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指导教师:
郑誉煌签发
2010-11-07
摘要
在“十一五”规划发展期间,我国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。
随着时代的发展,时间这个概念越来越受到人们的重视。
时间就是生命,时间就是金钱。
对于一个企业来说,不准确的时间会给企业带来很大的麻烦。
而
数字时钟比机械式时钟更高效与准确。
因此数字时钟得到了广泛的使用。
该时钟设计中采取以AT89C51为基础,74LS245驱动LED数码管,按键调节时间。
从而动态显示时分秒,实现闹钟的功能。
关键词:
数字时钟,AT89C51,74LS245
Abstract
Inthe"
EleventhFive-YearPlan"
periodofdevelopment,China'
selectronictechnologygainedrapiddevelopmentinthepromotionofmodernelectronicsintoalmostallareasofsociety,astrongimpetustothedevelopmentofsocialproductiveforcesandsocialimprovementinthelevelofinformation,butalsotofurtherimprovetheperformanceofmodernelectronicproducts,replacementproductsfasterandfasterpace.
Withthedevelopmentoftheera,thepeoplemoreandmoreattachimportanttotheconceptoftime.Timeislife,timeismoney.Foranenterprise,nottheexacttimewillbringalotoftrouble.Thedigitalclockismoreefficientandaccuratethanthemechanicalclock.Therefore,digitalclockhasbeenwidelyused.
TheclockdesignisbasedontheAT89C51,74LS245driveLEDdigitaltube,buttonsadjusttothetime.Thus,thedigitalclockscanbedynamicallydisplayminutesandseconds,alarmclockfunctiontoachieve.
Keyword:
DigitalClock,AT89C51,74LS245
第一章绪论
1.1设计背景
我国经过“十一五”规划的发展,我国的电子技术发生的翻天覆地的变化。
现代电子产品几乎参透了社会的各个角落,同时现代电子产品性能不断发展,产品更新换代的节奏也越来越快。
时间对于人们来说是那么的宝贵,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,一旦是重要事情,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。
单片机模块中最常见的是数字时钟,数字时钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置,与机械式时钟相比更具有的高效和准确,因此得到了广泛的使用。
1.2数字时钟设计方案论证
1.2.1方案一
本方案以信号源为基础,连接计数器和七段数码管组合而成。
其中包括有计数电路,译码电路,显示电路和起闹电路。
为使数字闹钟能按用户需要,在特定时间起闹,可以设置有控制作用的电路及何时起闹的时,分译码电路和选择开关,有用户自行决定起闹时,分。
该方案如图1.21所示。
图1.21方案一
1.2.2方案二
本方案以AT89C51单片机为核心器件,使用74LS245,8段数码管等器件。
运用编程的方法把各个器件有机地组合组成一个数字时钟。
我们采用LED数码管显示时、分、秒,以24小时计时方式,根据数码管动态显示原理来进行显示,用12MHz的晶振产生振荡脉冲,定时器计数。
根据按键所设定的时间来驱动蜂鸣器,从而实现闹钟功能。
该方案如图1.22所示。
图1.22方案二
经过反复比较,在这个2种方案中,方案一结构复杂设计成本高而方案二结构简单可以直接软件来实现电子闹钟功能。
因此方案二是我们最终的选择设计方案。
第二章主要元件介绍
2.1AT89C51的性能介绍
2.1.1AT89C51主要特性
·
与MCS-51兼容 ·
4K字节可编程FLASH存储器
寿命:
1000写/擦循环 ·
数据保留时间:
10年
全静态工作:
0Hz-24MHz ·
三级程序存储器锁定
128×
8位内部RAM ·
32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
2.1.2AT89C51引脚说明
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。
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 P3.0RXD(串行输入口) P3.1TXD(串行输出口) P3.2/INT0(外部中断0) P3.3/INT1(外部中断1) P3.4T0(记时器0外部输入) P3.5T1(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。
2.1.4芯片擦除
整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合,并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。
在芯片擦操作中,代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前,该操作必须被执行。
此外,AT89C51设有稳态逻辑,可以在低到零频率的条件下静态逻辑,支持两种软件可选的掉电模式。
在闲置模式下,CPU停止工作。
但RAM,定时器,计数器,串口和中断系统仍在工作。
在掉电模式下,保存RAM的内容并且冻结振荡器,禁止所用其他芯片功能,直到下一个硬件复位为止。
2.274LS245性能介绍
74LS245是我们常用的芯片,用来驱动led或者其他的设备,它是8路同相三态双向总线收发器,可双向传输数据。
74LS245还具有双向三态功能,既可以输出,也可以输入数据。
当8051单片机的P0口总线负载达到或超过P0最大负载能力时,必须接入74LS245等总线驱动器。
当片选端/CE低电平有效时,DIR=“0”,信号由B向A传输;
(接收)DIR=“1”,信号由A向B传输;
(发送)当CE为高电平时,A、B均为高阻态。
由于P2口始终输出地址的高8位,接口时74LS245的三态控制端1G和2G接地,P2口与驱动器输入线对应相连。
P0口与74LS245输入端相连,E端接地,保证数据线畅通。
8051的/RD和/PSEN相与后接DIR,使得RD且PSEN有效时,74LS245输入(P0.1←D1),其它时间处于输出(P0.1→D1)。
第三章硬件设计
该系统硬件电路时由中央处理单元(AT89C51)、晶振电路、复位电路、按键电路、显示电路和报警电路组成。
3.1中央处理单元
该设计的中央处理单元,我用了AT89C51。
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器(FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压、高性能CMOS8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。
如图3.1所示。
图3.1中央处理单元
3.2晶振电路
该晶振电路,我用了2个电容和一个晶振组成。
这个晶振电路可以为AT89C51提供“能量”,AT89C51每条指令的运行都是严格按照机器周期来执行的,机器周期就是由晶振电路提供的。
该电路如图3.2所示。
图3.2晶振电路
3.3复位电路
该复位电路,我用了一个按钮,一个电阻和一个电容。
该电路的作用是令整个系统置位。
该电路如图3.3所示。
图3.3复位电路
3.4按键电路
该电路设计中,我直接用5个按键button来实现清零、调时、调分、秒表、闹钟等设置功能。
该电路如图3.4所示。
图3.4按键电路
3.4报警电路
这个报警电路的作用是,当走时时间与所设置的闹钟时间相等时,就会报警。
该电路我直接用了一个蜂鸣器一边接AT89C51的P1.7口,另外那边接地。
电路如图3.4所示。
图3.4报警电路
3.5显示电路
该电路中,我用了74LS245来驱动LED数码管。
该电路的作用是显示时、分、秒。
电路如3.5所示。
图3.5显示电路
第四章软件设计
4.1主流程图
主流程图如图4.1所示。
图4.1主流程图
4.2各子程序流程图
4.2.1定时器0中断秒表流程图
定时0中断秒表流程图如图4.2.1所示。
图4.2.1秒表流程图
4.2.2定时器1中断时钟控制流程图
时钟控制流程图如图4.2.2所示。
图4.2.2时钟控制流程图
4.2.3按键流程图
按键流程图如图4.2.3所示。
图4.2.3按键流程图
4.2.4显示流程图
显示流程图如图4.2.4所示。
图4.2.4显示流程图
第五章仿真软件
5.1PROTEUS仿真软件介绍
5.1.1PROTEUS仿真软件概述
Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件(该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司)。
它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能,还能仿真单片机及外围器件。
它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。
虽然目前国内推广刚起步,但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。
Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件),从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真,一键切换到PCB设计,真正实现了从概念到产品的完整设计。
是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台,其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等,2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器,并持续增加其他系列处理器模型。
在编译方面,它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。
5.1.2PROTEUSISIS介绍
丰富的器件库:
超过27000种元器件,可方便地创建新元件;
智能的器件搜索:
通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件;
智能化的连线功能:
自动连线功能使连接导线简单快捷,大大缩短绘图时间;
支持总线结构:
使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰;
可输出高质量图纸:
通过个性化设置,可以生成印刷质量的BMP图纸,可以方便地供WORD、POWERPOINT等多种文档使用。
5.1.3PROTEUS电路仿真
在PROTEUS绘制好原理图后,调入已编译好的目标代码文件:
*.HEX,可以在PROTEUS的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。
PROTEUS是单片机课堂教学的先进助手。
PROTEUS不仅可将许多单片机实例功能形象化,也可将许多单片机实例运行过程形象化。
前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果,后者则是实物演示实验难以达到的效果。
它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。
这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能,例:
元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。
课程设计、毕业设计是学生走向就业的重要实践环节。
由于PROTEUS提供了实验室无法相比的大量的元器件库,提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表,因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台。
随着科技的发展,“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。
它具有设计灵活,结果、过程的统一的特点。
可使设计时间大为缩短、耗资大为减少,也可降低工程制造的风险。
相信在单片机开发应用中PROTEUS也能茯得愈来愈广泛的应用。
使用Proteus软件进行单片机系统仿真设计,是虚拟仿真技术和计算机多媒体技术相结合的综合运用,有利于培养学生的电路设计能力及仿真软件的操作能力;
在单片机课程设计和全国大学生电子设计竞赛中,我们使用Proteus开发环境对学生进行培训,在不需要硬件投入的条件下,学生普遍反映,对单片机的学习比单纯学习书本知识更容易接受,更容易提高。
实践证明,在使用Proteus进行系统仿真开发成功之后再进行实际制作,能极大提高单片机系统设计效率。
5.2KEILC51仿真软件介绍
5.2.1KEILC51仿真软件概述
KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统,与汇编相比,C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势,因而易学易用。
Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案,通过一个集成开发环境(uVision)将这些部分组合在一起。
运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。
如果你使用C语言编程,那么Keil几乎就是你的不二之选,即使不使用C语言而仅用汇编语言编程,其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。
5.2.2KEILC51开发系统基本知识KeilC51开发系统基本知识
1.系统概述
KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具,全Windows界面。
另外重要的一点,只要看一下编译后生成的汇编代码,就能体会到KeilC51生成的目标代码效率非常之高,多数语句生成的汇编代码很紧凑,容易理解。
在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。
下面详细介绍KeilC51开发系统各部分功能和使用。
2.KeilC51单片机软件开发系统的整体结构
C51工具包的整体结构,uVision与Ishell分别是C51forWindows和forDos的集成开发环境(IDE),可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。
开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。
然后分别由C51及C51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。
目标文件可由LIB51创建生成库文件,也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。
ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件,以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试,也可由仿真器使用直接对目标板进行调试,也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。
3.使用独立的Keil仿真器时,注意事项
*仿真器标配11.0592MHz的晶振,但用户可以在仿真器上的晶振插孔中换插其他频率的晶振。
*仿真器上的复位按钮只复位仿真芯片,不复位目标系统。
*仿真芯片的31脚(/EA)已接至高电平,所以仿真时只能使用片内ROM,不能使用片外ROM;
但仿真器外引插针中的31脚并不与仿真芯片的31脚相连,故该仿真器仍可插入到扩展有外部ROM(其CPU的/EA引脚接至低电平)的目标系统中使用。
5.2.3PROTEUS与KEIL联合仿真方法
软硬件联合仿真系统由一个硬件执行环境和一个软件执行环境组成,通常软件环境和硬件环境都有自己的除错和控制界面,Keil与Proteus的整合调试可以实现系统的总调,在该系统中,Keil作为软件调试界面,Proteus作为硬件仿真和调试界面,下面说一下如何在keil中调用proteus进行MCU外围器件的仿真。
(1)、安装keil与proteus。
(2)、把安装proteus\MODELS目录下VDM51.dll文件复制到Keil安装目录的\C51\BIN目录中。
(3)、修改keil安装目录下Tools.ini文件,在C51字段加入TDRV5=BIN\VDM51.DLL("
ProteusVSMMonitor-51Driver"
),保存。
注意:
不一定要用TDRV5,根据原来字段选用一个不重复的数值就可以了。
引号内的名字随意。
(4)、打开proteus,画出相应电路,在proteus的debug菜单中选中useremotedebugmonitor
(5)、在keil中编写MCU的程序
(6)、进入KEIL的project菜单optionfortarget'
工程名'
。
在DEBUG选项中右栏上部的下拉菜单选中ProteusVSMMonitor-51Driver。
在进入seting,如果同一台机IP名为127.0.0.1,如不是同一台机则填另一台的IP地址。
端口号一定为8000
可以在一台机器上运行keil,另一台中运行proteus进行远程仿真。
(7)、在keil中进行debug吧,同时在proteus中查看直观的结果(如LCD显示…)
第六章仿真调试
6.1仿真调试
6.1.1电子时钟仿真图
电子时钟仿真图如6.1.1所示。
图6.1.1电子时钟仿真
6.1.2系统调试
通过Proteus与Keil连接达到系统调试的效果。
调试如图6.1.2与6.1.3所示。
图6.1.2系统调试
图6.1.3系统调试
6.1.3系统调试结果
经过多番努力,调试的结果和设计的要求
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