毕业设计(论文)基于单片机的多功能电子钟的设计与实现.doc
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1、摘要基于51单片机可校时数字时钟电路设计,单片机计算机即单片微型计算机。(Single-Chip Microcomputer )是集CPU ,RAM ,ROM ,计数和多种接口于一体的微控制器。石英晶体振荡器是高精度的计时工具,而电子钟,石英表,石英钟都采用了石英技术,因此计时精度高,稳定性好,使用方便,不需要经常调校。而数字式电子钟用集成电路计时时,译码代替机械式传动,用LED显示器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。本文利用单片机实现数字时钟计时功能的主要内容,其中AT89S52是核心元件同时采用数码管动态显
2、示“时”,“分”,“秒”的现代计时装置。与传统机械表相比,它具有走时精确,显示直观等特点。它的计时周期为24小时,显满刻度为“23时59分59秒”,另外具有校时功能,断电后有记忆功能,恢复供电时可实现计时同步等特点。本设计由单片机AT89S52芯片和LED数码管为核心,辅以必要的电路,构成了一个单片机数字时钟。关键词:单片机;数字时钟;LED数码管显示;按键AbstractThe base and 51 digital clock when the microcontroller can be the school circuit design, single-chip computer th
3、at is single-chip micro-computer. (Single-Chip Microcomputer) is a CPU, RAM, ROM, counting and multiple interfaces in one microcontroller.Quartz crystal oscillator is a high-precision timing tools, electronic clock, quartz watch, quartz is used quartz technology, high precision timing, good stabilit
4、y, easy to use, does not require frequent adjustment. The digital electronic clock with the time integrated circuits, the decoding instead of mechanical transmission, with LED display instead of a pointer display and then display the time and reduce the timing error, this table has the hours, minute
5、s and seconds displays the time function, but also in progress and sub-proof-reading, the flexibility of a good chip select. In this paper, MCU function digital clock timing the main contents of which AT89S52 is a core element at the same time the use of digital control dynamic display time, sub, se
6、cond modern timing devices. Compared with the traditional mechanical watch, it has a travel-time accuracy, display and intuitive and so on. It is a time period of 24 hours, substantially full-scale as 23:59:59, another time with a school function, memory function after power outages, power restorati
7、on can be realized when the time synchronization and so on.The design by the MCU AT89S52 chip and LED digital tube as the core, supplemented by the necessary circuitry to form a single chip digital clock.KEY WORDS: shrapnel machine;digital clock;LED digital tube display;button目 录1 绪论11.1 电子时钟的发展1选题背
8、景和意义1电子时钟的国内外研究现状22 电子钟功能及AT89S52 芯片简介22.1 电子钟功能介绍2基本功能要求2扩展功能要求32.2 AT89S52 芯片简介3内部结构33 基本原理及总体方案的介绍431基本原理4时钟方案43.2.1 计时方案43.2.2 定时方案4键盘方案5显示方案54 电子钟的工作原理5实现时钟计时的基本方法65 软件系统设计6各模块的划分6数码管显示模块6定时器计数器T0中断服务程序:7按键处理模块:7主程序及各模块执行流程图85.2.1 主程序流程图8中断子程序流程图:9键扫程序设计流程图10各个按键处理程序流程图11显示子程序流程框图12时间子程序流程图:136
9、 系统调试14测试的目的14测试的重要性14软件调试14测试数据与数据分析147 误差分析15总 结15参考文献16致 谢17附录一18附录二281 绪论1.1 电子时钟的发展近年来随着科技的飞速发展,单片机的应用正在不断的走向深入,同时带动着传统控制检测日新月异更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中,单片机往往是作为一个核心部件来使用,仅单片机方面的知识是不够的,还要根据具体的硬件结构,以及针对具体的应用对象的软件结合,加以完善。单片机的应用的重要意义在于,它从根本上改变了传统意义设计理念和设计方法。曾经必须要通过模拟电路或者是数字电路实现的功能,单片机应用软件技术就可以实现,这种微控
10、技术不仅简化了电路,而且还可以改变软件程序或者参数实现不同的设计。数字钟已经成为人们日常生活中不可缺少的必需品,广泛的应用于家庭以及办公室等公共场所。给我们生活、学习、工作、娱乐带来了极大的方便。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、携带方便等优点,它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。尽管目前市场上已有现成的数字中集成电路芯片出售,价格便宜、使用也方便,但鉴于单片机的定时功能也可以完成数字钟的电路设计,因此进行数字钟的设计是必要的。本次设计的多功能数字钟就是应用单片机的计时功能为设计核心。20世纪末,电子技术得到了极速的发展,毫无疑问,在其推
11、动下,现代电子产品以及各种高科技产品几乎渗透到了社会的各个领域,这有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度以及综合科技水平的提高,但产品更新换代的频率也越来越快。随着科技的发展社会的进步和全球化竞争的日益激烈,人们对数字钟的要求也越来越高,传统的时钟已不能满足人们的需求。多功能电子钟不管在性能还是在样式亦或是用途上都发生了重大的变化,许多电子钟都已具备电子闹钟、电子秒表、温度检测等功能。同时单片机在多功能数字钟中的应用已是非常普遍的。数字电子时钟是采用数字电路实现对时,分,秒数字显示的装置,广泛用于个人家庭,车站,码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可或缺的必需品,由于数字集成电路的
12、发展和石英晶体振荡器的广泛应用,数字时钟的精度远远超过老式钟表,钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便,而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。例如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动启闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电器的自动启用等,所有这些,都是以钟表数字化为基础的。因此,研究数字时钟及扩大其应用,有着非常现实的意义。电子钟从原理上讲是一种典型的数字电路,其中包括了组合逻辑电路和时序电路。因此,我们此次设计与制做数字钟就是为了了解数字钟的原理,从而学会制作数字钟。而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法。且由
13、于数字钟包括组合逻辑电路和时序电路,通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。数字电子时钟,自从它发明的那天起,就成为人类的朋友,给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。但随着时间的推移,科学技术的不断发展,生活节奏越来越快,竞争日益激烈,人们对时间计量的精度要求越来越高,应用越来越广。可以说时间的准确已成为各行各业安全运行的基础,如果时间出现误差而不能及时校正,会造成一系列严重的后果和经济损失 。 电子时钟的设计方法有多种,可用中小规模集成电路组成电子钟,也可以利用专用的电子钟芯片配以显示电路及其所需要的外围电路组成电子钟,还可以利用对单片机编程来实现电子钟
14、。其中,利用单片机实现的电子时钟具有硬件结构简单、编程灵活、便于功能扩展等特点。由单片机作为数字钟的核心控制器,可以通过它的时钟信号实现计时功能,将其时间数据经单片机输出,利用显示器显示出来。通过键盘可以进行定时、校时功能。输出设备显示器可以用液晶显示技术或者数码管显示技术。2 电子钟功能及AT89S52 芯片简介2.1 电子钟功能介绍2基本功能要求 时间以24小时为一个周期; 显示时、分、秒; 具有校时功能,可以分别对时及分进行单独校时,使其校正到标准时间;当没有按键按下的时候,时钟正常显示,初始化时间为9:00:00.当设置按键按下的时候,时钟进行设置动作,按键处理设置为:当第一次按下K0
15、按键时候,进入调秒状态时钟停止走动,按下K1键可以对秒个位进行加1操作,按下K2键的时候可以对秒个位进行减1操作。当第二次按下K0按键时候,进入调秒十位状态,按下K1可以对秒十位进行加1操作,按下K2可以对秒十位进行减1操作。第三次,第四次,第五次,第六次按下K0分别对分钟的个位、十位、小时的个位、十位进行调整,K1进行相应的加操作,K2进行相应的减操作。当K0第七次按下的时候时钟恢复正常走动,退出调时间的模式。2扩展功能要求 时、分、秒的间隔符“-”以一定频率闪烁; AT89S52 芯片简介2内部结构AT89S52是一个低功耗,高性能CMOS 8位单片机,片内含4k Bytes ISP(In
16、-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS -51指令系统及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元,功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S52具有如下特点:40个引脚,4k B Flash片内程序存储器,128 B的随机存取数据存储器(RAM),32个外部双向输入/输出(I/O)口,5个中断优先级2层中断嵌套中断,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,看门狗(WDT)电
17、路,片内时钟振荡器。 此外,AT89S52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下,CPU暂停工作,而RAM定时计数器,串行口,外中断系统可继续工作,掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据,停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式,以适应不同产品的需求。主要功能特性:主控器(AT89S52)的主要性能特点是:(1)与MCS-51单片单片机产品兼容;(2)8K字节在系统可编程Flash存储器;(3)1000次擦写周期; (4)全静态操作:0Hz-33MHz; (5)三级加密程序存储器; (6)32个可编程I/O口
18、线; (7)三个16位定时器/计数器; (8)六个中断源; (9)全双工UART串行通道; (10)低功耗空闲和掉电模式; (11)掉电后中断可唤醒; (12)看门狗定时器; (13)双数据指针; (14)掉电标识符 。3 基本原理及总体方案的介绍31基本原理本设计基于单片机技术原理,以单片机芯片AT89S52作为核心控制器,通过硬件电路的制作以及软件程序的编制,设计制作出一个多功能数字时钟系统。单片机扩展的LED显示器用来显示秒、分、时计数单元中的值。整个设计包括两大部分: 硬件部分和软件部分,以单片机为核心, 配以一定的外围电路和软件。硬件是整个系统的基础, 软件部分则要合理、充分地支持和
19、使用系统的硬件, 从而完成系统所要完成的任务。该时钟系统主要由时钟模块、液晶显示模块、键盘控制模块组成。能够准确显示时间(显示格式为时时:分分:秒秒,24小时制),可随时进行时间调整。设计以硬件软件化为指导思想,充分发挥单片机功能,大部分功能通过软件编程来实现,电路简单明了,系统稳定性高。单片机在这种情况下诞生了基于单片机电子时钟。下面,就对时钟系统的几大模块制定一下具体的方案。3.2时钟方案 计时方案利用AT89S52单片机内部的定时/计数器进行中断定时,配合软件延时实现时、分、秒的计时。该方案节省硬件成本,且能使读者在定时/计数器的使用、中断及程序设计方面得到锻炼与提高,对单片机的指令系统
20、能有更深入的了解,从而对学好单片机技术这门课程起到一定的作用。 定时方案在本设计中用到了几个定时模块,第一个定时是用于定时一秒的,用到了单片机的定时器TR0,在定时的过程中采用的是查询的方式,查询定时时间是否到的定时器所采用。第二个定时是用于定时按键的抖动时间,因为当按键时都会出现电压抖动,但对键盘工作有影响的是键闭合时的抖动,所以为了确保键扫描的正确性,每当扫描到有闭合键时,都要进行去抖动处理。本设计中采用的是软件去抖动的方法,抖动的定时采用的软件的延时进行定时的。第三个定时的功能是在液晶显示时的延时时间,即在液晶显示时是采用查表的方法进行显示的,因此需要用到一定的延时,使得我们能够看的清楚
21、所显示的内容,在这里用到的延时也是采用软件的延时。3.2.3键盘方案在本次程序设计中对于键盘的设计,我专门设计了一个键盘扫描子程序,它所完成的功能是,首先对键盘进行处理,给每一个键都设置了一个键码,那么只要判断键盘的键码就可以知道是否有键按下,如若有键按下也可以判断是哪一个键按下了。在按键的程序扫描中是采用查询的方法对按键进行操作的,当查询到按键有动作时,则执行相应的操作。独立式键盘的程序设计一般把键盘扫描程序设计成子程序,以便其它各程序调用。本设计中的键盘扫描子程序的名称为KEY,则键盘扫描子程序KEY应具有以下功能:判定有无按键动作;去抖动;确认是否真正有闭合键;计算并保存闭合键键码;判定
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- 毕业设计 论文 基于 单片机 多功能 电子钟 设计 实现
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