(精品論文)單片機電子時鐘畢業(yè)論文

單片機電子時鐘的設(shè)計摘 要單片機自20世紀70年代問世以來，以其極高的性能價格比，受到人們的重視和關(guān)注，應(yīng)用很廣、發(fā)展很快。單片機體積小、重量輕、抗干擾能力強、環(huán)境要求不高、價格低廉、可靠性高、靈活性好、開發(fā)較為容易。由于具有上述優(yōu)點，在我國，單片機已廣泛地應(yīng)用在工業(yè)自動化控制、自動檢測、智能儀器儀表、家用電器、電力電子、機電一體化設(shè)備等各個方面，而51單片機是各單片機中最為典型和最有代表性的一種。這次畢業(yè)設(shè)計通過對它的學(xué)習(xí)、應(yīng)用，以AT89S51芯片為核心，輔以必要的電路，設(shè)計了一個簡易的電子時鐘，它由4.5V直流電源供電，通過數(shù)碼管能夠準確顯示時間，調(diào)整時間，從而到達學(xué)習(xí)、設(shè)計、開發(fā)軟、硬件的能力。關(guān)鍵詞：單片機 AT89S摘 要IAbstractII第一章前言1第二章方案論證與比較22.1數(shù)字時鐘方案22.2數(shù)碼管顯示方案2第三章系統(tǒng)設(shè)計33.1總體設(shè)計33.1.1系統(tǒng)說明33.1.2系統(tǒng)框圖33.2模塊設(shè)計43.2.1電源部分43.2.2復(fù)位電路43.2.3程序下載接口53.2.4位選部分53.2.5數(shù)碼管的連接電路63.2.6控制部分6第四章原理圖與PCB圖8第五章軟件設(shè)計95.1程序流程圖95.2源程序11第六章總結(jié)186.1物品清單與元件特性186.2設(shè)計總結(jié)19參考文獻（References）：20致 謝2021第一章 前言時鐘，自從它發(fā)明的那天起，就成為人類的朋友，但隨著時間的推移，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對時間計量的精度要求越來越高，應(yīng)用越來越廣。怎樣讓時鐘更好的為人民服務(wù)，怎樣讓我們的老朋友煥發(fā)青春呢？這就要求人們不斷設(shè)計出新型時鐘。現(xiàn)今，高精度的計時工具大多數(shù)都使用了石英晶體振蕩器，由于電子鐘，石英表，石英鐘都采用了石英技術(shù)，因此走時精度高，穩(wěn)定性好，使用方便，不需要經(jīng)常調(diào)校，數(shù)字式電子鐘用集成電路計時時，譯碼代替機械式傳動，用LED顯示器代替顯示器代替指針顯示進而顯示時間，減小了計時誤差，這種表具有時，分，秒顯示時間的功能，還可以進行時和分的校對，片選的靈活性好。時鐘電路在計算機系統(tǒng)中起著非常重要的作用，是保證系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)。在一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，時鐘有兩方面的含義：一是指為保障系統(tǒng)正常工作的基準振蕩定時信號，主要由晶振和外圍電路組成，晶振頻率的大小決定了單片機系統(tǒng)工作的快慢；二是指系統(tǒng)的標(biāo)準定時時鐘，即定時時間，它通常有兩種實現(xiàn)方法：一是用軟件實現(xiàn)，即用單片機內(nèi)部的可編程定時/計數(shù)器來實現(xiàn)，但誤差很大，主要用在對時間精度要求不高的場合；二是用專門的時鐘芯片實現(xiàn)，在對時間精度要求很高的情況下，通常采用這種方法，典型的時鐘芯片有：DS1302，DS12887，X1203等都可以滿足高精度的要求。本文主要介紹用單片機內(nèi)部的定時/計數(shù)器來實現(xiàn)電子時鐘的方法，本設(shè)計由單片機AT89S51芯片和LED數(shù)碼管為核心，輔以必要的電路，構(gòu)成了一個單片機電子時鐘。第二章 方案論證與比較2.1數(shù)字時鐘方案數(shù)字時鐘是本設(shè)計的最主要的部分。根據(jù)需要，可利用兩種方案實現(xiàn)。方案一：本方案采用Dallas公司的專用時鐘芯片DS12887A。該芯片內(nèi)部采用石英晶體振蕩器，其芯片精度不大于10ms/年，且具有完備的時鐘鬧鐘功能，因此，可直接對其以用于顯示或設(shè)置，使得軟件編程相對簡單。為保證時鐘在電網(wǎng)電壓不足或突然掉電等突發(fā)情況下仍能正常工作，芯片內(nèi)部包含鋰電池。當(dāng)電網(wǎng)電壓不足或突然掉電時，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)換到內(nèi)部鋰電池供電系統(tǒng)。而且即使系統(tǒng)不上電，程序不執(zhí)行時，鋰電池也能保證芯片的正常運行，以備隨時提供正確的時間。方案二：本方案完全用軟件實現(xiàn)數(shù)字時鐘。原理為：在單片機內(nèi)部存儲器設(shè)三個字節(jié)分別存放時鐘的時、分、秒信息。利用定時器與軟件結(jié)合實現(xiàn)1秒定時中斷，每產(chǎn)生一次中斷，存儲器內(nèi)相應(yīng)的秒值加1；若秒值達到60，則將其清零，并將相應(yīng)的分字節(jié)值加1；若分值達到60，則清零分字節(jié)，并將時字節(jié)值加1；若時值達到24，則將十字節(jié)清零。該方案具有硬件電路簡單的特點。但由于每次執(zhí)行程序時，定時器都要重新賦初值，所以該時鐘精度不高。而且，由于是軟件實現(xiàn)，當(dāng)單片機不上電，程序不執(zhí)行時，時鐘將不工作?；谟布娐返目紤]，本設(shè)計采用方案二完成數(shù)字時鐘的功能。2.2數(shù)碼管顯示方案方案一：靜態(tài)顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示器顯示某一字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止。該方式每一位都需要一個8 位輸出口控制。靜態(tài)顯示時較小的電流能獲得較高的亮度，且字符不閃爍。但當(dāng)所顯示的位數(shù)較多時，靜態(tài)顯示所需的I/O口太多，造成了資源的浪費。方案二：動態(tài)顯示。所謂動態(tài)顯示就是一位一位的輪流點亮各個位，對于顯示器的每一位來說，每隔一段時間點亮一次。利用人的視覺暫留功能可以看到整個顯示，但必須保證掃描速度足夠快，字符才不閃爍。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也于點亮?xí)r間與間隔時間的比例有關(guān)。調(diào)整參數(shù)可以實現(xiàn)較高穩(wěn)定度的顯示。動態(tài)顯示節(jié)省了I/O口，降低了能耗。從節(jié)省I/O口和降低能耗出發(fā)，本設(shè)計采用方案二。第三章 系統(tǒng)設(shè)計3.1總體設(shè)計3.1.1系統(tǒng)說明利用單片機（AT89S51）制作簡易電子時鐘，由六個LED數(shù)碼管分別顯示小時十位、小時個位、分鐘十位、分鐘個位、秒鐘十位、秒鐘個位。6個PNP管（9012）分別控制六個數(shù)碼管的亮滅，一個按鍵用于時間調(diào)整。3.1.2系統(tǒng)框圖顯示部分控制部分單片機（AT89S51）按鍵S2復(fù)位電路電源部分直流電源4.5V6個七段共陰極數(shù)碼管顯示秒，分鐘及小時位位選部分6個PNP三極管（9012）圖3-13.2模塊設(shè)計3.2.1電源部分 圖3-2如圖3-2所示，從外部引入4.5V的直流電，為單片機、復(fù)位電路提供電源。3.2.2復(fù)位電路圖3-3如圖3-3所示，復(fù)位電路主要由型號為1N4148的二極管，型號為10UF/16V的電解電容，型號為104的瓷片電容，10K的電阻以及按鍵S1構(gòu)成，S1接芯片的相應(yīng)引腳RST，當(dāng)開關(guān)按下時引腳RST為高電平1，斷開時引腳為低電平0。3.2.3程序下載接口圖3-4如圖3-4所示，由AT89S ISP構(gòu)成的兩排十針下載口，板圖上有一個小方框，為1號引角；下載線的凸口為正方向，凸口的右側(cè)邊的第一個插孔為1號引角。3.2.4位選部分圖3-5圖3-5為位選電路，三極管的集電極接數(shù)碼管的公共端，當(dāng)P2口對應(yīng)的引腳輸出高電平時三極管導(dǎo)通，對應(yīng)的數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)。這樣，在同一時刻，6位LED中只有選通的那1位顯示出字符，而其他5位則是熄滅的。同樣，在下一時刻，只讓下一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他個位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，在段碼線上輸出將要顯示字符的段碼，則同一時刻，只有選通位顯示出相應(yīng)的字符，而其他各位則是熄滅的。如此循環(huán)下去，就可以使各位顯示出將要顯示的字符。雖然這些字符是在不同時刻出現(xiàn)的，而在同一時刻，只有一位顯示，其他各位熄滅，但由于LED的余輝和人眼的視覺暫留作用，只要每位顯示間隔足夠短，則可以造成多位同時亮的假象，達到同時顯示的效果。3.2.5數(shù)碼管的連接電路圖3-6圖3-6為數(shù)碼管的引腳圖，每位的段碼線（a,b,c,d,e,f,g,dp）分別與1個8位的鎖存器輸出相連，由AT89S51控制組合09十個數(shù)據(jù)，如令其顯示1則b,c引腳（即2，3引腳）送高電平，此時數(shù)碼管顯示1。由于各位的段碼線并聯(lián)，8位I/O口輸出段碼對各個顯示位來說都是相同的。3.2.6控制部分圖3-7AT89S51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4K bytes的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準8051指令系統(tǒng)及引腳。AT89S51提供以下標(biāo)準功能：4K字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32I/O口線，看門狗（WDT），兩個數(shù)據(jù)指針，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。如圖3-7所示，AT89S51有40引腳，雙列直插（DIP）封裝，所用引腳功能如下：1. VCC 運行時加4.5V2. GND 接地3. XTAL1 振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端4. XTAL2 振蕩器反相放大器的輸出端5. RST 復(fù)位輸入，高電平有效，在晶振工作時，在RST引腳上作用2個機器周期以上的高電平，將使單片機復(fù)位。WDT溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置SFT AUXR的DISRTO位（地址8EH）可打開或關(guān)閉該功能。DISRTO位缺省為RESET輸出高電平打開狀態(tài)。6. EA/VPP 片外程序存儲器訪問允許信號。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地），如果EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。7. P1口,P2口P1，P2是一組帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。運行時通過P1口控制驅(qū)動電路的工作，將數(shù)據(jù)送到數(shù)碼管，顯示相應(yīng)的段碼，為了達到減少功耗或滿足端口對最大電流的限制，應(yīng)加上一限流電阻。P2.0P2.5口控制數(shù)碼管的位選，使六個數(shù)碼管輪流顯示數(shù)據(jù)，等于1時位選三極管導(dǎo)通，等于0 時位選三極管截止。8. 無自鎖開關(guān)（S2P3.7）開關(guān)接相應(yīng)引腳P3.7，當(dāng)開關(guān)按下時，相應(yīng)引腳為低電平0，斷開時引腳為高電平1。第四章 原理圖與PCB圖圖4-1圖4-2第五章 軟件設(shè)計5.1程序流程圖主程序開始設(shè)定定時器常數(shù)，開中斷顯示時間到1秒？T0中斷現(xiàn)場保護重裝定時器初值滿20次否？滿24小時否？滿60秒否？滿60分否？恢復(fù)現(xiàn)場時值加1時緩沖單元清零秒值加1分緩沖單元清零秒緩沖單元清零分值加1結(jié)束時鐘調(diào)整程序關(guān)閉顯示，省電狀態(tài)分鐘閃爍，調(diào)時狀態(tài)分值加1按鍵S2時間t1時值=24？按鍵S2時間t0.5按鍵S2時間t1000次）ISP Flash ROM 32個可編程I/O口 4.0-5.5V工作電壓范圍 2個16位可編程定時/計數(shù)器 全靜態(tài)工作模式：時鐘頻率0-33MHz 全雙工UART串行中斷口線 128x8bit內(nèi)部RAM 6個中斷源 低功耗空閑和掉電模式 中斷喚醒省電模式 3級程序加密鎖 看門狗（WDT）電路 掉電標(biāo)識和快速編程特性6.2設(shè)計總結(jié)本設(shè)計能夠很準確的走時，并能夠通過硬件對時鐘進行時間調(diào)整。u 功能介紹：1. 顯示XX：XX：XX時間2. 時間可調(diào)：調(diào)整鍵（S2）按下時間小于1秒（t0.5s）分鐘位閃亮，此時按下S2鍵（t0.5s）時鐘位閃亮，此時按下S2鍵（t0.5s），返回到正常顯示狀態(tài)。3. 下載線和電源線插接說明：1.下載線插接說明：兩排十針下載口，板圖上都有一個小方框，為1號引角；下載線的凸口為正方向，凸口的右側(cè)邊的第一個插孔為1號引角，這一點一定要切記，不然的話程序下載不進去。2.電源線插接說明：電池盒的紅線為正，黑線為負。板子所留出來的電源插口用VCC（表示電源正）和GND（表示電源負）標(biāo)明。u 調(diào)試要點：首先確保各器件的完好性，其次檢測各芯片的電源線和地線是否接觸良好，然后焊接器件，接好電源用萬用表檢測各電源端、地端的狀態(tài)是否正常。檢查無誤后插上AT89S51并燒寫一簡易的程序，觀察電路是否能協(xié)同工作。最后燒寫工作程序，根據(jù)顯示現(xiàn)象調(diào)試程序直至成功。上電運行時，數(shù)碼管開始顯示00：00：00，時鐘開始走時。u 制作心得：在這次課程設(shè)計的調(diào)試過程中，我遇到很多問題，如：由于跳轉(zhuǎn)指令出錯，導(dǎo)致整個程序在運行時進入死循環(huán)，修改時沒有根據(jù)流程盲目查找原因浪費許多時間，又由于考慮不周，時鐘顯示29：89。該電路缺少整點報時及鬧鐘功能，由于能力和時間問題只能到此為止，很是遺憾，但在查找資料的過程中學(xué)到了許多，同時在協(xié)作過程中增進同學(xué)間的友誼。參考文獻（References）：1 于海生微型計算機控制技術(shù)M 清華大學(xué)出版社1999-62 孫涵芳MCS-51系列單片機原理及應(yīng)用M 北京航空航天大學(xué)出版社1996-43 黃正謹綜合電子設(shè)計與實踐M 東南大學(xué)出版社2002-34 楊欣等電子設(shè)計從零開始M 清華大學(xué)出版社2005-105 謝嘉奎電子線路M 高等教育出版社2003-26 夏路易，石宗義電路原理圖與電路設(shè)計教程Protel 99SEM 北京希望電子出版社20027 王毓銀數(shù)字電路邏輯設(shè)計M 高等教育出版社2004-28 邱關(guān)源電路M 高等教育出版社2003-2致 謝首先感謝我的論文指導(dǎo)老師李建華老師，我的論文是在他的悉心指導(dǎo)下完成的。李老師嚴謹細致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣，他循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。其次我要感謝我的班主任李春泉老師，在我求學(xué)