基于单片机的时钟控制器设计

.时钟控制器设计任务书1.设计目的与要求设计出一个用于数字时钟的控制器，准确地理解有关要求，独立完成系统设计，要求所设计的电路具有以下功能：（1）显示： 可以显示时、分和秒（2）调时功能：时（0-24）、分和秒（0-60）可以连续可调（3）时间日误差 2秒（4）增加整点报时功能（5）增加闹钟任意设定功能2设计内容 （1）画出电路原理图，正确使用逻辑关系；（2）确定元器件及元件参数；（3）进行电路模拟仿真；（4）SCH文件生成与打印输出；（5）PCB文件生成与打印输出；3编写设计报告写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。4答辩 在规定时间内，完成叙述并回答问题。目录1.引言-1-2 总体设计方案-1-2.1 设计思路-1-2.2 方案确立-1-2.3 设计方框图-2-3 设计原理分析-2-3.1 系统硬件电路设计 -2-3.2 主控器件AT89S51 -2-3.3 译码器74HC245 -3-3.4 显示电路 3-3.5 按键电路-4-3.6 复位电路-4-3.7 蜂鸣电路-5-3.8 时钟电路-5-3.9 总体原理图-5-3.10程序框图-5-4 结束语-7-参考文献-8-附录 1 电路总原理图 -9-附录 2 总程序-10-基于单片机控制的时钟控制器摘要：本设计以Atmel公司的AT89S51单片机为控制系统的核心，模型采用单片机作为主控制器，以汇编语言为程序设计的基础，设计的一个用两个四位一体数码管串口显示的时钟控制电路，包含了时钟控制电路的基本功能：数码显示，时间调整，闹钟设定，秒表显示等，按照二十四小时循环，具有调节方便，简单实用，可靠性强的优点，有很高的利用价值。 关键词：单片机 AT89C51 74LS245 数码管 1 引言数字钟是采用数字电路实现对时、分、秒及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，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。为了适应时代的潮流，本设计采用AT89S51单片机为核心，使得计时的精度有了很大的提高，而且调节也变的简单实用，采用数字显示也跟加的直观方便。 2 总体设计方案 2.1 设计思路 本设计采用AT89S51单片机为控制核心，产生精确的时钟震荡，来控制数码管显示电路来进行数码显示，外围电路主要有复位电路，震荡电路，按键电路，显示电路，蜂鸣电路组成；复位电路可及时的对单片机进行复位，恢复到初始的状态，震荡电路主要用于计数，定时，产生合适的波特率，按键电路主要是给人们提供一个合适的人机对话的界面，方便人们进行实时的调节，显示电路主要用于数码的显示，蜂鸣电路用于闹铃设定等辅助功能。 2.2 方案确立 本设计主要有包含了时钟电路，按键扫描，显示电路等几个部分。由单片机实现时钟功能单片机内部具有定时器，可方便实现定时功能。 按键电路：键盘分为矩阵式键盘扫描电路和独立式按键电路。矩阵式键盘电路，此类键盘是采用行列扫描方式，优点是当按键较多时可以降低占用单片机的I/O口数目，缺点是电路复杂且会加大编程难度。独立按键电路，每个键单独占有一根I/O接口线，每个I/O口的工作状态互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。缺点是当按键较多时占用单片机的I/O数目较多，优点是电路设计简单，且编程极其容易。由于该系统采用了常规钟表式的校对方式，用键较少，系统资源足够用，故采用了独立按键电路。显示电路分为：静态显示法与动态显示法，由于静态显示法需要数据锁存器等硬件，接口复杂一些，又考虑到时钟显示只有6位，且系统没有其它复杂的处理任务，所以决定采用动态显示法。 2.3 硬件设计方框图 电路的设计以AT89S51单片机为核心，包含了按键电路，复位电路，震荡电路，数码显示电路，整点报时电路等一系列独立环节，下面介绍一下电路设计过程中的总体框图，如图1所示。 图1 时钟电路总体框图3 设计原理分析用AT89S51单片机控制的数字时钟电路，外接震荡电路，按键电路，显示电路，蜂鸣电路等：用单片机电路P0口来输出7段码数据，P2.0P2.5口作列扫描输出；按键用P1口控制，分别用于调节时,分,以及秒表和闹钟的设定；P1.7口接5V的小蜂鸣器，用于按键发音以及定时提醒，整点报时提醒等；采用74HC245作为数码管的段码驱动，为了提供共阳LED数码管的列扫描驱动电压，用三极管8550做电源的驱动输出；采用12MHZ晶振，可提高秒计时的精确性；在软件设计方面，应完成时钟控制电路的各项要求。 3.1 系统硬件电路设计 系统硬件电路主要组成：主控制器AT89S52、译码器74HC245、显示电路、蜂鸣器电路，复位电路时钟电路。 3.2 主控器件AT89C51 AT89S51是一款低功耗，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，AT89S51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。管脚如图2所示。图2 DIP-40封装89C51引脚图3.3译码器74LS24574LS245是我们常用的芯片，用来驱动led或者其他的设备，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。 74LS245还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。 当89S51单片机的P0口总线负载达到或超过P0最大负载能力时，必须接入74LS245等总线驱动器。 当片选端/CE低电平有效时，DIR=“0”，信号由 B 向 A 传输;（接收） DIR=“1”，信号由 A 向 B 传输；（发送）当CE为高电平时，A、B均为高阻态。P0口与74LS245输入端相连,E端接地，保证数据线畅通。管脚如图3所示。图3 74LS245管脚图3.4 显示电路 LED显示块是由发光二极管显示字段的显示器件。这种显示块有共阴与共阳两种结构。共阴极LED显示块的发光二极管阴极共地，当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮。共阳极LED显示块的放光二极管阳极并接。显示块与单片机接口非常容易，只要将一个8位并行输出口语显示块的发光二极管引脚相连即可（AT89S51需要加上拉电阻）。此次电路采用2个4位共阳LED数码管，从P0口输出段码，列扫描用P2.0P2.7来实现。如图4所示。 图4 74LS245驱动段码显示电路图 3.5 按键电路 按键调节电路有四个独立的按键接到P1口的P1.0P1.3端口，控制着电路的调时，调分以及秒表功能和闹钟的设定。具体电路如下图5所示。 图5 按键电路图3.6 复位电路AT89S51单片机的复位电路 ，如图5所示中左边电路。在RESET输入端出现高电平时实现复位和初始化。在震荡器运行的情况下，要实现复位操作，必须使RST引脚至少保持两个机器周期的高电平。在CPU在第二个机器周期内执行内部复位操作，以后每一个机器周期重复一次，直至RST端电平变低复位期间不产生ALE信号。当RST引脚返回低电平以后，CPU从0地址开始执行程序。 3.7 蜂鸣电路 蜂鸣器是广泛应用于各种电子产品的一种元器件，它用于提示、报警、音乐等许多应用场合。三极管8550作蜂鸣器的驱动，增加了蜂鸣器的驱动电流。蜂鸣器的正极性的一端接到三极管的集电极，另一端连接到地，三极管的基极由单片机的P1.7管脚控制，底电平时蜂鸣器响，高电平时不响。另外，蜂鸣器的声音大小及音调可以通过调整P1.7管脚的置低时间及输出的波形进行控制。蜂鸣器的连接电路的原理图如图5所示。 3.8 时钟电路AT89S51内部片内有一个由反相放大器构成的振荡电路，XTAL1和XTAL2分别为震荡电路的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部震荡电路就产生自己震荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。外部方式的时钟电路，XTAL1接地，XTAL2接外部振荡器。一般要求输入方波信号的频率低于33Mhz。本文设计的系统采用的是内部方式的时钟电路。如图6所示。 图6 时钟电路原理图3.9 总体原理图 见附录1 3.10程序框图 主程序如图7所示首先是初始化部分,主要是计时单元清零，中断初始化，启动定时器工作，然后是调用显示子程序，接着是判断有无按键。无按键则回到调用显示子程序处；有按键，则执行按键处理子程序，执行完后回到调用显示子程序处，重复循环。定时器T0中断如图8所示图7 主程序流程图图8 中断程序流程图 4 结束语 三周实习很快就过去了，通过自行设计、焊接和调试一个单片机系统，我熟悉了单片机基本的开发流程和单片机的深入学习。在完成这个设计的同时，我复习了书本上的许多相关内容，受益匪浅。因此我在获得理论知识的同时，实践中也获得了许多书本上没有的东西。提高了调试以及查找并解决问题的能力，我深入了解了焊普通元件与电路元件的技巧、数字时钟的工作原理及其它各电路元件的作用等。这些知识不仅在课堂上有效，对以后的学习工作有很大的指导意义，在日常生活中更是有着现实意义；也对自己的动手能力是个很大的锻炼。实践出真知，纵观古今，所有发明创造无一不是在实践中得到检验的。没有足够的动手能力，就奢谈在未来的科研尤其是实验研究中有所成就。最后，感谢老师对我们这次实习的辛勤指导和帮助。 参考文献1 李光飞,楼然苗,胡佳文编著.单片机课程设计实例指导.北京:北京航空航天大学出版社. 20042 黄仁欣主编.单片机原理及应用技术. 北京： 清华大学出版社. 2005. 3 高吉祥主编.电子技术基础实验与课程设计.北京:电子工业出版社. 2002 4 肖玲妮.印刷电路板设计教程.M.北京:清华大学出版社,2003.5 康华光.电子技术基础.M.北京;高等教育出版社,2006. 6 余小平等.电子系统设计.M.北京:北京航空航天大学出版社,2007. 附录1： 电路总原理图附录2： 总程序.页脚ORG 0000H LJMP START ORG 000BH LJMP INIT0 START: MOV 70H,#0 MOV 71H,#0MOV 72H,#0MOV 73H,#0MOV 74H,#0 MOV 75H,#0MOV 76H,#0MOV 77H,#0MOV 78H,#0MOV 79H,#0MOV 7AH,#0MOV 7BH,#0MOV 7CH,#0MOV 7DH,#0MOV 7EH,#0 MOV 72H,#0AH ;对连字符进行装值 MOV 75H,#0AH MOV 60H,#0MOV 61H,#0MOV 63H,#0MOV 64H,#0 CLR P1.7 MOV TMOD,#01H ;选择定时器/计数器T0的方式1 MOV TL0,#0B0H ;对低位赋初值 MOV TH0,#03CH ;高位赋初值 SETB EA SETB ET0 SETB TR0 START1: LCALL SCAN LCALL KEYSCAN SJMP START1 DL1MS: MOV R6,#14H ;延时1子程序 DL1: MOV R7,#19H DL2: DJNZ R7,DL2 DJNZ R6,DL1 RET DELAY: MOV R6,#10 D1: MOV R7,#30 DJNZ R7,$ DJNZ R6,D1RETDL20MS: ACALL SCAN ;延时20ms子程序 ACALL SCAN ACALL SCAN RET ;整点报时将秒和分的单元与零比较SCAN: MOV A,7EH ;7F单元的内容为0 CJNE A,79H,NEXT MOV A,7DH CJNE A,7AH,NEXT SETB P1.7 AJMP NEXT1NEXT: CLR P1.7NEXT1: MOV A,79H CJNE A,#0,NEXT2 MOV A,78H CJNE A,#0,NEXT2 SETB P1.7 LJMP NEXT3NEXT2:CLR P1.7 ;数码管总显示程序开始分两部分 ;校正时间和数码管正常工作的显示程序 NEXT3: MOV A,78H MOV B,#0AH DIV AB ;时间秒的十位送给A，时间秒的个位送B MOV 71H,A ;时间秒要显示的十位 MOV 70H,B ;时间秒要显示的个位 MOV A,79H MOV B,#0AH DIV AB ;时间分的十位送给A，时间分的个位送B MOV 74H,A ;时间分要显示的十位送地址 MOV 73H,B ;时间分要显示的个位送地址 MOV A,7AH MOV B,#0AH DIV AB ;时间时的十位送给A，时间时的个位送B MOV 77H,A ;时间时显示的十位送地址 MOV 76H,B ;时间时要显示的个位送地址 MOV R1,#70H MOV R5,#0FEH MOV R3,#09H SCAN1: MOV A,R5 ;数码管正常工作的显示程序 MOV P2,A MOV A,R1 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR ;对字段表取值显示 MOV P0,A MOV A,R5 LCALL DL1MS INC R1 MOV A,R5 RL A MOV R5,A DJNZ R3,SCAN1 MOV P2,#00H MOV P0,#00H JB P1.3,QQ LCALL DL1MS JB P1.3,QQHERE: JNB P1.3,HERE SJMP LOOP1 QQ: LJMP LASTLOOP1:JB P1.1,LOOP2 LCALL DL1MS JB P1.1,LOOP2HERE1:JNB P1.1,HERE1 INC 7DH MOV A,7DH CJNE A,#18H,LOOP2 MOV 7DH,#00HLOOP2:JB P1.2,LOOP3 LCALL DL1MS JB P1.2,LASTHERE3:JNB P1.2,HERE3 INC 7EH MOV A,7EH CJNE A,#3CH,LOOP3 MOV 7EH,#00H ;调制闹铃的时间显示LOOP3: MOV DPTR,#TAB MOV A,7DH MOV B,#10 DIV AB MOV 64H,A MOV 63H,B MOV A,7EH MOV B,#10 DIV AB MOV 61H,A MOV 60H,B MOV P2,#0F7H MOV A,60H MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAY MOV P2,#0EFH MOV A,61H MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAY MOV P2,#0DFH MOV P0,#40H LCALL DELAY MOV P2,#0BFH MOV A,63H MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAY MOV P2,#07FH MOV A,64H MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAY JB P1.3,LOOP4 LCALL DL1MS JB P1.3,LOOP4HERE4:JNB P1.3,HERE4 LJMP LASTLOOP4:LJMP LOOP1 LAST: RET ;09和-的字段表 TAB: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,40H ;定时/计数器T0中断程序 INIT0: PUSH ACC PUSH PSW CLR ET0 CLR TR0 MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#03CH SETB TR0 INC 7BH MOV A,7BH CJNE A,#14H,OUTT0 ;50ms是否到20次，没有到就继续执行50ms的延时 MOV 7BH,#00 INC 78H MOV A,78H CJNE A,#3CH,OUTT0 ;一秒的延时是否计到60次，没有就继续执行 MOV 78H,#00 INC 79H MOV A,79H CJNE A,#3CH,OUTT0 MOV 79H,#00 INC 7AH MOV A,7AH CJNE A,#18H,OUTT0 ;60分钟的延时是否计到24次，没有就继续执行程序 MOV 7AH,#00 OUTT0: SETB ET0 ;启动定时器T0 POP PSW POP ACC RETI ;按键处理程序 KEYSCAN:CLR EA JNB P1.0,KEYSCAN0 ;P1.0有按键按下则跳转到子程序 JNB P1.1,KEYSCAN1 ;P1.1有按键按下则跳转到子程序 JNB P1.2,KEYSCAN2 ;P1.2有按键按下则跳转到子程序 KEYOUT: SETB EA RET KEYSCAN0:LCALL DL20MS ;20ms的延时消抖 JB P1.0,KEYOUT WAIT0: JNB P1.0,WAIT0 ;判断按键是否松手， 松手就往下执行程序 INC 7CH MOV A,7CH CLR ET0 CLR TR0 CJNE A,#04H,KEYOUT ;按下第一次和第二次对时、分选定 MOV 7CH,#00 ;按下第三次时就启动计时 SETB ET0 SETB