单片机电子时钟毕业论文设计.doc

单片机电子时钟 系 别 专 业 班 级 学生姓名 学 号 指导教师 2012年 4 月23无锡科技职业学院科技论文单片机电子时钟摘要：单片计算机既单片微型计算机。由RAM,ROM,CUP构成，定时，计数和多种接口与一体的微型控制器。他体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产业和工业自动化上。而51 系列单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。这次毕业设计通过对它的学习，应用，从而达到学习，设计的能力。本设计主要涉及了一个基于AT89C51单片机的电子时钟。并在数码管上显示相应的时间。并通过一个控制键用来实现时间的调节和是否进入省电模式的转换。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。单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。由于具有上述优点，在我国，单片机已广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面，而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。这次毕业设计通过对它的学习、应用，以AT89S51芯片为核心，辅以必要的电路，设计了一个简易的电子时钟，它由4.5V直流电源供电，通过数码管能够准确显示时间，调整时间，从而到达学习、设计、开发软、硬件的能力。关键词：单片机、电子时钟 前 言单片机系统被定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。实际上单片机系统是计算机的一种应用形式，是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物，具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点。因此它是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。特别适合于要求实时的和多任务的系统。如今单片机系统的应用越来越广泛，那么单片机系统应用缘何能在近年来的信息技术应用中脱颖而出，成为众多商家角逐的对象。其实原因很简单，因为这里面蕴藏着巨大的市场，巨大的商业利益，单就电视应用而言，目前全球有2亿多有线电视用户，中国也有8000多万户，而且每年还在以600万的速度递增。如今，在这块领域里，还没有一家公司有成熟的产品，也没有标准的操作系统，更没有一个可以主导市场的垄断者。在这种局势下，虽然竞争将异常剧烈，但突围的可能性也较大，只要能够培养出自己的技术能力和市场开拓能力，是有可能取得巨大成功的。第一章该电子时钟有89C51，BUTTON,六段数码管等构成，采用晶振电路作为驱动电路，由延时程序和循环程序产生的一秒定时，达到时分秒的计时，六十秒为一分钟，六十分钟为一小时，满二十四小时为一天。而电路中唯一的一个控制键却拥有多种不同的功能，按下又松开，可以实现屏蔽数码管显示的功能，达到省电的目的；直接按下不松开，则可以通过按键实现分钟的累加，每按一次分钟加一；而连续两次按下按键不松，则可以实现小时的调节，同样每按一次小时加一。21显示方案 方案：动态显示。所谓动态显示就是一位一位的轮流点亮各个位，对于显示器的每一位来说，每隔一段时间点亮一次。利用人的视觉暂留功能可以看到整个显示，但必须保证扫描速度足够快，字符才不闪烁。显示器的亮度既与导通电流有关，也于点亮时间与间隔时间的比例有关。调整参数可以实现较高稳定度的显示。动态显示节省了I/O口，降低了能耗。3.1系统设计利用单片机（AT89S51）制作简易电子时钟，由六个LED数码管分别显示小时十位、小时个位、分钟十位、分钟个位、秒钟十位、秒钟个位。6个PNP管（9012）分别控制六个数码管的亮灭，一个按键用于时间调整。3.2模块设计3.2.1电源部分图3-1：内部方式 外部方式如图3-1所示，XTAL119 XTAL218XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。晶振的频率可以在1MHz-24MHz内选择。电容取30PF左右。系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路。AT89单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。外接晶体谐振器以及电容C1和C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响震荡器频率的高低、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。因此，此系统电路的晶体振荡器的值为12MHz，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值约为22F。在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证震荡器稳定和可靠地工作。3.2.2复位电路 图3-2：复位电路图如图3-2所示，复位电路主要由型号为1N4148的二极管，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。3. 程序下载接口 图3-3：程序下载接口如图3-3所示，由AT89S ISP构成的两排十针下载口，板图上有一个小方框，为1号引角；下载线的凸口为正方向，凸口的右侧边的第一个插孔为1号引角。4. 位选部分 图3-4图3-5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，6位LED中只有选通的那1位显示出字符，而其他5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。5. 数码管的连接电路图3-5-1 图 图3-5-2：数码管的引脚图-图3-5-2为数码管的引脚图，每位的段码线（a,b,c,d,e,f,g,dp）分别与1个8位的锁存器输出相连据，如令其显示1则b,c-图3-5-2为数码管的引脚图，每位的段码线（a,b,c,d,e,f,g,dp）分别与1个8位的锁存器输出相连，由AT89S51控制组合09十个数据，如令其显示1则b,c引脚（即2，3引脚）送高电平，此时数码管显示1。由于各位的段码线并联，8位I/O口输出段码对各个显示位来说都是相同的。6. 控制部分图3-6：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。如图3-7所示，AT89S51有40引脚，双列直插（DIP）封装，所用引脚功能如下：一、 VCC 运行时加4.5V二、 GND 接地三、 XTAL1 振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端四、 XTAL2 振荡器反相放大器的输出端五、 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。WDT溢出将使该引脚输出高电平，设置SFT AUXR的DISRTO位（地址8EH）可打开或关闭该功能。DISRTO位缺省为RESET输出高电平打开状态。六、 EA/VPP 片外程序存储器访问允许信号。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地），如果EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。七、 P1口,P2口P1，P2是一组带内部上拉电阻的8位双向I/O口。运行时通过P1口控制驱动电路的工作，将数据送到数码管，显示相应的段码，为了达到减少功耗或满足端口对最大电流的限制，应加上一限流电阻。P2.0P2.5口控制数码管的位选，使六个数码管轮流显示数据，等于1时位选三极管导通，等于0 时位选三极管截止。八、 无自锁开关（S2P3.7）开关接相应引脚P37，当开关按下时，相应引脚为低电平0，断开时引脚为高电平1。I/O口的内部结构： I/O口作为输入口时有两种工作方式即所谓的读端口与读引脚读端口时实际上并不从外部读入数据而是把端口锁存器的内容读入到内部总线经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线上面图中的两个三角形表示的就是输入缓冲器CPU将根据不同的指令分别发出读端口或读引脚信号以完成不同的操作这是由硬件自动完成的不需要我们操心 读引脚时也就是把端口作为外部输入线时首先要通过外部指令把端口锁存器置1然后再实行读引脚操作否则就可能读入出错为什么看上面的图如果不对端口置1端口锁存器原来的状态有可能为0Q端为0Q为1加到场效应管栅极的信号为1该场效应管就导通对地呈现低阻抗,此时即使引脚上输入的信号为1也会因端口的低阻抗而使信号变低使得外加的1信号读入后不一定是1若先执行置1操作则可以使场效应管截止引脚信号直接加到三态缓冲器中实现正确的读入由于在输入操作时还必须附加一个准备动作所以这类I/O口被称为准双向口89C51的P0/P1/P2/P3口作为输入时都是准双向口接下来让我们再看另一个问题从图中可以看出这四个端口还有一个差别除了P1口外P0P2P3口都还有其他的功能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。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。一单片机I/O口的输出实验1实验程序程序如下ORG 0000HAJMP LOOPLOOP:MOV SP,#65H;/保护堆栈，养成习惯MOV P1,#0FFH ;LCALL DELAY ;MOV P1,#00H ;LCALL DELAY ;LJMP LOOP ;DELAY:MOV R7,#250 ;D1:MOV R6,#250 ;D2:DJNZ R6,D2 ;DJNZ R7,D1 ;RET ;END将以上写入MEDWIN编译软件，源代码编译生成HEX文件，烧写到实验板看到了什么8只LED灯都在闪烁2程序分析这段程序和教程里的程序比较有两处不同第1条原来是SETB P1.0现在改为MOV P1#0FFH第3条原来是CLR P1现在改为MOV P1#00H为什么这样改了之后就变成了8只LED灯同时闪烁了原来P1代表了P1.7-P1.0的全部我们把它当作一个存储器单元即一个字节不过对一个存储器单元送数就应该用MOV指令了在这里P1P1.7-P1.0接的是LED灯也就是负载它起到了一个输出端的作用那如果把P1改为P0或P2或P3行不行呢答案是肯定的为什么我们稍后再谈接着看第2个实验二单片机I/O口的输入实验1实验程序 程序如下MAIN:MOV P3,#0FFH ;LOOP:MOV A,P3 ;MOV P1,A ;LJMP LOOP ;END同样的方法把程序搞到单片机实验板上按下第1个按钮有一个LED灯亮了按下第2个按钮另一个LED灯亮了松开按钮相应的灯就灭了是不是有点象工业控制中的点动控制原理分析一下这个程序3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。4芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。第四章 原理图图4-1 第五章 软件设计5.1程序流程图N24小时到？分单元清零，时单元加1NNNYY时单元清零时间显示中断返回开始一秒时间到？60秒时间到？60分钟到？秒单元加1秒单元清零，分单元加1YY-时钟调整程序关闭显示，省电状态分钟闪烁，调时状态分值加1按键S2时间t1时值=24？按键S2时间t0.5按键S2时间t0.5时钟闪烁，调时状态分值=60？分值清零时值加1时值清零返回显示S2是否按下（二） 源程序表5-2 P1口对应段码及数值显示数字P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.016进制代码dpgfedcba0001111113FH10000011006H2010110115BH3010011114FH40110011066H5011011016DH6011111017DH70000011107H8011111117FH9011011116FH JMP START ORG 0BH JMP TIM0START: MOV SP,#70H MOV 28H,#00 MOV 2AH,#12H MOV 2BH,#00 MOV 2CH,#00 MOV TMOD,#00000001B MOV TH0,#HIGH(65536-4000) MOV TL0,#LOW(65536-4000) MOV IE,#10000010B MOV R4,#250 SETB TR0LOOP: JB P0.0,N2 CALL DELAY MOV A,2CH ADD A,#01 DA A MOV 2CH,A CJNE A,#60H,N1 MOV 2CH,#00N1: JNB P0.0,$ CALL DELAY N2: JB P0.1,N4 CALL DELAY MOV A,2BH ADD A,#01 DA A MOV 2BH,A CJNE A,#60H,N3 MOV 2BH,#00N3: JNB P0.1,$ CALL DELAYN4: JB P0.2,LOOP CALL DELAY MOV A,2AH ADD A,#01 DA A MOV 2AH,A CJNE A,#24H,N5 MOV 2AH,#00N5: JNB P0.2,$ CALL DELAY JMP LOOPTIM0: MOV TH0,#HIGH(65536-4000) MOV TL0,#LOW(65536-4000) PUSH ACC PUSH PSW DJNZ R4,X2 MOV R4,#250 CALL CLOCK CALL DISPX2: CALL SCAN POP PSW POP ACC RETISCAN: MOV R0,#28H INC R0 CJNE R0,#6,X3 MOV R0,#0X3: MOV A,R0 ADD A,#20H MOV R1,A MOV A,R0 SWAP A ORL A,R1 MOV P1,A RETCLOCK: MOV A,2CH ADD A,#1 DA A MOV 2CH,A CJNE A,#60H,X4 MOV 2CH,#00 MOV A,2BH ADD A,#1 DA A MOV 2BH,A CJNE A,#60H,X4 MOV 2BH,#00 MOV A,2AH ADD A,#1 DA A MOV 2AH,A CJNE A,#24H,X4 MOV 2AH,#00X4: RETDISP: MOV R1,#20H MOV A,2CH MOV