显示电路的选择与设计 11
第3章系统软件设计 12
3.1系统流程图 12
3.2子程序的介绍 13
3.2.1显示子程序 13
3.2.2按键扫描程序 14
第4章软件仿真 16
4.1Protues软件的介绍 16
4.2keil软件的介绍 16
4.3仿真电路图 17
4.4仿真结果与分析 17
小结 19
参考文献 20
附录A电路图 21
附录B程序 21
第1章概述
1.1设计背景
单片机是20世纪70年代中期发展起来的一种大规模集成电路器件。
它在一块硅芯片内集成了各种计算机功能部件,构成一种单片式的微型计算机。
20世纪80年代以来,随着国际上单片机迅速发展,其应用不断深入,新技术层出不穷。
也因为其体积小,功能强,成本地,尤其是随着CMOS工艺的发展,耗电也大大低于其它相似的电子产品,被广泛应用于智能产品和工业控制之中。
其中最著名的生产商就是INTEL公司,其开发的51系列单片机是目前市场上最典型和最有代表性的一种,也是国内市场用的最多的单片机。
在其之后,世界上许多著名的半导体厂商相继生产和这个系列兼容的单片机,这就使得其产品型号不断地增加,品种不断丰富,功能不断增强。
在国内外单片机应用中占有非常重要的地位。
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100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。
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
1.2系统方案论证与设计
方案一:
由若干个74LS160、电阻、开关、电容、LED数码管、与非门和74153组成。
这个方案较复杂,组成部件较多,连线复杂,不够简洁;但是思路清晰。
方案二:
由主芯片AT89C51、电阻、电容、8个8段LED数码管、开关组成。
这个方案较为简化,应用部件少,连线简单。
为了节约时间成本,所以在本设计中采用方案二来设计数字时钟电路。
第2章系统硬件设计
2.1系统总电路的设计
2.1.1系统的组成与总框图
数字钟实际上是一个对标准频率(1HZ)进行计数的计数电路,由于计数的起始时间不可能与标准时间一致,故需要在电路上加一个校时电路,同时标准的1MHZ时间信号必须做到准确稳定,通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。
时钟电路由主芯片AT89C51和时钟电路,复位电路,按键电路,LED显示,声响电路组成。
数字钟系统的总框图如图2.1所示:
AT89C51
时钟电路
LED显示
复位电路
按键电路
发声电路
图2.1系统的总框图
2.1.2芯片的选择
通过对多种单片机性能的分析,最终认为AT89C51是最理想的电子时钟开发芯片。
所以本设计采用AT89C51芯片,AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压,高性能CMOS8位微处理器,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,且具有4K字节可编程闪烁存储器和1000写/擦循环,数据保留时间为10年等特点,是最好的选择。
图2.2AT89C51
AT89C51:
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。
2.2最小系统设计
2.2.1时钟电路的选择与设计
时钟电路是产生CPU校准时序,是单片机的控制核心。
AT89C51的时钟信号可通过内部振荡方式和外部振荡方式两种方式得到。
本次设计使用的是片内振荡方式,通过外接12MHz的晶振来实现时钟电路的时序控制。
在使用片内振荡器时,XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入端和输出端。
外接晶体以及电容C1和C2构成并联谐振电路,接在放大器的反馈回路中。
当使用外部时钟驱动时,XTAL2引脚应悬空,而由XTAL1引脚上的信号驱动,或者XTAL1引脚应悬空,而由XTAL2引脚上的信号驱动。
外部振荡器再通过一个2分频的触发器来形成内部时钟所需要的信号。
具体的电路接法如图2.3:
图2.3时钟电路
2.2.2复位电路的选择与设计
根据应用的要求,复位操作通常由上电复位和开关复位2种基本形式。
本系统使用的复位电路是在基本复位电路的基础上所改进的一种混合方法,使其两种形式巧妙地糅合在一起,即做到了上电复位,又可以在发生预料之外的问题时,随时进行开关复位单片机。
具体的电路连接接法如图2.4:
图2.4复位电路
单片机复位后的状态:
单片机的复位操作使单片机进入初始化过程,其中包括使程序计数器PC=0000H,P0~P3=FFH,SP=07H,其他寄存器处于零。
这表明程序从0000H地址单元开始执行。
单片机复位后不改变片内RAM区中的内容。
2.3发声电路的选择与设计
报时器一端p1.0,一端接地,当分显示到达60,报时器报时。
图2.5发声电路
2.4按键电路的选择与设计
P2.6/A14,P2.7/A15,P3.0/RXD,P3.5/T1,P3.6/WR,P3.7/RD并联接开关再接地。
按ST按键计时开始;PA为复位按键,开始复位;CL为清零按键,全部清零,S为秒按键,按下秒加1;M为分按键,按下分加1;H为小时按键,按下小时加1
图2.6按键电路
2.5显示电路的选择与设计
系统默认的电源是5V,AT89C51也是5V,可以直接接入。
第3章系统软件设计
3.1系统流程图
开始
初始化
秒加1
N
Y
+
秒=60?
分加1
N
Y
分=60?
小时加1
N
小时=24?
图3.1系统流程图
3.2子程序的介绍
3.2.1显示子程序
T0INT:
MOVTH0,#03CH;定时中断子程序。
重装定时常数
MOVTL0,#0B0H;TL0=0B0H
MOVR4,#20;R4=20
DJNZR4,T0INTR;50msX20=1S,未满20次,跳出中断子程序
INC26H;1S,秒存储单元内数+1
INCR0;响铃时间
MOVA,26H;A=26H
CJNEA,#60,T0INTR;未满60S,跳出中断。
MOV26H,#0;满60S,秒单元清零
INC27H;分+1
MOVA,27H;A=27H
CJNEA,#60,T0INTR;比较立即数和A,不相等则转移
MOV27H
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