单片机的数字钟设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 本 科 学 生 校 级 优 秀 毕 业 设 计（论文） 申 报 表 题 目： 基于单片机的数字钟设计 教学单位 _ _ 姓 _ 学 号 _2_ 年 级 _20_ 专 业 _ _ 指导教师 _ 职 称 _ _ _ 申报日期 2007 年 05 月 14 日 教 务 处 制 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 摘要 近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用正在不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此特别适合于与控制有关的系统，越来越广泛地应用于自动控制，智能化仪器，仪表，数据采集，军工产品以及家用电器等各个领域，单片机往往是作为一个核心部件来使用，在根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。 本次做的数字钟是以单片机（ 核心，结合相关的元器件（共阴极 码显示器、 7 段译码 /驱动器 ），再配以相应的软件，达到制作简易数字钟的目的，其硬件部分难点在于元器件的选择、布局及焊接。 关键词： 单片机 共阴极 码显示器 7 段译码 /驱动器 n in of is as it to it is to of in is as a to In of to do at a of ED 7 of in to as of is a ED 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目录 摘要 . 2 . 2 目录 . 3 引言 . 4 第一章 题目 . 5 程设计目的 . 5 第二章 单片机发展历史 . 5 . 5 果将 8位单片机的推出作为起点 . 6 片机的发展趋势 . 7 第三章 单片机的组成及特点 . 9 单片机的组成 . 9 片机的特点 . 9 . 10 第四章 单片机的应用 . 10 . 11 第五章 数字种的构成 . 12 数字钟的构成 . 12 实验中所需的器材 . 13 方案选择与相关技术 . 13 单片机简介 . 13 主要特性 . 15 管脚说明 . 16 振荡器特性 . 18 成简介 . 20 4511 集成分析 . 20 4511 的逻辑图 . 21 . 22 码显示器的结构 . 22 码显示器有两种连接方法 . 22 第六章 电路设计 . 22 路接法 . 22 晶体振荡器与 . 23 单片机 银脚的连接 . 23 译码器 银脚连接 . 23 字钟电路图 . 24 第七章 调试过程： . 26 1）检测 行否 . 26 2）七段数码管 . 26 总结 . 26 参考文献 . 26 致谢 . 27 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 引言 20 世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，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。 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 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。 数字钟是采用数字电路实现对 分 ,秒 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。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第一章 题目 做一个 基于 易的 单片机数字钟。 该数字钟有 4个共阴极七段数码管，分别显示分 钟 和秒。 其显示方式为： (1)掌握 出电路原理图 ; (2)综合运用实验模块，用 89行软、硬件设计及调试； (3)写出完整的设计任务书：课题的名称、系统的功能、硬件原理图、软件框图、程序清单、参考资料； (4)时间以 60分 种 为一个周期 ;电子钟的格式为： X，由左向右分别为：分、秒。完成显示由秒 01一直加 1至 59，再恢复为 00；分加 1，由 00至 01，一直加1至 59，再恢复 00； (5)为了保证计时的稳定及准确须由晶体振荡器提供表针时间基准信号。 程设计目的 (1)巩固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力； (2)培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力，提高组成系统、编程、调试的动手能力； (3)过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机用系统开发、研制的过程，软硬件设计的方法 、内容及步骤 ； (4)掌握计数器、加法器、半导体数码管显示器与七段码显示译码器的使用 ； (5)连接数字钟的工作原理。 第二章 单片机发展历史 大阶段 单片机诞生于 20世纪 70年代末，经历了 单片微型计算机（ 段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了 开创嵌入式系统独立发展道路上， 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 制器（ 段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展 子技术厂家。从这一角度来看， 发展也有其客观因素。在发展 面，最著名的厂家当数 司。 司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将 单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此，当我们回顾嵌入式系统发展道 路时，不要忘记 段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了 着微电子技术、 于 此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。 单片机作为微型计算机的一个重要分支，应用面很广，发展很快。自单片机诞生至今，已发展为上百种系列的近千个机种。 果将 8 位单片机的推 出作为起点 如果将 8 位单片机的推出作为起点 ，那么单片机的发展历史大致可分为以下几个阶段 : （ 1）第一阶段（ 1976单片机的控索阶段。以 48为代表。 48 的推出是在工控领域的控索，参与这一控索的公司还有 ，都取得了满意的效果。这就是 诞生年代，“单机片”一词即由此而来。 （ 2）第二阶段（ 1978片机的完善阶段。 48 基础上推出了完善的、典型的单片机系列 51。它在以下 几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。 完善的外部总线。 置了经典的 8 位单片机的总线结构，包括 8 位数据总线、 16位地址总线、控制总线及具有很多机通信功能的串行通信接口。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 体现工控特性的位地址空间及位操作方式。 指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。 （ 3）第三阶段（ 1982 8位单片机的巩固发展及 16位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。 96系列单片机，将一 些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。随着 51系列的广应用，许多电气厂商竞相使用 80许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/靠性技术等应用到单片机中，增强了外围电路路功能，强化了智能控制的特征。 （ 4）第四阶段（ 1990 ）：微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的 8 位 /16 位 /32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。 片机的发展趋势 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 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。 近年，由于 术的进小，大大地促进了单片机的 。片除了低功耗特性之外，还具有功耗的可控性，使单片机可以工作在功耗精细管理状态。这也是今后以 80代 8051 为标准 片的原因。因为单片机芯片多数是采用 属栅氧化物）半导体工艺生产。 路的特点是低功耗、高密 度、低速度、低价格。采用双极型半导体工艺的 功耗和芯片面积较大。随着技术和工艺水平的提高，又出现了 密度、高速度 艺。 艺的结合。目前生产的 输延迟时间小于 2的综合优势已在于 而，在单片机领域 路。 低功耗化 单片机的功耗已从 至 1用电压在 36V 之间，完全适应电池工作。低功耗化的效应不仅是功耗低，而且带来了产品的高可靠性、高抗干 扰能力以及产品的便携化。 低电压化 几乎所有的单片机都有 省电运行方式。允许使用的买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 电压范围越来越宽，一般在 36V 范围内工作。低电压供电的单片机电源下限已可达 12V。目前 电的单片机已经问世。 低噪声与高可靠性 为提高单片机的抗电磁干扰能力，使产品能适应恶劣的工作环境，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单片厂家在单片机内部电路中都采用了新的技术措施。 大容量化 以往单片机内的 4128B。但在需要复杂控制的场合，该存储容 量是不够的，必须进行外接扩充。为了适应这种领域的要求，须运用新的工艺，使片内存储器大容量化。目前，单片机内 大可达64 高性能化 主要是指进一步改进 性能，加快指令运算的速度和提高系统控制的可靠性。采用精简指令集（ 构和流水线技术，可以大幅度提高运行速度。现指令速度最高者已达 100兆指令每秒），并加强了位处理功能、中断和定时控制功能。这类单片机的运算速度比标准的单片机高出 10 倍 以上。由于这类单片机有极高的指令速度，就可以用软件模拟其 I/此引入了虚拟外设的新概念。 小容量、低价格化 与上述相反，以 4 位、 8 位机为中心的小容量、低价格化也是发展动向之一。这类单片机的用途是把以往用数字逻辑集成电路组成的控制电路单片化，可广泛用于家电产品。 外围电路内装化 这也是单片机发展的主要方向。随着集成度的不断提高，有可能把众多的各种处围功能器件集成在片内。除了一般必须具有的 时器 /计数器等以外，片内集成的部件还有模 /数转换器、 制器、声音发生 器、监视定时器、液晶显示驱动器、彩色电视机和录像机用的锁相电路等。 串行扩展技术 在很长一段时间里，通用型单片机通过三总线结构扩展外围器件成为单片机应用的主流结构。随着低价位 各种类型片内程序存储器的发展，加之处围接口不断进入片内，推动了单片机“单片”应用结构的发展。特别是 I C、 串行总线的引入，可以使单片机的引脚设计得更少，单片机系统结构更加简化及规范化。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 随着半导体集成工艺的不断发展，单片机的集成度将更高、体积将更小、功能将列强。 在单片机家族中， 80之 51系列中的 80 邦等，这些公司都在保持与 800许多特性。这样， 80变成有众多制造厂商支持的、发展出上百品种的大家族，现统称为 8080家认为，虽然世界上的 能各异，开发装置也互不兼容，但是客观发展表明， 80 第三章 单片机的组成及特点 单片机是微型机的一个主要分支，在结构上的最大特点是把 储器、定时器和多种输入 /输出接口电路集成在一块超大规模集成电路芯片上。就其组成和功能而言，一块单片机芯片就是一台计算机。 单片机的组成 单片机 是 通过内部总线把计算机的各主要部件接为一体，其内部总线包括地址总线、数据总线和控制总线。其中，地址总线的作用是在进行数据交换时提供地址， 过它们将地址输出到存储器或 I/O 接口； /数据总线的作用是在，或存储器与外设之间交换数据；控制总线包括 片机的特点 由于单片机的这种结构形式及它所采取的半导体工艺，使其具有很多显著的特点，因而在各个领域都得到了迅猛的发展。单片机主要发如下特点： （ 1）有优异的性能价格比。 （ 2）集成度高、体积小、有很高的可靠性。单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境 下工作。 （ 3）控制功能强。为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、 I/O 口的逻辑操作以及位处理功能。单片机的逻辑控制功能及买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 运行速度均高于同一档次的微机。 （ 4）低功耗、低电压，便于生产便携式产品。 （ 5 ） 外 部 总 线 增 加 了 I C （ 及 串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构。 （ 6）单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。 片机的分类 单片机作为计算机发展的一个重要领域，应用一个较科学的分类方法。根据目前发展情况，从不同角度单片机大致可以分为通用型 /专用型、总线型 /非总线型及工控型 /家电型。 1. 通用型 /专用型 这是按单片机适用范围来区分的。例如， 80通用型单片机，它不是为某种专用途设计的；专用型单片机是针对一类产品甚至某一个产品设计生产的，例如为了满足电子体温计的要求，在片内集成 2. 总线型 /非总线型 这是按单片机是否提供并行总线来区分的。总线型单 片机普遍设置有并行地址总线、数据总线、控制总线，这些引脚用以扩展并行外围器件都可通过串行口与单片机连接，另外，许多单片机已把所需要的外围器件及外设接口集成一片内，因此在许多情况下可以不要并行扩展总线，大大减省封装成本和芯片体积，这类单片机称为非总线型单片机。 3. 控制型 /家电型 这是按照单片机大致应用的领域进行区分的。一般而言，工控型寻址范围大，运算能力强；用于家电的单片机多为专用型，通常是小封装、低价格，外围器件和外设接口集成度高。 显然，上述分类并不是惟一的和严格的。例如， 80单片机既是通用型又是总线型，还可以作工控用。 第四章 单片机的应用 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 片机的应用分类 由于单片机具有显著的优点，它已成为科技领域的有力工具，人类生活的得力助手。它的应用遍及各个领域，主要表现在以下几个方面： (1) 单片机在智能仪表中的应用 单片机广泛地用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，并可以提高测量的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。 (2)单片机在机电一体化中的应用 机电一体化是械工业发展的方向。机电一体化产品是指集成机械技术、微电子技术、计算机技术于一体，具有智能 化特征的机电产品，例如微机控制的车床、钻床等。单片机作为产品中的控制器，能充分发挥它的体积小、可靠性高、功能强等优点，可大大提高机器的自动化、智能化程度。 (3) 单片机在实时控制中的应用 单片机广泛地用于各种实时控制系统中。例如，在工业测控、航空航天、尖端武器、机器人等各种实时控制系统中，都可以用单片机作为控制器。单片机的实时数据处理能力和控制功能，可使系统保持在最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品质量。 (4) 单片机在分布式多机系统中的应用 在比较复杂的系统中，常采用分布式多机系统。多机系统 一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。单片机在这种系统中往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量和控制。单片机的高可靠性和强抗干扰能力，使它可以置于恶劣环境的前端工作。 (5) 单片机在人类生活中的应用 自从单片机诞生以后，它就步入了人类生活，如洗衣机、电冰箱、电子玩具、收录机等家用电器配上单片机后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人们喜爱。单片机将使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩。 综合所述，单片机已成为计算机发展和 应用的一个重要方面。另一方面，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买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 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。 第五章 数字种的构成 数字钟的构成 数字钟实际上是一个对标准频率 (1行计数的计数电路 故需要在电路上加一个校时电路 ,同时标准的1通常使用石英晶体振荡器电路构 成数字钟 . 晶体振荡器电路 晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的 12方波信号 ,可保证数字钟的走时准确及稳定 时间计数器电路 时间计数电路由秒个位和秒十位计数器 ,分个位和分十位计数器电路构成 ,秒个位和秒十位计数器 ,分个位和分十位计数器为 60进制计数器 . 译码驱动电路 译码驱动电路将计数器输出的 8421转换为数码管需要的逻辑状态 ,并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流 . 数码管 数码管通常有发光二极管 (码管和液晶 (码管 ,本设计提供的为 数字钟的工作原理 图如图 1所示： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 1 实验中所需的器材 5 面包板 1块 . 万用表 . 镊子 1把 . 剪刀 1把 . 网络线 2米 1个 12个 块 . 共阴七段数码管 4个 . 680电阻 28个 . 10电阻 1个 . 10 f/2522个 30个 . 个 方案选择 与相关技术 单片机模块 方案： 方案一：基本门电路搭肩，用基本门电路来实现数字钟，电路结构复杂，鼓掌系数大，不易调试。 方案二：单片机 编程 ，用单片机设计电路，由于使用软硬件结合的方式，所以电路结构简单，调试也相对方便。与第一种方案比较优点的是非常明显的。我们选择了第二种方案。 相关技术 单片机简介 低电压，高性能 微买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 处理 器，俗称单片机。 一种带 2K 字节闪烁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 100次。该器件采用 工业标准的 令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8位 它的一种精简版本。 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。 图 2 单片机 内部结构图 为 如图 3所示： ： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 3 主要特性 与 容 4 寿命： 1000写 /擦循环 数据保留时间： 10 年 全静态工作： 0三级程序存储器锁定 128*8位内部 32可编程 I/两个 16位定时器 /计数器 5个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 管脚说明 电电压。 地。 位漏级开路双向 I/脚可吸收 8电流。当 时，被定义为高阻输入。 可以被定义为数据 /地址的第八位。在 作为原码输入口，当 时 位双向 I/后，被内部上拉为高，可用作输入，输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 和校验时， 位双向 I/出 4个 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， 输出电流。这是由于内部上拉的缘故。 6位地址外部数据存储器进行存取时， 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， 程和校验时 接收高八位地址信号和控制信号。 个带内部上拉电阻的双向 I/接收输出 4个 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， 是由于上拉的缘故。 下所示： 口管脚 备选功能 行输入口 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 行输出口 部中断 0 部中断 1 0 记时器 0 外部输入 1 记时器 1 外部输入 部数据存储器写选通 部数据存储器读选通 表 1 银角图为 如图 4： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 4 其中我们 用了 2口。 位输入。当振荡器复位器件时，要保持 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 引脚用于输入编程脉冲。在平 时， 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 想禁止 址上置 0。此时， 令是 外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 位无效。 /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 /效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /号将不出现。 / /在此期间外部程序存储器（ 0000不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1时， /内部锁定为 /间内部程序存储器。在 程期间，此引脚也用于施加 12 向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 自反向振荡器的输出。 振荡器特性 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， 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，