電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)單片機(jī)課程設(shè)計(jì)

1、 洛 陽(yáng) 理 工 學(xué) 院課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書課程名稱 單片機(jī)原理與接口技術(shù) 設(shè)計(jì)課題 電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì) 專 業(yè) 自 動(dòng) 化 班 級(jí) B120436 姓 名 高 潔 2013 年 06 月 21 日 課 程 設(shè) 計(jì) 劃 任 務(wù) 書 電氣工程與自動(dòng)化 系 自動(dòng)化 專業(yè) 學(xué)生姓名 高潔 班級(jí) B120436 學(xué)號(hào) B12043607 課程名稱：?jiǎn)纹瑱C(jī)原理與接口技術(shù) 設(shè)計(jì)題目： 電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求：設(shè)計(jì)（論文）開始日期2013年06月10日 指導(dǎo)教師 張娟梅 董紅政 設(shè)計(jì)（論文）結(jié)束日期2013年06 月21日指導(dǎo)教師 張娟梅 董紅政 2013年06 月 21 日17 / 24文檔

2、可自由編輯打印 電氣工程與自動(dòng)化 系 自動(dòng)化 專業(yè) 學(xué)生姓名 高潔 班級(jí) B120436 學(xué)號(hào) B12043607 課程名稱：?jiǎn)纹瑱C(jī)原理與接口技術(shù) 設(shè)計(jì)題目：電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)篇幅： 圖 紙 0 張 說明書24 頁(yè)指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：摘要數(shù)字電子鐘是一種利用數(shù)字電路來顯示秒、分、時(shí)的計(jì)時(shí)裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，它具有走時(shí)準(zhǔn)確、顯示直觀，無機(jī)械傳動(dòng)裝置等優(yōu)點(diǎn)。隨著現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電子鐘廣泛的應(yīng)用于各個(gè)生活生產(chǎn)領(lǐng)域,如時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播、自動(dòng)起閉路燈、定時(shí)開關(guān)烘箱、通斷動(dòng)力設(shè)備等等。 本次課程設(shè)計(jì)之-電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)，具有最簡(jiǎn)單的計(jì)時(shí)功能及調(diào)整時(shí)間的功能。基于89C51芯片和LED數(shù)

3、碼管為核心，輔以必要的電路，并以C程序設(shè)計(jì)為基礎(chǔ),構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的單片機(jī)數(shù)字電子時(shí)鐘。通過數(shù)碼管能夠準(zhǔn)確顯示時(shí)間，分、秒，并且可以通過按鍵進(jìn)行校時(shí)。關(guān)鍵詞： 89C51芯片，數(shù)字電子時(shí)鐘，校時(shí)ABSTRACTDigital electronic clock is a timing device to display seconds, divided, the use of digital circuit, compared with the traditional mechanical clock, it has the advantages of accurate, intuitive dis

4、play, no mechanical transmission device. With the development of modern digital technology, digital electronic clock is widely used in all areas of production life, such as the time the program automatic control, regular radio, closed automatically lights, timing switches oven, on-off power equipmen

5、t etc.The curriculum design of electronic clock, design, have the function of timing and time to adjust the most simple function. Based on the 89C51 chip and the LED digital tube as the core, supplemented by the necessary circuit, and in the C program design as the basis, form a simple singlechip di

6、gital electronic clock. Able to accurately display the time through the digital tube, minutes and seconds, and can be carried out through the key school.Key words: 89C51 chip， digital electronic， clock timing目錄摘要IABSTRACTII目錄III第1章 前言11.1 課題背景11.2 課題意義1第2章 單片機(jī)及數(shù)碼管簡(jiǎn)介22.1 89C51單片機(jī)介紹22.1.1 AT89C51的結(jié)構(gòu)組成

7、22.1.2 AT89C51的引腳介紹32.1.3 單片機(jī)型號(hào)的選擇42.2數(shù)碼管顯示工作原理4第3章 設(shè)計(jì)方案53.1硬件電路的設(shè)計(jì)方案53.2硬件電路說明53.2.1 時(shí)鐘電路53.2.2 復(fù)位電路53.2.3 鍵盤電路63.2.4 顯示電路63.2.5 蜂鳴器電路73.3硬件電路的原理圖7第4章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)94.1 程序流程圖94.2 程序設(shè)計(jì)11總結(jié)16致謝17參考文獻(xiàn)18第1章 前言1.1 課題背景單片機(jī)自1976年由Intel公司推出MCS-48開始，迄今已有二十多年了。由于單片機(jī)集成度高、功能強(qiáng)、可靠性高、體積小、功耗低、使用方便、價(jià)格低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)滲入到人們

8、工作和生活的方方面面，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域已從面向工業(yè)控制、通訊、交通、智能儀表等迅速發(fā)展到家用消費(fèi)產(chǎn)品、辦公自動(dòng)化、汽車電子、PC機(jī)外圍以及網(wǎng)絡(luò)通訊等廣大領(lǐng)域。單片機(jī)有兩種基本結(jié)構(gòu)：一種是在通用微型計(jì)算機(jī)中廣泛采用的，程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器共用一個(gè)存儲(chǔ)器空間的結(jié)構(gòu)，稱為“馮·諾依曼”（Von Neumann）結(jié)構(gòu)。另一種是將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器截然分開，分別尋址的結(jié)構(gòu)，稱為“哈佛”（Harvard）結(jié)構(gòu)，目前的單片機(jī)采用此種結(jié)構(gòu)為多。本文討論的單片機(jī)多功能時(shí)鐘系統(tǒng)的核心是目前應(yīng)用極為廣泛的51系列單片機(jī)，配置了外圍設(shè)備，構(gòu)成了一個(gè)可編程的計(jì)時(shí)定時(shí)系統(tǒng)，具有體積小，可靠性高，功能多等特

9、點(diǎn)。不僅能滿足所需要求而且還有很多功能可供擴(kuò)展，有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。1.2 課題意義在日常生活和工作中，我們常常用到定時(shí)控制，如擴(kuò)印過程中的曝光定時(shí)等。早期常用的一些時(shí)間控制單元都使用模擬電路設(shè)計(jì)制作的，其定時(shí)準(zhǔn)確性和重復(fù)精度都不是很理想，現(xiàn)在基本上都是基于數(shù)字技術(shù)的新一代產(chǎn)品，隨著單片機(jī)性價(jià)比的不斷提高，新一代產(chǎn)品的應(yīng)用也越來越廣泛。大則可以構(gòu)成復(fù)雜的工業(yè)過程控制系統(tǒng)，完成復(fù)雜的控制功能；小則可以用于家電控制，甚至可以用于兒童電子玩具。它功能強(qiáng)大、體積小、質(zhì)量輕、靈活好用，配以適當(dāng)?shù)慕涌谛酒梢詷?gòu)成各種各樣、功能各異的微電子產(chǎn)品。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，家用電器和辦公電子設(shè)備逐漸增多，不同

10、的設(shè)備都有自己的控制器，使用起來很不方便。這些具有人們所需要的智能化特性的產(chǎn)品減輕了人的勞動(dòng)，擴(kuò)大了數(shù)字化的范圍，為家庭數(shù)字化提供了可能。具有十分重要的意義。第2章 單片機(jī)及數(shù)碼管簡(jiǎn)介2.1 89C51單片機(jī)介紹2.1.1 AT89C51的結(jié)構(gòu)組成AT89C51是單片機(jī)中的典型產(chǎn)品，AT89C51單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，如圖2-1所示。圖2-1單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 現(xiàn)分別加以說明：1、中央處理器中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器

11、，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。2、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)  AT89C51內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的RAM只有128個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。3、程序存儲(chǔ)器(ROM)AT89C51共有4KB掩膜ROM，最大可擴(kuò)展64K字節(jié)，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。4、定時(shí)/計(jì)數(shù)器：AT89C51有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，

12、以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。5、并行輸入輸出(I/O)口：AT89C51共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。6、中斷系統(tǒng)AT89C51具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。2.1.2 AT89C51的引腳介紹AT89C51單片機(jī)內(nèi)部總線是單總線結(jié)構(gòu),即數(shù)據(jù)總線和地址總線是公用的. AT89C51有40條引腳, 這40條引腳可分為I/O接口線、電源線、控制線、外接晶體線4部分。 AT89C51單片機(jī)為雙列直插式封裝結(jié)構(gòu), 如圖2-2所示。圖2-2 AT89C51引腳

13、分配圖AT89C51單片機(jī)的電源線有以下兩種：（1）VCC：+5V電源線。 （2）GND：接地線。AT89C51單片機(jī)的外接晶體引腳有以下兩種: （1）XTAL1：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸入端和內(nèi)部時(shí)鐘工作的輸入端。采用內(nèi)部振蕩器時(shí)，它接外部石英晶體和微調(diào)電容的一個(gè)引腳。（2）XTAL2：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端，接外部石英晶體和微調(diào)電容的另一端。采用外部振蕩器時(shí)，該引腳懸空。外接晶體引腳。AT89C51單片機(jī)的控制線有以下幾種：（1）RST：復(fù)位輸入端，高電平有效。（2）ALE/PROG：地址鎖存允許/編程線。（3）PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的讀選通線。（4）EA/Vpp：片外ROM允許訪

14、問端/編程電源端。 2.1.3 單片機(jī)型號(hào)的選擇 通過對(duì)多種單片機(jī)性能的分析，最終認(rèn)為89C51是最理想的電子時(shí)鐘開發(fā)芯片。89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的89C51是一種高效微控制器，而且它與MCS-51兼容，且具有4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器和1000寫/擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時(shí)間為10年等特點(diǎn)，是最好的選擇。2.2數(shù)碼管顯示工作原理LED數(shù)碼管分共陽(yáng)極與共陰極兩種，其工作特點(diǎn)是，當(dāng)

15、筆段電極接低電平，公共陽(yáng)極接高電平時(shí)，相應(yīng)筆段可以發(fā)光。共陰極LED數(shù)碼管則與之相反，它是將發(fā)光二極管的陰極(負(fù)極)短接后作為反映出半導(dǎo)體材料的特性。常見管芯材料有磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)、磷砷化鎵(GaAsP)、氮化鎵(GaN)等，其中氮化鎵可發(fā)藍(lán)光。發(fā)光顏色不僅與管芯材料有關(guān)，還與所摻雜質(zhì)有關(guān)，因此用同一種管芯材料可以制成發(fā)出紅、橙、黃、綠等不同顏色的數(shù)碼管。其他顏色LED數(shù)碼管的光譜曲線形狀與之相似，僅入，值不同、LED數(shù)碼管等效于多只具有發(fā)光性能的PN結(jié)。當(dāng)PN結(jié)導(dǎo)通時(shí)，依靠少數(shù)載流子的注人及隨后的復(fù)合而輻射發(fā)光，其伏安特性與普通二極管相似。在正向?qū)ㄖ?，正向電流近似于?/p>

16、，筆段不發(fā)光。當(dāng)電壓超過開啟電壓時(shí)，電流就急劇上升，筆段發(fā)光。因此，LED數(shù)碼管屬于電流控制型器件，其發(fā)光亮度L(單位是cdm2)與正向電流IF有關(guān)，用公式表示：L=KIF即亮度與正向電流成正比。LED的正向電壓U，則與正向電流以及管芯材料有關(guān)。使用LED數(shù)碼管時(shí)，工作電流一般選10mA左右段，既保證亮度適中，又不會(huì)損壞器件。 第3章 設(shè)計(jì)方案3.1硬件電路的設(shè)計(jì)方案根據(jù)設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)思路，硬件電路有兩部分組成，即單片機(jī)按鍵電路，LED顯示器電路。圖3-1為硬件電路設(shè)計(jì)框圖。 圖3-1實(shí)驗(yàn)板結(jié)構(gòu)框圖3.2硬件電路說明3.2.1 時(shí)鐘電路實(shí)驗(yàn)板的時(shí)鐘振蕩源電路如圖3-2所示。其中JT 為11.0

17、592MHz 的晶振，改變兩電容CB的值即可對(duì)此晶振頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)。該電路提供單片機(jī)工作所需的振蕩頻率，計(jì)算定時(shí)器初值即需此晶振頻率，在通信時(shí)也需知道晶振頻率，以對(duì)波特率進(jìn)行計(jì)算。圖3-2時(shí)鐘電路3.2.2 復(fù)位電路當(dāng)MCS-5l系列單片機(jī)的復(fù)位引腳RST(全稱RESET)出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開關(guān)復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。上電后，保持RST一段高電平時(shí)間。圖3-3復(fù)位電路3.2.3 鍵盤電路如圖3-4所示為陣列按鍵電路，在該模塊中，

18、采用四個(gè)按鍵作為電子時(shí)鐘的控制輸入，通過按鍵來實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘的時(shí)間設(shè)置、定時(shí)、秒表功能。電路中將四個(gè)按鍵的一端接公共地，而單片機(jī)的P2口默認(rèn)為高電平，一旦按鍵被按下，則該按鍵對(duì)應(yīng)的額管腳被拉低，通過軟件掃描按鍵即可知道用戶所要實(shí)現(xiàn)的功能，調(diào)用相應(yīng)的按鍵子程序來完成該操作。按鍵的去抖動(dòng)由軟件來實(shí)現(xiàn)。圖3-4按鍵電路3.2.4 顯示電路時(shí)間顯示部分的電路也很簡(jiǎn)單，由二個(gè)兩位的共陽(yáng)8段數(shù)碼管、四盞Led燈。在顯示過程中，單片機(jī)將要顯示的數(shù)字傳遞給4511芯片，同時(shí)通過位選選通要顯示的數(shù)碼管。4511芯片實(shí)現(xiàn)將BCD碼數(shù)字轉(zhuǎn)換為七段數(shù)碼管段選碼通過其輸出端輸出，同時(shí)提供約500mA的電流驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管點(diǎn)亮。如圖

19、3-5所示：圖3-5數(shù)碼顯示電路3.2.5 蜂鳴器電路其硬件原理圖如圖3-6所示。此電路用于定時(shí)時(shí)發(fā)出提示音。SPEAKER與P3.2口相連，當(dāng)SPEAKER輸出高電平時(shí)蜂鳴器不響，而SPEAKER輸出低電平時(shí)蜂鳴器發(fā)出響聲。只需控制SPEAKER輸出高低電平的時(shí)間和變化頻率，就可以讓蜂鳴器發(fā)出不同的聲音。此電路用于產(chǎn)生定時(shí)器提示音。圖3-6蜂鳴器電路3.3硬件電路的原理圖設(shè)計(jì)原理圖如3-7所示： 圖3-7總體設(shè)計(jì)原理圖本設(shè)計(jì)電路，硬件部分共由五個(gè)模塊組成：按鍵模塊、復(fù)位電路模塊、晶振電路模塊、發(fā)聲指示模塊、時(shí)間顯示模塊。晶振電路模塊負(fù)責(zé)給單片機(jī)提供時(shí)鐘周期。復(fù)位單路模塊負(fù)責(zé)上電后自動(dòng)復(fù)位，或

20、按鍵后強(qiáng)制復(fù)位。上電后，由單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器計(jì)時(shí)，同時(shí)通過動(dòng)態(tài)顯示函數(shù)自動(dòng)將時(shí)分秒顯示到數(shù)碼管上。與此同時(shí)，按鍵掃描函數(shù)，一直掃描按鍵引腳狀態(tài)，一旦掃描到按鍵被按下，即進(jìn)入相應(yīng)的功能函數(shù)。如果檢測(cè)到定時(shí)時(shí)間到，則驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲提示。第4章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1 程序流程圖系統(tǒng)的流程圖如圖4-1和圖4-2所示：圖4-1 主程序流程圖圖4-2 中斷處理流程圖4.2 程序設(shè)計(jì)#include<reg51.h>#define uint unsigned intint i,j,k,m,n,a,b,c,l,x,y,th;uint code tab=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x

21、99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,; void delay(uint k) /延時(shí)程序 for(i=0;i<k;i+)for(j=0;j<121;j+);/數(shù)碼管穩(wěn)定顯示子函數(shù)void show(uint k)for(l=0;l<k;l+) P2=0xf7; P0=tabm; delay(4); P2=0xfb; P0=tabn; delay(4); P2=0xfd; P0=tabb-0x80; delay(4); P2=0xfe;P0=taba; delay(4);/蜂鳴器發(fā)聲每分鐘報(bào)時(shí)void spker(int x)for(y=0;y<x;y

22、+) P3_0=0; show(5);P3_0=1;show(5);P3_0=0;show(20);P3_0=1; /數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)更新子函數(shù)void time() for(a=0;a<6;a+) if(a=6)a=0;th+; for(b=0;b<10;b+) if(b=10)b=0; for(n=0;n<6;n+) if(n=6)n=0;for(m=0;m<10;)if(m=10)m=0;show(1); spker(b); /定時(shí)器0中斷服務(wù)函數(shù)/生成秒脈沖，更新秒顯示void rupt(void) interrupt 1 TH0=(65536-50000)/25

23、6;TL0=(65536-50000)%256;c+;if(c=20)c=0;m+;P1_7=!P1_7; /外部中斷0服務(wù)函數(shù)/按下按鍵時(shí)間停止，再按下按鍵時(shí)間繼續(xù)void stop(void) interrupt 0while(P3_2=0)show(1); while(P3_3) P1=0xfe; show(1); 、if(P3_4=0) while(P3_4=0)show(1);b+; if(m=10)m=0;n+;if(n=6)n=0;b+;if(b=10)b=0;a+;if(a=6) a=0;if(P3_5=0)while(P3_5=0)show(1);b-;if(m=-1)m=9

24、;n-;if(n=-1)n=5;b-;if(b=-1)b=9;a-;if(a=-1) a=5; if(P3_2=0) while(P3_2=0)show(1);while(P3_3)P1=0xfd;show(1);if(P3_4=0)while(P3_4=0)show(1);m+;if(m=10)m=0;n+;if(n=6)n=0;b+;if(b=10)b=0;a+;if(a=6) a=0;if(P3_5=0)while(P3_5=0)show(1);m-;if(m=-1)m=9;n-;if(n=-1)n=5;b-;if(b=-1)b=9;a-;if(a=-1) a=5; P1=0xff; /主函數(shù)：void main()P2=0xf0;P0=0xc0;TMOD=0x01; TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;TR0=1;ET0=1;IT0=1;EA=1;EX0=1;while(1)time(); 總結(jié)通過本次設(shè)計(jì)，讓我很好的鍛煉了理論聯(lián)系實(shí)際，與具體項(xiàng)目、課題相結(jié)合開發(fā)、設(shè)計(jì)產(chǎn)品的能力。既讓我們懂得了怎樣把理論應(yīng)用于實(shí)際，又讓我們懂得了在實(shí)踐中遇到的問題怎樣用理論去解決。在設(shè)計(jì)過程中，總是遇到這樣或那樣的問