毕业设计(论文)_基于AT89C52单片机的电子钟设计.doc
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1、毕 业 论 文题 目学生姓名系部名称自动化系专业班级指导教师起止时间教 务 处 制毕业论文项目表填表日期年 月 日迄今已进行 周剩余 周学生姓名系部自动化系专业、班级指导教师姓名职称从事专业电子信息是否外聘是否题目名称指导教师意 见 指导教师签字: 年 月 日系 意 见系主任签字: 年 月 日毕业答辩成绩:年 月 日小组答辩委员会成员签字:年 月 日答辩委员会主任签字:年 月 日摘 要单片机自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。而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。 本次设计以AT89C52芯片为核心,辅以必要的外围电路,设计
2、了一个简易的电子时钟,它由220V交流电源供电。在硬件方面,除了CPU外,使用6个七段LED数码管来进行显示,LED采用的是静态显示。通过LED能够比较准确显示时、分、秒。两个简单的按键实现对时间的调整。软件方面采用汇编语言编程。整个电子钟装置能完成时间的显示、调时、定时闹钟、秒表、复位等功能。 通过这次设计让我更深入了解单片机基本电路、如何控制和定时器和中断编程的基本方法,从而锻炼了我学习、设计和开发软、硬件的能力。关键词:单片机应用,电子时钟目 录摘 要 .I第1章 绪 论 .11.1 引 言 .11.2 单片机技术的发展特点 .11.3 单片机的应用领域 .2第2章 方案的要求与设计.4
3、2.1 方案要求 .4 方案设计 .4第3章 系统设计.5 AT89C52 管脚说明.53.2 T0和 T1的设置.7 T2 的设置.10 模块的设置.13 电源部分.13 复位部分.133.4.3 振荡器部分.143.4.4 发声部分.143.4.5 显示部分.15第4章 软件设计.17 主程序流程图.17 中断程序流程图.18 源程序.20结 论 .21参考文献 .22致 谢 .23附 录 .24第1章 绪 论 1.1 引 言在现代化的工业生产中,电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如:在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中
4、,人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用MCS-51单片机来对温度进行控制,不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点,而且可以大幅度提高被控温度的技术指标,从而能够大大提高产品的质量和数量。中小规模的电站很多,大部分采用手动测温,十分不便4。在农业生产中,尤其是在大棚种植中,棚中温度的采集与控制成为一个制约其发展的因素。大棚初具规模后,棚中温度不均会导致作物生长状况不理想。因此,单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。利用单片机采集和控制温度可以达到小型化、轻便化。本文以它为例进行介绍,希望能收到举一反三和触类旁通的效果。1.2 单片机技术
5、的发展特点自单片机出现至今,单片机技术已走过了近20年的发展路程。纵观20年来单片机发 展历程可以看出,单片机技术的发展以微处理器(MPU)技术及超大规模集成电路技术的发 展为先导,以广泛的应用领域拉动,表现出较微处理器更具个性的发展趋势。 1、单片机长寿命 这里所说的长寿命,一方面指用单片机开发的产品可以稳定可靠地工作 十年、二十年,另一方面是指与微处理器相比的长寿命。随着半导体技术的飞速发展, MPU更新换代的速度越来越快,以386、486、586为代表的MPU,很短的时间内就被淘汰出 局,而传统的单片机如68HC05、8051等年龄已有15岁,产量仍是上升的。这一方面是由 于其对相应应用
6、领域的适应性,另一方面是由于以该类CPU为核心,集成以更多I/O功能 模块的新单片机系列层出不穷。可以预见,一些成功上市的相对年轻的CPU核心,也会随 着I/O功能模块的不断丰富,有着相当长的生存周期。新的CPU类型的加盟,使单片机队伍 不断壮大,给用户带来了更多的选择余地。 2、8位、16位、32位单片机共同发展 这是当前单片机技术发展的另一动向。长期以来,单 片机技术的发展是以8位机为主的。随着移动通讯、网络技术、多媒体技术等高科技产品 进入家庭,32位单片机应用得到了长足发展。以Motorola 68K为CPU的32位单片机97年的 销售量达8千万枚。过去认为由于8位单片机功能越来越强,
7、32位机越来越便宜,使16位 ,而16位单片机的发展无论从品种和产量方面,近年来都有较大幅 度的增长。 3、单片机速度越来越快 MPU发展中表现出来的速度越来越快是以时钟频率越来越高为标志 的。而单片机则有所不同,为提高单片机抗干扰能力,降低噪声,降低时钟频率而不牺 牲运算速度是单片机技术发展之追求。一些8051单片机兼容厂商改善了单片机的内部时序,在不提高时钟频率的条件下,使运算速度提高了很多,Motorola单片机则使用了琐环技术或内部倍频技术使内部总线速度大大高于时钟产生器的频率。68HC08单片机使 用4.9M外部振荡器而内部时钟达32M,而M68K系列32位单片机使用32K的外部振荡
8、器频率 内部时钟可达16MHz以上。 4、低电压与低功耗 自80年代中期以来,NMOS工艺单片机逐渐被CMOS工艺代替,功耗得以大幅度下降,随着超大规模集成电路技术由3m工艺,全静态设计使时钟频率从直流到数十兆任选,都使功耗不断下降 。Motorola 最近推出任选的M.CORE 可在1.8V电压下以50M/48MIPS全速工作,功率约为 20mW。几乎所有的单片机都有Wait、Stop等省电运行方式。允许使用的电源电压范围也越来越宽。一般单片机都能在3到6V范围内工作,对电池供电的单片机不再需要对电源采 取稳压措施。低电压供电的单片机电源下限已由2.7V降至2.2V、1.8V。0.9V供电的
9、单片机已经问世。 5、低噪声与高可靠性技术 为提高单片机系统的抗电磁干扰能力,使产品能适应恶劣的工作环境,满足电磁兼容性方面更高标准的要求,各单片机商家在单片机内部电路中采取了一些新的技术措施。如美国国家半导体NS的COP8单片机内部增加了抗EMI电路,增强了 “看门狗”的性能。Motorola也推出了低噪声的LN系列单片机。 1.3 单片机的应用领域 目前单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能IC卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录像机、摄像机
10、、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此,单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。 单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域,大致可分如下几个范畴: 1、在智能仪器仪表上的应用单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点,广泛应用于仪器仪表中,结合不同类型的传感器,可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、
11、智能化、微型化,且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备(功率计,示波器,各种分析仪)。2、在工业控制中的应用用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理,电梯智能化控制、各种报警系统,与计算机联网构成二级控制系统等。3、在家用电器中的应用可以这样说,现在的家用电器基本上都采用了单片机控制,从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备,五花八门,无所不在。4、在计算机网络和通信领域中的应用现代的单片机普遍具备通信接口,可以很方便地与计算机进行数据通信,为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件,现在的通信设
12、备基本上都实现了单片机智能控制,从 , 机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动 ,集群移动通信,对讲机等。5、单片机在医用设备领域中的应用单片机在医用设备中的用途亦相当广泛,例如医用呼吸机,各种分析仪,监护仪,超声诊断设备及病床呼叫系统等等。6、在各种大型电器中的模块化应用某些专用单片机设计用于实现特定功能,从而在各种电路中进行模块化应用,而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机,看似简单的功能,微缩在纯电子芯片中(有别于磁带机的原理),就需要复杂的类似于计算机的原理。如:音乐信号以数字的形式存于存储器中(类似于ROM),由微控制器读出,转
13、化为模拟音乐电信号(类似于声卡)。在大型电路中,这种模块化应用极大地缩小了体积,简化了电路,降低了损坏、错误率,也方便于更换。7、单片机在汽车设备领域中的应用单片机在汽车电子中的应用非常广泛,例如汽车中的发动机控制器,基于CAN总线的汽车发动机智能电子控制器,GPS导航系统,abs防抱死系统,制动系统等等。此外,单片机在工商,科研、教育,国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。第2章 方案的要求与设计第2.1节 方案要求1主要的任务及目标:用单片机设置一个时钟装置(1)时钟功能;(2)闹钟功能;(3)秒表功能。2设计的主要内容为:(1)时钟范围:24h,60m,60s;(2)按键调整时间设定;
14、(3)按键设定闹钟,精度为分钟;(4)按键控制秒表,精度为0.01秒;(5)供电220VAC。第2.2节 方案设计数字时钟方案: 数字时钟是本设计的最主要的部分。根据需要,可利用两种方案实现。方案一:本方案采用Dallas公司的专用时钟芯片DS12887A。该芯片内部采用石英晶体振荡器,其芯片精度不大于10ms/年,且具有完备的时钟闹钟功能,因此,可直接对其以用于显示或设置,使得软件编程相对简单。为保证时钟在电网电压不足或突然掉电等突发情况下仍能正常工作,芯片内部包含锂电池。当电网电压不足或突然掉电时,系统自动转换到内部锂电池供电系统。而且即使系统不上电,程序不执行时,锂电池也能保证芯片的正常
15、运行,以备随时提供正确的时间。方案二:本方案完全用软件实现数字时钟。原理为:在单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。利用定时器与软件结合实现1秒定时中断,每产生一次中断,存储器内相应的秒值加1;若秒值达到60,则将其清零,并将相应的分字节值加1;若分值达到60,则清零分字节,并将时字节值加1;若时值达到24,则将时字节清零。该方案具有硬件电路简单的特点。但由于每次执行程序时,定时器都要重新赋初值,所以该时钟精度不高。而且由于是软件实现,当单片机不上电,程序不执行时,时钟将不工作。基于硬件电路的考虑,本设计采用方案二完成数字时钟的功能。第3章 系统设计第3.1节 AT89C52
16、的管脚说明 AT89C52是本设计最核心的部件,它是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能CMOS 8位单片机,片内含8K bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容,片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元,功能强大。AT89C52单片机适用于许多较为复杂的控制应用场合。图3.1是AT89C52最常见的一种封装。 图3.1 AT89C52如上图所示,AT89C52共有40个管脚,其各个功能如下:VCC 运行时加5VVSS
17、 接地XTAL1 振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端XTAL2 振荡器反相放大器的输出端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。/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),端必须保持低电平(接地),如果端为高电平(接Vcc端),CPU则执行内部程序中的指令。LAE/ 当访问外部程序存储器或数据存储器时,ALE(地址允许锁存)输出脉冲用于锁存地址的低8位位数字节。一般情况下,ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是
18、:每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对Flash存储器编程期间,该引脚还用于输入编程脉冲(第二功能)。:程序储存允许()输出是外部程序存储器的读选通信号,当AT89C52由外部存储器取指令(或数据)时,每个机器周期两次有效,即输出两个脉冲。在此期间,当访问外部数据存储器,将跳过两次信号。P0口 是一组8位漏极开路双向I/O口,也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时,每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路,对端口P0写“1”时,可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时,这组口线分时转换地址(低8位)和数据总线服用,在访问期间激活内部上拉电阻。在本设计中P0口的
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