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1、目目 录录一、设计任务一、设计任务.3任务要求：任务要求：.3二、方案与论证二、方案与论证.32.1 多功能电子钟计时方案多功能电子钟计时方案.32.2 多功能电子钟键盘显示方案多功能电子钟键盘显示方案.4三、系统硬件设计三、系统硬件设计.53.1 系统总框图系统总框图.53.2 多功能电子钟电路原理图多功能电子钟电路原理图.53.3 电源电路工作原理图电源电路工作原理图.63.4 复位电路工作原理复位电路工作原理.63.5 键盘工作原理键盘工作原理.63.6 显示器工作原理显示器工作原理.7四、程序框图四、程序框图.84.1 显示子程序流程图显示子程序流程图.84.2 实时时钟芯片实时时钟芯
2、片 1302 度度/写数据流程图写数据流程图.8五、仿真调试五、仿真调试.9六、总结与展望六、总结与展望.9七、参考文献七、参考文献.11一、设计任务一、设计任务任务要求任务要求：（1) 计时：秒、分、时、天、周、月、年。(2) 闰年自动判别。(3) 五路定时输出，可任意关断（最大可到 16 路） 。(4) 时间、月、日交替显示。(5) 自定任意时刻自动开/关屏。(6) 计时精度：误差1 秒/月（具有微调设置） 。(7) 键盘采用动态扫描方式查询。所有的查询、设置功能均由功能键 K1、K2 完 成。二、方案与论证二、方案与论证2.12.1 多功能电子钟计时方案多功能电子钟计时方案 方案一：采用
3、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。方案二方案二: : 软件控制软
4、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，从而掌握单片机应用技术 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。它与通用 80C51 系列单片机的指令系和引脚兼容。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
5、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。2.22.2 多功能电子钟键盘显示方案多功能电子钟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与键盘、LED 显示器的接口。方案二方案二: : 81558155 扩展，扩展，LEDLED 动态显示。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
6、口芯片，与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。方案三方案三: : 串口扩展，串口扩展，LEDLED 静态显示。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 数码管与单片机之间通过 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。方案四方案四: : 独立式按键，独立式按键，LEDLED 动态显
7、示。动态显示。 该方案方框图如图 1.2.4 所示，独立式按键直接与单片机 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。 三、系统硬件设计三、系统硬件设计3.1系统总框图系统总框图3.23.2 多功能电子钟电路原理图多功能电子钟电路原理图3.33.3电源电路工作原理图电源电路工作原理图图 3.2 集成电源电路的原理图电源电路是给电子
8、设备提供必要的电源能量的电路，就输入和输出而言，在集成电路中主要使用的是由交流（AC）220V，50/60Hz 的市电转换成直流电。该部分电路由降压、整流、滤波、稳压四部分组成，其电路图如图 3.2 所示3.43.4 复位电路工作原理复位电路工作原理复位是单片机的初始化操作，其主要功能是把 PC 初始化为 0000H,使单片机从0000H 单元开始执行程序，并使其它功能单元处于一个确定的初始状态。本复位电路采用的是按键复位，它是通过复位端经电阻与 VCC 电源接通而实现的，它兼具上电复位功能。因本系统的晶振的频率为 12MHz，所以，复位信号持续时间应当超过 2S 才能完成复位操作。3.53.
9、5 键盘工作原理键盘工作原理图 3.3 键盘原理图图 3.3 所示为键盘原理图,本系统采用的是独立式键盘结构，每个按键的工作不会影响其它 I/O 口线的状态。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。 3.63.6、显示器工作原理、显示器工作原理图 3.4 显示器原理图系统采用动态显示方式，动态显示通常都是采用动态扫描的方法进行显示，即循环点亮每一个数码管，这样虽然在任何时刻都只有一位数码管被点亮，但由于人眼存在视觉残留效应，只要每位数码管间隔时间足够短，就可以
10、给人以同时显示的感觉。由图 4.4 可知，要想让数码管那一段亮，在该数码管位控段为高电平的情况下给这段送低电平就可以了。五、软件设计五、软件设计此系统欲实现双机的全双工的串行通信。甲乙两机的内部软件是完全相同的，主机和从机都能发送和接收数据信息，能同时进行数据交换。假设主机为发送方，从机为接收方。当按下发送按键时，主机开始发送数据，存储在R7中并通过显示器显示。按下从机的接收按键，从机开始接收数据，每接收一个数值就直接送到显示器显示。从机从主机接收数据，并在送至显示器显示。5.15.1显示子程序流程图显示子程序流程图5.25.2实时时钟芯片实时时钟芯片13021302度度/ /写数据流程图写数
11、据流程图六、仿真调试六、仿真调试Proteus 软件不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus 是世界上著名的 EDA 工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到 PCB 设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB 设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/
12、DsPIC33、AVR、ARM、8086 和 MSP430 等，2010年即将增加 Cortex 和 DSP 系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持 IAR、Keil 和 MPLAB 等多种编译器。下面是单片机双机之间的串行通信在不同工作状态下的仿真图。七、总结与展望七、总结与展望课题设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。随着科学技术发展的日新月异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在，作为二十一世纪的大学生来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。本次课题设计是利用 AT89C51 单片机设计的有实时显示、时间校准、定时闹钟和整点报时功能的电子时钟。并详细说明了软件和硬件设计方法及硬件实现。通过本次设计单片机原理及应用课题设计使我充分认识
