目 录
一、课程设计的主要内容和要求 ……………………………………………… 1
二、实现原理等知识的介绍 …………………………………………………… 2 2.1电子时钟的设计
2.2单片机识的相关知识
三、系统的总体方案设计说明; 3.1总体设计方案 3.2总设计原理框图
四、具体实现步骤的设计说明;
五、单片机系统程序的编制;
六、测量过程的操作说明,原始测量数据的记录;
七、结论及存在问题;
八、心得体会总结;
九、参考文献。
一、主要内容和要求
1 主要内容:设计一个数字式电子钟,它具有时,分,秒的计时功能,可以 通过键盘进行时间设定, 并且将时间显示在 LED 数码管上。 用按键设定时钟的时、分、秒,用扫描方式动态显示。时钟用定时中断方式工作,单片机晶体震荡器频 率 11.0592Mhz.。 可选做双机通信实验, 实现子母钟功能, 即由其中一台做时钟, 另一台采集时钟值并显示。
2 对于基本题目要求是: 用按键设定时钟的时、分、秒。 要求用 4键方式,即选择、加、减、确认键, 选择键用于选择修改起始时、分、秒值,每按一次,被修改数码管顺序移动并闪 烁。用 +,键修改数值,确认键确定后秒位清零,修改结束。
2.2单片机的相关知识 1单片机简介
单片机全称为单片机微型计算机(Single Chip Microsoftcomputer。从应用领 域来看,单片机主要用来控制,所以又称为微控制器(Microcontroller Unit或 嵌入式控制器。 单片机是将计算机的基本部件微型化并集成在一块芯片上的微型 计算机。
2 单片机的发展史 3 4位单片机
1975年,美国德克萨斯仪器公司首次推出 4位单片机 TMS-1000;此后,各 个计算机公司竞相推出四位单片机。日本松下公司的 MN1400系列,美国洛 克威尔公司的 PPS/1系列等。四位单片机的主要应用领域有:PC 机的输入装 置,电池充电器,运动器材,带液晶显示的音 /视频产品控制器,一般家用 电器的控制
4 8位单片机
1972年,美国 Intel 公司首先推出 8位微处理器 8008,并于 1976年 9月率 先推出 MCS-48系列单片机。在这以后, 8位单片机纷纷面市。例如,莫斯特克 和仙童公司合作生产的 3870系列, 摩托罗拉公司生产的 6801系列等。 随着集成 电路工艺水平的提高,一些高性能的 8位单片机相继问世。例如, 1978年摩托 罗拉公司的 MC6801系列及齐洛格公司的 Z8系列, 1979年 NEC 公司的 UPD78XX 系列。这类单片机的寻址能力达 64KB ,片内 ROM 容量达 4--8KB ,片内除带有并 行 I\O口外,还有串行
I\O口,甚至还有 A\D转化器功能。 8位单片机由于功能 强,被广泛用于自动化装置、智能仪器仪表、智能接口、过程控制、通信、家用 电器等各个领域。
5 16位单片机
1983年以后,集成电路的集成度可达几十万只管 /片,各系列 16位单片机 纷纷面市。这一阶段的代表产品有 1983年 Intel 公司推出的 MCS-96系列, 1987年 Intel 推出了 80C96,美国国家半导体公司推出的 HPC16040, NEC 公司推出的 783XX 系列等。 16位单片机主要用于工业控制, 智能仪器仪表, 便携式设备等场 合。
6 32位单片机
随着高新技术只智能机器人, 光盘驱动器,激光打印机,图像与数据实时处 理,复杂实时控制,网络服务器等领域的应用与发展, 20世纪 80年代末推出了 32位单片机,如 Motorlora 公司的 MC683XX 系列, Intel 的 80960系列,以及近年来流行的 ARM 系列单片机。 32位单片机是单片机的发展趋势,随着技术的发 展及开发成本和产品价格的下降,将会与 8位单片机并驾齐驱。
7 64位单片机
近年来, 64位单片机在引擎控制,智能机器人,磁盘控制,语音图像通信, 算法密集的实时控制场合已有应用, 如英国 Inmos 公司的 Transputer T800是高性
能的 64位单片机。 2.2.3单片机的特点
1单片机的存储器 ROM 和 RAM 时严格区分的。 ROM 称为程序存储器,只存 放程序,固定常数,及数据表格。 RAM 则为数据存储器,用作工作区及存放用 户数据。
2 采用面向控制的指令系统。为满足控制需要,单片机有更强的逻辑控制能 力,特别是单片机具有很强的位处理能力。
3单片机的 I/O口通常时多功能的。由于单片机芯片上引脚数目有限,为了 解决实际引脚数和需要的信号线的矛盾, 采用了引脚功能复用的方法, 引脚处于 何种功能,可由指令来设置或由机器状态来区分。
4 单片机的外部扩展能力很强。在内部的各种功能部件不能满足应用的需 求时,均可在外部进行扩展, 与许多通用的微机接口芯片兼容, 给应用系统设计 带来了很大的方便。
2.2.4数码管显示工作原理
LED 数码管分共阳极与共阴极两种,其工作特点是,当笔段电极接低电平,公共阳极 接高电平时,相应笔段可以发光。共阴极 LED 数码管则与之相反,它是将发光二极管的阴 极 (负极 短接后作为反映出半导体材料的特性。 常见管芯材料有磷化镓 (GaP、砷化镓 (GaAs、磷砷化镓 (GaAsP、氮化镓 (GaN等,其中氮化镓可发蓝光。发光颜色不仅与管芯材料有关, 还与所掺杂质有关,因此用同一种管芯材料可以制成发出红、橙、黄、绿等不同颜色的数码 管。其他颜色 LED 数码管的光谱曲线形状与之相似,仅入,值不同。 LED 数码管的产品中, 以发红光、绿光的居多、这两种颜色也比较醒目。
LED 数码管等效于多只具有发光性能的 PN 结。当 PN 结导通时,依靠少数载流子的注 人及随后的复合而辐射发光, 其伏安特性与普通二极管相似。 在正向导通之前, 正向电流近似于零,笔段不发光。当电压超过开启电压时,电流就急剧上升,笔段发光。因此, LED 数码管属于电流控制型器件,其发光亮度 L(单位是 cd /m2 与正向电流 IF 有关,用公式表 示:L=KIF即亮度与正向电流成正比。 LED 的正向电压 U ,则与正向电流以及管芯材料有 关。使用 LED 数码管时,工作电流一般选 10mA 左右/段,既保证亮度适中,又不会损坏 器件。
三、系统的总体方案设计说明 3.1总体设计方案
本次设计时钟电路,使用了 ATC89C52单片机芯片控制电路,单片机控制电 路简单且省去了很多复杂的线路, 使得电路简明易懂, 使用键盘键上的按键来调 整时钟的时、分、秒,用一扬声器来进行定时提醒,同时使用汇编程序来控制整 个时钟显示,使得编程变得更容易,这样通过四个模块:按键、芯片、扬声器、LED 数码管即可满足设计要求。
3.2总设计原理框图如下图所示:
四、具体实现步骤的设计说明 4.1 电路设计原理说明
本设计电路,硬件部分共由五个模块组成:按键模块、复位电路模块、晶振 电路模块、发声模块、时间显示模块。 晶振电路模块负责给单片机提供时钟周期。 复位单路模块负责上电后自动复位,或按键后强制复位。上电后, 由单片机内部 定时器计时,同时通过动态显示函数自动将时分秒显示到数码管上。与此同时, 按键扫描函数,一直扫描按键引脚状态, 一旦扫描到按键被按下, 即进入相应的
功能函数。 4.2各部分电路说明 1按键模块
按键模块如图所示。
在该模块中, 采用四个按键作为电子时钟的控制输入, 通过按键来实现时钟 的时间设置功能。电路中将四个按键的一端接公共地,而单片机的 P2口默认为 高电平, 一旦按键被按下, 则该按键对应的额管脚被拉低, 通过软件扫描按键即 可知道用户所要实现的功能,调用相应的按键子程序来完成该操作。
2单片机的复位电路
单片机的复位电路 , 如图所示。
图单片机的复位电路
当 MCS-5l 系列单片机的复位引脚 RST(全称 RESET 出现 2个机器周期以上的 高电平时,单片机就执行复位操作。如果 RST 持续为高电平,单片机就处于循环 复位状态。根据应用的要求, 复位操作通常有两种基本形式:上电复位和上电或 开关复位。上电复位要求接通电源后,自动实现复位操作。上电后,保持 RST 一 段高电平时间。
3单片机的晶振电路
单片机的晶振电路,如图所示。
图 单片机的晶振电路
石英晶体也连接在晶振引脚的输入和输出之间,等效为一个并联谐振回路, 振荡频率应该是石英晶体的并联谐振频率。 晶体旁边的两个电容接地, 实际上就 是电容三点式电路的分压电容 , 接地点就是分压点。 以接地点即分压点为参考点, 振荡引脚的输入和输出是反相的,但从并联谐振回路即石英晶体两端来看 , 形成 一个正反馈以保证电路持续振荡。
4发声模块
发声模块,如图所示。
图 发声指示模块
发声模块由蜂鸣器、电源、8550三极管、限流电阻组成。蜂鸣器由 PNP 三 极管驱动,当 BZ 管脚为高时,三极管 be 级没电压差,三极管截止;反之,三极 管导通,有电流流经蜂鸣器,蜂鸣器发声。
5时间显示模块
时间显示模块如图所示。
图 时间显示模块
时间显示部分的电路也很简单, 由五个一位的共阴 8段数码管、五盏发光二
极管组成。 在显示过程中, 单片机将要显示的数字传递给 89C52芯片, 同时通过 位选选通要显示的数码管。
五、单片机系统程序的编制 5.1程序设计 ORG 0000H LJMP START ; 转初始化 ORG 000BH LJMP PGT0 ;T0中断入口 ORG 0033H START: DIS1 EQU 30H DIS2 EQU 31H DIS3 EQU 32H DIS4 EQU 33H DIS5 EQU 34H DIS6 EQU 35H DISXS EQU 36H DISFZ EQU 37H DISMZ EQU 38H
MS500 EQU 39H K1 BIT P3.2 K2 BIT P3.3 K3 BIT P3.4 K4 BIT P3.5 BDP BIT 01H bd BIT 02H MOV SP,#50H ; 初始化程序 MOV P0,#0FFH MOV P1,#0FFH MOV P2,#0FFH MOV P3,#0FFH MOV TMOD,#01H ; 定时器 T0工作于方式 1 MOV TH0,#4CH ; 定时器初值 MOV TL0,#05H MOV IE,#82H MOV R3,#10 SETB TR0 MOV DIS1,#00H ; 清显示缓冲区
MOV DIS2,#00H MOV DIS3,#00H MOV DIS4,#00H MOV DIS5,#00H MOV DISXS,#12 ; 初始化时间为 12:30:00 MOV DISFZ,#30 MOV DISMZ,#0 MOV MS500,#0 MAIN: ; 主程序 jnb k2,d1 jnb k3,d2 jnb k4,d3 jnb k1,d4 d1: ljmp send d2: ljmp send d3: ljmp send d4: jnb k1,qu1 qu1:lcall sound ajmp god1 k1dd: jb k2,k2dd lcall ys10ms 11
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5.2 程序流程图
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六、测量过程的操作说明，原始测量数据的记录。 6.1 操作说明操作功能说明 功能说明表 按键 K1 K2 K3 K4 发光二极管 功能 当按一下 K1，进入调整小时状态，再按一下，进入到调整分 钟状态，如此循环 用来对 小时 和 分钟 进行加时间（每次加 1） 用来对 小时 和 分钟 进行减时间（每次减 1） 确认键，退出选中小时或分钟 对秒数的十位数进行记录，亮一盏灯代表十秒，亮两盏灯代表 二十秒，如此累推 6.2 原始测量数据的记录 数据记录表 初始值 按一次 K1 按一次 K2 按一次 K3 第二次按 K1 按一次 K2 按一次 K3 按 K4 12．30．0 12．##．# 13．##．# 12．##．# ##．30．# ##．31．# ##．30．# 12．30．0 16
七、结论及存在问题 通过用汇编对 K
1、K
2、K
3、K4 的编译，可以初步实现调整时钟时间的功能。 但在编译过程中也遇到不少问题，第一，编译时有跳出转移范围的问题，这是由 于判断语句 JB、JNB 的转移范围是-128~+127 字节，出现这样的问题是由于超出 转移范围。第二，要实现选中小时或者分钟位上的闪烁，要用到延时和对数码管 的显示效果，但达不到指定目的，数码管闪烁的效果不明显，这是由于延时的时 间不够长，使得人眼难以看得清。
八、心得体会总结 本文介绍的是利用 AT89C51 单片机设计的有调时功能的电子时钟。并详细说 明了软件和硬件设计方法。 在设计过程中可以看出， 汇编语言有着其独特的魅力， 它简单易学，语法错误容易纠正；用单片机实现电子时钟的设计是比较方便和易 于实现。 通过电子时钟的设计和制作，加深了对单片机的理解，能够更熟练地应用单 片机实现预期的功能，对今后的学习有很大的帮助。电子时钟各项功能的实现， 为自动控制的实现打下了理论基础，获得了实现方法。 当然，该电子钟还有很多不足之处，比如不能定时，不能报时。断电后不能 只能调时。在今后的学习中还要对此加以研究，
九、参考文献及网站 《单片机原理及其接口技术》胡汉才 编著 北京 清华大学出版社 《51 系列单片机及 C51 程序设计》王建校等 科学出版社 其它有关资料 几个有关单片机和芯片资料的网站： http://www.daodoc.com http://www.daodoc.com http://www.daodoc.com http://www.daodoc.com http://www.daodoc.com 等及其相关链接 17 http://www.daodoc.com http://www.daodoc.com http://www.daodoc.com/ ………….
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