基于数码管的电子时钟设计【实用文档】doc.doc
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1、基于数码管的电子时钟设计【实用文档】doc文档可直接使用可编辑,欢迎下载 01 2013 学年 第 学期单片机原理及应用 课 程 设 计 报告题 目:基于数码管的电子时钟设计专 业: 自动化班 级:电气工程系213年5月1日1、任务书课题名称基于数码管的电子时钟设计指导教师(职称) 执行时间201 2013 学年第2学期 第 10周学生姓名学号承担任务设计目的1. 学习851单片机定时器时间计时处理、按键扫描及D数码管显示的设计方法。能够较全面地巩固和应用单片机课程中所学的基本理论和基本方法,锻炼动手能力。3培养学生独立思考、独立收集资料、独立设计的能力;培养分析、总结及撰写技术报告的能力。设
2、计要求要求:1、用8个数码管显示一个电子时钟格式为00000,分别表示时钟、分钟和秒钟;2、要求有暂停,能进行时钟、分钟和秒钟的调节;3、到整时(如点整,点整)时蜂鸣器发出“滴答”声,同时一个发光二极管发出闪烁。摘 要随着人类科技文明的发展,人们对于时钟的要求在不断地提高。时钟已不仅仅被看成一种用来显示时间的工具,在很多实际应用中它还需要能够实现更多其它的功能.本设计主要基于单片机技术原理,设计制作出一个电子时钟系统.6位LE数码管显示,使用按键扫描进行时间校准。这种实现方法的优点是电路简单,性能可靠,实时性好,时间精确,操作简单,编程容易。最后将设计的时钟系统在Prtes仿真软件上进行仿真验
3、证所设计的时钟系统稳定可靠。关键词: 85单片机;电子时钟;数码管;按键扫描基于数码管的电子时钟设计目录摘要3第一章绪论11。1 单片机的应用和特点11。2 单片机的发展趋势1.3电子时钟简介及其基本特点2第二章控制系统的硬件设计32 总方案设计32.2 单片机芯片的选择321 AT8C1的功能概述322 AT8C5引脚功能说明42。3单片机系统电路设计624按键电路设计6.5蜂鸣器电路设计72LED数码管显示电路7第三章控制系统的软件设计10第四章系统仿真12第五章总结与体会13参考文献14附录5附录二元件清单2插图清单图21 电子时钟设计框图3图2-2 AT89C引脚说明图-3 单片机系统
4、电路6图-4 按键设计电路图2蜂鸣器设计电路图26 LD数码管8图-7 显示电路设计9图2 总体设计电路图3 主程序框图10图3显示子程序框图11图41整点报时仿真12图42调时仿真1表格清单表21数码管字型与字段关系表8第一章 绪论1。1 单片机的应用和特点 世纪末,单片机技术获得了飞速的发展,渗透到我们生活的每个领域,几乎很难找到那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IC卡,民用豪华轿车的安全控制系统,录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制等等,这些都离不开单片机的控制还有医疗器械、功能仪表
5、都需要单片机。可见,单片机关系到我们生活的方方面面。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,大致可分为如下几个范畴:智能仪器、工业控制,家用电器、网络和通信、设备领域、模块系统以及汽车电子。 随着单片机的广泛应用,在其在推动下,现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域,有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高,同时也使得现代电子产品性能进一步提高.单片机有以下特点: 1。 单片机的存储器ROM和RA是严格区分的.OM称为程序存储器,只存放程序、固定常数及数据表格。AM则为数据存储器,用作工作区及存放用户数据 2。 采用面向控制的指令系
6、统.为满足控制需要,单片机有更强的逻辑控制能力,特别是单片机具有很强的位处理能力; 3. 单片机的/O口通常是多功能的.由于单片机芯片上引脚数目有限,为了解决实际引脚数和需要的信号线的矛盾,采用了引脚功能复用的方法,引脚处于何种功能,可由指令来设置或机器状态来区分; 4。 单片机的外部扩展能力很强。在内部的各种功能部件不能满足应用的需求时,均可在外部进行扩展,与许多通用的微机接口芯片兼容,给应用系统设计带来了很大的方便。1.2 单片机的发展趋势 目前,单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势是进一步向着MOS化、低功耗、小体积,大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。 单片机应用的
7、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。在以前,是必须由模拟或是数字电路实现的大部分功能的,而现在已经能用单片机通过软件的方法来实现了.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。 。 电子时钟简介及其基本特点 随着社会经济的急速发展,给人们的生活带来巨大压力的同时迫使人们加快自己工作、生活的步伐,使时间对于人们来说总是那么宝贵,工作的忙碌性和繁杂性容易是人忘记当前时间.忘记了要做的事情,当事情不是很重要的时候这种遗忘无伤大雅。但是,一旦是重要的事情,一时的耽误可能酿成大祸。1957年,Vetura发明了世界上第一只电子表,从而奠定了电子时钟
8、的基础,电子时钟也飞速的发展起来。现代的电子时钟的基于单片机的一种计时工具采用延时程序产生一定的时间中断,用于一秒定义,通过计数方式进行六十秒分钟进一,满六十分小时进一,满二十四小时清零,从而达到计时的功能,是人们日常生活不可缺少的工具。 现在高精度的计时工具大多数采用了石英晶体振荡器,由于电子钟、石英钟、石英表都采用了石英技术,因此,走时精度高,稳定性好,使用方便,不需要经常调试,数字式电子钟用集成电路计时时,译码代替机械式传动,用LCD显示器或数码管代替指针显示进而显示时间,减小了计时误差,这种表具有时、分、秒显示时间的功能,还可以进行时和分的校对,片选的灵活性好。第二章 控制系统的硬件设
9、计2总方案设计根据课设的要求,我们设计了如图-1所示的整体框图,包括外部震荡电路模块、复位电路模块、按键电路模块、蜂鸣器电路模块(起整点报时的功能)、单片机芯片以及显示模块。其中单片机芯片是核心模块,与外部晶振电路和复位电路组成单片机系统电路。外部晶振电路 单 片 机显示电路复位电路蜂鸣器电路按键键电路图 电子时钟电路设计框图2.2 单片机芯片的选择 经过多种单片机性能的分析及现有实验设备的限制,在本设计中单片机芯片采用了AT951单片机芯片。A851是一种带4K字节LASH存储器(FPERMFla Programmabed Esale ead Only Mmory)的低电压、高性能C 8位微
10、处理器,俗称单片机.A92是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机.单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS1指令集和输出管脚相兼容.由于将多功能位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,TMEL的AT8951是一种高效微控制器,AT820是它的一种精简版本。8C1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.2。2.1AT8C51的功能概述A89C1 提供以下标准功能:4k 字节lash闪速存储器,128字节内部RAM,32 个I/O 口线,两个位定时/计数器,一个5向量两级中断结构,一个全双工串行通
11、信口,片内振荡器及时钟电路。同时,A951可降至的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作,但允许AM,定时计数器,串行通信口及中断系统继续工作.掉电方式保存RAM中的内容,但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。2。2。2AT951引脚功能说明引脚排列如图2-2所示. 图2AT89C1引脚说明 Vc: 电源电压 GD: 接地P0口:P0口是一组位漏极开路型双向IO口,即地址/数据总线复用口。作为输出口用时,每位能驱动个TTL逻辑门电路,对端口写“1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
12、线复用,在访问期间激活内部上拉电阻。在ah编程时,P0口接收指令字节,而在程序校验时,输出指令字节,校验时,要求外接上拉电阻。P1口:1口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P1的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个L逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作为输入口。作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。Flash编程和程序校验期间,P1接收低8地址5。 P2口:P口是一个带有内部上拉电阻的8位双向/口,P2的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TL逻辑门电路.对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,
13、此时可作为输入口。作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或1位地址的外部数据存储器(例如执行MVX PT指令)时,P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器(例如执行MOVX 指令)时,P2口线上的内容(即特殊功能寄存器(FR)区中P2寄存器的内容),在整个访问期间不改变。sh编程和程序校验期间,P2亦接收高位地址和其他控制信号。P3口:P3口是一个带有内部上拉电阻的位双向I/口,P2的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”,它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口.作输入端时,被外部拉低
14、的P口将用上拉电阻输出电流。P3口除了作为一般的I/O口线外,更重要的用途是它的第二功能。 P3口还接收一些用于ash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 RST:复位输入。当振荡器工作时,RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位.WDT溢出将使该引脚输出高电平,设置SFRAUX的DIST0位(地址EH)可打开或关闭该功能。IRT0位缺省为EST输出高电平打开状态.ALE/PRG:当访问外部程序存储器或数据存储器时,AE(地址锁存允许)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/6输出固定的正脉冲信号,因此可对外输出时钟或用以定时目的。要注意的是
15、:每当访问外部数据存储器时将跳过一个AE脉冲。对ah存储器编程期间,该引脚还用于出入编程脉冲(PRO)。如有必要,可通过对特殊功能寄存器(FR)区中的E单元的D0位置位,单片机执行外部程序时,应设置AE无效。 /PEN:程序储存允许(/SEN)输出是外部程序存储器的读选通信号,当895由外部程序存储器取指令(或数据)使,每个机器周期两次/SEN有效,即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器。没有两次有效的/PSE信号。EAVPP:外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器(地址为000H-FFFH),E端必须保持低电平(接地)。需注意的是:如果加密位1被编程,复位时内部会锁存EA端状态.如EA端
16、为高电平(接VCC端),CPU则执行内部程序存储器中的指令。las存储器编程时,该引脚加上2V的编程电压PP.23单片机系统电路设计 单片机系统电路包含晶振和复位两部分,如图2-3所示。图2单片机系统电路在图23的复位部分,单片机的9脚(RST)是硬件复位功端,当该端持续4个周期输入高电平即可实现复位,复位后单片机的各状态都将回复初始状态,其中5为复位键,按下此键就可以使单片机恢复到初始值。晶振电路部分,此电路在加电大约延迟10s后正当器起振,在XTL2引脚产生幅值为3的正弦时钟信号,其振荡频率主要由石英晶振的频率决定。电容1、C起到两个作用,一是帮助振荡器起振,二是对振荡器的频率进行微调,值
17、都为33F。图中X1为石英晶振。24 按键电路设计设计用了个按键K1、K,分别表示设定键、暂停键、加键,其中设定键是对时、分、秒的选择键,而加键是对时或分或秒的调节,两者结合从而达到调节时间的目的.电路如图2-所示:图 2按键设计电路2。5 蜂鸣器电路设计当单片机检测到整点的时候,例如10-00时,单片机系统应能发发出信号使蜂鸣器发出“嘀、嘀、嘀”的声音,同时一个发光二极管闪烁。用/O口很容易实现该功能。本设计的蜂鸣器电路是实现整点报时.本设计中选用压电式蜂鸣器。压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器、共鸣器和外壳组成。当接通电源后(5V1直流工作电压),多谢振荡器起震,输出1.
18、KHZ的音频信号.阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发生。购买市售的压电式蜂鸣器,用一根/O口线驱动蜂鸣器发声,约需10m的驱动电流,可用706或40低电平驱动,也可以用一个晶体管驱动,如图2所示: 图2-5 蜂鸣器设计电路图.6 ED数码管显示电路我们常用的LED数码管有七段式和八段式,相对于七段式来说八段式多了一个小数点其他的基本相同。本设计中我们选用的是八段式LED数码管。所谓八段就是数码管里有八个小的LD发光二极管,通过控制不同的LED二极管的亮灭来显示不同的字形.数码管是一种把多个L显示段集成在一起的显示设备。有两种类型,一种是共阳极,一种是共阴极。共阳极就是把多个LE显示段的阳极接在一起,又
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