基于51单片机的数字时钟的设计--毕业论文.doc
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1、青岛农业大学毕 业 论 文(设计) 题 目: 基于51单片机的数字时钟的设计 姓 名: 学 院: 专 业: 班 级: 学 号: 指导教师: 2011年6月18日13毕业论文(设计)诚信声明本人声明:所呈交的毕业论文(设计)是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果,论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注,论文中的结论和成果为本人独立完成,真实可靠,不包含他人成果及已获得青岛农业大学或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。论文(设计)作者签名: 日期: 年 月 日 毕业论文(设计)版权使用授权书本毕业
2、论文(设计)作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文(设计)的复印件和电子版,允许论文(设计)被查阅和借阅。本人授权青岛农业大学可以将本毕业论文(设计)全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文(设计)。本人离校后发表或使用该毕业论文(设计)或与该论文(设计)直接相关的学术论文或成果时,单位署名为青岛农业大学。论文(设计)作者签名: 日期: 年 月 日指 导 教 师 签 名: 日期: 年 月 日 目录摘要:1ABSTRACT11 绪论12 硬件总体设计方案22.1 系统功能实现总体设计思路22.2 各部分功能实现22.3 系统工作原理22
3、.4 电路功能使用说明32.5 系统的设计方案42.5.1 系统的电路图和原理图42.5.2 单片机概述62.5.3 键盘电路92.5.4 显示电路102.6 硬件焊接准备122.6.1电路板的布线122.6.2 硬件电路元件明细表133 软件总体设计方案143.1 程序流程图143.1.1主程序流程图143.1.2 按键处理流程图143.1.3 定时器中断流程图143.1.4 时间显示流程图153.2 调试结果说明164总结18致 谢19参考文献1附录21基于51单片机的数字时钟的设计电子信息科学与技术专业 摘要: 自诞生以来,单片机的应用日趋广泛,应用领域日趋扩展,而MCS-51系列单片机
4、是各单片机中最为典型的一种。这次毕业设计,以AT89C51芯片为核心,通过必要的电路,构成简单的电子时钟。数字时钟系统的主要任务是:采用单片机为核心器件产生24h(24小时)时间,并用LED显示器将他显示出来。另外本设计具有闹铃的功能,通过拉蜂鸣器来做提醒。这样简单的设计,直观反映单片机的应用。软件和硬件的开发是这次设计必不可少的。关键词:AT89C51;数字时钟;LED数码显示管;C语言Design of Digital Clock System Based on MSC-51 SinglechipElectronic Information Science and Technology S
5、unBinTutor CheXiaoYanAbstract: The applications of single-chip have been spread widely,and the areas of its application have been expanding increasingly since its inception. and MCS-51 series single-chip microcontroller is the most typical one. In the graduation-design , AT89C51 chip is the core of
6、the necessary circuitry to form a simple electronic clock. Here are the main tasks of the digital clock system : as the core device ,Single-chip creates 24h (24 hour) time which will he displayed by the LED .In addition ,this design has the function of alarm by making the buzzer to do as a reminder.
7、 This simple design can reflect the intuitive applications of the microcontroller. Software and hardware development is essential to this design .Keywords: SCM; The LED display; A digital clock; Assembly language 1 绪论数字时钟作为人们日常生活中的必需品,给人们的学习、工作、生活带来极大的便利。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术,使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便
8、等优点,它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域1。尽管目前市场上已有现成的数字钟集成电路芯片出售,价格便宜、使用也方便,但鉴于单片机的定时器功能也可以完成数字钟电路的设计,因此进行数字钟的设计是必要的。在这里我们将已学过的专业知识有机的、系统的联系起来用于实际,来培养我们的综合分析和设计电路,写程序、调试电路的能力。单片机具有体积小、功能强可靠性高、价格低廉、走时准确、性能稳定、携带方便等一系列优点,不仅已成为工业测控领域普遍采用的智能化控制工具,而且已渗入到人们工作和和生活的各个角落,有力地推动了各行业的技术改造和产品的更新换代,应用前景广阔。培养针对课题需要,选择和查阅有关手册、图表及
9、文献资料的自学能力,提高组成系统、编程、调试的动手能力;巩固、加深和扩大单片机应用的知识面,提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力;过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机用系统开发、研制的过程,软硬件设计的方法、内容及步骤。2 硬件总体设计方案本次设计时钟电路,使用了AT89C51单片机芯片控制电路,单片机控制电路简单且省去了很多复杂的线路,使得电路简明易懂,使用键盘键上的按键来调整时钟的时、分、秒,用一扬声器来进行定时提醒,同时使用C语言程序来控制整个时钟显示,使得编程变得更容易,这样通过四个模块:键盘、芯片、扬声器、显示屏即可满足设计要求。2.1 系统功能实现总体设计思路此设
10、计原理框图如图2-1所示,此电路包括以下四个部分:单片机,键盘,闹铃电路及显示电路。闹铃电路51单片机独立键盘数码管显示 图2-1 设计原理框图2.2 各部分功能实现(1) 单片机发送的信号通过程序控制最终在数码管上显示出来。(2) 单片机通过输出各种电脉冲信号来驱动控制各部分正常工作。(3) 为使时钟走时与标准时间一致,校时电路是必不可少的,键盘用来校正数码管上显示的时间。(4) 单片机通过控制闹铃电路来完成 定时闹钟的功能。2.3 系统工作原理设计的电路主要由四模块构成:单片机控制电路,显示电路、闹铃电路以及校正电路。详细电路功能图下图所示: 图2-2 详细电路功能图本设计采用C语言程序设
11、计,使单片机控制数码管显示时、分、秒,当秒计数计满60时就向分进位,分计数器计满60后向时计数器进位,小时计数器按“23翻0”规律计数。时、分、秒的计数结果经过数据处理可直接送显示器显示。当计时发生误差的时候可以用校时电路进行校正。设计采用的是时、分、秒显示,单片机对数据进行处理同时在数码管上显示。2.4 电路功能使用说明(1) 各个控制键的功能:可对时间进行校准调节(只能加1);按下设置键数字时钟进入闹钟设置状态,设置闹钟的时间;时加、分加键是在校准时间时或设置闹钟时间对小时数或分钟数调节而设置的;按下秒切换键就可以进入秒表模式,同时秒表也开始计时,按下秒表暂停、复位键就暂停、归零,如果要重
12、新对秒计时则可以按秒表开始、复位;清零键可以对闹钟清零。(2)AT89C51单片机,通过编写程序对数码显示进行控制。(3)八个7段数码管显示时钟和秒表信号。2.5 系统的设计方案2.5.1 系统的电路图和原理图图2-3 数字时钟电路图图2-4 数字时钟电路原理图2.5.2 单片机概述(1)单片机型号的选择:AT89C51图2-5 AT89C51引脚图(2)单片机的主要特点AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器(FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压、高性能CMOS 8位微处理器,俗称单片机。AT89C205
13、1是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机2。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机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。 主要特性:与MCS-51 兼容 4K字节可编程FLASH存储器 寿命:1000写/擦循环 数据保留时间:10年 全静态工作:0Hz-24MHz 三级程序存储器锁定 1288位内部RAM
14、32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 片内振荡器和时钟电路(3)管脚说明:VCC:供电电压。 GND:接地。 P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时,P0 口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。 P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输
15、入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。 P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信
16、号和控制信号。 P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。 也可作为AT89C51的一些特殊口,如下表所示: 表2-1: P3口的功能口管脚备选功能P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2/INT0(外部中断0)P3.3/INT1(外部中断1)P3.4T0(记时器0外部输入)P3.5T1(记时器1外部输入)P3.6/WR(外部数据存储器写选通)P3.7/RD(外部数据存储器读选通)RST:复位输入
17、。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
18、。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2.5.3 键盘电路(1)键盘电路的描述:作为整个系统中最简单的部分,可以根据功能要求,进行时间设置键、闹钟
19、设置键、时间加键、时间减键等操作,并采用独立式按键。(2)键盘电路图:图2-6 键盘电路(3)键盘的工作原理:键盘是人与微机打交道的主要设备,按键的读取容易引起误动作。可采用软件去抖动的方法处理,软件的触点在闭合和断开的时候会产生抖动,这时触点的逻辑电平是不稳定的,如不采取妥善处理的话,将引起按键命令错误或重复执行,在这里采用软件延时的方法来避开抖动,延时时间20ms3。独立式按键的软件常采用查询式结构。诸位查询每根I/O口线的输入状态,如某一根I/O线输入为低电平,则可确认该I/O口线所对应的按键已按下,然后,再转向该键的功能处理程序。 连击功能的实现 :按下某键时,对应的功能键解释程序得到
20、执行,如操作者没有释放按键,则对应的功能会反复执行,好象连续执行,在这里我们采用软件延时250ms,当按键没释放则执行下一条对应程序。利用连击功能,能实现快速调时操作。 (4)键盘电路应注意的问题:1) 开关状态的可靠输入,必须消除键抖动,可以采用硬件和软件两种方法,硬件方法就是在按键输入通道上贴加去抖动电路,软件方法采用延迟10-20MS。2) 键盘状态的检测方法中断方式还是查询方式。3) 键盘编码方法。4) 键盘控制程序的编制。2.5.4 显示电路(1) LED数码显示管简介数码管由7个发光二极管组成,行成一个日字形,它门可以共阴极,也可以共阳极。通过解码电路得到的数码接通相应的发光二极而
21、形成相应的字,这就是它的工作原理。基本的半导体数码管是由7个条状的发光二极管(LED)排列而成的,可实现数字09及少量字符的显示。另外为了显示小数点,增加了1个点状的发光二极管,因此数码管就由8个LED组成5。(2) 数码管的分类: 数码管按各发光二极管电极的连接方式分为共阳数码管和共阴数码管两种。7段共阳极LED数码管是由7个条形发光二极管和一个小数点位构成,其引脚配置,如图所示,其内部结构,如图所示。从图中可以看出,其中7个发光二极管构成字形“8”,可以用来显示数字,另一个发光二极管构成小数点。图2-7 共阳极7段LED引脚设置和内部结构共阴极7段LED数码管和共阳极LED数码管结构类似,
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