数字电子钟的设计与制作.docx
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1、宁夏理工学院毕业设计 摘 要20世纪末,电子技术获得了飞速的发展,在其推动下,现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域,有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高,同时也使现代电子产品性能进一步提高。现代生活的人们越来越重视起了时间观念,可以说是时间和金钱划上了等号。对于那些对时间把握非常严格和准确的人或事来说,时间的不准确会带来非常大的麻烦,所以以数码管为显示器的时钟比指针式的时钟表现出了很大的优势。数码管显示的时间简单明了而且读数快、时间准确显示到秒。数字时钟是采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。数字钟的精度、稳定度远远超过老式机械钟。在这次设计中,我们采用LE
2、D数码管显示时、分、秒,以24小时计时方式,根据数码管动态显示原理来进行显示,用12MHz的晶振产生振荡脉冲,定时器计数。在此次设计中,电路具有显示时间的其本功能,还可以实现对时间的调整。数字钟是其小巧,价格低廉,走时精度高,使用方便,功能多,便于集成化而受广大消费的喜爱,因此得到了广泛的使用。 传统的数字电子时钟采用了较多的分立元器件,不仅占用了很大的空间而且利用率也比很低,随着系统设计复杂度的不断提高,用传统时钟系统设计方法很难满足设计需求。本设计拟实现的基本功能为单片机计时显示功能。单片机是集CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多种接口于一体的微控制器。它体积小、成本低、功能强,广泛
3、应用于智能产品和工业自动化上。而51系列的单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。本文设计的电子时钟基于51单片机,同时使用汇编语言为程序设计语言,从而克服了传统电子时钟的弊端。关键词:单片机;电子时钟;汇编语言ABSTRACTAt the end of the 20th century, electronic technology has experienced rapid growth, the modern electronic products, almost permeated the various sectors of society, and promoted the d
4、evelopment of social productive forces and the social informatization level, but also improve the modern electronic products to further improve the performance.Modern life of people pay more and more attention to the concept of time, money and time on the hospital. For those in time and accurately g
5、rasp the very strict about or inaccurate, time will bring great trouble, so as to displays clock digital tube than the pointer clock showed a lot of advantages. Digital pipe display time is simple and accurate readings, time to seconds.A digital clock is used in digital circuit , points and second d
6、igital display timer. A digital clock accuracy and stability than old mechanical clock. In this design, we adopt LED digital display tube, minutes and seconds, when in 24 hours time, according to the principle of dynamic display of digital tube to show, with the crystals 12MHz produce oscillation pu
7、lses, timer count. In this design, the circuit has its time, still can realize the function of the time. A digital clock is its small, inexpensive, high precision, easy to use and when, the function is much, facilitate integration by vast consumption, so it has been widely used.Traditional digital e
8、lectronic clock with a greater amount of discrete components, not only takes up a lot of space and utilization than low, as the system design complexity continues to improve, using traditional methods are difficult to meet the design requirements . The design of the basic functions to be achieved fo
9、r the microcontroller timer display. Microcontroller is a CPU, RAM, ROM, timer / counter and a variety of interfaces in one of the micro-controller. Its small size, low cost, powerful, widely used in smart products and industrial automation. And 51 of the microcontroller MCU is the most typical and
10、most representative one. This design is based on 51 single-chip electronic clock, using both assembly language for the programming language, to overcome the drawbacks of conventional electronic clock. Keywords: Microcontroller; Electronic clock; Essembly language目录摘 要IABSTRACTII1 绪论- 1 -1.1 数字电子钟的意义
11、- 1 -1.2 数字电子钟的应用- 1 -1.3 整体设计思路- 2 -2 电路设计- 3 -2.1 单片机的选择- 3 -2.1.1 单片机- 3 -2.1.2 AT89C51引脚功能- 3 -2.2 按键电路- 3 -2.3 复位电路- 3 -2.4 显示电路- 3 -2.5 双向总线驱动74LS245- 3 -2.7 总电路- 3 -3 程序设计- 3 -3.1 主程序流程图- 3 -3.2 分段程序流程图- 3 -3.2.1 调时子程序- 3 -3.2.2 定时中断程序- 3 -参考文献- 3 -结束语- 3 -致谢- 3 -附录A 程序列表- 3 -附录B 仿真图- 3 - 29
12、-宁夏理工学院毕业设计1 绪论1.1 数字电子钟的意义时间对人们来说总是那么宝贵,工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间。忘记了要做的事情,当事情不是很重要的时候,这种遗忘无伤大雅。但是,一旦重要事情,一时的耽误可能酿成大祸。目前,单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展1。下面是单片机的主要发展趋势。单片机应用的重要意义还在于,它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能,现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制
13、技术,是传统控制技术的一次革命。单片机模块中最常见的是数字电子钟,数字电子钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置,与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性,且无机械装置,具有更更长的使用寿命,因此得到了广泛的使用。数字电子钟是采用数字电路实现对时、分、秒数字显示的计时装置,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少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,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。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭
14、路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等,所有这些,都是以钟表数字化为基础的。因此,研究数字电子钟及扩大其应用,有着非常现实的意义。1.2 数字电子钟的应用 数字电子时钟已成为人们日常生活中必不可少的必需品,广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所,给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。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。在自动化的过程中也必然有电子钟的参与,因此电子钟的应用越来越广泛。而且向着精确、低功耗、多功能发展。基于单片机设计的数字钟精确
15、度较高, 因为在程序的执行过程中, 任何指令都不影响定时器的正常计数,即便程序很长也不会影响中断的时间。从而,使数字钟的精度仅仅取决于单片机的产生机器周期电路和定时器硬件电路的精确度。另外,程序较为简洁,具有可靠性和较好的可读性。如果我们想将它应用于实时控制之中,只要对上述程序和硬件电路稍加修改,便可以得到实时控制的实用系统,从而应用到实际工作与生产中去。1.3 整体设计思路 此次设计主要是应用单片机来设计电子时钟,硬件部分主要分以下电路模块:显示电路用六个数码管分别显示小时(年份)、分钟(月份)和秒(日),通过动态扫描进行显示,从而避免了译码器的使用,使电路更加简单。单片机采用AT89C51
16、2系列,这种单片机应用简单,适合电子钟设计。电路的总体设计框架如图1.1: 单片机输入部分晶振和复位输出部分图1.1 电路模块图在程序方面,采用分块设计的方法,这样既减小了编程难度、使程序易于理解,又能便于添加各项功能。运用这种方法,关键在于各模块的兼容和配合,若各模块不匹配会出现意想不到的错误。在编程之前必须了解硬件结构尤其是各引脚的用法,以及内部寄存器、存储单元的用法,否则,编程无从下手,电路也无法设计。然后依据想要的功能分块设计设计,比如输入需要开关电路,输出需要显示驱动电路和数码管电路等。汇编语言的编程方法再根据设计的硬件电路进行分块的编程调试,最终完成程序设计。根据设计好电路的电路进
17、行画图,包括电路图和仿真图的绘制。最终软硬件设计好后后,将软件载入芯片中进行仿真,仿真无法完成时检查软件程序和硬件电路并进行修改直到仿真成功。连接电路并导入程序检查电路,若与设计的完全一样一般能实现想要的功能3。数字电子钟主要由AT89C51、显示模块、控制模块和计时运算模块四大部分组成。其中控制模块和计时运算模块主要对时、分、秒的数值显示和调整进行操作,并且秒计算到60时,自动清零并向分进1;分计算到60时,自动清零并向时进1;时计算到24时,自动清零。这样,就形成了循环计时,显示模块主要用来显示当前计数值4。A89C51是整个设计的核心,主要用来产生定时中断,传输数据和控制各个部件工作。2
18、 电路设计2.1 单片机的选择2.1.1 单片机单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支,也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机,特别适用于控制领域,故又称为微控制器。通常,单片机由单块集成电路芯片构成,内部包含有计算机的基本功能部件:中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此,单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合,便可成为一个单片机控制系统5。单片机经过1、2、3代的发展,正朝着多功能、高性能、低电压、低功耗、低价格、大存储容量、强I/O功能及较好的结构兼容性方向发展。其发展趋势不外乎以下几个方面:1、多功能 单片机中尽可能地把所需要的存储器和I/O口都集成在一块芯片上,使得
19、单片机可以实现更多的功能。比如A/D、PWM、PCA(可编程计数器阵列)、WDT(监视定时器-看家狗)、高速I/O口及计数器的捕获/比较逻辑等。有的单片机针对某一个应用领域,集成了相关的控制设备,以减少应用系统的芯片数量。例如,有的芯片以51内核为核心,集成了USB控制器、SMART CARD接口、MP3解码器、CAN或者I*I*C总线控制器等,LED、LCD或VFD显示驱动器也开始集成在8位单片机中。2、高效率和高性能为了提高执行速度和执行效率,单片机开始使用RISC、流水线和DSP的设计技术,使单片机的性能有了明显的提高,表现为:单片机的时钟频率得到提高;同样频率的单片机运行效率也有了很大
20、的提升;由于集成度的提高,单片机的寻址能力、片内ROM(FLASH)和RAM的容量都突破了以往的数量和限制。由于系统资源和系统复杂程度的增加,开始使用高级语言(如C语言)来开发单片机的程序。使用高级语言可以降低开发难度,缩短开发周期,增强软件的可读性和可移植性,便于改进和扩充功能。3、低电压和低功耗单片机的嵌入式应用决定了低电压和低功耗的特性十分重要。由于CMOS等工艺的大量采用,很多单片机可以在更低的电压下工作(1.2V或0.9V),功耗已经降低到uA级。这些特性使得单片机系统可以在更小电源的支持下工作更长的时间。4、低价格单片机应用面广,使用数量大,带来的直接好处就是成本的降低。目前世界各
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