電子時鐘課程設計2

1、 課程設計任務書 題目 電 子 時 鐘 課 程 設 計 專業(yè)、班級 09電氣工程及其自動化班 學號 0902120143 姓名 主要內容、基本要求、主要參考資料等：完 成 期 限： 指導教師簽名： 課程負責人簽名： 年 月 日 課程設計說明書題目： 電 子 時 鐘 課 程 設 計 姓 名： 院 （系）： 機電工程學院 專業(yè)班級： 09電氣工程班 學 號： 0902120143 指導教師： 成 績： 時間： 2011 年 月 日至 2011 年 12 月 日引 言 單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：c

2、pu、內存、內部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設備。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡、復雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。單片機也被稱為微控制器(microcontroller)，由芯片內僅有cpu的專用處理器發(fā)展而來。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和cpu集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復雜的而對體積要求嚴格的控制設備當中。單片機是70年代中期發(fā)展起來的一種大規(guī)模集成電路芯片，是cpu、ram、rom、i/o接口和中斷系統(tǒng)集成于同一硅片的器件。單片機用于控制有利于實現(xiàn)系統(tǒng)控制的最小化和單片化，簡化一些

3、專用接口電路，如編程計數(shù)器、鎖相環(huán)（pll）、模擬開關、a/d和d/a變換器、電壓比較器等組成的專用控制處理功能的單板式微系統(tǒng)。 單片機在智能儀表、實時控制、機電一體化、辦公機械、家用電器等方面都有相當?shù)膽妙I域。當前，8位單片機主要用于工業(yè)控制，如溫度、壓力、流量、計量和機械加工的測量和控制場合；高效能的16位單片機（如mcs-96、mk-68200）可用在更復雜的計算機網(wǎng)絡?？梢哉f，微機測控技術的應用已滲透到國民經(jīng)濟的各個部門，微機測控技術的應用是產(chǎn)品提高檔次和推陳出新的有效途徑。縱觀單片機的發(fā)展過程，可以預示單片機的發(fā)展趨勢，大致有：1低功耗cmos化mcs-51系列的80c51推出時的

4、功耗達120mw，而現(xiàn)在的單片機普遍都在100mw左右，隨著對單片機功耗要求越來越低，現(xiàn)在的各個單片機制造商基本都采用了cmos(互補金屬氧化物半導體工藝)。cmos雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而chmos則具備了高速和低功耗的特點，更適合于在要求低功耗像電池供電的應用場合。所以這種工藝將是今后一段時期單片機發(fā)展的主要途徑。2微型單片化常規(guī)的單片機普遍都是將中央處理器(cpu)、隨機存取數(shù)據(jù)存儲(ram)、只讀程序存儲器(rom)、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強型的單片機集成了如a/d轉換器、pmw(脈寬調制電路)、wdt(

5、看門狗)、有些單片機將lcd(液晶)驅動電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機包含的單元電路就更多，功能就越強大。甚至單片機廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機芯片。3主流與多品種共存現(xiàn)在雖然單片機的品種繁多，各具特色，但仍以mcs-51為核心的單片機占主流，兼容其結構和指令系統(tǒng)的有philips公司的產(chǎn)品，atmel公司的產(chǎn)品和中國臺灣的winbond系列單片機。以8031為核心的單片機占據(jù)了半壁江山，在一定的時期內，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個單片機一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補，相輔相成、共同發(fā)展的道路。目 錄一、前言 3 1 設計要求2 摘要 二、電子時鐘

6、的設計 42.1電子時鐘簡介 4 2.2電子時鐘的基本特點52.3電子時鐘的應用52.4電子時鐘的工作原理5三、單片機芯片介紹63.1 at89c52簡介6 3.1.1 at89c52引腳圖 6 3.1.2 at89c51概述 6 3.1.3部分端口說明 7 3.2 at89s373簡介 8 3.2.1 at89s373引腳圖 83.2.2 at89s373概述8四、硬件電路說明9 4.1硬件電路設計方案9 4.2硬件電路各部分介紹9 4.2.1單片機復位電路9 4.2.2單片機晶振電路 94.2.3按鍵模塊94.2.4時間顯示模塊10五、程序設計10 5.1電路原理圖10 5.2程序10結束

7、語12參考文獻 12附錄12一、前 言1.1設計要求用89c51系列單片機設計簡易電子時鐘，能顯示時分秒，并能對時間校對。1.2摘 要時間與我們每一個人都有非常密切的關系，每個人都受到時間的影響。為了更好的利用我們自己的時間，我們必須對時間有一個度量，因此產(chǎn)生了鐘表。鐘表的發(fā)展是非常迅速的，從剛開始的機械式鐘表到現(xiàn)在普遍用到的數(shù)字式鐘表.即使現(xiàn)在鐘表千奇百怪，但是它們都只是完成一種功能計時功能，只是工作原理不同。在當代繁忙的工作與生活中，時間與我們每個人息息相關.在一個單片機應用系統(tǒng)中，時鐘有兩個方面的含義：一是指為保障系統(tǒng)正常工作的基礎振蕩定時信號，主要由晶振和外圍電路組成，晶振頻率的大小決

8、定了單片機系統(tǒng)工作的快慢；二是指系統(tǒng)的標準定時時鐘，即定時時間，它通常有兩中實現(xiàn)方法：一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；二是用軟件實現(xiàn)，即用單片機內部的可編程定時計數(shù)器來實現(xiàn)的，對時間精度要求不高。本文主要介紹用單片機內部的定時計數(shù)器來實現(xiàn)電子時鐘顯示的方法，設計由單片機at89c52芯片和四位一體數(shù)碼管（led）為核心，加上必要的電路，構成一個簡易的電子時鐘。單片機又稱單片微控制器，它自20世紀70年代問世以來，就以其極高的性能價格比，倍受人們的重視和關注，應用廣泛、發(fā)展迅速。因為單片機具有體積小、重量輕、功耗低、控制功能強、抗干擾能力強、擴展靈活、價

9、格低廉、可靠性高、使用方便等優(yōu)點，所以得到了廣泛的應用，在我國，最早使用單片機是在1982年，如今單片機已被應用于家用電器、辦公自動化、航空航天、智能儀表、工業(yè)測控、電子產(chǎn)品、機電一體化、醫(yī)用設備、專用設備的智能化管理以及過程控制等幾乎各個領域，電子時鐘就是其典型的代表。通過這次簡易的電子時鐘設計，進一步掌握了如何利用接口電路進行硬件系統(tǒng)的設計，如何進行軟件的設計，同時增強了學習興趣及動手能力。在報告中，詳細地記述了整個設計過程的各個環(huán)節(jié)，其中的不足歡迎老師指出或給予更好的建議?！娟P鍵詞】單片機 電子時鐘 控制二、 電子時鐘的設計2.1電子時鐘簡介 電子鐘是一種利用數(shù)字電路來顯示秒、分、時的計

10、時裝置，與傳統(tǒng)的機械鐘相比，它具有走時準確、顯示直觀、無機械傳動裝置等優(yōu)點，因而得到廣泛應用。隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場合都用到電子時鐘。2.2電子時鐘的基本特點 現(xiàn)在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、石英鐘、石英表都采用了石英技術，因此走時精度高，穩(wěn)定性好，使用方便，不需要經(jīng)常調試，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。2.3電子時鐘的應用led數(shù)字電子鐘除了在城市的主要營業(yè)場所、車站、碼頭等公共場所使用，還可

11、以改裝在摩托車和汽車上，led顯示，帶藍色背光，白天在太陽光下也能非常清楚的看到顯示時間，因led的顯示耗電量很省的，所以一直工作也不必擔心耗電問題。在騎摩托車時，為了看時間，先要停下車子，取出手機，才能看時間，是否有點麻煩，現(xiàn)在車上改裝了一個藍色背光的液晶電子鐘后，不管白天黑夜色，隨時可以看時間，非常方便。2.4電子時鐘的工作原理一般電子鐘是一個將“ 時”，“分”，“秒”顯示于人的視覺器官的計時裝置。它的計時周期為24小時，顯示滿刻度為23時59分59秒，另外應有校時功能和報時功能。因此，一個基本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時”，“分”，“秒”計數(shù)器、校時電路、報時電路和振蕩器組成。主電

12、路系統(tǒng)由秒信號發(fā)生器、“時、分、秒”計數(shù)器、譯碼器及顯示器、校時電路、整點報時電路組成。秒信號產(chǎn)生器是整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定計時系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體振蕩器加分頻器來實現(xiàn)。將標準秒信號送入“秒計數(shù)器”，“秒計數(shù)器”采用60進制計數(shù)器，每累計60秒發(fā)出一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分計數(shù)器”的時鐘脈沖?！胺钟嫈?shù)器”也采用60進制計數(shù)器，每累計60分鐘，發(fā)出一個“時脈沖”信號，該信號將被送到“時計數(shù)器”。“時計數(shù)器”采用24進制計時器，可實現(xiàn)對一天24小時的累計。譯碼顯示電路將“時”、“分”、“秒”計數(shù)器的輸出狀態(tài)用七段顯示譯碼器譯碼，通過七段顯示器顯示出來。整點報時電路時根據(jù)計時

13、系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一脈沖信號，然后去觸發(fā)一音頻發(fā)生器實現(xiàn)報時。校時電路時用來對“時”、“分”、“秒”顯示數(shù)字進行校對調整。而該電子時鐘由89c52，ls373，八段數(shù)碼管等構成，采用晶振電路作為驅動電路，由延時程序和循環(huán)程序產(chǎn)生的一秒定時，達到時分秒的計時，六十秒為一分鐘，六十分鐘為一小時，滿二十四小時為一天。圖中ret為復位按鍵，kt和k1同時按為調整小時，kt和k2同時按為調整分鐘，kt和k2同時按為調整秒。三、單片機芯片介紹3.1 at89c52簡介3.1.1 at89c52引腳圖與封裝圖pdip封裝的at89c52引腳圖at89c52 pdip封裝芯片參考資料：3.1.2 at89c5

14、2概述at89c52為8 位通用微處理器，采用工業(yè)標準的c51內核，在內部功能及管腳排布上與通用的8xc52 相同，其主要用于會聚調整時的功能控制。功能包括對會聚主ic 內部寄存器、數(shù)據(jù)ram及外部接口等功能部件的初始化，會聚調整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號ir的接收解碼及與主板cpu通信等。主要管腳有：xtal1（19 腳）和xtal2（18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12mhz 晶振。rst/vpd（9 腳）為復位輸入端口，外接電阻電容組成的復位電路。vcc（40 腳）和vss（20 腳）為供電端口，分別接+5v電源的正負端。p0p3 為可編程通用i/o 腳，其功能用途由軟件定義

15、，在本設計中，p0 端口（3239 腳）被定義為n1 功能控制端口，分別與n1的相應功能管腳相連接，13 腳定義為ir輸入端，10 腳和11腳定義為i2c總線控制端口，分別連接n1的sdas（18腳）和scls（19腳）端口，12 腳、27 腳及28 腳定義為握手信號功能端口，連接主板cpu 的相應功能端，用于當前制式的檢測及會聚調整狀態(tài)進入的控制功能。3.1.3 at89c52部分端口介紹 p0 口p0 口是一組8 位漏極開路型雙向i/o 口， 也即地址/數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的 方式驅動8 個ttl邏輯門電路，對端口p0 寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。 在訪問外

16、部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8 位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。 在flash 編程時，p0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。 p1 口p1 是一個帶內部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p1 的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4 個ttl 邏輯 門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內部存在上拉 電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(iil)。 與at89c51 不同之處是，p1.0 和p1.1 還可分別作為定時/計數(shù)器2 的外部計數(shù)輸入（p1.0

17、/t2）和輸入（p1.1/t2ex）。p2 口p2 是一個帶有內部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p2 的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4 個ttl 邏輯 門電路。對端口p2 寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電(iil)。 在訪問外部程序存儲器或16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行movx dptr 指令）時，p2 口送出高8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行movx ri 指令）時，p2口輸出p2 鎖存器的內容。 flash 編程或校驗時，p2亦接收高位地址和一些控

18、制信號。 p3 口p3 口是一組帶有內部上拉電阻的8 位雙向i/o口。p3 口輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流4ttl邏輯門電路。對p3口寫入“1”時，它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的p3口將用上拉電阻輸出電流（iil）。 p3 口除了作為一般的i/o口線外，更重要的用途是它的第二功能。p3 口還接收一些用于flash 閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。 rst復位輸入。當振蕩器工作時，rst引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。xtal1振蕩器反相放大器的及內部時鐘發(fā)生器的輸入端。 xtal2振蕩器反相放大器的輸出端。3.2 74ls373簡介 3.2.1

19、 74ls373引腳圖與封裝圖128x159 6k jpg .鎖存器-74ls373-電子電路圖.74ls373芯片封裝圖3.2.2 74ls373概述74ls373為三態(tài)輸出的八 d 透明鎖存器,共有 54s373 和 74ls373 兩種線路 結構型式，其主要電器特性的典型值如下(不同廠家具體值有差別): 型號 tpd pd 54s373/74s373 7ns 525mw 引腳圖54ls373/74ls373 17ns 120mw 74ls373 的輸出端 o0o7 可直接與總線相連。 當三態(tài)允許控制端 oe 為低電平時，o0o7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅動負載或總線。當 oe 為高電平時

20、，o0o7 呈高阻態(tài)，即不驅動總線，也不為總線的負載，但鎖存器內部的邏輯操作不受影響。 當鎖存允許端 le 為高電平時，o 隨數(shù)據(jù) d 而變。當 le 為低電平時，o 被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。當 le 端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善 400mv。 引出端符號： d0d7 數(shù)據(jù)輸入端 oe 三態(tài)允許控制端（低電平有效） le 鎖存允許端 o0o7 輸出端四、硬件電路說明4.1硬件電路的設計方案 根據(jù)設計要求和設計思路，硬件部分共由四個模塊組成：按鍵模塊、復位電路模塊、晶振電路模塊、時間顯示模塊。晶振電路模塊負責給單片機提供時鐘周期。復位單路模塊負責上電后自動復位，或

21、按鍵后強制復位。上電后，由單片機內部定時器計時，同時通過動態(tài)顯示函數(shù)自動將時分秒顯示到數(shù)碼管上。 4.2 硬件電路各部分介紹4.2.1單片機的復位電路單片機的復位電路,如圖所示。單片機的復位電路圖當mcs-5l系列單片機的復位引腳rst(全稱reset)出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平時，單片機就執(zhí)行復位操作。如果rst持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)。根據(jù)應用的要求，復位操作通常有兩種基本形式：上電復位和上電或開關復位。上電復位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復位操作。上電后，保持rst一段高電平時間。4.22單片機的晶振電路晶振電路模塊如圖所示 單片機的晶振電路圖石英晶體也連接在晶振引腳的輸入和

22、輸出之間，等效為一個并聯(lián)諧振回路，振蕩頻率應該是石英晶體的并聯(lián)諧振頻率。晶體旁邊的兩個電容接地，實際上就是電容三點式電路的分壓電容, 接地點就是分壓點。以接地點即分壓點為參考點，振蕩引腳的輸入和輸出是反相的，但從并聯(lián)諧振回路即石英晶體兩端來看, 形成一個正反饋以保證電路持續(xù)振蕩。4.2.3按鍵模塊按鍵模塊如圖所示。在該模塊中，采用四個按鍵作為電子時鐘的控制輸入，通過按鍵來實現(xiàn)時鐘的時間設置、定時、秒表功能。電路中將四個按鍵的一端接公共地，而單片機的p1口默認為高電平，一旦按鍵被按下，則該按鍵對應的額管腳被拉低，通過軟件掃描按鍵即可知道用戶所要實現(xiàn)的功能，調用相應的按鍵子程序來完成該操作。按鍵的

23、去抖動由軟件來實現(xiàn)。4.2.4時間顯示模塊時間顯示模塊如圖所示。液晶顯示電路圖時間顯示部分的電路也很簡單，由一個八位的8段數(shù)碼管，加上一個74ls373譯碼驅動電路組成。在顯示過程中，單片機將要顯示的數(shù)字傳遞給373芯片，同時通過位選選通要顯示的數(shù)碼管。373芯片實現(xiàn)將bcd碼數(shù)字轉換為七段數(shù)碼管段選碼通過其輸出端輸出，同時提供約500ma的電流驅動數(shù)碼管點亮。五、程序設計5.1電路原理圖：5.2硬件電路設計框圖74ls37389c52led顯示電路電路5.3流程圖是 中斷返回中斷入口保護現(xiàn)場恢復現(xiàn)場秒值加1小時值清0秒值清0，分鐘加1分值清0，小時加1設置下次10000次計數(shù)值10000次計

24、數(shù)值減1到24小時到60分鐘到60秒計數(shù)值為0顯示數(shù)據(jù)送緩沖轉換成顯示數(shù)據(jù)調用顯示子程序轉換成顯示數(shù)據(jù)顯示數(shù)據(jù)送緩沖讀取分鐘值顯示數(shù)據(jù)送緩沖讀取秒值開始置定時器模式及工作方式啟動定時器設置初始常數(shù)讀取小時值轉換成顯示數(shù)據(jù)否否否否 5.4程序： ledbuf equ 30h hour equ 40h minute equ 41h second equ 42h c100us equ 43h hourk bit p1.0 minutek bit p1.1 secondk bit p1.2 star bit p1.3 tick equ 10000 t100us equ 256-100 org 0000

25、h ljmp start org 3h ljmp wt org 000bh ljmp toint org 0100htoint: push psw push acc mov a, c100us+1 jnz goon dec c100usgoon: dec c100us+1 mov a, c100us orl a, c100us+1 jnz exit mov c100us, #high(tick) mov c100us+1, #low(tick) inc second mov a, second cjne a, #60, exit mov second, #0 inc minute mov a,

26、 minute cjne a, #60, exit mov minute, #0 inc hour mov a, hour cjne a, #24, exit mov hour, #0 exit: pop acc pop psw retidelay: djnz r6, delay retledmap: db 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,40h displayled: mov r0, #ledbuf mov r1,#8 mov r2, #10111111b loop: mov a,#0h mov p0,a mov a, r0 mov p0,a

27、mov a, r2 mov p2,a mov r6, #02h call delay mov a, r2 rr a mov r2, a inc r0 djnz r1, loop rettoled: mov dptr, #ledmap movc a, a+dptr retstart: mov hour, #12 mov minute, #0 mov second, #0 mov a,#0ffh mov p1,a setb star mov tmod, #02h mov th0, #t100us mov tl0, #t100us mov ie, #10000011b mov tcon,#01h m

28、ov c100us, #high(tick) mov c100us+1, #low(tick) setb tr0 mloop: mov a, hour mov b, #10 div ab call toled mov ledbuf+6, a mov a, b call toled mov ledbuf+5, a mov a, minute mov b, #10 div ab call toled mov ledbuf+3, a mov a, b call toled mov ledbuf+2, a mov a , second mov b, #10 div ab call toled mov

29、ledbuf, a mov a, b call toled mov ledbuf+7, a mov a,#10 call toled mov ledbuf+1,a mov a,#10 call toled mov ledbuf+4,a call displayled ljmp mloopwt: push psw push accnk0:jb secondk,nk1 lcall delay jb secondk,nk0 inc second mov a,second cjne a,#60,ns60 mov second,#00hns60: mov a , second mov b, #10 di

30、v ab call toled mov ledbuf, a mov a, b call toled mov ledbuf+7, a lcall displaylednk1:jb minutek,nk2 lcall delay jb minutek,nk1 inc minute mov a,minute cjne a,#60,nm60 mov minute,#00hnm60: mov a, minute mov b, #10 div ab call toled mov ledbuf+3, a mov a, b call toled mov ledbuf+2, a lcall displayled nk2:jb hourk,nk3 lcall delay jb hourk,nk2 inc hour mov a,hour cjne a,#24,nh24 mov hour,#00hnh24: mov a, hour mov b, #10 div ab call toled mov ledbuf+6, a mov a, b call toled mov ledbuf+5, a lcall displaylednk3:jb star,nk0 lcall delay jb star,nk3 pop acc pop psw retid10ms:mov r5,#40dl: m