单片机时钟课程设计Word格式文档下载.docx
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2.2硬件设计2
2.3软件设计6
3调试结果与分析9
3.1仿真调试9
3.2硬件调试9
4结论10
附录A:
单片机时钟实物图11
附录B:
单片机程序源码12
附录C:
PCB图36
参考文献37
1引言
1.1设计任务与要求
设计一个基于89C52系列单片机控制的时钟,实现以下功能:
1.1.1显示实时
单片机控制六位数码管显示时、分、秒,以24小时计时方式运行。
1.1.2整点报时
单片机控制蜂鸣器在整点短蜂鸣,次数代表整点时间。
1.1.3时间调整
使用按键开关可以实现时分调整。
1.1.4秒表功能
使用按键开关可以实现秒表/时钟功能转换。
1.1.5节能模式
使用按键开关可以实现正常工作/节能模式(关闭显示)转换。
1.1.6闹钟功能
使用按键开关可以设定闹钟时间已经闹钟开关模式。
1.2实用价值与理论意义
1.2.1实用价值
数字钟能长期、连续、可靠、稳定地下作;
同时还具有体积小,功耗低等特点,便于携带,使用方便。
同时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,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。
使得电子时钟广泛应用于个人家庭、车站、码头、办公室等场所的各个角落,已成为人们日常生话中不可缺少的必需品。
1.2.2理论意义
通过本课程设计,可以掌握单片机控制系统设计的基本理论以及单片机的编程方法。
熟悉掌握有关单片机控制的设计思想和设计方法。
2设计思路与过程
2.1总体设计思路
单片机时钟运行流程如图2-1所示,根据该流程图,把机器人划分成几部分分别进行设计。
图2-1单片机时钟运行流程图
2.2硬件设计
2.2.1单片机最小系统
根据设计要求,选用STC89C52RC单片机。
STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器。
STC89C52使用经典的MCS-51内核,但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。
在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
具有以下标准功能:
8K字节Flash,512字节RAM,32位I/O口线,看门狗定时器,内置4KBEEPROM,MAX810复位电路,3个16位定时器/计数器,4个外部中断,一个7向量4级中断结构(兼容传统51的5向量2级中断结构),全双工串行口。
另外STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。
最高运作频率35MHz,6T/12T可选。
STC89C52RC单片机最小系统如图2-2所示,包括电源、晶振、单片机、复位电路和上拉电阻。
图2-2单片机最小系统
2.2.2按键电路设计
STC89C52RC单片机拥有两个外部中断输入端口,外部中断0和外部中断1分别对应单片机的P3.2口和P3.3口。
本系统的设计思路是按键按下时触发单片机中断,进行实时处理,由于用到了八个按键,单片机只拥有两个外部中断输入端口,电路中使用了一片74LS21芯片,74LS21是四输入双与门芯片,真值表如表2-1所示,按键电路如图2-3所示,当有按键按下时,触发单片机中断,然后单片机扫描I/O口,判断是哪个按键按下,进行相应的处理。
表2-174LS21真值表
INPUT
OUTPUT
Y
ABCD
HHHH
L
LXXX
XLXX
XXLX
XXXL
,
图2-3按键电路
2.2.3数码管电路设计
LED数码管(LEDSegmentDisplays)是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件,引线已在内部连接完成,只需引出它们的各个笔划,公共电极。
数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的,加上小数点就是8个。
这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表示。
如图2-4所示。
当数码管特定的段加上电压后,这些特定的段就会发亮,以形成我们眼睛看到的字样。
如:
显示一个“2”字,那么应当是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。
LED数码管有一般亮和超亮等不同之分,也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。
小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组成,而大尺寸的数码管由二个或多个发光二极管组成,一般情况下,单个发光二极管的管压降为1.8V左右,电流不超过30mA。
发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳数码管,发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。
常用LED数码管显示的数字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。
本系统采用了一块四位八段和一块二位八段共阴数码管,采用74HC573分时输出位码和段码,驱动能力最大35mA,可以胜任驱动数码管。
74HC573真值表如图2-5所示。
数码管电路如图2-6所示。
图2-4数码管图2-574HC573真值表
图2-6数码管电路
2.2.4蜂鸣器电路设计
由于蜂鸣器的工作电流一般比较大,以至于单片机的I/O口是无法直接驱动的,所以要利用放大电路来驱动,一般使用三极管来放大电流就可以了。
蜂鸣器电路如图2-7所示。
图2-7蜂鸣器电路
2.2.5电源设计
系统采用3节额定电压是1.5V的干电池供电,3节电池串联后,实测电压4.9V,由于本系统的额定电压是5V,所以可以胜任为本系统供电。
2.3软件设计
2.3.1单片机编程软件
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。
2009年2月发布KeiluVision4,KeiluVision4引入灵活的窗口管理系统,使开发人员能够使用多台监视器,并提供了视觉上的表面对窗口位置的完全控制的任何地方。
新的用户界面可以更好地利用屏幕空间和更有效地组织多个窗口,提供一个整洁,高效的环境来开发应用程序。
新版本支持更多最新的ARM芯片,还添加了一些其他新功能。
界面如图2-8所示。
图2-8KeiluVision4界面
2.3.2单片机仿真软件
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。
它是目前比较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。
2.3.3单片机程序流程图
STC89C52RC单片机拥有两个16位定时/计数器,本系统用定时器0产生秒信号,装入初值15536,则定时器溢出时为50ms,每溢出20次,产生一个秒信号,定时器中断服务函数流程图如图2-9所示。
图2-9时间算法流程图
3调试结果与分析
3.1仿真调试
在Proteus中连接如图3-1所示电路,把编译正确的程序进行仿真运行,经过仿真分析,系统实现了全部的设计要求。
图3-1仿真调试图
3.2硬件调试
按照如图3-1所示电路设计并制作PCB,焊接元器件,然后把程序烧写进单片机里,进行调试,经过调试,系统实现了全部的设计要求。
系统使用指南如表3-1所示。
表3-1使用指南
按键编号
功能
1
打开/关闭闹钟
5
时加1/秒表开始/秒表暂停
2
闹钟时间/实时切换
6
时减1/秒表复位
3
秒表/实时切换
7
分加1
4
开启/关闭节能模式
8
分减1
4结论
经过两周的单片机课程设计,在自己的努力和老师的帮助下,成功完成了设计任务——单片机时钟。
老师为我们提供了课程设计所需的仪器、工具和元器件,然后自己一步一步进行设计:
首先,弄清楚了设计任务,设计一个单片机时钟,实现6个功能;
然后,经过分析研究,提出了总体设计思路,分模块进行设计,绘制原理图,画出程序流程图,编写单片机程序,在仿真软件里进行仿真。
仿真正确后,制作PCB,焊接元器件,烧写程序,再次进行调试。
最后,系统调试成功。
单片机时钟实物图
单片机程序源码
/******************************************
Filename:
main.c
Author:
Guojianxin
Date:
05/06/2014
Description:
数字钟主程序,首先初始化变量、I/O口、外设,
然后单片机进入无条件循环,若中断触发,则进行实时处理。
History:
1.Author:
Date:
Description:
2.Author:
******************************************/
//Start
/*包含头文件*/
#include<
reg52.h>
delay.h>
keyboard.h>
display.h>
timer.h>
/************************
主程序
入口参数:
无;
返回值:
无
************************/
voidmain(void)
{
Timer_Init();
//定时器初始化
Keyboard_Init();
//按键初始化
Display_Init();
//数码管显示初始化
EN_Bell=1;
//关闭蜂鸣器
while
(1)//无条件循环
{
Display_Updata();
//数码管显示更新
}
}
delay.h
数字钟头文件,申明delay.c中的全局函数、全局变量
#ifndef__DELAY_H__//作用:
防止delay.h被重复引用
#define__DELAY_H__
/*uS延时函数*/
externvoidDelayUs(unsignedchart);
//全局函数申明
/*mS延时函数*/
externvoidDelayMs(unsignedchart);
#endif
//Nomore
delay.c
数字钟简单延时函数
/*大致延时2uS*/
voidDelayUs(unsignedchart)
{
while(--t);
/*大致延时1mS*/
voidDelayMs(unsignedchart)
while(t--)
DelayUs(245);
DelayUs(245);
display.h
数字钟头文件,申明display.c中的全局函数、全局变量
#ifndef__DISPLAY_H__//作用:
防止display.h被重复引用
#define__DISPLAY_H__
sbitLATCH1=P0^7;
//数码管段锁存
sbitLATCH2=P0^6;
//数码管位锁存
externbitEN_Dis,Open_Alarm;
//全局变量申明
externunsignedcharEN_Play;
/*数码管显示初始化程序*/
externvoidDisplay_Init(void);
//全局函数申明
/*数码管显示更新程序*/
externvoidDisplay_Updata(void);
//全局函数申明
display.c
数字钟数码管显示程序,通过两个74HC573和两个片选信号,
分时输出段码和位码。
/*定义常量*/
unsignedcharcodeTable_Duan[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
//显示段码值0~9
unsignedcharcodeTable_Wei[6]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf};
//分别对应相应的数码管点亮,即位码
/*定义变量*/
unsignedcharTable_Dis[6]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};
unsignedcharj,EN_Play;
//数码管位计数、显示模式标志
bitEN_Dis;
//节能模式标志
bitOpen_Alarm;
//闹钟打开标志
数码管显示初始化程序
voidDisplay_Init(void)
j=0;
s=0;
m=0;
h=0;
s_1=0;
m_1=0;
h_1=0;
s_2=0;
m_2=0;
h_2=0;
Open_Alarm=0;
EN_Dis=1;
EN_Play=0x00;
Count_Bell=0;
数码管段码计算程序
voidDisplay_Actual(void)//实时
Table_Dis[5]=s%10;
Table_Dis[4]=s/10;
Table_Dis[3]=m%10;
Table_Dis[2]=m/10;
Table_Dis[1]=h%10;
Table_Dis[0]=h/10;
voidDisplay_Stopwatch(void)//秒表
Table_Dis[5]=s_1%10;
Table_Dis[4]=s_1/10;
Table_Dis[3]=m_1%10;
Table_Dis[2]=m_1/10;
Table_Dis[1]=h_1%10;
Table_Dis[0]=h_1/10;
voidDisplay_Alarm(void)//闹钟
Table_Dis[5]=s_2%10;
Table_Dis[4]=s_2/10;
Table_Dis[3]=m_2%10;
Table_Dis[2]=m_2/10;
Table_Dis[1]=h_2%10;
Table_Dis[0]=h_2/10;
数码管显示更新程序
voidDisplay_Updata(void)
if(EN_Dis)
switch(EN_Play)//显示模式选择
{
case0x00:
Display_Actual();
break;
//实时
case0x01:
Display_Stopwatch();
//秒表
case0x02:
Display_Alarm();
break;
//闹钟
default:
;
break;
}
for(j=0;
j<
6;
j++)
P2=Table_Wei[j];
//取位码
LATCH2=1;
//位锁存
LATCH2=0;
if((j==1)||(j==3))
P2=Table_Duan[Table_Dis[j]]|0x80;
//取段码
else
P2=Table_Duan[Table_Dis[j]];
//取段码
LATCH1=1;
//段锁存
LATCH1=0;
DelayMs
(2);
else
P2=0xff;
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