电子时钟的设计单片机课程设计.docx
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电子时钟的设计单片机课程设计
洛阳理工学院
课程设计说明书
课程名称单片机原理与接口技术
设计课题电子时钟的设计
专业自动化
班级B120436
姓名高洁
2013年06月21日
课程设计划任务书
电气工程与自动化系自动化专业
学生姓名高洁班级B120436学号B12043607
课程名称:
单片机原理与接口技术
设计题目:
电子时钟的设计
课程设计内容与要求:
设计(论文)开始日期2013年06月10日指导教师张娟梅
董红政
设计(论文)结束日期2013年06月21日指导教师张娟梅
董红政
2013年06月21日
电气工程与自动化系自动化专业
学生姓名高洁班级B120436学号B12043607
课程名称:
单片机原理与接口技术
设计题目:
电子时钟的设计
课程设计篇幅:
图纸0张
说明书24页
指导教师评语:
摘要
数字电子钟是一种利用数字电路来显示秒、分、时的计时装置,与传统的机械钟相比,它具有走时准确、显示直观,无机械传动装置等优点。
随着现代数字技术的发展,数字电子钟广泛的应用于各个生活生产领域,如时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备等等。
本次课程设计之------电子时钟设计,具有最简单的计时功能及调整时间的功能。
基于89C51芯片和LED数码管为核心,辅以必要的电路,并以C程序设计为基础,构成一个简单的单片机数字电子时钟。
通过数码管能够准确显示时间,分、秒,并且可以通过按键进行校时。
关键词:
89C51芯片,数字电子时钟,校时
ABSTRACT
Digitalelectronicclockisatimingdevicetodisplayseconds,divided,theuseofdigitalcircuit,comparedwiththetraditionalmechanicalclock,ithastheadvantagesofaccurate,intuitivedisplay,nomechanicaltransmissiondevice.Withthedevelopmentofmoderndigitaltechnology,digitalelectronicclockiswidelyusedinallareasofproductionlife,suchasthetimetheprogramautomaticcontrol,regularradio,closedautomaticallylights,timingswitchesoven,on-offpowerequipmentetc..
Thecurriculumdesignofelectronicclock,design,havethefunctionoftimingandtimetoadjustthemostsimplefunction.Basedonthe89C51chipandtheLEDdigitaltubeasthecore,supplementedbythenecessarycircuit,andintheCprogramdesignasthebasis,formasimplesinglechipdigitalelectronicclock.Abletoaccuratelydisplaythetimethroughthedigitaltube,minutesandseconds,andcanbecarriedoutthroughthekeyschool.
Keywords:
89C51chip,digitalelectronic,clocktiming
第1章前言
1.1课题背景
单片机自1976年由Intel公司推出MCS-48开始,迄今已有二十多年了。
由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等一系列优点,目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面,单片机的应用领域已从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、PC机外围以及网络通讯等广大领域。
单片机有两种基本结构:
一种是在通用微型计算机中广泛采用的,程序存储器和数据存储器共用一个存储器空间的结构,称为“冯·诺依曼”(VonNeumann)结构。
另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开,分别寻址的结构,称为“哈佛”(Harvard)结构,目前的单片机采用此种结构为多。
本文讨论的单片机多功能时钟系统的核心是目前应用极为广泛的51系列单片机,配置了外围设备,构成了一个可编程的计时定时系统,具有体积小,可靠性高,功能多等特点。
不仅能满足所需要求而且还有很多功能可供扩展,有着广泛的应用领域。
1.2课题意义
在日常生活和工作中,我们常常用到定时控制,如扩印过程中的曝光定时等。
早期常用的一些时间控制单元都使用模拟电路设计制作的,其定时准确性和重复精度都不是很理想,现在基本上都是基于数字技术的新一代产品,随着单片机性价比的不断提高,新一代产品的应用也越来越广泛。
大则可以构成复杂的工业过程控制系统,完成复杂的控制功能;小则可以用于家电控制,甚至可以用于儿童电子玩具。
它功能强大、体积小、质量轻、灵活好用,配以适当的接口芯片,可以构成各种各样、功能各异的微电子产品。
随着电子技术的飞速发展,家用电器和办公电子设备逐渐增多,不同的设备都有自己的控制器,使用起来很不方便。
这些具有人们所需要的智能化特性的产品减轻了人的劳动,扩大了数字化的范围,为家庭数字化提供了可能。
具有十分重要的意义。
第2章单片机及数码管简介
2.189C51单片机介绍
2.1.1AT89C51的结构组成
AT89C51是单片机中的典型产品,AT89C51单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线,如图2-1所示。
图2-1单片机内部结构示意图
现分别加以说明:
1、中央处理器
中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件,是8位数据宽度的处理器,能处理8位二进制数据或代码,CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作,完成运算和控制输入输出功能等操作。
2、数据存储器(RAM)
AT89C51内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元,它们是统一编址的,专用寄存器只能用于存放控制指令数据,用户只能访问,而不能用于存放用户数据,所以,用户能使用的RAM只有128个,可存放读写的数据,运算的中间结果或用户定义的字型表。
3、程序存储器(ROM)
AT89C51共有4KB掩膜ROM,最大可扩展64K字节,用于存放用户程序,原始数据或表格。
4、定时/计数器:
AT89C51有两个16位的可编程定时/计数器,以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。
5、并行输入输出(I/O)口:
AT89C51共有4组8位I/O口(P0、P1、P2或P3),用于对外部数据的传输。
6、中断系统
AT89C51具备较完善的中断功能,有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断,可满足不同的控制要求,并具有2级的优先级别选择。
2.1.2AT89C51的引脚介绍
AT89C51单片机内部总线是单总线结构,即数据总线和地址总线是公用的.AT89C51有40条引脚,这40条引脚可分为I/O接口线、电源线、控制线、外接晶体线4部分。
AT89C51单片机为双列直插式封装结构,如图2-2所示。
图2-2AT89C51引脚分配图
AT89C51单片机的电源线有以下两种:
(1)VCC:
+5V电源线。
(2)GND:
接地线。
AT89C51单片机的外接晶体引脚有以下两种:
(1)XTAL1:
片内振荡器反相放大器的输入端和内部时钟工作的输入端。
采用内部振荡器时,它接外部石英晶体和微调电容的一个引脚。
(2)XTAL2:
片内振荡器反相放大器的输出端,接外部石英晶体和微调电容的另一端。
采用外部振荡器时,该引脚悬空。
外接晶体引脚。
AT89C51单片机的控制线有以下几种:
(1)RST:
复位输入端,高电平有效。
(2)ALE/PROG:
地址锁存允许/编程线。
(3)PSEN:
外部程序存储器的读选通线。
(4)EA/Vpp:
片外ROM允许访问端/编程电源端。
2.1.3单片机型号的选择
通过对多种单片机性能的分析,最终认为89C51是最理想的电子时钟开发芯片。
89C51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,ATMEL的89C51是一种高效微控制器,而且它与MCS-51兼容,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。
2.2数码管显示工作原理
LED数码管分共阳极与共阴极两种,其工作特点是,当笔段电极接低电平,公共阳极接高电平时,相应笔段可以发光。
共阴极LED数码管则与之相反,它是将发光二极管的阴极(负极)短接后作为反映出半导体材料的特性。
常见管芯材料有磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)、磷砷化镓(GaAsP)、氮化镓(GaN)等,其中氮化镓可发蓝光。
发光颜色不仅与管芯材料有关,还与所掺杂质有关,因此用同一种管芯材料可以制成发出红、橙、黄、绿等不同颜色的数码管。
其他颜色LED数码管的光谱曲线形状与之相似,仅入,值不同、
LED数码管等效于多只具有发光性能的PN结。
当PN结导通时,依靠少数载流子的注人及随后的复合而辐射发光,其伏安特性与普通二极管相似。
在正向导通之前,正向电流近似于零,笔段不发光。
当电压超过开启电压时,电流就急剧上升,笔段发光。
因此,LED数码管属于电流控制型器件,其发光亮度L(单位是cd/m2)与正向电流IF有关,用公式表示:
L=KIF即亮度与正向电流成正比。
LED的正向电压U,则与正向电流以及管芯材料有关。
使用LED数码管时,工作电流一般选10mA左右/段,既保证亮度适中,又不会损坏器件。
第3章设计方案
3.1硬件电路的设计方案
根据设计要求和设计思路,硬件电路有两部分组成,即单片机按键电路,LED显示器电路。
图3-1为硬件电路设计框图。
图3-1实验板结构框图
3.2硬件电路说明
3.2.1时钟电路
实验板的时钟振荡源电路如图3-2所示。
其中JT为11.0592MHz的晶振,改变两电容CB的值即可对此晶振频率进行调节。
该电路提供单片机工作所需的振荡频率,计算定时器初值即需此晶振频率,在通信时也需知道晶振频率,以对波特率进行计算。
图3-2时钟电路
3.2.2复位电路
当MCS-5l系列单片机的复位引脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上的高电平时,单片机就执行复位操作。
如果RST持续为高电平,单片机就处于循环复位状态。
根据应用的要求,复位操作通常有两种基本形式:
上电复位和上电或开关复位。
上电复位要求接通电源后,自动实现复位操作。
上电后,保持RST一段高电平时间。
图3-3复位电路
3.2.3键盘电路
如图3-4所示为阵列按键电路,在该模块中,采用四个按键作为电子时钟的控制输入,通过按键来实现时钟的时间设置、定时、秒表功能。
电路中将四个按键的一端接公共地,而单片机的P2口默认为高电平,一旦按键被按下,则该按键对应的额管脚被拉低,通过软件扫描按键即可知道用户所要实现的功能,调用相应的按键子程序来完成该操作。
按键的去抖动由软件来实现。
图3-4按键电路
3.2.4显示电路
时间显示部分的电路也很简单,由二个两位的共阳8段数码管、四盏Led灯。
在显示过程中,单片机将要显示的数字传递给4511芯片,同时通过位选选通要显示的数码管。
4511芯片实现将BCD码数字转换为七段数码管段选码通过其输出端输出,同时提供约500mA的电流驱动数码管点亮。
如图3-5所示:
图3-5数码显示电路
3.2.5蜂鸣器电路
其硬件原理图如图3-6所示。
此电路用于定时时发出提示音。
SPEAKER与P3.2口相连,当SPEAKER输出高电平时蜂鸣器不响,而SPEAKER输出低电平时蜂鸣器发出响声。
只需控制SPEAKER输出高低电平的时间和变化频率,就可以让蜂鸣器发出不同的声音。
此电路用于产生定时器提示音。
图3-6蜂鸣器电路
3.3硬件电路的原理图
设计原理图如3-7所示:
图3-7总体设计原理图
本设计电路,硬件部分共由五个模块组成:
按键模块、复位电路模块、晶振电路模块、发声指示模块、时间显示模块。
晶振电路模块负责给单片机提供时钟周期。
复位单路模块负责上电后自动复位,或按键后强制复位。
上电后,由单片机内部定时器计时,同时通过动态显示函数自动将时分秒显示到数码管上。
与此同时,按键扫描函数,一直扫描按键引脚状态,一旦扫描到按键被按下,即进入相应的功能函数。
如果检测到定时时间到,则驱动蜂鸣器发声提示。
第4章控制系统的软件设计
4.1程序流程图
系统的流程图如图4-1和图4-2所示:
图4-1主程序流程图
图4-2中断处理流程图
4.2程序设计
#include
#defineuintunsignedint
inti,j,k,m,n,a,b,c,l,x,y,th;
uintcodetab[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,};
voiddelay(uintk)
//延时程序
{
for(i=0;i for(j=0;j<121;j++); } //数码管稳定显示子函数 voidshow(uintk) { for(l=0;l { P2=0xf7; P0=tab[m]; delay(4); P2=0xfb; P0=tab[n]; delay(4); P2=0xfd; P0=tab[b]-0x80; delay(4); P2=0xfe; P0=tab[a]; delay(4); } } //蜂鸣器发声每分钟报时 voidspker(intx) { for(y=0;y { P3_0=0; show(5); P3_0=1; show(5); } P3_0=0; show(20); P3_0=1; } //数码管显示数据更新子函数 voidtime() { for(a=0;a<6;a++){ if(a==6){a=0;th++;} for(b=0;b<10;b++) { if(b==10)b=0; for(n=0;n<6;n++){ if(n==6){n=0;} for(m=0;m<10;) {if(m==10){m=0;} show (1); } } spker(b); } } } //定时器0中断服务函数 //生成秒脉冲,更新秒显示 voidrupt(void)interrupt1 { TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; c++; if(c==20) { c=0; m++; P1_7=! P1_7;} } //外部中断0服务函数 //按下按键时间停止,再按下按键时间继续 voidstop(void)interrupt0 { while(P3_2==0)show (1); while(P3_3) { P1=0xfe; show (1);、 if(P3_4==0) { while(P3_4==0)show (1); b++; if(m==10){m=0;n++;} if(n==6){n=0;b++;} if(b==10){b=0;a++;} if(a==6)a=0; } if(P3_5==0) { while(P3_5==0)show (1); b--; if(m==-1){m=9;n--;} if(n==-1){n=5;b--;} if(b==-1){b=9;a--;} if(a==-1)a=5; } if(P3_2==0) { while(P3_2==0)show (1); while(P3_3) { P1=0xfd; show (1); if(P3_4==0) { while(P3_4==0)show (1); m++; if(m==10){m=0;n++;} if(n==6){n=0;b++;} if(b==10){b=0;a++;} if(a==6)a=0; } if(P3_5==0) { while(P3_5==0)show (1); m--; if(m==-1){m=9;n--;} if(n==-1){n=5;b--;} if(b==-1){b=9;a--;} if(a==-1)a=5; } } } } P1=0xff; } //主函数: voidmain() { P2=0xf0; P0=0xc0; TMOD=0x01; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; TR0=1; ET0=1; IT0=1; EA=1; EX0=1; while (1)time(); } 总结 通过本次设计,让我很好的锻炼了理论联系实际,与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。 既让我们懂得了怎样把理论应用于实际,又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。 在设计过程中,总是遇到这样或那样的问题。 有时发现一个问题的时候,需要做大量的工作,花大量的时间才能解决。 自然而然,我的耐心便在其中建立起来了。 为以后的工作积累了经验,增强了信心 本文设计了基于单片机的电子时钟,通过本次课程设计对单片机控制系统原理有了进一步的了解,提高了科学的分析和运用能力,由于本人水平有限,因此对其中的原理和实际操作方法有待深入的学习研究和提高。 文中有不足之处恳请各位老师加以指导,我将衷心感谢。 致谢 本论文是在张娟梅老师的悉心指导下完成的。 在课程设计期间,张老师在设计上对我精心指导、严格要求,张老师渊博的知识、严谨的科学研究态度、高度的责任感以及忘我的工作热情、并时刻能够把握最新科技的前沿,了解当今世界顶级研究动态,务实的工作作风使我在课程设计期间受益匪浅。 张老师生活上平易近人,和蔼可亲,令我钦佩不已,是我学习和生活中的榜样。 而且,张老师给了我最及时和最有效的指导,帮助我开拓思路,精心点拨,热忱鼓励,这使得我最终克服各种困难,顺利地完成了论文。 张老师一直鼓励我提高自己的综合素质,并给我创造了许多锻炼的机会,让我在实际锻炼中不断进步。 在论文完成之时,谨向我的导师表示最崇高的敬意和最衷心的感谢,谢谢张老师。 参考文献 [1]胡汉才.单片机原理及接口技术[M].北京: 清华大学出版社,1996. [2]胡健.单片机原理及接口技术[M].北京: 机械工业出版社,2004. [3]胡健.单片机实用教程[M].北京: 兵器工业出版社,2001. [4]周行慈.单片机应用程序设计基础[M].北京: 北京航空航天大学出版社,1991. [5]李广弟.单片机基础[M].修订本,北京: 北京航空航天大学出版社,2001. [6]李朝青.单片机原理及接口技术[M],简明修订版.北京: 北京航空航天大学出版社,1999. [7]李叶紫.MCS-51单片机应用教程[M].北京: 清华大学出版社,2004. [8]朱定华.单片机原理及接口技术[M].北京: 电子工业出版社,2001. [9]AT89S52芯片资料(译文),Atmel公司. [10]实验板资料,.
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