基于单片机电子时钟的设计与实现(毕业论文)(23页).docx
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1、-基于单片机电子时钟的设计与实现(毕业论文)-第 21 页 届学生毕业论文(设计) 存档编号: 江 汉 大 学 文 理 学 院 College of Arts & Science of Jianghan University毕业论文(设计)论文题目 单片机电子时钟的设计与实现 (英 文)Design and implementation of single chip electronic clock 学 部 信息技术学部 专 业 电子信息工程 姓 名 学 号 指导教师 2014年 5月8 日承 诺 书本人的毕业论文(设计)无抄袭、剽窃现象。本人熟知学校对毕业论文(设计)抄袭、剽窃现象按作弊处理
2、,对已毕业的学生,学校将追回毕业证和学位证书。如本人毕业论文(设计)有以上违纪现象,所造成的知识产权等纠纷,一切后果由本人承担。承诺人:_ 2014年5月8日摘 要电子钟亦称数显钟(数字显示钟)。它是一种利用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置。与老式机械钟相比,它具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点,给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大地方便。在这次设计中,我们以24小时计时方式,采用LED数码管显示时、分、秒,根据数码管动态显示原理来进行显示。用12MHz的晶振产生振荡脉冲,定时器计数。在此次设计中,电路具有显示时间的基本功能,还可以实现对时间的调整以及定时响铃。数字钟因其小巧,
3、价格低廉,走时精度高,使用方便,功能多,便于集成化而受广大消费的喜爱.因此,研究数字钟及扩大其应用,有着非常现实的意义。关键字:数字电子钟;单片机;数码管AbstractElectronic clock is also called digital clock. It is a kind of device to realize the use of digital circuit technology, minutes, seconds. Compared with the old mechanical clock, it has the advantages of accurate, in
4、tuitive display, no mechanical transmission device. To peoples life, study, work, entertainment , it brings great convenience. In this design, we take 24 hour time, use LED digital display hours, minutes, seconds, according to the principle of dynamic display of digital tube to display, use the 12MH
5、z crystal oscillation pulse to the timer count. In this design, the circuit has a display time of basic function, also can achieve the adjustment of time and regular rings. Digital clock because of its small, low price, travel time and high precision, convenient use, multiple functions, easy integra
6、tion and loved by the general consumer. Therefore , the digital clock and expand its application, has the very. realistic significance.Keywords: digital electronic ;clock chip;digital目录摘 要I目录III1.绪论11.1 选题的背景和意义11.2 电子时钟的现状与发展趋势11.3 本设计研究的主要内容与终极目标12.采用的主要技术32.1 单片机控制技术32.1.1 AT89C51主要功能32.1.2 AT89C
7、51引脚特性42.1.3 结构特点52.2 软件的仿真技术72.2.1 keil仿真72.2.2 protues 仿真83.电子时钟的硬件电路设计93.1 系统控制电路(单片机系统)93.2 秒信号产生电路103.3 计时电路103.4 校准电路103.5 显示电路103.6 功能选择电路(键盘控制)123.7定时闹铃电路134.电子时钟的软件程序设计144.1 主程序流程144.2 计时程序流程164.3 键盘扫描程序174.4中断程序及延时程序174.5 时间显示程序185.电子时钟电路仿真与性能测试205.1 电子时钟电路仿真图205.1.1 电子时钟正常走时状态电路仿真图205.1.2
8、 电子时钟定时响铃电路仿真图215.2 电子时钟性能测试分析225.2.1 系统性能测试225.2.2 系统误差分析256.收获体会26致 谢27参考文献28附录:电子时钟程序清单291 绪论1.1 选题的背景和意义随着科技的进步,电子技术获得了飞速的发展。在社会的各个领域,我们可以看到各种各样的电子产品。电子技术的进步使我们社会生产力的发展和社会信息化程度得到了提高。现代社会的电子产品性能也更进一步提高,各种产品更新换代的速度越来越快。几百年前开始,钟表就已将出现,以前的摆钟和怀表可以说是钟表中的经典,它们不仅大方实用,而且制作精美。但是,近几十年来,它们已经逐渐被电子时钟所取代。电子时钟精
9、确度高,外观小巧,功能完善,成本低。单片机控制的电子时钟具备时钟的各种功能,而且硬件组成非常精简,我们只需要进行软件编写,就可以实现我们所需要的功能。1.2 电子时钟的现状与发展趋势时间就是金钱,现代生活的人们对时间越来越重视。在工作,学习,生活中,许多时候都需要我们对时间把握非常严格和准确,错误的信息会带来非常大的麻烦。这个时候数字电子钟就给我们带来了很大的方便,数字电子钟是以数码管作为显示器,比指针式的时钟有很大的优势。用数码管来显示时间,我们可以简单快速的读数,而且它的时间准确显示到秒。因此,电子时钟在生活中被广大消费者喜爱,得到了广泛的应用。数字电子时钟的精度是远远的超过老式的钟表。
10、在生活中,我们享受着钟表数字化带来的便利,并且不断的扩展着钟表的功能,让它在更多的领域得到应用。例如,时间程序自动控制、定时自动报警、定时广播、按时自动打铃、定时开关烘箱、通断动力设备、自动起闭路灯等等各种定时装置,它们都是以钟表数字化为基础的。因此,我们对数字钟进行研究并且扩大它的应用,是有着非常现实的意义的。1.3 本设计研究的主要内容与终极目标本次设计是使用12MHZ晶振与单片机AT89C51相连接,通过软件编程的方法来设计以24小时为一个周期同时显示小时,分钟和秒的数字电子钟,并在计时过程中通过对调时键盘的扫描来调整时间,以及控制显示电路进行时间显示功能和定时响铃功能。整体方案如图1-
11、1所示。键盘输入秒信号走时电子时钟60进制计数器LED显示24进制计数器定时闹铃图1-1 电子时钟设计总方案图2 采用的主要技术2.1 单片机控制技术单片机是一种在一块硅片上集成了各种部件的微型计算机。它可以将中央处理器(CPU)、数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM)、定时器计数器以及输入/输出(I/O)接口电路等主要计算机部件,集成在一块电路芯片上,独立执行内部程序。2.1.1 AT89C51主要功能AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压,高性能CM
12、OS8位微处理器,俗称单片机。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,所以ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器, 它为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C51引脚特性如图2-1所示。 主要特性:与MCS-51 兼容4K字节可编程闪烁存储器寿命:1000写/擦循环数据保留时间:10年全静态工作:0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 图2-1 单片机引脚图片内振荡器和时钟电路 2.1.2 AT89C51引脚特性(1)P0口(P0.0P0.7)8位
13、、漏极开路的双向I/O口。当使用片外存储器及外扩I/O口时,P0口作为低字节地址/数据复用线。在编程时,P0口可用于接收指令代码字节;程序校验时,可输出指令字节。P0口也可做通用I/O口使用,但需加上拉电阻。作为普通输入时,应输出锁存器配置1。P0口可驱动8个TTL负载。(2)P1口(P1.0P1.7)8位、准双向I/O口,具有内部上拉电阻。 P1口是为用户准备的I/O双向口。在编程和校验时,可用作输入低8位地址。用作输入时,应先将输出锁存器置1。P1口可驱动4个TTL负载。(3)P2口(P2.0P2.7)8位、准双向I/O口,具有内部上拉电阻。 当使用外存储器或外扩I/O口时,P2口输出高8
14、位地址。在编程和校验时,P2口接收高字节地址和某些控制信号。(4)P3口(P3.0P3.7)8位、准双向I/O口,具有内部上拉电阻。 P3口可作为普通I/O口。用作输入时,应先将输出锁存器置1。在编程/校验时,P3口接收某些控制信号。它可驱动4个TTL负载。P3口除了作为一般的I/O口使用之外,其还具有特殊功能。P3口作为AT89C51的一些特殊功能口,如下表2-1所示。表2-1P3端口引脚兼用功能表P3引脚兼用功能P3.0串行通讯输入(RXD)P3.1串行通讯输出(TXD)P3.2外部中断0( INT0)P3.3外部中断1(INT1)P3.4定时器0输入(T0)P3.5定时器1输入(T1)P
15、3.6外部数据存储器写选通WRP3.7外部数据存储器写选通RD(5)RST:复位输入信号,高电平有效。在振荡器稳定工作时,在RST脚施加两个机器周期以上的高电平,将器件复位。(6)ALE/PROG:低字节锁存信号ALE。在系统扩展时,ALE的下降沿将P0口输出的低8位地址锁存在外接的地址锁存器中,以实现低字节地址和数据的分时传送。此外,ALE端连续输出正脉冲,频率为晶振频率的1/6,可做外部定时脉冲使用。(7)/PSEN:片外程序存储器读选通信号,低电平有效。在片外程序存储器取指令期间,当PSEN有效时,程序存储器的内容被送至P0口;在访问外部数据存储器时,PSEN 无效。(8)/EA/VPP
16、:外部程序存储器访问允许信号EA。当EA信号接地时,对ROM的读操作限定在外部程序存储器,地址为0000H-FFFFH;当EA接VCC时,对ROM的读操作从内部程序存储器开始,并可延续至外部程序存储器。在编程时,该引脚可接编程电压5V或12V。在编程校验时,该引脚可接VCC。 (9)XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。(10) XTAL2:来自反向振荡器的输出。2.1.3 结构特点AT89C51内部主要包含:一个8位CPU,一个时钟电路,4Kbyte程序存储器,128byte数据存储器,两个16位定时/计数器,64Kbyte扩展总线控制电路,四个8-bit并行I/O端口,
17、一个可编程串行接口,五个中断源,其中包括两个优先级嵌套中断,如图2-2所示。图2-2 单片机系统结构框图1. CPUCPU即中央处理器的简称,是单片机的核心部件,它完成各种运算和控制操作。 2. 存储器 AT89C51单片机的存储器包括数据存储器和程序存储器,其主要特点是程序存储器和数据存储器的寻址空间是相互独立的,物理结构也不相同。 3. 并行I/O口 AT89C51单片机有4个双向的8位并行口P0P3,每一个口都有一个8位的锁存器,复位后他们的初始状态全为1,每一条I/O线都能独立地用作输入或输出。P0口为三态双向口,能带8个TTL门电路,P1、P2和P3口为准双向口,负载能力为4个TTL
18、门电路。 4. 串行I/O口 AT89C51单片机具有一个采用通用异步工作方式的全双工串行通信接口,可以同时发送和接收数据。它具有两个相互独立的接收、发送数据缓冲器,两个缓冲器共用一个地址(99H),发送缓冲器只能写入,不能读出,接收缓冲器只能读出,不能写入。 5. 定时/计数器AT89C51单片机内有两个可编程的16位定时/计数器,记做T0和T1。T0和T1具有两种工作方式:定时器工作方式和计数器工作方式。作为定时器工作方式,每个机器周期给定时/计数器加1,由于一个机器周期包含12个震荡周期,故计数的速率是震荡器的1/12;作为计数器工作时,每当T0或T1的外部输入信号引脚(即P3.4脚或P
19、3.5脚)由1转0时,计数器加1。定时/计数器T0和T1除具有两种工作方式外,还具有4钟工作模式。模式0: 13位定时器/计数器。模式1: 16位定时器/计数器。模式2: 8位定时器/计数器,可重装初值。模式3: 定时/计数器0分为两个8位定时/计数器 定时/计数器1在此方式无意义。与定时/计数器有关的特殊功能计数器为TMOD和TCON,其相关格式如表2-2所示。表2-2 TMOD格式定时/计数器1定时/计数器0D7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/M1M0GATEC/M1M0GATE=0,表示相应的外部中断不起作用;GATE=1,表示相应的外部中断起作用。C/=0,表示定时器工作方式;
20、C/=1,表示计数器工作方式。M1M0表示定时器/计数器工作模式的选择。M1M0=00,选择工作模式0;M1M0=01,选择工作模式1;M1M0=10,选择工作模式2;M1M0=11,选择工作模式3。6. 中断系统AT89C51单片机的中断系统有5个中断源。AT89C51的5个中断源中,两个为外部中断(P3.2脚)和(P3.3脚)输入中断请求;两个为片内定时/计数器T0、T1溢出中断请求TF0和TF1;一个为片内串行口中断请求TI(发送中断)和RI(接受中断)。这些溢出中断请求标志分别由特殊功能寄存器TCON和SCON的相应位锁存。 7. 时钟电路 AT89C51芯片内部有时钟电路,但晶体振荡
21、器和微调电容必须外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列,振荡器的频率范围为1.2MHz12MHz,典型取值为6MHz。 8. 总线 以上所有组成部分都是通过总线连接起来,从而构成一个完整的单片机。系统的地址信号、数据信号和控制信号都是通过总线传送的,总线结构减少了单片机的连线和引脚,提高了集成度和可靠性。2.2 软件的仿真技术2.2.1 keil仿真Keil公司是一家业界领先的微控制器(MCU)软件开发工具的独立供应商。Keil公司由两家私人公司联合运营,分别是德国慕尼黑的Keil Elektronik GmbH和美国德克萨斯的Keil Software Inc。Keil公司制造和销售种类广泛
22、的开发工具,包括ANSI C编译器、宏汇编程序、调试器、连接器、库管理器、固件和实时操作系统核心(real-time kernel)。有超过10万名微控制器开发人员在使用这种得到业界认可的解决方案。其Keil C51编译器自1988年引入市场以来成为事实上的行业标准,并支持超过500种8051变种2.2.2 protues 仿真Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件),从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真,一键切换到PCB设计,真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台,其处理器模型支持8051、HC
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