基于AT89C51单片机的电子钟设计.doc
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1、毕业论文摘 要AT89C51单片机是一款应用广泛、功能强大八位单片机,本设计是由单片机AT89C51 作为控制核心,通过对单片机使时钟具有时、分、秒的调整、显示功能,以及24小时和12小时选择功能的电子钟的设计。由于单片机的使用主要通过软件编程来完成,那么就降低了硬件电路的复杂性,而且其成本也有所降低使整个系统的电路结构简单,可靠性能高。此外由于此次电子钟使用LED显示,使得本电子钟具有美观、低耗的特点。关键词: AT89C51单片机 LED数码管显示 电子钟目录摘要.1目录.2第一章 课程概述.3第二章 主要硬件概述.3 2.1 单片机概述.32.1.1 单片机的组成.32.1.2 单片机的
2、特点.32.1.3 单片机的应用.4 2.2 LED概述.5 2.2.1 LED简介.5 2.2.2 LED分类.52.2.3 LED封装.6第三章 LED数字钟的制作流程.8 3.1 实验中需要的元件.8 3.2 主体模块方案.8 3.3 AT89C51单片机简介.83.3.1 AT89C51主要特征.93.3.2 AT89C51 管脚说明.103.3.3 振荡器特征.11 3.4 电路接法.12 3.4.1 AT89C51 与晶体振荡器的接法12 3.4.2 AT89C51 引脚的连接方法123.4.3 译码器 CC4511 引脚的连接方法.123.5 软件设计.133.5.1 主程序.1
3、33.5.2 显示子程序.143.5.3定时器/计数器T0中断服务程序.14 第四章 硬件电路设计.14 4.1 系统总体方案介绍.14 4.2 proteus 仿真电路设计.14第五章 系统的调式.15 5.1 调试步骤.15 5.2 调试结果.16致谢.17参考文献.18第一章课程概括述做一个基于AT89C51的简易的单片机数字钟。该数字钟有4个共阴极七段数码管,分别显示分钟和秒。其显示方式为:XX:XX。课程设计要求(1)掌握AT89C51实验开发系统中的实验模块原理,画出电路原理图;(2)综合运用实验模块,用89C51开发设计具有一定功能的单片机控制系统,进行软、硬件设计及调试;(3)
4、写出完整的设计任务书:课题的名称、系统的功能、硬件原理图、软件框图、程序清单、参考资料;(4)时间以60分种为一个周期;电子钟的格式为:XX XX,由左向右分别为:分、秒。完成显示由秒01一直加1至59,再恢复为00;分加1,由00至01,一直加1至59,再恢复00;(5)为了保证计时的稳定及准确须由晶体振荡器提供表针时间基准信号。第二章主要硬件概述2.1 单片机概述2.1.1 单片机的组成 单片机是通过内部总线把计算机的各主要部件接为一体,其内部总线包括地址总线、数据总线和控制总线。其中,地址总线的作用是在进行数据交换时提供地址,CPU通过它们将地址输出到存储器或I/O接口;/数据总线的作用
5、是在CPU与存储器或I/O接口之间,或存储器与外设之间交换数据;控制总线包括CPU发出的控制信号线和外部送入CPU的应答信号线等。2.1.2 单片机的特点由于单片机的这种结构形式及它所采取的半导体工艺,使其具有很多显著的特点,因而在各个领域都得到了迅猛的发展。单片机主要发如下特点:(1)有优异的性能价格比。(2)集成度高、体积小、有很高的可靠性。单片机把各功能部件集成在一块芯片上,内部采用总线结构,减少了各芯片之间的连线,大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外,其体积小,对于强磁场环境易于采取屏蔽措施,适合在恶劣环境下工作。(3)控制功能强。为了满足工业控制的要求,一般单片机的指令系统中均
6、有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。(4)低功耗、低电压,便于生产便携式产品。(5)外部总线增加了IC(Inter-IntegratedCircuit)及SPI(SerialPeripheralInterface)等串行总线方式,进一步缩小了体积,简化了结构。(6)单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范,容易构成各种规模的应用系统。2.1.3 单片机的应用单片机在实时控制中的应用单片机广泛地用于各种实时控制系统中。例如,在工业测控、航空航天、尖端武器、机器人等各种实时控制系统中,都可以用单片机作为控制器。单片机的实时数据处理
7、能力和控制功能,可使系统保持在最佳工作状态,提高系统的工作效率和产品质量。单片机在分布式多机系统中的应用在比较复杂的系统中,常采用分布式多机系统。多机系统一般由若干台功能各异的单片机组成,各自完成特定的任务,它们通过串行通信相互联系、调工作。单片机在这种系统中往往作为一个终端机,安装在系统的某些细节上,对现场信息进行实时的测量和控制。单片机的高可靠性和强抗干扰能力使它可以置于恶劣环境的前端工作。单片机在人类生活中的应用自从单片机诞生以后,它就步入了人类生活,如洗衣机、电冰箱、电子玩具、收录机等家用电器配上单片机后,提高了智能化程度,增加了功能,倍受人们喜爱。单片机将使人类生活更加方便、舒适、丰
8、富多彩。综合所述,单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面。另一方面,单片机应用的重要意义还在于,它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能,现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术,是传统控制技术的一次革命。2.2 LED概述2.2.1 LED简介LED(Light Emitting Diode),发光二极管,是一种固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片,晶片的一端附在一个支架上,一端是负极,另一端连接电源的正极,使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由三部分组成
9、,一部分是P型半导体,在它里面空穴占主导地位,另一端是N型半导体,在这边主要是电子,中间通常是1至5个周期的量子阱。当电流通过导线作用于这个晶片的时候,电子和空穴就会被推向量子阱,在量子阱内电子跟空穴复合,然后就会以光子的形式发出能量,这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色,是由形成P-N结的材料决定的。2.2.2 LED分类LED(Light Emitting Diode),发光二极管,简称LED,,是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片,晶片的一端附在一个支架上,一端是负极,另一端连接电源的正极使整个晶片被环氧树脂封
10、装起来。半导体晶片由两部分组成,一部分是P型半导体,在它里面空穴占主导地位,另一端是N型半导体,在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候,它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候,电子就会被推向P区,在P区里电子跟空穴复合,然后就会以光子的形式发出能量,这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色,是由形成P-N结的材料决定的。 它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式,用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。由于具有容易控制、低压直流驱动、组合后色彩表现丰富、使用寿命长等优点,广泛应用于城市各工程中、大屏幕显示系统。LE
11、D可以作为显示屏,在计算机控制下,显示色彩变化万千的视频和图片。 LED是一种能够将电能转化为可见光的半导体。 2.2.3 LED的分类按发光管发光颜色分按发光管发光颜色分,可分成红色、橙色、绿色(又细分黄绿、标准绿和纯绿)、蓝光等。另外,有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色,上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管和达于做指示灯用。按发光管出光面特征分 按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为2mm、4.4mm、5mm、8mm、10
12、mm及20mm等。国外通常把3mm的发光二极管记作T-1;把5mm的记作T-1(3/4);把4.4mm的记作T-1(1/4)。由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。从发光强度角分布图来分有三类:(1)高指向性。一般为尖头环氧封装,或是带金属反射腔封装,且不加散射剂。半值角为520或更小,具有很高的指向性,可作局部照明光源用,或与光检出器联用以组成自动检测系统。(2)标准型。通常作指示灯用,其半值角为2045。(3)散射型。这是视角较大的指示灯,半值角为4590或更大,散射剂的量较大。按发光二极管的结构分 按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构
13、。按发光强度和工作电流分按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED(发光强度100mcd);把发光强度在10100mcd间的叫高亮度发光二极管。一般LED的工作电流在十几mA至几十mA,而低电流LED的工作电流在2mA以下(亮度与普通发光管相同)。2.2.3 LED封装LED封装技术大都是在分立器件封装技术基础上发展与演变而来的,但却有很大的特殊性。一般情况下,分立器件的管芯被密封在封装体内,封装的作用主要是保护管芯和完成电气互连。而LED封装则是完成输出电信号,保护管芯正常工作,输出:可见光的功能,既有电参数,又有光参数的设计及技术要求,无法简单地将分立器件的封装用于LED。 LED的核心发光
14、部分是由P型和N型半导体构成的PN结管芯,当注入PN结的少数载流子与多数载流子复合时,就会发出可见光,紫外光或近红外光。但PN结区发出的光子是非定向的,即向各个方向发射有相同的几率,因此,并不是管芯产生的所有光都可以释放出来,这主要取决于半导体材料质量、管芯结构及几何形状、封装内部结构与包封材料,应用要求提高LED的内、外部量子效率。常规5mm型LED封装是将边长0.25mm的正方形管芯粘结或烧结在引线架上,管芯的正极通过球形接触点与金丝,键合为内引线与一条管脚相连,负极通过反射杯和引线架的另一管脚相连,然后其顶部用环氧树脂包封。反射杯的作用是收集管芯侧面、界面发出的光,向期望的方向角内发射。
15、顶部包封的环氧树脂做成一定形状,有这样几种作用:保护管芯等不受外界侵蚀;采用不同的形状和材料性质(掺或不掺散色剂),起透镜或漫射透镜功能,控制光的发散角;管芯折射率与空气折射率相关太大,致使管芯内部的全反射临界角很小,其有源层产生的光只有小部分被取出,大部分易在管芯内部经多次反射而被吸收,易发生全反射导致过多光损失,选用相应折射率的环氧树脂作过渡,提高管芯的光出射效率。用作构成管壳的环氧树脂须具有耐湿性,绝缘性,机械强度,对管芯发出光的折射率和透射率高。选择不同折射率的封装材料,封装几何形状对光子逸出效率的影响是不同的,发光强度的角分布也与管芯结构、光输出方式、封装透镜所用材质和形状有关。若采
16、用尖形树脂透镜,可使光集中到LED的轴线方向,相应的视角较小;如果顶部的树脂透镜为圆形或平面型,其相应视角将增大。 一般情况下,LED的发光波长随温度变化为02-03nm,光谱宽度随之增加,影响颜色鲜艳度。另外,当正向电流流经pn结,发热性损耗使结区产生温升,在室温附近,温度每升高1,LED的发光强度会相应地减少1左右,封装散热;时保持色纯度与发光强度非常重要,以往多采用减少其驱动电流的办法,降低结温,多数LED的驱动电流限制在20mA左右。但是,LED的光输出会随电流的增大而增加,目前,很多功率型LED的驱动电流可以达到70mA、100mA甚至1A级,需要改进封装结构,全新的LED封装设计理
17、念和低热阻封装结构及技术,改善热特性。例如,采用大面积芯片倒装结构,选用导热性能好的银胶,增大金属支架的表面积,焊料凸点的硅载体直接装在热沉上等方法。此外,在应用设计中,PCB线路板等的热设计、导热性能也十分重要。 进入21世纪后,LED的高效化、超高亮度化、全色化不断发展创新,红、橙LED光效已达到100ImW,绿LED为501mW,单只LED的光通量也达到数十Im。LED芯片和封装不再沿龚传统的设计理念与制造生产模式,在增加芯片的光输出方面,研发不仅仅限于改变材料内杂质数量,晶格缺陷和位错来提高内部效率,同时,如何改善管芯及封装内部结构,增强LED内部产生光子出射的几率,提高光效,解决散热
18、,取光和热沉优化设计,改进光学性能,加速表面贴装化SMD进程更是产业界研发的主流方向。第三章 LED数字钟的制作流程3.1 实验中需要的元件5V电源.面包板1块.万用表.镊子1把.剪刀1把.网络线2米AT89C51弹片机 1个12M晶体振荡器1个CC4511集成块4块.共阴七段数码管4个.680电阻28个.10电阻1个.10f/25v电解电容个22pf陶瓷电容2个30p电容2个.0.01f电容1个3.2 主体模块方案单片机模块方案:方案一:基本门电路搭肩,用基本门电路来实现数字钟,电路结构复杂,鼓掌系数大,不易调试。方案二:单片机编程,用单片机设计电路,由于使用软硬件结合的方式,所以电路结构简
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