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1、单片机技术课程设计任务一、设计题目：基于单片机并行口的电子钟的设计二、适用班级：三、指导教师：四、任务和要求：在智能化仪器仪表中，控制核心均为微处理器，而单片机以其高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠而得到广泛使用，是设计智能化仪器仪表的首选微控制器，单片机结合简单的接口电路即可构成电子钟，它可广泛使用于工业、农业、日常生活等领域，和传统钟表相比较，它具有高精度、高可靠性、操作方便、价格便宜、智能化等特点，是钟表的一个发展方向，具有一定的实用价值。1、本课题任务如下：设计一个具有特定功能的电子钟。该电子钟上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”， 进入时钟准备状态；第一次按电子钟启动
2、/调整键，电子钟从0时0分0秒开始运行，进入时钟运行状态；再次按电子钟启动/调整键，则电子钟进入时钟调整状态，此时可利用各调整键调整时间，调整结束后可按启动/调整键再次进入时钟运行状态。2、本课题要求如下：（1）在AT89S51的P0口和P2口外接由六个LED数码管(LED5LED0)构成的显示器，用P0口作LED的段码输出口（P0.0P0.7对应于LED的adp），P2.5P2.0作LED的位控输出线（P2.5P2.0对应于LED5LED0），P1口外接四个按键A、B、C、D（对应于P1.0P1.3）。（2）、利用六个LED显示当前时间。（3）、四个按键的功能：A键用于电子钟启动/调整；B键
3、用于调时,范围0-23,0为24点,每按一次时加1；C键用于调分,范围0-59，0 为60分,每按一次分加1；D键用于调秒, 范围0-59，0为60秒,每按一次秒加1。（4）、单片机采用AT89S51，fosc=12MHZ。（5）、电子钟供电电源电路的设计。（6）、电子钟时钟电路，复位电路的设计。（7）、编写系统监控程序、键扫子程序、显示子程序及其它所需子程序、功能程序和中断服务程序。（8）、计算机输出课程设计说明书一份。 （9）、设计时间：二周（10）、制作电子钟实物。五、课程设计说明书主要内容1、课程设计说明书封面；2、课程设计任务书封面及课程设计任务书；3、前言；4、课程设计说明书目录；
4、5、电子钟功能说明及总体方案介绍；6、详细介绍电子钟的工作原理；7、绘制电子钟整机电路框图、整机电路原理图、电源电路原理图及PCB图各1份；8、列出电子钟元器件清单；9、详细介绍电子钟单元电路工作原理（包括电源电路、时钟电路、复位电路、键盘/显示接口电路及所用主要芯片）；10、单片机硬件资源的使用分配情况；11、画出电子钟软件系统监控程序、各子程序、中断服务程序及各功能程序的流程框图；12、列出电子钟软件系统程序清单；13、写出电子钟的使用说明；14、设计体会，谈谈本设计的重点、难点及精妙之处，是否存在不足之点及改进意见；15、提出单片机技术课程教学建议；16、参考资料。六、课程设计说明书书写
5、格式 参照“课程设计说明书书写格式”文件。七、参考资料1、曹巧媛，单片机原理及使用M，北京：电子工业出版社，1997.7。2、赵秀珍，单永磊，单片微型计算机原理及其使用M，北京：中国水利水电出版社，2001.8。3、张毅刚，修林成，胡振江，MCS-51单片机使用设计M，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1990.8。4、张洪润，兰清华，单片机使用技术教程M，北京：清华大学出版社，1997.11。5、李华，MCS-51系列单片机实用接口技术M，北京：北京航空航天大学出版社，1993.8。6、陈景初，单片机使用系统设计和实践M，北京：北京航空航天大学出版社。7、马家辰，MCS-51单片机原理和接口技术
6、M，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社。8、刘守义，单片机使用技术M，西安：西安电子科技大学出版社。 电气自动化教研室 2005年9月10日前 言电子科技日新月异，人们对现代电子设备的智能化和微型化及其精度提出了更高的要求，而单片机因其具有稳定可靠、 体积小、 价格低廉等特点，成为设计智能化仪器仪表的首选微控制器，因此本次我们没有选用传统的专用的时钟芯片，而是采用了AT89S51芯片，此款单片机可以使用软件对其进行在线编程，其灵活性和可靠性都相对提高。通过此次实物制作,增强了我们的动手能力,把理论和实践融合在一起。同时，也进一步加深了对单片机的硬件结构的理解和巩固，编程能力也得到了提高。在此将电子钟
7、制作过程中用到的知识进行了一些总结，并记录了遇到的问题，希望自己今后能注意。同时也希望能成为读者的参考资料，能帮助读者避免出现相同的问题，并能从中得到一些启发。在此要感谢王老师对我的指导，感谢同组人的合作及帮助过我的同学。由于编者水平有限,书中的错漏在所难免，恳请读者批评指正。 编者:吴 海 林 20051113目 录1 多功能电子表说明及总体方案介绍11.1 多功能电子表计时方案11.2 多功能电子表键盘/显示方案22 电子钟的工作原理43 多功能电子表原理框图、原理图及PCB图53.1 多功能电子表原理框图53.2 多功能电子表整机原理图53.3 多功能电子表电路PCB图74 多功能电子表
8、元器件清单95 多功能电子表单元电路工作原理及芯片115.1 电源电路工作原理115.2 时钟电路工作原理115.3 复位电路工作原理125.4 键盘电路工作原理125.5 显示器工作原理135.6 AT89S51芯片175.7 74LS244芯片205.8 S8550PNP三极管215.9 四位一体数码管236 单片机硬件资源分配257 程序流程图268 电子钟程序清单329 误差分析4010 电子钟使用说明4311 设计体会4412 教学意见4513 参考资料461 多功能电子表说明及总体方案介绍本次设计电子钟系统功能简单，用单片机的最小系统就能得以实现。而单片机的最小系统设计中实际上最重
9、要的就是对键盘/显示器接口电路的设计，由于系统功能不同所以要求就不同，接口设计也就不同。对一个键盘/显示器接口设计应从整个系统出发，综合考虑软、硬件特点。下面是本人在设计前对各种设计方案的考虑：1.1 多功能电子表计时方案方案一：采用实时时钟芯片实时时钟芯片具备年、月、日、时、分、秒计时功能和多点定时功能，计时数据的更新每秒自动进行一次，不需程序干预。计算机可通过中断或查询方式读取计时数据进行显示，因此计时功能的实现无需占用CPU的时间，程序简单。此外，实时时钟芯片多数带有锂电池做后备电源，具备永不停止的计时功能；具有可编程方波输出功能，可用做实时测控系统的采样信号等；有的实时时钟芯片内部还带
10、有非易失性RAM，可用来存放需长期保存但有时也需变更的数据。由于功能完善，精度高，软件程序设计相对简单，且计时不占用CPU时间，因此，在工业实时测控系统中多采用这一类专用芯片来实现实时时钟功能。方案二: 软件控制。利用单片机内部的定时/计数器进行中断定时，配合软件延时实现时、分、秒的计时及秒表计时。该方案节省硬件成本，且能使设计者对单片机的指令系统能有更深入的了解，从而掌握单片机使用技术MCS-51汇编语言程序设计方法，因此，本系统设计采用此种软件控制方法来实现计时。而由于ATMEL公司的AT89S51单片机是低功耗的具有4KB在线可编程Flash存储器的单片机。它和通用80C51系列单片机的
11、指令系和引脚兼容。片内的Flash可允许在线重新编程，也可使用通用非易失性存储器编程。它将通用CPU和在线可编程Flash集成在一个芯片上，形成了功能强大、使用灵活和具有较高性能价格比的微控制器。它的功能强大，而且也较容易购买，故本设计中所选的单片机为AT89S51单片机。1.2 多功能电子表键盘/显示方案方案一: 8279扩展。该方案方框图如图1.2.1所示，8279是一种可编程的键盘/显示接口专用芯片，它含有键盘输入和显示输出两种功能，键扫描程序和动态显示程序全由8279硬件自动完成，此种方案能以比较简单的硬件 电路和较少的软件开销实现单片机和键盘、LED显示器的接口。方案二: 8155扩
12、展，LED动态显示。 该方案方框图如图1.2.2所示，8155是一块可编程的接口芯片，和单片机的接口非常简单，它的键盘、显示共用一个接口电路，可节省I/O口。但动态扫描方式需占用CPU较多的时间，在单片机没有太多实时测控任务的情况下可以采用。方案三: 串口扩展，LED静态显示。该方案方框图如图1.2.3所示，独立式键盘配置灵活，软件结构简单，按键较多时不宜采用。静态显示占用口资源少，采用串口传输实现静态显示， LED数码管和单片机之间通过6个移位寄存器相连，显示亮度有保证，但此方案的硬件开销大，电路复杂，信息刷新速度慢，比较适用于并行口资源较少的场合。方案四: 独立式按键，LED动态显示。 该
13、方案方框图如图1.2.4所示，独立式按键直接和单片机I/O口相连构成键盘，每个按键不会相互影响，因本系统用到的按键比较少，采用独立式键盘不会浪费I/O口线，所以本系统采用独立式键盘。动态显示的亮度虽然不如静态显示，但其硬件电路较简单，可节省硬件成本，虽然动态扫描需占用CPU较多的时间，但本系统中的单片机没有很多实时测控任务，因此，本系统采用此种方案。 2 多功能电子表的工作原理本设计中的电子钟的核心是AT89S51单片机，其内部带有4KB在线可编程Flash存储器的单片机，无须外扩程序存储器，硬件电路主要由四部分构成：时钟电路，复位电路，键盘以及显示电路。时钟电路是电子表硬件电路的核心，没有时
14、钟电路，电子表将无法正常工作计时。本系统时钟电路采用的晶振的频率为12MHz，定时器采用的是定时器0工作在方式1定时，用于实现时、分、秒的计时，定时时间为62.5ms。复位电路可使电子表恢复到初始状态。键盘可对电子表进行开启、停止，还能实现时、分、秒的显示及设定等操作。显示电路由两个共阳级4位一体LED数码管构成，它的段控端和位控端通过74LS244及其S8550PNP型号三极管和AT89S51单片机的I/O口相连，显示器可使电子表显示出时、分、秒。 多功能电子表的计时原理为：上电后，电子表显示P.提示符，按下A键后，电子表从00：00：00开始计时。当定时器0的定时时间满62.5ms后，定时器0溢出一次，溢出满16次后，电子表的秒加1，满60秒后，分加1，满60分后，时加1，满24时后，电子表重新从00：00：00开始计时。3 多功能电子表原理方框图、原理图及PCB图3.1 多功能电子表原理方框图多功能电子表整机电路方框图如图3.1 3.2 多功能电子表电路原理图3.2.1多功能电子表电源电路原理图直流稳压电源电路原理图如图3.2所示
