基于单片机的数字电压表.doc

课 程 设 计 说 明 书课程名称： 单片机技术 设计题目： 基于单片机的数字电压表 学 院： 电子信息与电气工程学院 学生姓名： 卢芳芳 学 号：专业班级： 通信工程2013级2班 指导教师： 高素玲 2016年 4月22日课 程 设 计 任 务 书设计题目单片机电子时钟学生姓名卢芳芳所在院系电子信息与电气工程学院专业、年级、班通信工程2013级2班设计要求： 采用本系统以AT89S52为主控芯片，实现电子时钟的设计，并考虑节约系统的硬件，能用软件实现的功能尽量都用软件实现。而且达到时钟功能为24小时的计时方式，显示时、分、秒；具有快速校准时、分的功能；根据健盘输入调用相应健处理子程序，实现时间的调整；然后输出到4位的LED显示器显示出来。学生应完成的工作：对实验课题进行论证，经过讨论确定课题，做课程设计报告，画电路原理图,由altium designer画出PCB板，制出电路板，然后进行汇编源程序，对源程序进行仿真测试。最后烧入程序进行总测试，修改直至设计能正常运行。参考文献阅读：1张毅刚.新编MCS-51单片机应用设计.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2008.31 于海生.微型计算机控制技术M.清华大学出版社,1999.62 孙涵芳.MCS-51系列单片机原理及应用M.北京航空航天大学出版社,1996.43 黄正谨.综合电子设计与实践M.东南大学出版社,2002.34 杨欣等.电子设计从零开始M.清华大学出版社,2005.105 谢嘉奎.电子线路M.高等教育出版社,2003.26 夏路易,石宗义.电路原理图与电路设计教程Protel 99SEM.北京希望电子社,2002工作计划： 4月11号-12号原理分析，绘制草图，发器件；4月13号-15号Multisim电路设计与仿真，Altium Designer 09设计原理图，设计PCB板；4月16号-19号PCB制版，焊接器件；4月20号-21号书写课程设计报告指导；4月22号烧录程序，指导教师验收设计电路结果。任务下达日期： 2016 年 4 月 11 日任务完成日期： 2016 年 4 月 22 日指导教师（签名）： 学生（签名）： 单片机电子时钟的设计摘 要：近年来随着计算机在社会各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深入。由于单片机有体积小、质量轻、能耗低、价格便宜、功能可靠性强、使用方便等优点，因此其特别适用于与控制有关的系统，原来越广泛的应用于军事产品，家用电器、智能仪表、自动控制、数据采集等一些列现代化产品之中。单片机往往作为一个核心部件，再根据具体硬件结构以及针对具体应用对象的软件特点相结合，以作完善。 本文所设计的电子时钟以ATMEL公司的片机AT89S51为核心，结合相关元器件（4位数码管、按键、电阻、晶体振荡器等），再配以相应的软件（altium designer、PROTEUS），经过软件编程的方法实现以24小时为一个周期，同时4位7段LED数码管(一个四位一体数码管)显示小时、分钟的要求。该电子钟设有四个按键S1、S2、S3和S4键,进行相应的操作就可实现校时、定时、复位功能。走时准确、显示直观、精度、稳定等优点。整个过程就是先设计和焊接好硬件电路，再通过汇编语言编写应用程序来实现我们需要的功能，这期间，程序编制、软件仿真和调试是本设计的重点和难点。关键词：AT89S51;电子时钟;数码管;altium designer; PROTEUS;软件仿真 目 录1. 设计背景12.设计方案12. 1数字时钟方案12.2数码管显示方案23.方案实施23.1 系统说明23.2系统框图与流程图33.3 模块设计与功能54.结果与结论85. 收获与致谢86.参考资料97.附件97.1系统的电路原理图和PCB图97.2实物图107.3电子元器件清单117.4源程序111. 设计背景 单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快。单片机具有体积小、功能多、价格低廉、使用方便、系统设计灵活等优点。电子钟在工业控制和日常生活中是很重要的，它不仅可以用于计时、提醒又可用于对机器的控制，在自动化的过程中必然有电子钟的参与，因此电子钟的应用会越来越广泛。而且向着精确、低功耗、多功能发展。基于单片机设计的数字钟精确度较高， 因为在程序的执行过程中， 任何指令都不影响定时器的正常计数，即便程序很长也不会影响中断的时间。从而，使数字钟的精度仅仅取决于单片机的产生机器周期电路和定时器硬件电路的精确度。另外，程序较为简洁，具有可靠性和较好的可读性。如果我们想将它应用于实时控制之中，只要对上述程序和硬件电路稍加修改，便可以得到实时控制的实用系统，从而应用到实际工作与生产中去。 本方案完全用软件实现数字时钟。原理为：在单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。利用定时器与软件结合实现1分钟定时中断，每产生一次中断，存储器内相应的分钟值加1；若分钟值达到60，则将其清零，并将相应的分字节值加1；若时值达到24，则将十字节清零。该方案具有硬件电路简单的特点。但由于每次执行程序时，定时器都要重新赋初值，所以该时钟精度不高。而且，由于是软件实现，当单片机不上电，程序不执行时，时钟将不工作。2.设计方案2.1数字时钟方案本方案完全用软件实现数字时钟。原理为：在单片机内部存储器分别存放时钟的时、分信息。利用定时器与软件结合实现1分定时中断，每产生一次中断，存储器内相应的秒值加1；若分值达到60，则清零分字节，并将时字节值加1；若时值达到24，则将十字节清零。该方案具有硬件电路简单的特点。但由于每次执行程序时，定时器都要重新赋初值，所以该时钟精度不高。而且，由于是软件实现，当单片机不上电，程序不执行时，时钟将不工作。2.2数码管显示方案数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。 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/0端口进行驱动，或者使用如BCD码二一十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/0端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要58：40根I/0端口来驱动，要知道一个89S52单片机可用的I/0端口才32个呢），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，动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一。动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a, b, c, d, e, f, g, dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/0线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通 COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1-2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/0端口，而且功耗更低。本设计采用动态扫描的方式进行显示。3.方案实施3.1系统说明利用单片机（AT89S51）制作简易电子时钟，由四个LED数码管分别显示小时十位、小时个位、分钟十位、分钟个位。4个PNP管（9012）分别控制四个数码管的亮灭，一个按键用于时间调整。3.2系统框图与流程图以下是对电子时钟系统流程的介绍：图1单片机系统方框图图2单片机系统主流程图图3键盘扫描流程图图4时钟流程图3.3模块设计与功能3.3.1主要器件1.STC89C51单片机；2.LCD1602液晶显示屏；3.3.2复位电路复位电路主要由型号为10UF/16V的电解电容，型号为104的瓷片电容，10K的电阻以及按键S1构成，S1接芯片的相应引脚RST，当开关按下时引脚RST为高电平1，断开时引脚为低电平0。图5复位电路图3.3.3位选部分图6为位选电路，三极管的集电极接数码管的公共端，当P2口对应的引脚输出高电平时三极管导通，对应的数码管显示数据。这样，在同一时刻，4位LED中只有选通的那1位显示出字符，而其他3位则是熄灭的。同样，在下一时刻，只让下一位的位选线处于选通状态，而其他个位的位选线处于关闭状态，在段码线上输出将要显示字符的段码，则同一时刻，只有选通位显示出相应的字符，而其他各位则是熄灭的。如此循环下去，就可以使各位显示出将要显示的字符。虽然这些字符是在不同时刻出现的，而在同一时刻，只有一位显示，其他各位熄灭，但由于LED的余辉和人眼的视觉暂留作用，只要每位显示间隔足够短，则可以造成多位同时亮的假象，达到同时显示的效果。图6位选部分电路图3.3.4数码管介绍数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴数码管、共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极COM的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+ 5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极.COM/的数码管“典阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光，二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。 当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。 本设计采用共4联共阳数码管，内部的4个数码管共用adp这8 根数据线，为人们的使用提供了方便，因为里面有4个数码管，所以它有4个公共端，加上adp，共有12个引脚。其中，12986分别是自左至右的4位数码管选，3510124711分别对应8段，接单片机I/O口由高位至低位。图7数码管3.3.5控制部分AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4K bytes的可系统编程的Flash只读程序存储器，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8051指令系统及引脚。AT89S51提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32I/O口线，看门狗（WDT），两个数据指针，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。图8控制部分电路图如图8所示，AT89S51有40引脚，双列直插（DIP）封装，所用引脚功能如下：1.VCC运行时加4.5V2.GND接地3.XTAL1振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端4.RST复位输入，高电平有效，在晶振工作时，在RST引脚上作用2个机器周期以上的高电平，将使单片机复位。另外，AT89S52可降至011z静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式、空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM,定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下， RAM内容被保存。振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。4.结果与结论1.显示XX.XX时间2.时间可调：调整键（S2）按下（t0.5s）分钟位闪亮，此时按下S2键（t0.5s）时钟位闪亮，此时按下S2键（t0.5s），返回到正常显示状态。2.电源线插接说明：电池盒的红线为正，黑线为负。板子所留出来的电源插口用VCC（表示电源正）和GND（表示电源负）标明。4.调试要点：首先确保各器件的完好性，其次检测各芯片的电源线和地线是否接触良好，然后焊接器件，接好电源用万用表检测各电源端、地端的状态是否正常。检查无误后插上AT89S51并烧写一简易的程序，观察电路是否能协同工作。最后烧写工作程序，根据显示现象调试程序直至成功。上电运行时，数码管开始显示00.00时钟开始走时。本设计能够很准确的走时，并能够通过硬件对时钟进行时间调整。但调试过程中由于误操作，电压旋转过大，造成元器件被击穿，功能无法实现。5.收获与致谢在这次课程设计的过程中，我主要负责课题的遴选以及课程设计方案的设计。课程设计不但要选择与专业相关的，还要思考方案在现有条件下的可行性，根据经验，我们确立了电子时钟的实验课题。我参考了大量资料，对电子时钟的大致运行原理和运行过程有了深入的了解，确定了一套完整的电子时钟需要哪些元器件，又和小组成员进行了预选方案的初步画图测试，在确立方案后大家分工协作，最后我把大家做的分工又重新汇总写成了课程设计，虽说方案一改再改，总归见到了彩虹。历时两周的课程设计结束了，虽有失败，但收获良多，同时在协作过程中增进同学间的友谊。向实验中对自己提供帮助的同学表示真心感谢，感谢小组成员王纪敏、张中勋、梅锦陵、孙权的团结协作，对高素玲老师的尽心指导表示衷心感谢。6.参考资料1张毅刚.新编MCS-51单片机应用设计.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2008.31 于海生.微型计算机控制技术M.清华大学出版社,1999.62 孙涵芳.MCS-51系列单片机原理及应用M.北京航空航天大学出版社,1996.43 黄正谨.综合电子设计与实践M.东南大学出版社,2002.34 杨欣等.电子设计从零开始M.清华大学出版社,2005.105 谢嘉奎.电子线路M.高等教育出版社,2003.26 夏路易,石宗义.电路原理图与电路设计教程Protel 99SEM.北京希望电子社,20027. 附件7.1系统的电路原理图和PCB图7.2实物图7.3电子元器件清单元件名称规格型号单位数量电解电容47UF/16V只1电解电容10UF/16V只2电阻10k只2芯片AT89S51片1芯片座DIP40只1无源晶振12M只17段数码管0.5寸/共阴只4位一体1个三极管9012个4二极管1N4148只1按键无自锁只5电池盒个1电路板9.55*5.664CM21电源插件1个7.4源程序/*标题：定时器中断 24小时时钟程序效果：数码管显示24小时制时钟(具有调时功能)说明：使用12M晶振,key1=P37; key2=P36; key3=P35; key4=P34;数码管位选P1.0P1.3，段选P0,共阳数码管*/#include#define uchar unsigned char;#define uint unsigned int;uchar position; uchar tt; uchar second; uchar minute;uchar hour; uchar code table=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;/0-9sbit smg_q = P10; /数码管千位引脚sbit smg_b = P11;sbit smg_s = P12;sbit smg_g = P13;sbit key1=P37; /按键定义sbit key2=P36;sbit key3=P35;sbit key4=P34;void keyscan(); /函数声明void display(unsigned char hour,unsigned char minute);void delay(unsigned int timer); void init();/*主函数*/void main()init();while(1)if(tt=20)tt=0;second+;if(second=60)sec