电子时钟课程设计2.doc

课程设计任务书 题目 电 子 时 钟 课 程 设 计 专业、班级 09电气工程及其自动化班 学号 0902120143 姓名 主要内容、基本要求、主要参考资料等：完 成 期 限： 指导教师签名： 课程负责人签名： 年 月 日 课程设计说明书题目： 电 子 时 钟 课 程 设 计 姓 名： 院 （系）： 机电工程学院 专业班级： 09电气工程班 学 号： 0902120143 指导教师： 成 绩： 时间： 2011 年 月 日至 2011 年 12 月 日引 言 单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：cpu、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。单片机也被称为微控制器(microcontroller)，由芯片内仅有cpu的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和cpu集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。单片机是70年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯片，是cpu、ram、rom、i/o接口和中断系统集成于同一硅片的器件。单片机用于控制有利于实现系统控制的最小化和单片化，简化一些专用接口电路，如编程计数器、锁相环（pll）、模拟开关、a/d和d/a变换器、电压比较器等组成的专用控制处理功能的单板式微系统。 单片机在智能仪表、实时控制、机电一体化、办公机械、家用电器等方面都有相当的应用领域。当前，8位单片机主要用于工业控制，如温度、压力、流量、计量和机械加工的测量和控制场合；高效能的16位单片机（如mcs-96、mk-68200）可用在更复杂的计算机网络。可以说，微机测控技术的应用已渗透到国民经济的各个部门，微机测控技术的应用是产品提高档次和推陈出新的有效途径。纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有：1低功耗cmos化mcs-51系列的80c51推出时的功耗达120mw，而现在的单片机普遍都在100mw左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了cmos(互补金属氧化物半导体工艺)。cmos虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而chmos则具备了高速和低功耗的特点，更适合于在要求低功耗像电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。2微型单片化常规的单片机普遍都是将中央处理器(cpu)、随机存取数据存储(ram)、只读程序存储器(rom)、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如a/d转换器、pmw(脉宽调制电路)、wdt(看门狗)、有些单片机将lcd(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。3主流与多品种共存现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以mcs-51为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有philips公司的产品，atmel公司的产品和中国台湾的winbond系列单片机。以8031为核心的单片机占据了半壁江山，在一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补，相辅相成、共同发展的道路。目 录一、前言 3 1 设计要求2 摘要 二、电子时钟的设计 42.1电子时钟简介 4 2.2电子时钟的基本特点52.3电子时钟的应用52.4电子时钟的工作原理5三、单片机芯片介绍63.1 at89c52简介6 3.1.1 at89c52引脚图 6 3.1.2 at89c51概述 6 3.1.3部分端口说明 7 3.2 at89s373简介 8 3.2.1 at89s373引脚图 83.2.2 at89s373概述8四、硬件电路说明9 4.1硬件电路设计方案9 4.2硬件电路各部分介绍9 4.2.1单片机复位电路9 4.2.2单片机晶振电路 94.2.3按键模块94.2.4时间显示模块10五、程序设计10 5.1电路原理图10 5.2程序10结束语12参考文献 12附录12一、前 言1.1设计要求用89c51系列单片机设计简易电子时钟，能显示时分秒，并能对时间校对。1.2摘 要时间与我们每一个人都有非常密切的关系，每个人都受到时间的影响。为了更好的利用我们自己的时间，我们必须对时间有一个度量，因此产生了钟表。钟表的发展是非常迅速的，从刚开始的机械式钟表到现在普遍用到的数字式钟表.即使现在钟表千奇百怪，但是它们都只是完成一种功能计时功能，只是工作原理不同。在当代繁忙的工作与生活中，时间与我们每个人息息相关.在一个单片机应用系统中，时钟有两个方面的含义：一是指为保障系统正常工作的基础振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间，它通常有两中实现方法：一是用专门的时钟芯片实现，在对时间精度要求很高的情况下，通常采用这种方法；二是用软件实现，即用单片机内部的可编程定时计数器来实现的，对时间精度要求不高。本文主要介绍用单片机内部的定时计数器来实现电子时钟显示的方法，设计由单片机at89c52芯片和四位一体数码管（led）为核心，加上必要的电路，构成一个简易的电子时钟。单片机又称单片微控制器，它自20世纪70年代问世以来，就以其极高的性能价格比，倍受人们的重视和关注，应用广泛、发展迅速。因为单片机具有体积小、重量轻、功耗低、控制功能强、抗干扰能力强、扩展灵活、价格低廉、可靠性高、使用方便等优点，所以得到了广泛的应用，在我国，最早使用单片机是在1982年，如今单片机已被应用于家用电器、办公自动化、航空航天、智能仪表、工业测控、电子产品、机电一体化、医用设备、专用设备的智能化管理以及过程控制等几乎各个领域，电子时钟就是其典型的代表。通过这次简易的电子时钟设计，进一步掌握了如何利用接口电路进行硬件系统的设计，如何进行软件的设计，同时增强了学习兴趣及动手能力。在报告中，详细地记述了整个设计过程的各个环节，其中的不足欢迎老师指出或给予更好的建议。【关键词】单片机 电子时钟 控制二、 电子时钟的设计2.1电子时钟简介 电子钟是一种利用数字电路来显示秒、分、时的计时装置，与传统的机械钟相比，它具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点，因而得到广泛应用。随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合都用到电子时钟。2.2电子时钟的基本特点 现在高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟、石英钟、石英表都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调试，数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用led显示器代替指针显示进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时、分、秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。2.3电子时钟的应用led数字电子钟除了在城市的主要营业场所、车站、码头等公共场所使用，还可以改装在摩托车和汽车上，led显示，带蓝色背光，白天在太阳光下也能非常清楚的看到显示时间，因led的显示耗电量很省的，所以一直工作也不必担心耗电问题。在骑摩托车时，为了看时间，先要停下车子，取出手机，才能看时间，是否有点麻烦，现在车上改装了一个蓝色背光的液晶电子钟后，不管白天黑夜色，随时可以看时间，非常方便。2.4电子时钟的工作原理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、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。而该电子时钟由89c52，ls373，八段数码管等构成，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，满二十四小时为一天。图中ret为复位按键，kt和k1同时按为调整小时，kt和k2同时按为调整分钟，kt和k2同时按为调整秒。三、单片机芯片介绍3.1 at89c52简介3.1.1 at89c52引脚图与封装图pdip封装的at89c52引脚图at89c52 pdip封装芯片参考资料：3.1.2 at89c52概述at89c52为8 位通用微处理器，采用工业标准的c51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主ic 内部寄存器、数据ram及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号ir的接收解码及与主板cpu通信等。主要管脚有：xtal1（19 脚）和xtal2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12mhz 晶振。rst/vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。vcc（40 脚）和vss（20 脚）为供电端口，分别接+5v电源的正负端。p0p3 为可编程通用i/o 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，p0 端口（3239 脚）被定义为n1 功能控制端口，分别与n1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为ir输入端，10 脚和11脚定义为i2c总线控制端口，分别连接n1的sdas（18脚）和scls（19脚）端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板cpu 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。3.1.3 at89c52部分端口介绍 p0 口p0 口是一组8 位漏极开路型双向i/o 口， 也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的 方式驱动8 个ttl逻辑门电路，对端口p0 写“1”时，可作为高阻抗输入端用。 在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。 在flash 编程时，p0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。 p1 口p1 是一个带内部上拉电阻的8 位双向i/o 口，p1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个ttl 逻辑 门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉 电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(iil)。 与at89c51 不同之处是，p1.0 和p1.1 还可分别作为定时/计数器2 的外部计数输入（p1.0/t2）和输入（p1.1/t2ex）。p2 口p2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向i/o 口，p2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个ttl 逻辑 门电路。对端口p2 写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电(iil)。 在访问外部程序存储器或16 位地址的外部数据存储器（例如执行movx dptr 指令）时，p2 口送出高8 位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器（如执行movx ri 指令）时，p2口输出p2 锁存器的内容。 flash 编程或校验时，p2亦接收高位地址和一些控制信号。 p3 口p3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向i/o口。p3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流4ttl逻辑门电路。对p3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的p3口将用上拉电阻输出电流（iil）。 p3 口除了作为一般的i/o口线外，更重要的用途是它的第二功能。p3 口还接收一些用于flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 rst复位输入。当振荡器工作时，rst引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。xtal1振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。 xtal2振荡器反相放大器的输出端。3.2 74ls373简介 3.2.1 74ls373引脚图与封装图128x159 6k jpg .锁存器-74ls373-电子电路图.74ls373芯片封装图3.2.2 74ls373概述74ls373为三态输出的八 d 透明锁存器,共有 54s373 和 74ls373 两种线路 结构型式，其主要电器特性的典型值如下(不同厂家具体值有差别): 型号 tpd pd 54s373/74s373 7ns 525mw 引脚图54ls373/74ls373 17ns 120mw 74ls373 的输出端 o0o7 可直接与总线相连。 当三态允许控制端 oe 为低电平时，o0o7 为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当 oe 为高电平时，o0o7 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。 当锁存允许端 le 为高电平时，o 随数据 d 而变。当 le 为低电平时，o 被锁存在已建立的数据电平。当 le 端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善 400mv。 引出端符号： d0d7 数据输入端 oe 三态允许控制端（低电平有效） le 锁存允许端 o0o7 输出端四、硬件电路说明4.1硬件电路的设计方案 根据设计要求和设计思路，硬件部分共由四个模块组成：按键模块、复位电路模块、晶振电路模块、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。 4.2 硬件电路各部分介绍4.2.1单片机的复位电路单片机的复位电路,如图所示。单片机的复位电路图当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。4.22单片机的晶振电路晶振电路模块如图所示 单片机的晶振电路图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。4.2.3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、定时、秒表功能。电路中将四个按键的一端接公共地，而单片机的p1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。按键的去抖动由软件来实现。4.2.4时间显示模块时间显示模块如图所示。液晶显示电路图时间显示部分的电路也很简单，由一个八位的8段数码管，加上一个74ls373译码驱动电路组成。在显示过程中，单片机将要显示的数字传递给373芯片，同时通过位选选通要显示的数码管。373芯片实现将bcd码数字转换为七段数码管段选码通过其输出端输出，同时提供约500ma的电流驱动数码管点亮。五、程序设计5.1电路原理图：5.2硬件电路设计框图74ls37389c52led显示电路电路5.3流程图是 中断返回中断入口保护现场恢复现场秒值加1小时值清0秒值清0，分钟加1分值清0，小时加1设置下次10000次计数值10000次计数值减1到24小时到60分钟到60秒计数值为0显示数据送缓冲转换成显示数据调用显示子程序转换成显示数据显示数据送缓冲读取分钟值显示数据送缓冲读取秒值开始置定时器模式及工作方式启动定时器设置初始常数读取小时值转换成显示数据否否否否 5.4程序： ledbuf equ 30h hour equ 40h minute equ 41h second equ 42h c100us equ 43h hourk bit p1.0 minutek bit p1.1 secondk bit p1.2 star bit p1.3 tick equ 10000 t100us equ 256-100 org 0000h ljmp start org 3h ljmp wt org 000bh ljmp toint org 0100htoint: push psw push acc mov a, c100us+1 jnz goon dec c100usgoon: dec c100us+1 mov a, c100us orl a, c100us+1 jnz exit mov c100us, #high(tick) mov c100us+1, #low(tick) inc second mov a, second cjne a, #60, exit mov second, #0 inc minute mov a, minute cjne a, #60, exit mov minute, #0 inc hour mov a, hour cjne a, #24, exit mov hour, #0 exit: pop acc pop psw retidelay: djnz r6, delay retledmap: db 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,40h displayled: mov r0, #ledbuf mov r1,#8 mov r2, #10111111b loop: mov a,#0h mov p0,a mov a, r0 mov p0,a mov a, r2 mov p2,a mov r6, #02h call delay mov a, r2 rr a mov r2, a inc r0 djnz r1, loop rettoled: mov dptr, #ledmap movc a, a+dptr retstart: mov hour, #12 mov minute, #0 mov second, #0 mov a,#0ffh mov p1,a setb star mov tmod, #02h mov th0, #t100us mov tl0, #t100us mov ie, #10000011b mov tcon,#01h mov c100us, #high(tick) mov c100us+1, #low(tick) setb tr0 mloop: mov a, hour mov b, #10 div ab call toled mov ledbuf+6, a mov a, b call toled mov ledbuf+5, a mov a, minute mov b, #10 div ab call toled mov ledbuf+3, a mov a, b call toled mov ledbuf+2, a mov a , second mov b, #10 div ab call toled mov ledbuf, a mov a, b call toled mov ledbuf+7, a mov a,#10 call toled mov ledbuf+1,a mov a,#10 call toled mov ledbuf+4,a call displayled ljmp mloopwt: push psw push accnk0:jb secondk,nk1 lcall delay jb secondk,nk0 inc second mov a,second cjne a,#60,ns60 mov second,#00hns60: mov a , second mov b, #10 div ab call toled mov ledbuf, a mov a, b call toled mov ledbuf+7, a lcall displaylednk1:jb minutek,nk2 lcall delay jb minutek,nk1 inc minute mov a,minute cjne a,#60,nm60 mov minute,#00hnm60: mov a, minute mov b, #10 div ab call toled mov ledbuf+3, a mov a, b call toled mov ledbuf+2, a lcall displayled nk2:jb hourk,nk3 lcall delay jb hourk,nk2 inc hour mov a,hour cjne a,#24,nh24 mov hour,#00hnh24: mov a, hour mov b, #10 div ab call toled mov ledbuf+6, a mov a, b call toled mov ledbuf+5, a lcall displaylednk3:jb star,nk0 lcall delay jb star,nk3 pop acc pop psw retid10ms:mov r5,#40dl: m