单片机电子时钟毕业论文设计

单片机电子时钟单片机电子时钟 系别 专业 班级 学生姓名 学号 指导教师 2012 年 4 月 无锡科技职业学院科技论文 单片机电子时钟 1 摘要摘要 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 关键词关键词 单片机 电子时钟 无锡科技职业学院科技论文 单片机电子时钟 2 前前 言言 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 无锡科技职业学院科技论文 单片机电子时钟 3 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 2 2 1 1 显示方案显示方案 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 无锡科技职业学院科技论文 单片机电子时钟 4 3 13 1 系统设计系统设计 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 23 2 模块设计模块设计 3 2 13 2 1 电源部分电源部分 无锡科技职业学院科技论文 单片机电子时钟 5 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 22 F 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 23 2 2 复位电路复位电路 无锡科技职业学院科技论文 单片机电子时钟 6 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 无锡科技职业学院科技论文 单片机电子时钟 7 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 无锡科技职业学院科技论文 单片机电子时钟 8 图 3 5 1 图 3 5 2 数码管的引脚图 无锡科技职业学院科技论文 单片机电子时钟 9 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 0 9 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 无锡科技职业学院科技论文 单片机电子时钟 10 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 无锡科技职业学院科技论文 单片机电子时钟 11 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 SFTAUXR 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 0 P2 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 S2 P3 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 无锡科技职业学院科技论文 单片机电子时钟 12 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 0000H AJMP LOOP LOOP 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 无锡科技职业学院科技论文 单片机电子时钟 13 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 无锡科技职业学院科技论文 单片机电子时钟 14 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 无锡科技职业学院科技论文 单片机电子时钟 15 第四章第四章 原理图原理图 图 4 1 无锡科技职业学院科技论文 单片机电子时钟 16 第五章第五章 软件设计软件设计 5 15 1 程序流程图程序流程图 N 24 小时到 分单元清零 时单元加 1 N N N Y Y 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 1 Y Y 无锡科技职业学院科技论文 单片机电子时钟 17 时钟调整程序 关闭显 示 省电 分钟闪烁 调时状态 分值加 1 按键 S2 时间 t 1 时值 24 按键 S2 时间 t 0 5 按键 S2 时 间 t 0 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 无锡科技职业学院科技论文 单片机电子时钟 18 二 源程序 表 5 2P1 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 dpgfedcba 0001111113FH 10000011006H 2010110115BH 3010011114FH 40110011066H 5011011016DH 6011111017DH 70000011107H 8011111117FH 9011011116FH JMPSTART ORG0BH JMPTIM0 START MOVSP 70H MOV28H 00 MOV2AH 12H MOV2BH 00 MOV2CH 00 MOVTMOD 00000001B MOVTH0 HIGH 65536 4000 MOVTL0 LOW 65536 4000 无锡科技职业学院科技论文 单片机电子时钟 19 MOVIE 10000010B MOVR4 250 SETBTR0 LOOP JBP0 0 N2 CALLDELAY MOVA 2CH ADDA 01 DAA MOV2CH A CJNEA 60H N1 MOV2CH 00 N1 JNBP0 0 CALLDELAY N2 JBP0 1 N4 CALLDELAY MOVA 2BH ADDA 01 DAA MOV2BH A CJNEA 60H N3 MOV2BH 00 N3 JNBP0 1 CALLDELAY N4 JBP0 2 LOOP CALLDELAY MOVA 2AH ADDA 01 DAA MOV2AH A CJNEA 24H N5 无锡科技职业学院科技论文 单片机电子时钟 20 MOV2AH 00 N5 JNBP0 2 CALLDELAY JMPLOOP TIM0 MOVTH0 HIGH 65536 4000 MOVTL0 LOW 65536 4000 PUSHACC PUSHPSW DJNZR4 X2 MOVR4 250 CALLCLOCK CALLDISP X2 CALLSCAN POPPSW POPACC RETI SCAN MOVR0 28H INC R0 CJNE R0 6 X3 MOV R0 0 X3 MOVA R0 ADDA 20H MOVR1 A MOVA R0 SWAPA ORLA R1 MOVP1 A RET CLOCK MOVA 2CH 无锡科技职业学院科技论文 单片机电子时钟 21 ADDA 1 DAA MOV2CH A CJNEA 60H X4 MOV2CH 00 MOVA 2BH ADDA 1 DAA MOV2BH A CJNEA 60H X4 MOV2BH 00 MOVA 2AH ADDA 1 DAA MOV2AH A CJNEA 24H X4 MOV2AH 00 X4 RET