计算机控制与应用课程设计.docx

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计算机控制与应用课程设计

计算机控制技术与应用

——基于AT89C51的电子时钟设计

院系：

电气工程与自动化学院

专业：

电气工程及其自动化

学号

目录

摘要……………………………………………………………………………………2

第1章绪论……………………………………………………………………………3

1.1研究背景……………………………………………………………………3

1.2目的与意义…………………………………………………………………3

第2章电子钟设计方案设计…………………………………………………………4

2.设计方案………………………………………………………………………4

2.1.1计时方案………………………………………………………………4

2.2.2显示方案………………………………………………………………4

2.2.3系统运行流程…………………………………………………………4

2.2.4单片机系统流程图……………………………………………………5

第3章硬件设计………………………………………………………………………5

3.1主要器件及其简介…………………………………………………………5

1．AT89C51……………………………………………………………………5

管脚说明…………………………………………………………………6

2.6位数码管…………………………………………………………………7

3.2硬件各部分设计……………………………………………………………8

3.2.1最小系统………………………………………………………………8

3.2.2LCD显示电路…………………………………………………………8

3.2.3键盘输入电路…………………………………………………………9

3.3硬件总体设计………………………………………………………………9

第4章仿真电路图…………………………………………………………………10

第5章结论…………………………………………………………………………10

参考文献……………………………………………………………………………11

附录…………………………………………………………………………………12

摘要

在今天，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品是渗透到了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。

现代生活的人们非常的重视时间观念，对于那些对时间把握非常严格和准确的人或事来说，时间的不准确会带来非常大的麻烦，所以以数码管为显示器的时钟比指针式的时钟表现出了很大的优势。

数码管显示的时间简单明了而且读数快、时间准确显示到秒。

而机械式的依赖于晶体震荡器，可能会导致误差。

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。

数字钟的精度、稳定度远远超过老式机械钟。

在这次设计中，我们采用LED数码管显示时、分、秒，以24小时计时方式，根据数码管动态显示原理来进行显示，用12MHz的晶振产生振荡脉冲，定时器计数。

在此次设计中，电路具有显示时间的其本功能，还可以实现对时间的调整。

数字钟是其小巧，价格低廉，走时精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受广大消费

关键词:

AT89C51;电子钟；计算机控制技术

第1章绪论

1.1研究背景

时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间。

忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候，这种遗忘无伤大雅。

但是，一旦重要事情，一时的耽误可能酿成大祸。

目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。

下面是单片机的主要发展趋势。

单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。

从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。

这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。

单片机模块中最常见的是数字钟，数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。

数字钟已成为人们日常生活中：

必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。

由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点。

1.2目的与意义

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广泛用于个人家庭,车站,码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,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。

诸如定时自动报警、按时自动打铃、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、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。

因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。

第2章电子钟设计方案设计

2.设计方案

单片机电子时钟方案选择主要涉及两个方面：

计时方案和显示方案。

2.1.1计时方案

单片机电子时钟计时有两种方法：

第一种是通过单片机内部的定时器/计数器，采用软件编程来实现时钟计时，这种实现的时钟一般称为软时钟，这种方法的硬件线路简单，系统的功能一般与软件设计相关，通常用在对时间精度要求不高的场合；第二种是采用专用的硬件时钟芯片计时，这种实现的时钟一般称为硬时钟。

专用的时钟芯片功能比较强大，除了自动实现基本计时外，一般还具有日历和闰年补偿等功能，计时准确，软件编程简单，但硬件成本相对较高，通常用在对时钟精度要求较高的场合。

2.2.2显示方案

对于电子时钟而言，显示是另一个重要的环节。

显示通常采用两种方式：

LED

数码管显示和LCD液晶显示。

其中LED数码管显示亮度高，显示内容清晢，根据具体的连接方式可分为静态显示和动态显示，在多个数码管时一般采用动态显示，动态显示时须要占用CPU的大量时间来执行动态显示程序，显示效果往往和显示程序的执行相关。

LCD液晶显示一般能显示的信息多，显示效果好，而且液晶显示器一般都带控制器，显示过程由自带的控制器控制，不须要CPU参与，但液晶显示器造价相对较高。

本实验采用的是软件编程来实现时钟计时和LED数码管显示。

2.2.3系统运行流程

程序首先进行初始化，在主程序的循环程序中首先调用数据处理程序，然后调用显示程序，在判断是否有按键按下。

若有按键按下则转到相应的功能程序执行，没有按键按下则调用时间程序。

若没到则循环执行。

计时中断服务程序完成秒的计时及向分钟、小时的进位和星期、年、月、日的进位。

调时闪烁中断服务程序用于被调单元的闪烁显示。

调时程序用于调整分钟、小时、星期、日、月、年，主要由主函数组成通过对相关子程序的调用，实现了对时间的设置和修改、LCD显示数值等主要功能。

相关的调整是靠对功能键的判断来实现的。

2.2.4单片机系统流程图

第3章硬件设计

3.1主要器件及其介绍

1.AT89C51单片机

简介：

AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。

该器件采用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和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。

AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

外形及引脚排列如图所示。

管脚说明

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。

P0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/地址的低八位。

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外部必须接上拉电阻。

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口作为低八位地址接收。

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。

RST：

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。

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。

2.6位显示数码管

简介：

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。

led数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。

位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等，led数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。

图2是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。

颜色有红，绿，蓝，黄等几种。

led数码管广泛用于仪表，时钟，车站，家电等场合。

选用时要注意产品尺寸颜色，功耗，亮度，波长等。

这是一个7段6位带小数点数码管，采用静态驱动静态显示驱动，静态驱动也称直流驱动。

静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。

静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×8=40根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个，实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。

3.2硬件各部分设计

3.2.1最小系统

复位时单片机的初始化操作，只要给RST引脚加上两个机器周期以上的高电平信号，就可以使AT89C51单片机复位。

本次采用的是12M晶振，按钮复位电路。

晶振电路如图

3.2.2LCD显示电路

6位LCD显示屏的段码ABCDEFG和dp与单片机P0口相连，LCD显示屏位选码123456与单片机的P2口相连。

3.2.3键盘输入电路

本次设计采用独立键盘，键盘按下时，相应的I/O口电平由高变低，一次检测按键是否被按下。

3个独立按键与单片机P.10—P1.2口相连，分别控制秒，时，分加计数。

3.3硬件总体设计

根据电子钟设计内容和要求，完成Protues电路的设计,如图所示

第4章仿真电路图

用Keil和Protues进行仿真调试，仿真结果完全达到预期目的。

第5章结论

我在这一次数字电子钟的设计过程中，很是受益匪浅。

在设计过程中，从仿真电路的设计，在设计过程中，从仿真电路的设计，源程序的书写和修改都遇到了不少问题，但在我们的共同努力下解决了，并且从中学到了不少知识。

撰写论文的过程也是专业知识的学习过程，它使我运用已有的专业基础知识，对其进行设计，分析和解决一个理论问题或实际问题，把知识转化为能力的实际训练。

培养了我运用所学知识解决实际问题的能力。

通过这次课程设计我发现，只有理论水平提高了；才能够将课本知识与实践相整合，理论知识服务于教学实践，以增强自己的动手能力。

这个实验十分有意义我获得很深刻的经验。

通过这次课程设计，我们知道了理论和实际的距离，也知道了理论和实际想结合的重要性，也从中得知了很多书本上无法得知的知识。

我们的学习不但要立足于书本，以解决理论和实际教学中的实际问题为目的，还要以实践相结合，理论问题即实践课题，解决问题即课程研究，学生自己就是一个专家，通过自己的手来解决问题比用脑子解决

问题更加深刻。

学习就应该采取理论与实践结合的方式，理论的问题，也就是实践性的课题。

这种做法既有助于完成理论知识的巩固，又有助于带动实践，解决实际问题，加强我们的动手能力和解决问题的能力。

参考文献

[1]刘国荣.梁景凯.计算机控制技术与应用.机械工业出版社.第二版

[2]谢维成.杨加国.单片机原理与应用.北京.清华大学出版社,第二版

[3]顾德英，罗云林.计算机控制技术.北京.北京邮电大学出版社,2009

[4]沙占友，孟志永.单片机外围电路设计.北京.电子工业出版社，2006.6

附录

C语言程序

#include

#include

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

ucharcodedispcode[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};

ucharseconde=0;

ucharminite=0;

ucharhour=12;

ucharmstcnt=0;

sbitP1_0=P1^0;

sbitP1_1=P1^1;

sbitP1_2=P1^2;

voiddelay（uchark）;

voidtime_pro（）;

voiddisplay（）;

voidkeyscan（）;

voiddelay（uchark）

{

ucharj;

while（（k--）!

=0）

{for（j=0;j<125;j++）

{;}

}

}

voidtime_pro（void）

{if（seconde==60）

{seconde=0;

minite++;

if（minite==60）

{minite=0;

hour++;

if（hour==24）

{hour=0;}

}

}

}

voiddisplay（）

{

P2=0xfe;

P0=dispcode[hour/10];

delay

（1）;

P2=0xfd;

P0=（dispcode[（hour%10）]）|0X80;

delay

（1）;

P2=0xfb;

P0=dispcode[minite/10];

delay

（1）;

P2=0xf7;

P0=（dispcode[minite%10]）|0X80;

delay

（1）;

P2=0xef;

P0=dispcode[seconde/10];

delay

（1）;

P2=0xdf;

P0=dispcode[seconde%10];

delay

（1）;

}

voidkeyscan（void）

{

if（P1_0==0）

{delay（100）;

if（P1_0==0）

{

seconde++;

if（seconde==60）

{seconde=0;}

}

}

if（P1_1==0）

{delay（100）;

if（P1_1==0）

{hour++;

if（hour==24）

{hour=0;}

}

}

if（P1_2==0）

{delay（100）;

if（P1_2==0）

{minite++;

if（minite==60）

{minite=0;}

}

}

}

voidtimer0（void）interrupt1using0

{

TH0=0x3c;

TL0=0xb0;

TMOD=0x01;

mstcnt++;

if（mstcnt==20）

{seconde++;

mstcnt=0;

}}

voidmain（void）

{P1=0xff;

TMOD=0x01;

TH0=0x3c;

TL0=0xb0;

EA=1;

ET0=1;

TR0=1;

while

（1）

{keyscan（）;

time_pro（）;

display（）;

}

}