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1、微型计算机技术专业方向设计任务书题目名称：多功能数字钟专业 自动化 班级 08自本3班姓名 * 学号 * 学校：*指导教师：* 2010年12月31日课程设计任务书课程名称：微型计算机技术设计题目：多功能数字钟系统硬件要求：1、 配置单片机的外部程序ROM空间，容量为16K（使用27128芯片）。2、 使用51单片机内部时钟信号为系统提供计时信号。3、 配置LED数码管或液晶显示器显示时间，设置操作按键。系统功能要求：1、 在LED数码显示器或液晶显示器上显示：时：分：秒。2、 按键功能自定义，实现按键调整时间功能。3、 具有闹钟功能（选做）。4、 具有秒表功能（选做）。其他要求：1、 每位同
2、学独立完成本设计。2、依据题目要求，提出系统设计方案。3、设计系统电路原理图。4、调试系统硬件电路、功能程序。5、编制课程设计报告书并装订成册，报告书内容（按顺序）（1）报告书封面（2）课程设计任务书（3）系统设计方案的提出、分析（4）系统中典型电路的分析（5）系统软件结构框图（6）系统电路原理图（7）源程序（8）课设字数不少于2000字成绩评语一、任务要求11、设计题目12、系统硬件要求：23、系统功能要求：2二、系统设计方案的提出与分析21、方案提出的背景22、系统的整体框图23、方案论证与比较33.1、电源模块33.2、控制器33.3时钟方案43.4按键模块43.5显示模块43.6闹钟5
3、三、典型电路的分析51、复位电路51.1上电复位51.2按键复位62、振荡电路62.1振荡器和时钟电路工作原理62.2 本次设计采用常用的内部时钟方式接法63、最小系统电路74、电源电路85、按键电路8LCD1602显示电路96、闹铃电路117、外扩16K ROM电路11四、系统软件结构框图131、主程序流程图132、按键程序流程图153、T0定时中断程序流程图164、T1定时中断程序流程图18五、源程序19六、结束语29七、参考文献29一、任务要求1、设计题目：多功能数字钟2、系统硬件要求：2.1、配置单片机的外部程序ROM空间，容量为16K（使用27128芯片）。2.2、使用51单片机内部
4、时钟信号为系统提供计时信号。2.3、配置LED数码管或液晶显示器显示时间，设置操作按键。3、系统功能要求：3.1、在LED数码显示器或液晶显示器上显示：时：分：秒。3.2、按键功能自定义，实现按键调整时间功能。3.3、具有闹钟功能（选做）。3.4、具有秒表功能（选做）。二、系统设计方案的提出与分析1、方案提出的背景当今社会，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高， 时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间。加上单片机发展迅速，正朝着高性能、大容量、低价格、多品种方向发展趋，使单
5、片机得到大规模应用，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。数字钟是一种利用单片机通过数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。所以，数字钟的开发具有广大的应用价值。2、系统的整体框图 外扩16K ROM单片机AT89C51稳压电源供电LCD1602显示功能按键蜂鸣器（闹钟）秒表3、方案论证与比较 3.1、电源模块方案一：采用5V干电池直接供电。13153225248方案二：将9V的电压经整流滤波电路转换而
6、成。 比较论证：系统所用的电压为5V左右，若直接用5V干电池供电，将带来供电不稳定，且时间长了电源消耗使实际的电压小于5V，这可能使单片机等器件无法正常工作，导致系统无法正常完成要求。若采用将9V的电源经整流滤波后得到5V电压的方法，将能够保证供电稳定，且9V电压供电时间长，能提供较好的实际效果。所以电源电路采用方案二。 3.2、控制器方案一：采用普遍MCS51单片机作为控制元件。方案二：采用凌阳、ARM等单片机作为控制元件。比较论证：由于本次设计完成的功能不是很复杂，对控制部分的要求不是太高，且MCS-51系列单片机具有高性价比、高速度、小体积、可重复编程等优点得到了广泛的应用，完全能够满足
7、本次试验的要求。而且我们刚学完51单片机，对芯片都比较了解，同时通过本次课程设计也将大大加深我们对51单片机的理解，达到双倍的效果。当然在市面上还有许多其他类型的单片机，如凌阳SPCE061A、ARM等，虽然功能强大，带有A/D、D/A等功能，但在本次设计中这些都不需要，将造成资源的极大浪费。况且凌阳SPCE061A、ARM单片机价格都不便宜，用在本设计中不划算。所以我们选择了MCS51系列单片机，其中的AT89C51是市面上应用很广泛的一种单片机，自然成为我们学生的首选。所以控制器我选择了AT89C51单片机。3.3时钟方案方案一：使用单片机内部的定时计数器。方案二：在系统中扩展外部时钟芯片
8、DS1302。比较论证：使用单片机内部的定时计数器，采用软件实现，可以降低系统成本，缺点是误差较大。一般用在对时间精度 要求不高的场合。DS1302时钟芯片内含一个实时时钟日历电路和32字节静态RAM，可提供秒、分、时、日、日期月、年的信息，每月和闰年的信息可自动调整。通过简单的SPI串行接口，与单片机仅需用复位、数据和时钟三根IO口线进行通信，同时DS1302可外接备用电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。对于本设计，考虑到成本与使用方便，采用方案一，通过软件实现定时计数。3.4按键模块方案一： 运用独立式按键。方案二： 运用矩阵式按键。比较论证：键盘以按键的形式来设置控制功能
9、，是人机交流的主要途径，矩阵式按键适合于输入数据多的，功能复杂的系统;独立式按键比较简单，适合于较少开关量的输入场合，而且使电路简单化，方便焊接。因此我们选择独立式按键方式，用2个独立式按键完成输入功能，每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其它I/O口线的状态。此软件是采用查询式结构，首先逐位查询每根I/O口线的输入状态，如某一根I/O口线输入为低电平，则可确认该I/O口线所对应的按键已按下，然后，再转向该键的功能处理程序。3.5显示模块方案一：采用数码管显示。方案二：采用液晶显示。比较论证：数码管亮度高、体积小、重量轻，但其显示信息简单、有限，并且需要较高的驱动能力，功耗高
10、，人机交互功能差，较难控制，且电路连接麻烦，不宜采用。 液晶显示功耗低，轻便防震，采用液晶显示界面友好清晰，操作方便，显示信息丰富。综合以上两方案,故本设计中采用方案二。3.6闹钟本设计直接选用蜂鸣器作为闹钟的发生模块，蜂鸣模块由一个NPN三极管和蜂鸣器组成，三极管的发射极接地，蜂鸣器的正极接到电源VCC，蜂鸣器的另一端则接一个限流电阻和AT89C51的P2.0口相连接，当P2.0口出现一个低电平，蜂鸣器就发出声音，达到闹钟的效果。三、典型电路的分析1、复位电路单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚RST上外接电阻和电容，实现上电复位。当复位电平持续两个机器周期以上时复位有效。复位电平的持续时
11、间必 须大于单片机的两个机器周期。具体数值可以由RC电路计算出时间常数。复位电路由按键复位和上电复位两部分组成。1.1上电复位8051系列单片及为高电平复位，通常在复位引脚RST上连接一个电容到VCC，再连接一个电阻到GND，由此形成一个RC充放电回路保证单片机在上电时RST脚上有足够时间的高电平进行复位，随后回归到低电平进入正常工作状态，这个电阻和电容的典型值为10K和10uF。1.2按键复位按键复位就是在复位电容上并联一个开关，当开关按下时电容被放电、RST也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持一段时间的高电平来使单片机复位。电路图如下：2、振荡电路2.1振荡器和时钟电路工作原理 80
12、C51系列单片机内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器，但要形成时钟，外部还需附加电路。XTAL1引脚为反相放大器和时钟发生电路的输入端，XTAL2引脚为反相放大器的输出端。片内时钟发生器实质是个2分频的触发其输入来自振荡器的fosc，输出为2相时钟信号，即节拍信号P1、P2，器频率为fosc2。2个节拍为1个状态时钟S。状态时钟再3分频后为ALE信号，其频率为fosc6，状态时钟6分频后为机器周期信号，器频率为fosc12。特殊功能寄存器PCON的PD位可以控制振荡器的工作，当PD=0时，振荡器停止工作，单片机进入低功耗工作状态，复位后，PD=0，振荡器正常工作。2.2 本次设计采用常用
13、的内部时钟方式接法通过在引脚XTAL1和XTAL2两端跨接晶体或陶瓷谐振器，再利用芯片内部的振荡电路，就构成了稳定的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部时钟电路，如图所示，外接晶振时，两电容值通通常选为20-30pf。本设计中选为30pf。频率有微调作用，影响振荡的稳定性和起振速度。所采用的晶体或陶瓷谐振器得频率选择0-2433MHz。为了减小寄生电容，更好的保证振荡器稳定、可靠的工作，谐振器和电容赢尽可能与单片机芯片靠近安装。3、最小系统电路 最小系统由晶振电路，复位电路和电源组成。4、电源电路因为该电路所需电压为5V左右，可直接用直流电源供应，但需经过变压才行。本设计中用7805芯片对电压
14、进行变换，将9V电压变换为5V的电压。再将得到电压给系统供电。5、按键电路下图是2个按键与单片机的连接图，其中一端是直接接地的，当某一个按键被按下时，与之对应的I/O口就会被置为低电平，由于一上电时计算机的所有I/O口都是高电平，当单片机检测到某一个I/O口为低电平时就知道是哪个按键被按下了。但是如果直接检测引脚是否为低电平的话是会有问题的。请看下图从图中可以看出，理想波形与实际波形之间是有区别的，实际波形在按下和释放的瞬间都会有抖动现象，抖动时间的长短和按钮的机械特性有关，一般为510ms。通常我们手动通常我们手动按下键然后释放，这个动作中稳定闭合的时间超过20ms。因此单片机在检测键盘是否按下时都要加上去抖动操作，有专门的去抖动电路，但通常我们用软件延时的方法就能很容易地解决抖动的问题，因此没必要增加多余的硬件电路。在编写程序时，一般在检测按下是加入去抖延时。按键检测的流程图如下：因此，键盘检测部分的C源程序的写法应如下所示：void keyscan()if(key=0)delay(10);/延时程序if(key=0)（按键后要执行的语句）while(!key);/等待按键释放S1按键接在P3.4口，作为功能键使用；S2按键接在P3.5口，用于调整时钟分加一和调闹钟时间分加一的
