学位论文基于单片机数字式时钟设计.docx

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学位论文基于单片机数字式时钟设计

学号：

201430110134

单片机原理及接口技术

课程设计

题目

基于单片机数字式时钟设计

教学院

专业

班级

姓名

指导教师

2016

年

03

月

11

日

2015～2016学年第2学期

课程设计任务书

设计名称：

单片机原理及接口技术

班级：

机械制造与自动化（专）2014

（1）班

地点：

K1-312

一、课程设计目的

《单片机原理及接口技术》课程设计是机械设计制造及其自动化专业的一门重要的专业实践课程。

本课程设计是学生在《电子技术基础》、《算法语言》、《单片机应用系统设计与制作》等专业理论课程之后，所进行的一个重要的实践性教学环节。

它要求学生综合运用上述各专业理论课程、先修的有关专业基础理论课程和实践知识，进行单片机系统的设计工作，使学生掌握单片机接口的方法和原理，具备一定的单片机应用开发的实践能力。

通过设计训练达到下述目的：

⑴巩固和深化有关《电子技术基础》、《算法语言》、《单片机应用系统设计与制作》等专业理论课程的理论知识。

⑵运用所学知识，进一步提高对单片机系统分析、设计及使用技术资料的能力。

⑶培养学生运用所学知识和技能，独立分析和解决生产中的实际控制对象的能力。

⑷培养学生运用计算机软件进行开发、设计能力。

二、课程设计内容

本课程设计课题可根据《单片机原理及接口技术》教学大纲具体实施情况，选定与生产控制相关的设计课题，以充分锻炼学生理论联系实际的能力，亦可从下设计课题中选取。

1.基于单片机设计数字式时钟。

2.基于单片机的直流电机调速设计

3.基于8051单片机实现步进电机控制。

4.基于单片机的DS18B20数字温度计的设计

5.基于单片机的LCD电子万年历

6.基于单片机的交通灯控制系统设计

7.基于单片机的变频器控制

在课程设计过程开始，讲授文献资料检索方法，并初步介绍总体设计思路，引导学生掌握设计中用到的硬件（主要芯片）、软件设计的方法、软硬件调试的技巧，采用集中引导与个别辅导完成课程设计，达到课程设计的目的。

三、进度安排

设计内容及学时分配如下：

布置任务、准备参考资料（0.5工作日）

原理图设计及绘制（2工作日）

程序设计（3工作日）

软硬件调试（2.5工作日）

撰写设计说明书（1.5工作日）

答辩（0.5工作日）

四、基本要求

学生在教师指导下，完成一个单片机应用系统。

基本要求如下：

1.给出你设计的系统的目的、用途、功能。

2.给出硬件设计思想和电原理图（PROTEL99SE格式）。

3.详细说明如何使用硬件单元。

4.给出软件设计思想及软件流程。

5.详细说明软件功能。

6.系统测试过程及测试数据。

7.分析相应的指标参数。

8.设计所需的全部资源。

9.成员分工和工作情况。

10.总结在整个过程中出现的问题及解决的方案。

11.总结团队合作的心得体会。

12.总结课程设计的心得体会。

13.对该课程改革的建议。

14.撰写设计说明书。

2016-2-25

第1章课程设计要求及来源

1.1课程设计要求

设计一数字钟实现以下功能：

1具有时、分、秒计数显示功能，以24小时循环计时。

2具有校时功能可以分别对时及分进行单独校时使其校正到标准时间并能对计时清零。

1.2课题来源

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，随着单片机性能价格比的不断提高，新一代产品的应用也越来越广泛，它功能强大，体积小，质量轻，灵活好用，配以适当的接口芯片，可以构造各种各样、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。

根据这种实际情况，设计了一个单片机多功能时间系统，它可以避免多种控制器的混淆，利用一个控制器对多路电器进行控制，同时又可以进行时钟校准，可以任意设置时间。

第2章MCS-51单片机的知识介绍

2.1单片机介绍

51单片机是对所有兼容Intel8031指令系统的单片机的统称。

该系列单片机的始祖是Intel的8004单片机，后来随着Flashrom技术的发展，8004单片机取得了长足的进展，成为应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。

8051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。

图2.18051内部结构

2.2单片机的中断与定时系统

2.2.1MCS-51单片机中断系统

中断是一项重要的计算机技术，采用中断技术可以使多项任务共享一个资源，所以中断技术实质上就是一种资源共享技术。

MCS-51是一个多中断源的单片机，以80C51为例，有三类共五个中断源，分别是外部中断两个，定时中断两个和串行中断一个。

1.外中断：

外中断是由外部原因引起的，共有两个中断源，即外部中断0和外部中断1。

它们的中断请求信号分别由引脚INT0（P3.2）和INT1（P3.3）引入。

2.定时中断：

定时中断是为满足定时或计数的需要而设置的。

3.串行中断：

串行中断是为串行数据传送的需要而设置的。

中断控制：

这里所说的中断控制是指提供给用户使用的中断控制手段，实际上就是一些专用寄存器。

在MCS-51单片机中，用于此目的的控制寄存器共有四个，即定时器控制寄存器、中断允许控制寄存器、中断优先控制寄存器以及串行口控制寄存器。

1.定时器控制寄存器（TCON）

该寄存器用于保存外部中断请求和以及定时器的计数溢出。

寄存器地址88H，位地址8FH～88H。

这个寄存器既有定时器/计数器的控制功能又有中断控制功能，其中与中断有关的控制位共六位：

IE0和IE1、IT0和IT1以及TF0和TF1。

表2.2.1

位地址

8F

8E

8D

8C

8B

8A

89

88

位符号

TF1

TR1

TF0

TR0

IE1

IT1

IE0

IT0

2.中断允许控制寄存器（IE）

寄存器地址A8H，位地址AFH~A8H。

其中与中断有关的控制位共六位：

EA、EX0和EX1、ET0和ET1、ES。

表2.2.2

位地址

AF

AE

AD

AC

AB

AA

A9

A8

位符号

EA

／

／

ES

ET1

EX1

ET0

EX0

3.中断优先级控制寄存器（IP）

MCS-51的中断优先级控制只定义了高、低两个优先级。

IP寄存器地址B8H，位地址为BFH～B8H。

寄存器的内容及位地址表示如下：

表2.2.3

位地址

BF

BE

BD

BC

BB

BA

B9

B8

位符号

／

／

／

PS

PT1

PX1

PT0

PX0

PX0外部中断0优先级设定位

PT0定时中断0优先级设定位

PX1外部中断1优先级设定位

PT1定时中断1优先级设定位

中断响应：

中断响应就是对中断源提出的中断请求的接受，是在中断查询之后进行的，当查询到有效的中断请求时，紧接着就进行中断响应。

中断返回：

中断响应后就转去执行中断服务程序，完成所需要的操作。

中断服务程序的最后一条指令必须是中断返回指令RETI，CPU执行这条指令时，把响应中断时置位的优先级触发器复位，再从堆栈中弹出断点地址送入程序计数器PC，以便从断点处重新执行被中断的主程序。

2.2.2MCS-51单片机的定时器/计数器

MCS-51单片机共有两个可编程的定时器/计数器，分别称定时器/计数器0和定时器/计数器1。

它们都是十六位加法计数结构，分别由TH0和TL0及TH1和TL1两个8位计数器组成。

1.计数功能：

所谓计数是指对外部事件进行计数。

外部事件的发生以输入脉冲表示，因此计数功能的实质就是对外来脉冲进行计数。

2.定时功能：

定时功能也是通过计数器的计数来实现的。

不过此时的计数脉冲来自单片机的内部，即每个机器周期产生一个计数脉冲。

也就是每个机器周期计数器加1。

2.2.3控制引脚

（1）RST/VPD（9脚）：

复位与备用电源。

（2）ALE/PROG*（30脚）：

第一功能ALE为地址锁存允许，可驱动8个LS型TTL负载。

PROG*为本引脚的第二功能。

（3）PSEN*（29脚）：

读外部程序存储器的选通信号。

可以驱动8个LS型TTL负载。

（4）EA*/VPP（EnableAddress/VoltagePulseofPrograming，31脚）EA*为内外程序存储器选择控制端。

EA*=1，访问片内程序存储器，但在PC（程序计数器）值超过0FFFH（对于8051、8751）时，即超出片内程序存储器的4K字节地址范围时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。

对89C51，加在VPP脚的编程电压为+12V或+5V。

2.2.3I/O口引脚

（1）P0口：

双向8位三态I/O口，此口为地址总线及数据总线分时复用口，可驱动8个LS型TTL负载。

（2）P1口：

8位准双向I/O口，可驱动4个LS型TTL负载。

（3）P2口：

8位准双向I/O口，与地址总线复用，可驱动4个LS型TTL负载。

（4）P3口：

8位准双向I/O口，双功能复用口，可驱动4个LS型TTL负载。

要特别注意准双向口与双向三态口的差别。

当3个准双向I/O口作输入口使用时，要向该口先写“1”，另外准双向I/O口无高阻的“浮空”状态。

图2.2AT89C51引脚图

第3章数字钟原理图元件清单及设计方案

3.1时钟电路原理图

图

3-1时钟电路原理图

3.2单片机最小系统

单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。

对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括：

单片机、晶振电路、复位电路。

下面给出一个51单片机的最小系统电路图。

图3-2最小系统电路图

复位电路：

由电容串联电阻构成，由图并结合"电容电压不能突变"的性质可以知道，当系统一上电，RST脚将会出现高电平，并且，这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定。

晶振电路：

典型的晶振取11.0592MHz/12MHz特别注意：

对于31脚（EA/Vpp），当接高电平时，单片机在复位后从内部ROM的0000H开始执行；当接低电平时，复位后直接从外部ROM的0000H开始执行。

3.3显示器工作原理

系统采用动态显示方式，用P0口来控制LED数码管的段控线，而用P2口来控制其位控线。

动态显示通常都是采用动态扫描的方法进行显示，即循环点亮每一个数码管，这样虽然在任何时刻都只有一位数码管被点亮，但由于人眼存在视觉残留效应，只要每位数码管间隔时间足够短，就可以给人以同时显示的感觉。

3.4元器件

单片机，晶振，电容，按键，排阻，数码管，蜂鸣器，三极管。

如表3.4

元件名称

规格型号

数量（个）

单片机

AT89C51

1

晶振

11.0592MHz

1

电容

30pF

2

电容

22μF

1

按键

BUTTON

4

排阻