基于数码管的电子时钟设计

2012-2013学年第二学期单片机原理及应用课程规划报告题目：基于数码管的电子钟设计专业化：自动化班级级别：电气工程系2013年5月1日1.任务簿主题名称基于数码管的电子钟设计讲师(头衔)执行时间第10周，第二学期，2012-2013学年学生姓名学生身份证承担任务设计目的1.学习8051单片机定时器定时处理、按键扫描和发光二极管数码管显示的设计方法。2.更全面地巩固和应用单片机课程的基本理论和方法，锻炼实践能力。3.培养学生独立思考、独立收集数据和独立设计的能力；培养分析、总结和撰写技术报告的能力。设计要求要求：1.用8个数码管显示一个00-00-00格式的电子钟，分别代表时钟、分钟和秒钟；2、要求暂停，可以调整时钟、分钟和秒钟；3.在准确的时间(例如1: 00整，2: 00整)，蜂鸣器将发出“滴答”声，同时发光二极管将闪烁。摘要随着人类科技文明的发展，人们对钟表的需求不断增加。时钟不仅被视为显示时间的工具，而且在许多实际应用中还需要能够实现更多的其他功能。本设计主要基于单片机技术原理，设计并制作了一个电子钟系统。6位发光二极管数码管显示，使用按键扫描进行时间校准。该方法电路简单，性能可靠，实时性好，时间准确，操作简单，易于编程。最后，在Protues仿真软件上对所设计的时钟系统进行仿真，验证了所设计的时钟系统的稳定性和可靠性。关键词： AT89C51单片机；电子钟；数字管；键控扫描基于数码管的电子钟设计内容摘要3第一章螺纹理论11.1单片机的应用和特点11.2单片机的发展趋势11.3电子钟及其基本特性介绍2第二章控制系统的硬件设计32.1总体方案设计32.2单片机芯片3的选择2 . 2 . 1 AT89C 51 3功能概述2.2.2 AT89C51引脚功能描述42.3单片机系统的电路设计62.4关键电路设计62.5蜂鸣器电路设计72.6发光二极管数码管显示电路7第三章控制系统软件设计10第四章系统模拟12第五章总结和经验13参考文献14附录15附录二组件列表20插图列表图2-1电子钟设计框图3图2-2 AT89C 51 4引脚描述图2-3单片机系统电路6图2-4关键设计电路7图2-5蜂鸣器设计电路7图2-6发光二极管数码管8图2-7显示了电路设计9图2-8总体设计电路9图3-1主程序框图10图3-2显示了子程序框图11图4-1每小时罢工的模拟12图4-2时序模拟12表格列表表2-1数码管字体和字段之间的关系表8第一章是关于情绪1.1单片机的应用及特点20世纪末，单片机技术发展迅速，渗透到我们生活的各个领域。在那个领域几乎很难找到单片机的踪迹。导弹导航装置、飞机上各种仪器的控制、计算机的网络通信和数据传输、工业自动化过程的实时控制和数据处理、各种广泛使用的集成电路卡、民用豪华汽车的安全控制系统、录像机、摄像机和全自动洗衣机的控制等。所有这些都离不开单片机的控制。医疗仪器和功能性仪器也需要单片机。可以看出，供应链管理与我们生活的方方面面都有关系。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医疗设备、航空航天、特种设备等智能管理和过程控制领域。它可以大致分为以下几类：智能仪器、工业控制、家用电器、网络和通信、设备领域、模块化系统和汽车电子。随着单片机的广泛应用，现代电子产品有了笔1.单片机的存储只读存储器和随机存取存储器是严格区分的。只读存储器被称为程序存储器，只存储程序、固定常数和数据表。内存是一个数据存储器，用作工作区并存储用户数据1 2。采用面向控制的教学系统。为了满足控制需要，单片机具有较强的逻辑控制能力，特别是单片机具有很强的位处理能力。3.单片机的输入输出端口通常是多功能的。由于单片机芯片上引脚数量有限，为了解决实际引脚数量与所需信号线之间的矛盾，采用了引脚功能复用的方法。引脚的功能可以通过指令来设置，也可以通过机器状态来区分。4.微控制器具有很强的外部扩展能力。当各种内部功能组件不能满足应用要求时，可以向外扩展，并与许多通用微机接口芯片兼容，给应用系统的设计带来极大的方便。1.2单片机的发展趋势目前，单片机正朝着高性能、多品种的方向发展。它正朝着CMOS、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路集成的方向进一步发展。单片机应用的重要意义在于它从根本上改变了传统控制系统的设计思想和设计方法。过去，大多数必须由模拟或数字电路实现的功能现在都是由单片机通过软件实现的。这种以软件代替硬件的控制技术也被称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。1.3电子钟及其基本特性介绍随着社会经济的快速发展，它给人们的生活带来了巨大的压力，同时也迫使人们加快工作和生活的节奏，因此时间对人们来说总是如此珍贵，工作的繁忙和复杂使人们很容易忘记现在的时间。当事情不是很重要的时候，忘记你想做的事情是无害的。然而，一旦是一件重要的事情，暂时的拖延可能会导致巨大的灾难。1957年，文图拉发明了世界上第一块电子表，从而为电子钟奠定了基础，电子钟也发展迅速。一种基于现代电子钟单片机的计时工具，利用延时程序产生一定的时间中断，用于定义一秒钟。它将60秒计为一分钟，60小时计为一小时，24小时计为零，从而实现计时功能。它是人们日常生活中不可缺少的工具。目前，大多数高精度计时工具使用石英晶体振荡器。由于电子钟、石英钟和石英表都采用了应时技术，它们的走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要频繁调试。当数字电子钟由集成电路计时时，解码代替机械传动，液晶显示器或数码管代替指针显示器显示时间，从而减少计时误差。该手表具有以小时、分钟和秒钟显示时间的功能，还可以以时间和分钟进行校准，并具有很好的切片选择灵活性。第二章控制系统的硬件设计2.1总体方案设计根据本课的要求，我们设计了如图2-1所示的总体框图，包括外部振荡电路模块、复位电路模块、按键电路模块、蜂鸣器电路模块(计时功能)、单片机芯片和显示模块。单片机芯片是核心模块，由外部晶振电路和复位电路构成单片机系统电路。外部晶体振荡器电路单身薄片机器显示电路重接电路蜂鸣器电路按键电路图2-1电子钟电路设计框图2.2单片机芯片的选择在分析了各种单片机的性能和现有实验设备的局限性后，本设计采用AT89C51单片机芯片。AT89C51是一款低电压、高性能的CMOS 8位微处理器，具有4K字节的闪存(FPE ROM-Flash可编程和可擦只读存储器)，俗称单片机。AT89C2051是一种带有2k字节闪存和可编程可擦只读存储器的单片机。单片机的可擦只读存储器可重复擦除1000次。该器件由ATMEL高密度非易失性存储器制造技术制造，并与行业标准MCS-51指令集和输出引脚兼容。由于多功能8位中央处理器和闪存在单个芯片中的结合，ATMEL的AT89C51是一个高效的微控制器，而AT89C2051是它的简化版本。AT89C51单片机为许多嵌入式控制系统提供了一种灵活而廉价的方案。2 . 2 . 1 AT89C 51功能概述AT89C51提供以下标准功能：4k字节闪存、128字节内部RAM、32个I/O端口、两个16位定时/计数器、5矢量两级中断结构、全双工串行通信端口、片内振荡器和时钟电路。同时，AT89C51可以降低到0Hz静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节能模式。空闲模式停止中央处理器的工作，但允许随机存取存储器、定时器/计数器、串行通信端口和中断系统继续工作。掉电模式保存随机存取存储器的内容，但振荡器停止工作，并禁止所有其他组件工作，直到下一次硬件复位。2.2.2 AT89C51引脚功能描述引脚排列如图2-2所示。图2-2 AT89C 51引脚说明Vcc:电源电压GND:地面P0端口：P0端口是一组8位开漏双向输入/输出端口，即地址/数据总线多路复用端口。当用作输出端口时，每个位可以驱动8个TTL逻辑门，向端口写入“1”可以用作高阻抗输入端。当访问外部数据存储器或程序存储器时，这组端口线路时分转换地址(低8位)并多路复用数据总线，在访问期间激活内部上拉电阻。在闪存编程期间，端口P0接收指令字节，而在程序验证期间，它输出指令字节。在验证过程中，需要一个外部拉电阻。P1端口：P1端口是一个带有内部上拉电阻的8位双向输入/输出端口。P1的输出缓冲级可以驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门。将“1”写入端口，并通过内部上拉电阻将端口拉至高电平，此时该电阻可用作输入端口。当用作输入端口时，当引脚因内部上拉电阻而被外部信号拉低时，将输出电流。在闪存编程和程序验证期间，P1收到一个低8地址5。P2端口：P2端口是一个带有内部上拉电阻的8位双向输入/输出端口。P2的输出缓冲级可以驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门。将“1”写入端口，并通过内部上拉电阻将端口拉至高电平，此时该电阻可用作输入端口。当用作输入端口时，当引脚因内部上拉电阻而被外部信号拉低时，将输出电流。当访问外部程序存储器或具有16位地址的外部数据存储器时(例如，执行MOVX DPTR指令)，P2端口发出高8位地址数据。当访问具有8位地址的外部数据存储器时(例如，执行MOVX Ri指令)，P2端口线路上的内容(即，特殊功能寄存器(SFR)区域中的P2寄存器的内容)在整个访问期间不会改变。在闪存编程和程序验证期间，P2还接收高阶地址和其他控制信号。P3端口：P3端口是一个带有内部上拉电阻的8位双向输入/输出端口。P2的输出缓冲级可以驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门。将“1”写入P3端口，该端口由内部上拉电阻拉高，可用作输入端口。当用作输入端时，被外部下拉的P3端口将通过上拉电阻输出电流。除了作为一般的输入输出端口线路，P3港的第二个功能更为重要。P3端口还接收一些用于闪存编程和程序验证的控制信号。RST:重置输入。振荡器工作时，如果RST引脚处于高电平超过两个机器周期，则该引脚将复位。WDT溢出将导致该引脚输出高电平。设置SFRAXR的DSRT 0位(地址8EH)可以打开或关闭该功能。DIRT0位默认将输出复位为高电平。ALE/PROG:当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE(数据锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，因此它可以从外部输出时钟或用于计时目的。应当注意，每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将被跳过。该引脚还用于在闪存编程期间访问编程脉冲(PROG)。如有必要，通过设置特殊功能寄存器(SFR)区域中8EH单元的D0位，当微控制器执行外部程序时，ALE将被设置为无效。/PSEN:程序存储许可(/PSEN)的输出是外部程序存储器的读选通信号。当外部程序存储器使能AT89C51以获取指令(或数据)时，/PSEN在每个机器周期内有效两次，即输出两个脉冲。访问外部数据存储时。没有两次有效/PSEN信号。东亚/VPP:允许外部访问。为了使中央处理器只访问外部程序存储器(地址：0000小时-ffffh)，必须将电子分析终端保持在低电平(接地)。注意，如果加密位LB1被编程，在复位期间，EA端子状态将被内部锁存。如果EA终端为高电平(连接到VCC终端)，中央处理器执行内部程序存储器中的指令。当对闪存编程时，12V的编程电压VPP被施加到该引脚。2.3单片机系统的电路设计单片机系统电路包括晶振和复位，如图2-3所示。图2-3单片机系统电路在图2-3的复位部分，单片机的