电子时钟的设计单片机课程设计.doc

洛 阳 理 工 学 院课 程 设 计 说 明 书课程名称 单片机原理与接口技术 设计课题 电子时钟的设计 专 业 自 动 化 班 级 b120436 姓 名 高 洁 2013 年 06 月 21 日 课 程 设 计 划 任 务 书 电气工程与自动化 系 自动化 专业 学生姓名 高洁 班级 b120436 学号 b12043607 课程名称：单片机原理与接口技术 设计题目： 电子时钟的设计 课程设计内容与要求：设计（论文）开始日期2013年06月10日 指导教师 张娟梅 董红政 设计（论文）结束日期2013年06 月21日指导教师 张娟梅 董红政 2013年06 月 21 日 课 程 设 计 评 语 电气工程与自动化 系 自动化 专业 学生姓名 高洁 班级 b120436 学号 b12043607 课程名称：单片机原理与接口技术 设计题目：电子时钟的设计 课程设计篇幅： 图 纸 0 张 说明书24 页指导教师评语： 2013年 06月 21 日 指导教师 张娟梅 洛阳理工学院课 程 设 计 用 纸摘要数字电子钟是一种利用数字电路来显示秒、分、时的计时装置，与传统的机械钟相比，它具有走时准确、显示直观，无机械传动装置等优点。随着现代数字技术的发展，数字电子钟广泛的应用于各个生活生产领域,如时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备等等。 本次课程设计之-电子时钟设计，具有最简单的计时功能及调整时间的功能。基于89c51芯片和led数码管为核心，辅以必要的电路，并以c程序设计为基础,构成一个简单的单片机数字电子时钟。通过数码管能够准确显示时间，分、秒，并且可以通过按键进行校时。关键词： 89c51芯片，数字电子时钟，校时abstractdigital electronic clock is a timing device to display seconds, divided, the use of digital circuit, compared with the traditional mechanical clock, it has the advantages of accurate, intuitive display, no mechanical transmission device. with the development of modern digital technology, digital electronic clock is widely used in all areas of production life, such as the time the program automatic control, regular radio, closed automatically lights, timing switches oven, on-off power equipment etc.the curriculum design of electronic clock, design, have the function of timing and time to adjust the most simple function. based on the 89c51 chip and the led digital tube as the core, supplemented by the necessary circuit, and in the c program design as the basis, form a simple singlechip digital electronic clock. able to accurately display the time through the digital tube, minutes and seconds, and can be carried out through the key school.key words: 89c51 chip， digital electronic， clock timing目录摘要iabstractii目录iii第1章 前言11.1 课题背景11.2 课题意义1第2章 单片机及数码管简介22.1 89c51单片机介绍22.1.1 at89c51的结构组成22.1.2 at89c51的引脚介绍32.1.3 单片机型号的选择42.2数码管显示工作原理4第3章 设计方案53.1硬件电路的设计方案53.2硬件电路说明53.2.1 时钟电路53.2.2 复位电路53.2.3 键盘电路63.2.4 显示电路63.2.5 蜂鸣器电路73.3硬件电路的原理图7第4章 控制系统的软件设计94.1 程序流程图94.2 程序设计11总结16致谢17参考文献18第18页第1章 前言1.1 课题背景单片机自1976年由intel公司推出mcs-48开始，迄今已有二十多年了。由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面，单片机的应用领域已从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、pc机外围以及网络通讯等广大领域。单片机有两种基本结构：一种是在通用微型计算机中广泛采用的，程序存储器和数据存储器共用一个存储器空间的结构，称为“冯诺依曼”（von neumann）结构。另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的结构，称为“哈佛”（harvard）结构，目前的单片机采用此种结构为多。本文讨论的单片机多功能时钟系统的核心是目前应用极为广泛的51系列单片机，配置了外围设备，构成了一个可编程的计时定时系统，具有体积小，可靠性高，功能多等特点。不仅能满足所需要求而且还有很多功能可供扩展，有着广泛的应用领域。1.2 课题意义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，随着单片机性价比的不断提高，新一代产品的应用也越来越广泛。大则可以构成复杂的工业过程控制系统，完成复杂的控制功能；小则可以用于家电控制，甚至可以用于儿童电子玩具。它功能强大、体积小、质量轻、灵活好用，配以适当的接口芯片，可以构成各种各样、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。这些具有人们所需要的智能化特性的产品减轻了人的劳动，扩大了数字化的范围，为家庭数字化提供了可能。具有十分重要的意义。第2章 单片机及数码管简介2.1 89c51单片机介绍2.1.1 at89c51的结构组成at89c51是单片机中的典型产品，at89c51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，如图2-1所示。图2-1单片机内部结构示意图 现分别加以说明：1、中央处理器中央处理器(cpu)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，cpu负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。2、数据存储器(ram)at89c51内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的ram只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。3、程序存储器(rom)at89c51共有4kb掩膜rom，最大可扩展64k字节，用于存放用户程序，原始数据或表格。4、定时/计数器：at89c51有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。5、并行输入输出(i/o)口：at89c51共有4组8位i/o口(p0、 p1、p2或p3)，用于对外部数据的传输。6、中断系统at89c51具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。2.1.2 at89c51的引脚介绍at89c51单片机内部总线是单总线结构,即数据总线和地址总线是公用的. at89c51有40条引脚, 这40条引脚可分为i/o接口线、电源线、控制线、外接晶体线4部分。 at89c51单片机为双列直插式封装结构, 如图2-2所示。图2-2 at89c51引脚分配图at89c51单片机的电源线有以下两种：（1）vcc：+5v电源线。 （2）gnd：接地线。at89c51单片机的外接晶体引脚有以下两种: （1）xtal1：片内振荡器反相放大器的输入端和内部时钟工作的输入端。采用内部振荡器时，它接外部石英晶体和微调电容的一个引脚。（2）xtal2：片内振荡器反相放大器的输出端，接外部石英晶体和微调电容的另一端。采用外部振荡器时，该引脚悬空。外接晶体引脚。at89c51单片机的控制线有以下几种：（1）rst：复位输入端，高电平有效。（2）ale/prog：地址锁存允许/编程线。（3）psen：外部程序存储器的读选通线。（4）ea/vpp：片外rom允许访问端/编程电源端。 2.1.3 单片机型号的选择 通过对多种单片机性能的分析，最终认为89c51是最理想的电子时钟开发芯片。89c51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能cmos8位微处理器，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和闪烁存储器组合在单个芯片中，atmel的89c51是一种高效微控制器，而且它与mcs-51兼容，且具有4k字节可编程闪烁存储器和1000写/擦循环，数据保留时间为10年等特点，是最好的选择。2.2数码管显示工作原理led数码管分共阳极与共阴极两种，其工作特点是，当笔段电极接低电平，公共阳极接高电平时，相应笔段可以发光。共阴极led数码管则与之相反，它是将发光二极管的阴极(负极)短接后作为反映出半导体材料的特性。常见管芯材料有磷化镓(gap)、砷化镓(gaas)、磷砷化镓(gaasp)、氮化镓(gan)等，其中氮化镓可发蓝光。发光颜色不仅与管芯材料有关，还与所掺杂质有关，因此用同一种管芯材料可以制成发出红、橙、黄、绿等不同颜色的数码管。其他颜色led数码管的光谱曲线形状与之相似，仅入，值不同、led数码管等效于多只具有发光性能的pn结。当pn结导通时，依靠少数载流子的注人及随后的复合而辐射发光，其伏安特性与普通二极管相似。在正向导通之前，正向电流近似于零，笔段不发光。当电压超过开启电压时，电流就急剧上升，笔段发光。因此，led数码管属于电流控制型器件，其发光亮度l(单位是cdm2)与正向电流if有关，用公式表示：l=kif即亮度与正向电流成正比。led的正向电压u，则与正向电流以及管芯材料有关。使用led数码管时，工作电流一般选10ma左右段，既保证亮度适中，又不会损坏器件。 第3章 设计方案3.1硬件电路的设计方案根据设计要求和设计思路，硬件电路有两部分组成，即单片机按键电路，led显示器电路。图3-1为硬件电路设计框图。 图3-1实验板结构框图3.2硬件电路说明3.2.1 时钟电路实验板的时钟振荡源电路如图3-2所示。其中jt 为11.0592mhz 的晶振，改变两电容cb的值即可对此晶振频率进行调节。该电路提供单片机工作所需的振荡频率，计算定时器初值即需此晶振频率，在通信时也需知道晶振频率，以对波特率进行计算。图3-2时钟电路3.2.2 复位电路当mcs-5l系列单片机的复位引脚rst(全称reset)出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果rst持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。上电后，保持rst一段高电平时间。图3-3复位电路3.2.3 键盘电路如图3-4所示为阵列按键电路，在该模块中，采用四个按键作为电子时钟的控制输入，通过按键来实现时钟的时间设置、定时、秒表功能。电路中将四个按键的一端接公共地，而单片机的p2口默认为高电平，一旦按键被按下，则该按键对应的额管脚被拉低，通过软件扫描按键即可知道用户所要实现的功能，调用相应的按键子程序来完成该操作。按键的去抖动由软件来实现。图3-4按键电路3.2.4 显示电路时间显示部分的电路也很简单，由二个两位的共阳8段数码管、四盏led灯。在显示过程中，单片机将要显示的数字传递给4511芯片，同时通过位选选通要显示的数码管。4511芯片实现将bcd码数字转换为七段数码管段选码通过其输出端输出，同时提供约500ma的电流驱动数码管点亮。如图3-5所示：图3-5数码显示电路3.2.5 蜂鸣器电路其硬件原理图如图3-6所示。此电路用于定时时发出提示音。speaker与p3.2口相连，当speaker输出高电平时蜂鸣器不响，而speaker输出低电平时蜂鸣器发出响声。只需控制speaker输出高低电平的时间和变化频率，就可以让蜂鸣器发出不同的声音。此电路用于产生定时器提示音。图3-6蜂鸣器电路3.3硬件电路的原理图设计原理图如3-7所示： 图3-7总体设计原理图本设计电路，硬件部分共由五个模块组成：按键模块、复位电路模块、晶振电路模块、发声指示模块、时间显示模块。晶振电路模块负责给单片机提供时钟周期。复位单路模块负责上电后自动复位，或按键后强制复位。上电后，由单片机内部定时器计时，同时通过动态显示函数自动将时分秒显示到数码管上。与此同时，按键扫描函数，一直扫描按键引脚状态，一旦扫描到按键被按下，即进入相应的功能函数。如果检测到定时时间到，则驱动蜂鸣器发声提示。第4章 控制系统的软件设计4.1 程序流程图系统的流程图如图4-1和图4-2所示：图4-1 主程序流程图图4-2 中断处理流程图4.2 程序设计#include#define uint unsigned intint i,j,k,m,n,a,b,c,l,x,y,th;uint code tab=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,; void delay(uint k) /延时程序 for(i=0;ik;i+)for(j=0;j121;j+);/数码管稳定显示子函数void show(uint k)for(l=0;lk;l+) p2=0xf7; p0=tabm; delay(4); p2=0xfb; p0=tabn; delay(4); p2=0xfd; p0=tabb-0x80; delay(4); p2=0xfe;p0=taba; delay(4);/蜂鸣器发声每分钟报时void spker(int x)for(y=0;yx;y+) p3_0=0; show(5);p3_0=1;show(5);p3_0=0;show(20);p3_0=1; /数码管显示数据更新子函数void time() for(a=0;a6;a+) if(a=6)a=0;th+; for(b=0;b10;b+) if(b=10)b=0; for(n=0;n6;n+) if(n=6)n=0;for(m=0;m10;)if(m=10)m=0;show(1); spker(b); /定时器0中断服务函数/生成秒脉冲，更新秒显示void rupt(void) interrupt 1 th0=(65536-50000)/256;tl0=(65536-50000)%256;c+;if(c=20)c=0;m+;p1_7=!p1_7; /外部中断0服务函数/按下按键时间停止，再按下按键时间继续void stop(void) interrupt 0while(p3_2=0)show(1); while(p3_3) p1=0xfe; show(1); 、if(p3_4=0) while(p3_4=0)show(1);b+; if(m=10)m=0;n+;if(n=6)n=0;b+;if(b=10)b=0;a+;if(a=6) a=0;if(p3_5=0)while(p3_5=0)show(1);b-;if(m=-1)m=9;n-;if(n=-1)n=5;b-;if(b=-1)b=9;a-;if(a=-1) a=5; 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