电子钟的毕业设计.doc
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1、目录第一章 方案论证 1 1.1 电子钟 11.2 电子钟主要功能模块11.2.1 数字时钟模块方案11.2.2 数码管显示模块方案11.3 总体设计21.3.1 计时方案21.3.2 控制方案21.3.3 具体设计及框图2第二章 硬件系统的设计32.1 硬件资源32.1.1 AT89S51芯片 3 2.1.2 74LS47芯片52.1.3 74LS138芯片 72.2 晶振电路 92.3 复位电路 92.4 数码管显示模块设计 102.5 按键模块 11第三章 软件系统设计 133.1 软件系统程序流程 133.1.1 主程序 133.1.2 系统程序流程图 143.2 系统仿真与实验测试
2、163.2.1 系统仿真 163.2.2 实验测试 16小结 17参考文献 18附录 源程序代码19第一章 方案论证1.1电子钟一般电子钟是一个将“时”,“分”,“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时,显示满刻度为23时59分59秒,另外应有校时功能和报时功能。因此,一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、“时”,“分”,“秒”计数器、校时电路、报时电路和振荡器组成。主电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、电路组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号,它直接决定计时系统的精度,一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。将标准秒信号送入“秒计数器”,“
3、秒计数器”采用60进制计数器,每累计60秒发出一个“分脉冲”信号,该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器,每累计60分钟,发出一个“时脉冲”信号,该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制计时器,可实现对一天24小时的累计。译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态用七段显示译码器译码,通过七段显示器显示出来。校时电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整。 该电子时钟由AT89S51,六段数码管等构成,采用晶振电路作为驱动电路,由延时程序和循环程序产生的一秒定时,达到时分秒的计时,六十秒为一分钟,六十分钟为一小时,满二十四小时为一
4、天。而电路中唯一的一个控制键却拥有多种不同的功能,按下又松开,可以实现屏蔽数码管显示的功能,达到省电的目的;直接按下不松开,则可以通过按键实现分钟的累加,每按一次分钟加一;而连续两次按下按键不放松,则可实现小时的调节,同样每按一次小时加一。1.2 电子钟主要功能模块1.2.1 数字时钟模块方案本方案完全用软件实现数字时钟。原理为:在单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。利用定时器与软件结合实现1秒定时中断,每产生一次中断,存储器内相应的秒值加1;若秒值达到60,则将其清零,并将相应的分字节值加1;若分值达到60,则清零分字节,并将时字节值加1;若时值达到24,则将十字节清零。
5、该方案具有硬件电路简单的特点。但由于每次执行程序时,定时器都要重新赋初值,所以该时钟精度不高。而且,由于是软件实现,当单片机不上电,程序不执行时,时钟将不工作。1.2.2 数码管显示模块方案 动态显示。所谓动态显示就是一位一位的轮流点亮各个位,对于显示器的每一位来说,每隔一段时间点亮一次。利用人的视觉暂留功能可以看到整个显示,但必须保证扫描速度足够快,字符才不闪烁。显示器的亮度既与导通电流有关,也于点亮时间与间隔时间的比例有关。调整参数可以实现较高稳定度的显示。动态显示节省了I/O口,降低了能耗。1.3 总体设计1.3.1 计时方案利用AT89S51单片机内部的定时/计数器进行中断时,配合软件
6、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。1.3.2 控制方案AT89S51的P0口和P2口外接由八个LED数码管(LED8LED1)构成的显示器,用P0口作LED的段码输出口,P2口作八个LED数码管的位控输出线,P1口外接四个按键A、B、C构成键盘电路。AT89S51 是一种低功耗,高性能的CMOS 8位微型计算机。它带有8K Flash 可编程和擦除的只读存储器(EPROM),该器件采用ATMEL的高密度非易失性存储器技术制造,与工业上标准
7、的80C51和80C52的指令系统及引脚兼容,片内Flash 集成在一个芯片上,可用与解决复杂的问题,且成本较低。简易电子钟的功能不复杂,采用其现有的I/O便可完成,所以本设计中采用此的设计方案。1.3.3 具体设计分析及框图利用单片机(AT89S51)制作简易电子时钟,由六个LED数码管分别显示小时十位、小时个位、分钟十位、分钟个位、秒钟十位、秒钟个位。结合本设计实验来说,要求显示的时间为时,分,秒,并且都用两位数码管来实现显示。因此,具体设计程序时,应尽可能多用一些子程序与数据暂寄存器单元。本程序设计中,在主程序之外,可以设置时间值处理子程序,时间值显示前的处理子程序,按键情况扫描子程序,
8、1S定时中断子程序以及5ms延时消除按键抖动子程序等多个小型的子程序。另外,可以设置一些数据单元作为数据寄存器。用28H,2AH,2BH和2CH地址单元分别作为显示位数的扫描指针值寄存器,时寄存器,分寄存器和秒寄存器,再用20H地址单片 元作为显示寄存器。 单片 机数码管显示译码器晶振时间调整按图1.1系统框图第二章 硬件系统的设计2.1 硬件资源2.1.1 AT89S51芯片AT89S51是一个低功耗,高性能CMOS 8位单片机,片内含4k Bytes ISP(In-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
9、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AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51具有如下特点:40个引脚,4k Bytes Flash片内程序存储器,128 bytes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)电路,片内时钟振荡器。 此外,AT89S51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,CP
10、U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。选用的AT89S51与同系列的AT89C51在功能上有明显的提高,最突出是的可以实现在线的编程。用于实现系统的总的控制。其主要功能列举如下:1、为一般控制应用的 8 位单片机2、晶片内部具有时钟振荡器(传统最高工作频率可至 33MHz)3、内部程式存储器(ROM)为 4KB4、内部数据存储器(RAM)为 128B5、外部程序存储器可扩充至 64KB6、外部数据存储器可扩充至
11、 64KB7、32 条双向输入输出线,且每条均可以单独做 I/O 的控制8、5 个中断向量源9、2 组独立的 16 位定时器10、1 个全双工串行通信端口11、8751 及 8752 单芯片具有数据保密的功能12、单芯片提供位逻辑运算指令AT89S51各引脚功能介绍:VCC:ATAT89S51 电源正端输入,接+5V。VSS:电源地端。XTAL1:单芯片系统时钟的反向放大器输入端。XTAL2:系统时钟的反向放大器输出端,一般在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了,此外可以在两个引脚与地之间加入一个 20PF 的小电容,可以使系统更稳定,避免噪声干扰而
12、死机。RESET:AT89S51的重置引脚,高电平动作,当要对晶片重置时,只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间,AT89S51便能完成系统重置的各项动作,使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态,并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序。EA/Vpp:EA为英文External Access的缩写,表示存取外部程序代码之意,低电平动作,也就是说当此引脚接低电平后,系统会取用外部的程序代码(存于外部EPROM中)来执行程序。因此在8031及8032中,EA引脚必须接低电平,因为其内部无程序存储器空间。如果是使用 8751 内部程序空间时,此引脚要接成高电平。此外,
13、在将程序代码烧录至8751内部EPROM时,可以利用此引脚来输入21V的烧录高压(Vpp)。图2.1 AT89S51引脚图ALE/PROG:ALE是英文Address Latch Enable的缩写,表示地址锁存器启用信号。ATAT89S51可以利用这支引脚来触发外部的8位锁存器(如74LS373),将端口0的地址总线(A0A7)锁进锁存器中,因为ATAT89S51是以多工的方式送出地址及数据。平时在程序执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6,因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。此外在烧录8751程序代码时,此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使用。PSEN:此为Program
14、Store Enable的缩写,其意为程序储存启用,当8051被设成为读取外部程序代码工作模式时(EA=0),会送出此信号以便取得程序代码,通常这支脚是接到EPROM的OE脚。ATAT89S51可以利用PSEN及RD引脚分别启用存在外部的RAM与EPROM,使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64K的定址范围。PORT0(P0.0P0.7):端口0是一个8位宽的开路电极(Open Drain)双向输出入端口,共有8个位,P0.0表示位0,P0.1表示位1,依此类推。其他三个I/O端口(P1、P2、P3)则不具有此电路组态,而是内部有一提升电路,P0在当作I/O用时可以推动8个LS的T
15、TL负载。如果当EA引脚为低电平时(即取用外部程序代码或数据存储器),P0就以多工方式提供地址总线(A0A7)及数据总线(D0D7)。设计者必须外加一个锁存器将端口0送出的地址锁住成为A0A7,再配合端口2所送出的A8A15合成一组完整的16位地址总线,而定位地址到64K的外部存储器空间。PORT2(P2.0P2.7):端口2是具有内部提升电路的双向I/O端口,每一个引脚可以推动4个LS的TTL负载,若将端口2的输出设为高电平时,此端口便能当成输入端口来使用。P2除了当作一般I/O端口使用外,若是在ATAT89S51扩充外接程序存储器或数据存储器时,也提供地址总线的高字节A8A15,这个时候P
16、2便不能当作I/O来使用了。PORT1(P1.0P1.7):端口1也是具有内部提升电路的双向I/O端口,其输出缓冲器可以推动4个LS TTL负载,同样地,若将端口1的输出设为高电平,便是由此端口来输入数据。如果是使用8052或是8032的话,P1.0又当作定时器2的外部脉冲输入脚,而P1.1可以有T2EX功能,可以做外部中断输入的触发引脚。PORT3(P3.0P3.7):端口3也具有内部提升电路的双向I/O端口,其输出缓冲器可以推动4个TTL负载,同时还多工具有其他的额外特殊功能,包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。其引脚分配如下:P3.0:RX
17、D,串行通信输入。P3.1:TXD,串行通信输出。P3.2:INT0,外部中断0输入。P3.3:INT1,外部中断1输入。P3.4:T0,计时计数器0输入。P3.5:T1,计时计数器1输入。P3.6:WR:外部数据存储器的写入信号。P3.7:RD,外部数据存储器的读取信号。2.1.2 74LS47芯片74LS47是BCD-7段数码管译码器/驱动器, 74LS47的功能用于将BCD码转化成数码块中的数字,通过它解码, 可以直接把数字转换为数码管的显示数字, 从而简化了程序。74LS47译码器原理:译码为编码的逆过程。它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。实现译码的逻辑电路成为译码器。译码器的输出
18、与输入代码有唯一的对应关系。74LS47是输出低电平有效的七段字形译码器,它在这里与数码管配合使用。下表列出了74LS47的真值表,表示出了它与数码管之间的关系。如表2.1所示。表2.1 74LS47的真值表LT RBI A3 A2 A1 A0 BI RBO a b c d e f g1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 X 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 X 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 2 1 X 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 3 1 X 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 4 1 X 0 1
19、 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 5 1 X 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 6 1 X 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 7 1 X 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 8 1 X 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 9 X X X X X X 0 1 1 1 1 1 1 1 熄灭 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 熄灭0 X X X X X 1 0 0 0 0 0 0 0 8图2.2 74LS47引脚图2.1.3 74LS138芯片74HC138:74LS138 为3 线8 线译码器,共有 54/74S13
20、8和 54/74LS138 两种线路结构型式。74LS138工作原理如下: 当其中一个选通端(G1)为高电平,另两个选通端(/(G2A)和/(G2B))为低电平时,可将地址端(A、B、C)的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。 图2.3 74LS138引脚图74LS138的作用:利用 G1、/(G2A)和/(G2B)可级联扩展成 24 线译码器;若外接一个反相器还可级联扩展成 32 线译码器。若将选通端中的一个作为数据输入端时,74LS138还可作数据分配器无论从逻辑图还是功能表我们都可以看到74LS138的八个输出引脚,任何时刻要么全为高电平1芯片处于不工作状态,要么只有一个为低电平0
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