基于单片机的电脑钟的设计.doc
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1、 目录绪论6第一章 电子时钟71.1 电子时钟简介71.2 工作原理:7第二章 单片机简介及应用82.1 单片机的简介82.2 单片机的发展82.3 单片机的特点92.4 AT89C51单片机简述102.5 单片机的应用实例10第三章 Proteus简介113.1 软件的特点:11第四章 原理图功能说明124.1 整体功能说明124.2 模块功能说明134.2.1 AT89C51引脚图及管脚说明134.2.2 晶振电路154.2.3 LED数码管154.2.4 系统总体原理图16第五章 程序流程图195.1 时钟显示程序流程图195.2 参考程序20心得体会24附表一:元件清单25参考文献26
2、绪论一、设计目的 计算机控制系统课程设计是自动化专业的一个重要实践教学环节。在课程设计过程中,学生通过一个较完整的设计过程,可以加深对本门课程所学理论知识的理解与应用,提高学生对所学理论知识的综合运用能力,使学生对计算机控制系统有一个整体认识,掌握计算机控制系统的设计方法。通过课程设计,还可以培养学生独立工作能力,为将来毕业设计打好基础。二、功能设计1. 用AT89C51单片机及接口电路设计一个电子计时器。系统硬件设计:根据任务要求,完成单片机最小系统及其扩展设计,组成功能完整的系统。 系统软件设计:根据数字电子计时器功能,完成控制软件的编写与调试,并对数码显示进行控制。2. 实现的功能:开机
3、时,电子钟从00:00:00开始自动计时。设置按键,能对时、分、秒进行调整。三、设备及工作环境 1. 硬件:计算机一台。2. 软件:Keil单片机编译软件,proteus仿真软件。四、设计思路 电子计时器主要由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。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。第一章 电子时钟1.1
4、 电子时钟简介电子钟亦称数显钟(数字显示钟),是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置,与机械时钟相比,直观性为其主要显著特点,且因非机械驱动,具有更长的使用寿命,相较石英钟的石英机芯驱动,更具准确性。电子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、剧院、办公室等公共场所,给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大地方便。 相对于其他时钟类型,它的特点可归结为“两强一弱 ”:比机械钟强在观时显著,比石英钟强在走时准确,但是它的弱点为显时较为单调。1.2 工作原理: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
5、23时59分59秒,具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、整点报时电路组成。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”,“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
6、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。整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号,然后去触发一音频发生器实现报时。校时电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整。第二章 单片机简介及应用2.1 单片机的简介自从1971年微型计算机问世以来,随着大规模集成电路技术的进一步发展,导致微型计算机向两个方向发展:一是高速度、高性能、大容量的高档微型计算机及其系列化,向大、中型计算机的挑战;另一个是稳定可靠、小而廉、能适应各种控制领域需要的单片机。单片机是把中央处理单元、随机存储器、只读存储
7、器、定时/计数器以及I/O接口电路等主要部件集成在一块半导体芯片上的微型计算机。虽然单片机只是一个芯片,但从组成和功能上看,它已具有了微型计算机系统的含义,从某种意义上说,一块单片机芯片就是一台微型计算机。自从1975年美国德克萨斯公司推出世界第一个4位单片机TMS1000型以来,单片机技术不断发展,目前已成为微型计算机技术的一个独特分支,广泛应用于工业控制、仪器仪表智能化和家用电子产品等各个控制领域。2.2 单片机的发展1975年4位单片机的产生开创了单片机的历史,由于4位单片机具有较高的性能价格比,主要用于家用电器和电子玩具,如电视机、空调机、洗衣机、微波炉等。1976年美国Intel公司
8、首次推出了8位单片机MCS-48系列,从而进入了8位单片机时代。1978年Motorola公司推出6801系列的8位机。早期的8位单片机的功能较差,一般都没有串行I/O口,几乎不带A/D、D/A转换器,中断控制和管理能力也较弱,并且寻址空间的范围小(小于8KB)。随着集成工艺水平的提高,一些高性能8位单片机相继问世,增加了通用串行通信控制,强化中断控制功能,增加了定时/计数器的个数,扩展了存储器的容量,部分系列单片机内还集成了A/D、D/A转换接口。如Intel公司的MCS-51系列、NEC公司的PD78XX系列等。为了提高单片机的控制功能,拓展其应用领域,在高档8位单片机基础上,又推出新一代
9、8位单片机,如Intel、Phillips、Atmel、华邦公司的80C51系列,Motorola公司的MC68HC11系列,Microchip公司的PIC16C系列等。8位单片机功能强、品种多、价格低廉,因而广泛应用于各个领域。继8位单片机以后,16位单片机逐渐问世并得到很大的发展,Intel公司于1983年推出的MCS-96系列单片机就是其中的典型产品。16位单片机的集成度更高,内部除有常规I/O口、定时/计数器、全双工串行口外,还有高速I/O部件、多路A/D转换器、脉冲宽度调制器及监视定时器等,运算速度更快。近年来还出现了32位单片机,例如英国Inmos公司的IMST414单片机、Int
10、el公司的80960单片机、日本NEC公司的PD77230单片机,可用于高速控制、图像处理、语音偶A/DA处理和数字滤波等从单片机的结构上看,单片机的发展趋势将向着片内存储器容量增加、高性能、高速度、多功能、低电压、低功耗、低价格以及外围接口电路内装化等方向发展。1.大容量和高性能化:新一代8位单片机的CPU及寄存器都采用16位,内部总线也采用16位,有的还采用流水线技术以及RISC精简指令集计算机技术,指令执行速度可达100ns,堆栈的空间达64KB,并支持C语言的开发。内部RAM在1MB以上,内部ROM可达48KB,存储器寻址可达16MB。2. 多样化的I/O口及电路内装化:随着集成度的不
11、断提高,尽可能把众多的各种外围功能部件集成在片内。单片机内部一般带有存储器、定时/计数器、串行口、并行口,目前较高档的单片机内部还集成A/D、D/A、DMA控制器、声音发生器、监视定时器、液晶显示驱动、PWM端口、FIP控制、彩色电视机和录像机用的锁相电路等多样的I/O接口。3. 低功耗、宽范围的电源电压:许多单片机工作电压范围大,而且可在低电压下工作。单片机的发展前景是非常乐观的,其应用范围也将更加广泛。2.3 单片机的特点单片机结构上的设计主要是满足控制的需要,因此,它在硬件结构、指令系统及I/O能力等方面均有其独特之处,其显著的特点之一就是具有非常有效的控制功能,故也可以把单片机成为微控
12、制器。与普通的微型计算机相比,单片机主要具有以下特点:(1) 体积小、结构简单、可靠性高 单片机把各功能部件集成在一块芯片上,内部采用总线结构,减少了各芯片之间的连线,大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外,其体积小,对于强磁场环境易于采取屏蔽措施,适合于恶劣环境下工作。(2) 控制功能强 单片机虽然结构简单,但是它“五脏俱全”,已经具备了足够的控制功能。单片机具有较多的I/O口,CPU可以直接对I/O口进行I/O操作、算术操作、逻辑操作和位操作,指令简单而丰富。所以单片机也是“面向控制”的计算机。(3) 低电压、低功耗 单片机已可在2.2V的电压下运行,有的已能在1.2V或0.9V电压下
13、工作;工耗降至A级,一颗纽扣电池就可以长期使用。(4) 优异的性能价格比 由于单片机构成的控制系统硬件结构简单、开发周期短、控制功能强、可靠性高,因此,在达到同样功能的条件下,用单片机开发的控制系统比用其他类型的微型计算机开发的控制系统价格更便宜。2.4 AT89C51单片机简述 AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器(FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压、高性能CMOS 8位微处理器,俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1
14、000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图所示 2.5 单片机的应用实例下面以单片机在遥控及数字调谐电视接收机中的应用为例进行介绍。单片机在电视接收机中的应用,大致分为两个领域:一是用于操作控制系统;二是用于图像、声音信息的处理。属于前一领域的应用有红外遥控、数字调谐、节目预约、功能显示和语言遥控等。现在以数
15、字调谐选台电路为例加以说明,如图1所示。当进行预置选台是,有本机键盘或遥控发出预置选台指令、单片机控制器读入指令后首先进行解码(通过执行解码程序完成,每一种控制功能都对应一段控制程序,分别写于程序存储器ROM中的不同区域,用地址码来选择)。解码的结果是识别出输入的控制功能指令代码所代表的控制功能,即找到该控制功能所对应控制程序的首地址,然后从该首地址开始执行这段程序。在控制程序的控制下,对时钟脉冲进行变换处理,由微控制器的搜索计数器进行加减计数,产生数字选台数据,其中数字频信息送至频段译码电路,得到三个频段(VL、VH、U)的控制电压送至调谐器完成频段的切换;而数字调谐电压信息送至微控制器内的
16、D/A转换器,以便合成频率和宽度为特定值的脉冲宽度调制(PWM)信号,经低通滤波器变换成直流调谐控制电压VT,也送至调谐器进行频段内不同频道的选择,两种信号共同作用完成选台。控制电路还送出供显示选台及接收机调整状态的标记用的信号。第三章 Proteus简介Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件(该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司)。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能,还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步,但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作
17、者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件),从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真,一键切换到PCB设计,真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台,其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等,2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器,并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面,它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。3.1 软件的特点: 全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的标准,并在同
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