单片机电子时钟的设计与仿真.docx
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单片机电子时钟的设计与仿真
单片机电子时钟的设计与仿真
————————————————————————————————作者:
————————————————————————————————日期:
单片机电子时钟的设计与仿真
班级:
011052
姓名:
段小安
学号:
01105104
单片机电子时钟的设计与仿真
摘要
电子时钟主要是利用电子技术将时钟电子化、数字化,拥有时钟精确、体积小、界面友好、可扩展性能强等特点,被广泛应用于生活和工作当中。
另外,在生活和工农业生产中,也常常需要控制时间,这就需要电子时钟具有多功能性。
本设计主要为实现一款可正常显示时钟、带有定时闹铃的多功能电子时钟。
本系统采用了单片机技术实现多功能电子时钟,采用单片机AT89C51作为本设计的核心元件,利用7段共阴LED作为显示器件。
接入共阴LED显示器,可显示时,分钟,秒,单片机外围接有定时报警系统,定时时间到,扬声器发出报警声,提示预先设定时间电器的起停时间到,从而控制电器的起停。
这种实现方法的优点是电路简单,性能可靠,实时性好,时间精确,操作简单,编程容易。
关键词:
电子时钟单片机AT89C51
一、设计目的
本设计的主要目的是学会如何设计单片机系统,并通过设计“单片机电子时钟”来掌握电子设计的基本技能,从而完成单元设计到系统设计的过渡。
另外,通过该设计来提升自己的实践经验,加深对单片机的掌握。
通过本设计,能使自己能够独立设计简单的单片机系统,并且能应用到实际的工作与生活中去。
二、设计要求与指标
一、能显示时、分、秒。
二、能够设定时间,并且能够修改时间。
三、能够设定闹钟,并且在闹钟时间到时有警报声。
三、方案设计
一、本系统总体方案:
本设计使用的是单片机作为核心的控制元件,使得电路的可靠性比较高,功能也比较强大,而且可以随时的更新系统,进行不同状态的组合。
本系统采用单片机AT89C51作为本设计的核心元件,利用8段共阳LED作为显示器件。
接入共阳LED显示器,可显示时,分钟,秒,单片机外围接有定时报警系统,定时时间到,扬声器发出报警声,提示预先设定时间电器的起停时间到,从而控制电器的起停。
电路由下列部分组成:
时钟电路、复位电路、控制电路、LED显示,报警电路,芯片选用AT89C51单片机。
二、单片机AT89C51简介:
AT89C51是一个低电压,高性能CMOS型8位单片机,片内含4KB的可反复擦写的Flash只读程序存储器(ROM)和128B的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元,内置功能强大的微型计算机的AT89C51为用户提供了许多高性价比应用场合,可灵活应用于各种控制领域。
AT89C51是一个低功耗高性能单片机,40个引脚,32个外部双向输入/输出(I/O)端口,同时内含2个外中断口,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,AT89C51可以按照常规方法进行编程,也可以在线编程。
其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起,特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
AT89C51引脚使用说明:
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
P1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,如下所示:
管脚……备选功能
P3.0……RXD(串行输入口)
P3.1……TXD(串行输出口)
P3.2……/INT0(外部中断0)
P3.3……/INT1(外部中断1)
P3.4……T0(记时器0外部输入)
P3.5……T1(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。
ST:
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。
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。
图3-1.AT89C51芯片PDIP封装引脚图
三、数码显示管电路:
LED显示器是由若干个发光二极管组成显示字段的显示部件,当发光二极管导通时,相应的一个点或一个笔划发光,控制不同组合的二极管导通,就能显示出各种字符。
LED的结构及连接如图2所示:
图3-2.LED的结构及连接
四、实时时钟日历芯片DS1302
DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟日历芯片,附加31字节静态RAM,采用SPI三线接口与CPU进行同步通信,并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。
实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年,一个月小于31天时可以自动调整,且具有闰年补偿功能。
工作电压宽达2.5~5.5V。
采用双电源供电(主电源和备用电源),可设置备用电源充电方式,提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。
有主电源和备份电源双引脚,而且备份电源可由大容量电容(>1F)来替代。
需要强调的是,DS1302需要使用32.768KHz的晶振。
DS1302引脚说明:
图3-3DS1302芯片引脚图
其引脚功能参照表3.1:
表3.1DS1302引脚功能说明
引脚号
名称
功能
1
VCC1
备份电源输入
2
X1
32.768KHz晶振输入
3
X2
32.768KHz晶振输出
4
GND
地
5
RST
控制移位寄存器/复位
6
I/O
数据输入/输出
7
SCLK
串行时钟
8
VCC2
主电源输入
四、电路设计
硬件电路设计:
电子时钟至少要包括秒信号发生器、时间显示电路、按键电路、供电电源、闹铃指示电路等几部分。
硬件电路框图参照图4-1。
该系统使用AT89C51单片机作为核心,通过读取时钟日历芯片DS1302数据,完成此电子时钟的主要功能——时钟。
使用比较通用的8段共阳数码管,做7位显示,分别显示时、分、秒。
图4-1电子时钟硬件系统框图
整个电路使用了两种电源,+5V电源将为整个电路供电。
而+3V电源仅作为DS1302的备用电源。
当+5V电源被切断后,DS1302启用+3V电源,可以保持DS1302继续工作。
当+5V电源恢复供电,LED依旧显示当前时间,而不会因为断电使系统复位到初始化时间,避免了重新校时的麻烦。
时钟电路设计:
AT89C51单片机P1.7直接接DS1302的RST端,上电后,AT89C51的P1.7脚自动输出高电平。
P1.5作为串行时钟接口,P1.6作为时钟数据的I/O。
DS1302采用双电源供电,平时由+5V电源供电,当+5V掉电之后,由图中BT1(+3V备用电池)供电。
特别需要注意X1和X2两端连接的晶振Y1,该晶振频率为32.768KHz。
图4-2系统时钟电路
闹钟设计:
闹铃的闹钟不是本设计中的重点,故采用最简单的方法,占用单片机一根I/O口P1.7,中间用PNP型三极管S9012连接P1.7和蜂鸣器。
当P1.7引脚为低电平时,S9012的发射极和集电极导通,使蜂鸣器发声。
当响铃标志位为“1”时,P1.7送一定频率脉冲,使蜂鸣器U11发出声音。
如图4-3
图4-3闹铃电路
五、Protel软件画原理图
原理图:
图5-1电子时钟原理图
六、电路的仿真:
仿真结果如下图所示:
图6-1电子时钟仿真图
六、系统设计心得
单片机是一门应用性很强的学科,综合应用开发试验是培养我们综合运用所学知识,发现、提出、分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对我们实际工作能力的具体训练和考察过程,为自己今后从事与单片机控制系统有关的工作打下了基础。
虽然在做综合应用开发试验以前已经系统的把单片机课本认真的学习了一下,但是在刚开始时还是有点一头雾水,不知道该从哪里下手。
令人欣慰的是经过几周的学习,虽然过程很艰辛,问了很多朋友,但是总算实现了定时闹钟的功能,所有的努力都很值得。
这几周的大部分时间都在研究程序怎么处理,在这个过程中加深了我对汇编语言命令的应用,而且也更加了解到软硬件配套的重要性。
以下是我本次综合应用开发试验中的几点心得与体会:
1.在实验之前,务必要对所学单片机课程的内容有一个系统的了解,知道单片机片内片外的内容及其功能。
2.设计程序采用什么编程语言并不是非常重要,关键要有一个清晰的思路和一个完整的软件流程图。
模块化的设计思想在程序设计中的作用是十分大的,它可以为你提供一个比较清晰的思路,并且很容易找到头绪,不至于在设想一个程序时感觉到无从下手。
总之,通过这次实验不仅使我巩固了本课程所学的基本知识,还使我具有了撰写设计报告的初步训练能力,我相信这些能力在我以后的工作或者是再学习中一定会起到不小的作用,看到自己几周的小成果,感觉一切的辛苦和艰难都是值得的。
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- 单片机 电子 时钟 设计 仿真