毕业设计78单片机 简易电子钟设.docx
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毕业设计78单片机简易电子钟设
前言
二十多年来,电子计算机技术已广泛应用于测试领域中。
电子计算机对人类社会的进步和发展有着阶层的飞跃,它是现代化社会的象征,是人们工作、学习、生活不可缺少的。
在近几年发展起来的智能仪器,无论是在测量的灵敏度、准确度、可靠性、功能等方面,还是在解决测试技术问题的深度及广度方面都有了巨大的发展,它以一种崭新的面貌展现在人们的面前。
随着大规模集成电路及计算机技术的迅速发展,智能仪器将会有更广阔的应用前景。
而单片机以其高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠而得以在智能仪器中被广泛的应用。
本次设计是用51系列单片机中的AT89S52制作简易电子钟。
电子钟是智能化仪器仪表的一种,它可广泛应用于工业、农业、日常生活等领域。
它以微控制器为核心,与传统钟表相比较,它具有高精度、高可靠性、操作方便、价格便宜、智能化等特点,是钟表发展的新方向,具有一定的实用价值。
本次采用的AT89S52是一种低功耗,高性能的CMOS8位微型计算机,与工业上标准的80C51和80C52的指令系统及引脚兼容,片内Flash集成在一个芯片上,可用与解决复杂的问题,且成本较低。
正因为它有这么多特点,所以在实现本次设计的简易电子钟系统中不需外部资源扩展。
简易电子钟能正确反映实际时间值,能完成时、分、秒的显示调整。
本次简易电子钟课程设计采用ASM51软件完成用汇编语言编写。
通过本次设计能让我们对专业的电子画图软件(Protel)、51系列单片机的工作原理、对汇编语言编写程序有更深刻的了解。
本次设计由于时间仓促以及设计者水平有限,难免存在着一些不足和错漏之处,诚肯和大家一起研究探讨,在此特别感谢老师提出的宝贵意见和一直以来的耐心指导。
编者:
戴建
2007.12.05
目 录
第1章简易电子钟设计方案的选择和论证........................................................1
1.1采用实时时钟芯片...................................................................................................................1
1.2键盘与显示选择发案.................................................................................................................2
第2章单元电路的设计.........................................................................................3
2.1电源的设计...............................................................................................................................3
2.2时钟和复位电路.......................................................................................................................3
2.2.1时钟电路................................................................................................................................3
2.2.2复位电路................................................................................................................................4
2.3显示接口电路...........................................................................................................................4
2.4键盘接口电路的设计...............................................................................................................5
2.5主电路原理图、PCB图...........................................................................................................6
2.5.1主电路原理图........................................................................................................................6
2.5.2电源电路原理图....................................................................................................................7
2.5.3主电路PCB电路图...............................................................................................................7
2.5.4下载线电路PCB板图...........................................................................................................8
第3章硬件资源、存储器单元地址分配说明..............................................................8
3.1硬件资源说明...........................................................................................................................8
3.2数据存储器单元地址分配.......................................................................................................8
3.3程序存储器单元地址分配.......................................................................................................9
第4章程序设计思路与程序流程图.....................................................................9
4.1程序设计思路.........................................................................................................................10
4.2监控程序流程图.....................................................................................................................10
4.3“P.”点显示子程序流程图.......................................................................................................11
4.4显示子程序流程图.................................................................................................................11
4.5键盘扫描子程序流程图.........................................................................................................11
4.6时间设置子程序流程图.........................................................................................................12
4.7中断自动计时程序流程图.....................................................................................................13
设计体会..........................................................................................................................................14
元器件清单......................................................................................................................................15
参考文献..........................................................................................................................................15
附录..................................................................................................................................................................16
附录A程序清单...........................................................................................................................................16
附录B简易电子钟操作说明........................................................................................................24
第1章简易电子钟设计方案的选择和论证
本次简易电子钟系统功能简单,用单片机的最小系统就能得以实现。
而单片机的最小系统设计中实际上最重要的就是对键盘/显示器接口电路的设计,由于系统功能不同所以要求就不同,接口设计也就不同。
对一个键盘/显示器接口设计应从整个系统出发,综合考虑软、硬件特点。
下面是本人在设计前对各种设计方案的考虑:
1.1采用实时时钟芯片
利用各生产厂家生产的一系列实时时钟芯片,如DS1302、DS1287、DS12887等,这引起实时时钟芯片具备年、月、日、时、分、秒计时功能和多点定时器功能,计时数据每秒自动更新一次,不需程序干预。
单片机可通过查询或中断方式读取计时数据进行显示,因而计时时不占用CPU的时间,程序简单。
此外实时时钟芯片带有锂电池做后备电源,具备京剧不停止的计时功能。
由于用实时时钟芯片功能完善,精度高,软件程序设计简单,因此在工业实时测控系统中被多采用。
方案一:
利用8051芯片I/O口构成键盘/显示接口电路
因此次简易电子钟设计系统功能单一,要用到8051芯片的I/O端口较少,所以可以直接用8051芯片的P0口、P1口、P2口以及P3口来构成键盘、显示的输入输出端口。
如图1所示,采用动态显示,AT89C52的P0口和P2口外接由LED数码管(LED5~LED0)构成的显示器,用P0口作LED的段码输出口,P2口作LED数码管的位控输出线,P1口外接四个按键A、B、C、D构成键盘电路。
方案二:
采用8155芯片扩展键盘/显示器接口电路
Intel公司研制的8155不仅具有两个8位的I/O端口(A口和B口)和一个6位的I/O端口(C口),而且还可以提供256B的静态RAM存储器和一个14位的定时/计数器,它和单片机的接口非常简单。
此方案(如图2所示)对于I/O的资源比较紧张的电路合适,数据线控制线单片机经8155扩展后多了22个I/O口,且这些I/O具有寄存器功能,只有新的数据才能将其替换,跟P0不同,所以还可以用来跟其它类型的芯片会传送数据,但是其编程比较繁琐,键盘和显示程序得重新编写,对于智能化应用非常广的今天,这些可以交给专用键盘显示芯片完成。
方案三:
采用8279芯片扩展键盘/显示器接口电路
8279是Intel公司生产的专用的可编程键盘、显示器接口芯片,键盘输入时,它提供自动扫描,能与按键或传感器组成的矩阵相连,接收输入信息,它能自动消除开关抖动并能对多键同时按下提供保护。
显示显示输出时,它有一个16×8位显示RAM,其内容通过自动扫描,可由8或16位LED数码管显示。
这样可以大大节省CPU对键盘、显示器的操作时间,从而减轻了CPU的负担,而且显示稳定、程序简单,不会出现误动作。
如图3所示,此方案对单片机的口线利用较少,对于以后我们进行其它的扩展留了很大的空间,大大减少了我们为键盘按键的前后消抖编程的时间,缩短了开发时间,由它构成的标准键盘、显示接口电路在单片机应用系统中使用越来越广泛。
1.2键盘与显示选择方案
方案一:
独立式按键/LED动态显示
独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路,其特点是每个按键单独站用一根I/O口线,每个按键的工作不会影响其他I/O口线的状态。
独立式按键电路配制灵活,软件结构简单,但每个按键必须占用一根I/O口线,因此在按键多较多时,I/O口线浪费较大时,不宜采用。
动态显示方式比较节省I/O口,硬件电路较静态显示方式简单,但其亮度不如静态显示方式,而且显示位数较多时,CPU要依次扫描,占用CPU较多的时间。
方案二:
矩阵式按键/LED静态显示
矩阵式(又称行列式)键盘。
它由行线和列线组成,按键位于行、列线的交叉点上。
显然,在按键数量较多时,矩阵式键盘较之按键式键盘要节省很多I/O口。
但需要编程控制,所以适用于按键较多的场合。
采用静态显示,显示亮度有保证,但硬件开销大,电路复杂,信息刷新速度慢,比较适用于按键较多的场合。
综上所述,再根据设计任务书的要求,我们采用1.1的方案一和1.2的方案一利用8051芯片I/O口构成键盘/显示接口电路,该方案不仅能完成简易电子钟的功能,还能减少外部硬件资源,使电路简单明了,所以我们采用此方案。
第2章单元电路的设计
2.1电源的设计
常用小功率直流稳压电源电路由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路等四部分组成,如图4所示。
图4直流稳压电源基本电路框图
稳压电路根据调整元件类型可分为电子管稳压电路、三极管稳压电路、可控硅稳压电路,集成稳压电路等。
根据调整元件与向载连接方法,可分为并联
型和串联型。
根据调整元件工作状态不同,可分为线性和开关稳压电路。
作为小功率的稳压电源以三端式串联型的应用最为普遍,三端式集成稳压式,它具有体积小,外围元件少、性能稳定可靠、使用调整方便和价廉等优点,也因此获得广泛使用。
三端式是指稳压电路仅有输入、输出、接地三个接线端子。
有固定式和可调式两种类型,此外又分为正或负电压类型。
W7800系列为三端固定正电压输出集成稳压器;W7900系列为三端固定负电压输出集成稳压器。
型号中最后两位数表示输出电压的稳定值,有5V、6V、9V、12V、18V、和24V。
在此次设计中,我们没有要求做直流电源,在此只做理论上的分析。
电源电路的总设计图如图5所示:
图5直流稳压电源电路图
2.2时钟和复位电路
2.2.1时钟电路
时钟信号通常由两种方式产生:
一是内部振荡方式,二是外部时钟方式。
时钟电路原理图如图6所示,在单片机内部有一个高增益反相放大器,只要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接晶体振荡器就构成了自激振荡器,并在单片机内部产生时钟脉冲信号。
电容器C1和C2的作用是稳定频率和快速起振。
外部时钟方式是把外部已有的时钟信号引入到单片机内。
此方式常用于多片单片机同时工作,以便于各单片机的同步。
一般要求外部信号高电平的持续时间大于20ns,且为频率低于12MHz的方波。
2.2.2复位电路
复位操作有两种基本形式:
一种是上电复位,另一种是按键复位。
复位电路原理图如图7所示,上电复位要求接通电源后,单片机自动实现复位操作。
上电瞬间RESET引脚获得高电平,随着电容的充电,RERST引脚的高电平将逐渐下降ERST引脚的高电平只要能保持足够的时间(2个机器周期),单片机就可以进行复位操作。
上电与按键均有效的复位电路不仅在上电时可以自动复位,而且在单片机运行期间,利用按键也可以完成复位操作。
所以本设计选用第二种方案,即上电复位与按键复位均有效的复位电路。
2.3显示接口电路
单片机应用系统最常用的显示器是LED(发光二极管显示器)、LED(液晶显示器)。
这两种显示器可显示数字、字符及系统的状态。
它们的驱动电路简单、易于实现且价格低廉,因此,得到了广泛应用。
本次设计只要显示6位数字,
不需显示图形或字符,因而采用七段数码管做显示器。
LED显示器有共阴极与共阳极两种结构,如图8所示。
共阴极LED显示块的发光二极管阴极并接,如图中(a)所示,当某个发光二极管的阳极为高电平时,发光二极管点亮;共阳极LED显示块的发光二极管则阳极并接,如图中(b)所示,当某个发光二极管的阴极为低电平时,发光二极管点亮。
通常的七段LED显示器块中有八个发光二极管,也有人叫做八段显示器,其中七个发光二极管构成七笔字形“8”,一个发光二极管构成小数点。
七段显示块与单片机接口非常容易。
只要将一个8位并行输出口与显示块的发光二极管引脚相连即可。
8位并行输出口输出不同的字节数据即可获得不同的数字或字符。
通常将控制发光二极度管的8位字节数据称为段选码。
LED显示工作方式可分为静态显示和动态显示。
在静态显示方式下,共阴极应固定接地,共阳极应固定接高电平。
我们采用的是利用8051芯片I/O口构成键盘/显示接口电路,为简化电路,降低成本,显示将采用动态显示。
在动态显示中将所有相同位的段控线并联在一起,由一个I/O口线控制,8段由8个I/O口控制,而共阴极点或共阳极点分别由相应的I/O口线控制。
LED动态显示电路只需要两个8位I/O口。
其中一个8位I/O口控制段控码,另一个8位I/O口控制位选。
由于所有段控码都由一个8位I/O控制,因此,在同一瞬间,6只LED都会显示相同的字符。
要想每位显示不同的字符,必须采用扫描显示方式。
即在每一瞬间只使某一位显示相应字符。
在此瞬间,段选控制I/O口输出相应字符段选码,位选控制I/O口在该显示位送入选通电平(共阴极送低电平,阳极送高电平)以保证该位显示相应字符。
如此循环,使每位显示该位应显示字符,并保持延时一段时间,以造成视觉暂留效果。
2.4键盘接口电路的设计
由若干个按键组成的键盘,其电路结构可分为独立式键盘和矩阵式键盘两种。
独立式键盘每个键单独占用一根I/O口线,每根I/O口线上的按键工作状态不会影响其他I/O口线上的状态,如图9所示。
矩阵式键盘按键排列为行列式矩阵结构,也称行列式键盘结构。
4行4列共16个键,只占用8根I/O口线,如图10矩阵式按键电路所示,故键数目较多时,可节省口线。
但这种结构的软件编程较繁。
键盘的工作方式可分为编程控制方式和中断控制方式。
CPU在一个工作周期内,利用完成其他任务的空余时间,调用键盘扫描子程序,经程序查询,若无键操作,则返回;若有键操作,则进而判断是哪个键,并执行相应的键处理程序。
这种方式为编程扫描方式。
单片机在正常应用过程中,并不会经常进行键操作,因而编程控制方式使CPU经常处于空查询状态。
在CPU工作任务十分繁重的情况下,为提高CPU的效率,可采用中断控制方式。
只要有键按下,便向CPU申请中断,CPU响应中断后,在中断服务程序中进行键盘扫描、查键值与键处理等工作。
我们此次设计只有4个按键,因此采用独立式键盘。
2.5主电路原理图、PCB图
系统的设计方案以及各电路部分确定以后,为了制作电路板,我们必须用专业软件画出电路原理图,再制PCB板图。
2.5.1主电路原理图
主电路原理图如图11所示:
图11主电路原理图
2.5.2电源电路原理图
电源电路原理图如图12所示:
图12直流稳压电源电路图
2.5.3主电路PCB电路图
设计PCB主电路图如图13所示:
图13PCB主电路图
2.5.4下载线电路PCB板图
下载线电路PCB板图如图14所示。
图14
第3章硬件资源、存储器单元地址分配说明
3.1硬件资源说明
P0口接数码管段控线驱动芯片74LS244的输入端口;
P2口接数码管位控线驱动芯片74LS244的输入端口;
P1口接4个按键(P1.0~P1.3对应接A、B、C、D键);
定时器T0工作在定时方式1;
中断源为定时器中断T0
3.2数据存储器单元地址分配
LED6EQU7DH;时的十位显示缓冲区
LED5EQU7CH;时的个位显示缓冲区
LED4EQU7BH;分的十位显示缓冲区
LED3EQU7AH;分的个位显示缓冲区
LED2EQU79H;秒的十位显示缓冲区
LED1EQU78H;秒的个位显示缓冲区
3.3程序存储器单元地址分配
内部资源情况
主程序-----0068H--0190H
中断子程序-------0414H--060EH
键扫子程序-------0191H--0410H
显示子程序-------0645H--0686H
显示处理子程序---0611H--0641H
RAM分区:
37H时值的暂存单元,36H分值的暂存单元,35H秒值的暂存单元
78H,7AH,7CH,分别为秒.分.时个位的显示缓冲区.
79H,7BH,7DH,分别为秒.分.时
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