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1、毕毕业业设设计计论论文文基基于于单单片片机机并并行行口口的的电电子子钟钟的的设设计计摘摘要要 ： 电子钟是一种用电子电路技术实现时、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。 电子钟从原理上讲是一种典型的电子电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。目前，电子钟的功能越来越强，并且有多种专门的大规模集成电路可供选择。 从有利于学习的角度考虑，这里主要介绍以中小规模集成电路设计电子钟的方法。 经过了电子电路设计这门课程的系统学习，特别经过了关于组合逻辑电路与时序逻辑电路部分的学习，我们已经具备了设计小规模集成电路的能力，借
2、由本次设计的机会，充分将所学的知识运用到实际中去。 本次课程设计要求设计一个电子钟，基本要求为电子钟的时间周期为 24 小时，电子钟显示时、分、秒，数字钟的时间基准一秒对应现实生活中的时钟的一秒。供扩展的方面涉及到定时自动报警、按时自动打铃、定时广播、定时启闭路灯等。因此，研究电子钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。关关键键字字： 单片机 , LED 显示器，电子钟，汇编语言。目目 录录1 1 多多功功能能电电子子表表说说明明及及总总体体方方案案介介绍绍.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 2 电电子子钟钟的的工工作作原原理理.43 3 多多功功能能
3、电电子子表表原原理理框框图图、原原理理图图及及P PC CB B 图图 .53.1 多功能电子表原理框图.54 多多功功能能电电子子表表元元器器件件清清单单.95 5 单单片片机机硬硬件件 资资源源 分分配配 .256 6 程程序序流流程程图图.267 7 电电子子钟钟程程序序清清单单.328 8 误误差差分分析析 .409 9 电电子子钟钟使使用用说说明明.431 10 0 设设计计体体会会 .441 11 1 教教学学意意见见 .451 12 2 参参考考资资料料 .461 1 多多功功能能电电子子表表说说明明及及总总体体方方案案介介绍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
4、以实现。而单片机的最小系统设计中实际上最重要的就是对键盘/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. .1 1 多多功功能能 电电子子表表计计时时方方案案方案一：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
5、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 : 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
6、片机是低功耗的具有4KB 在线可编程Flash 存器的单片机。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 1. .2 2 多多功功能能电电子子表表键键盘盘/ /显显示示方方案案方案一 : 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，
7、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 : 8155 扩展， 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，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 : 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
8、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 : 独立式按键，LED 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。 2 2
9、多多功功能能电电子子表表的的工工作作原原理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
10、控端和位控端通过74LS244 及其 S8550PNP 型号三极管与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 3 多多功功能能电电子子表表原原理理方方框框图图、原原理理图图及及P PC CB B 图图3 3. .1 1 多多功功能能电电子子表表原原
11、理理方方框框图图多功能电子表整机电路方框图如图 3.14 4 多多功功能能电电子子表表元元器器件件清清单单多功能电子表电路所有元器件清单如表4.1 所示表 4.1 多功能电子表元器件清单1元件名称封装形式元件号LED 数码管 (共阳极 )DIP-12D1LED 数码管 (共阳极 )DIP-12D2510 电阻AXIAL0.4R1510 电阻AXIAL0.4R2510 电阻AXIAL0.4R3510 电阻AXIAL0.4R4510 电阻AXIAL0.4R5510 电阻AXIAL0.4R6510 电阻AXIAL0.4R7510 电阻AXIAL0.4R81K 电阻AXIAL0.4R9200 电阻AX
12、IAL0.4R104.7K 电阻AXIAL0.4R114.7K 电阻AXIAL0.4R124.7K 电阻AXIAL0.4R134.7K 电阻AXIAL0.4R144.7K 电阻AXIAL0.4R154.7K 电阻AXIAL0.4R164.7K 电阻AXIAL0.4R174.7K 电阻AXIAL0.4R18电源插座UINDIANYUAN74LS244 芯片DIP-20A1S8550PNP 三极管TO-585501S8550PNP 三极管TO-585502S8550PNP 三极管TO-585503S8550PNP 三极管TO-585504S8550PNP 三极管TO-585505S8550PNP
13、三极管TO-585506轻触开关ADIP04A轻触开关BDIP04B轻触开关CDIP04C轻触开关DDIP04D轻触开关DIP04S512M 晶振XTAL1Y133pF 电容RAD0.2C133pF 电容RAD0.2C222F 电容RB.2/.4C37805 芯片TO-220U10.33F 电容RAD0.2C10.1F 电容RAD0.2C2220F 电容RB.2/.4C3220F 电容RB.2/.4C4桥式整流DIP-04D2二极管DIODE0.4D111V 变压器DIP-5TR扩展插针SIP08J0扩展插针SIP08J15 5 单单片片机机硬硬件件资资源源的的分分配配本次设计用到了单片机正常
14、工作的硬件资源，如（连接晶振的引脚XTAL1 和 XTAL2，复位引脚RESET） ，对其硬件资源还做了具体的安排。(1).P0 口作为数码管显示器的段控输出口,对数码管显示器进行控制。(2).P1 口P1.0 P1.3 接了四个独立式分别为A 键、 B 键、 C 键、 D 键，用于对键盘的控制，P1.5、 P1.6、 P1.7 则作为ISP 程序下载的输入端。(3).P2 口该口全部用于数码管的位控端。(4).定时 /计数器使用定时器0 来实现本次电子钟的运行。(5).内部存储单元30H 存储定时 /计数器0 的中断次数。31H 36H 分别作为时、分、秒个位和十位的数据存储单元。79H 7E 分别作为LED0、 LED1、 LED2、 LED3、 LED4、 LED5 显示缓冲单元。(6).通用寄存器第 0 组寄存器： R0、 R1、 R3、 R7，用来存放键功能程序的数据；第 1 组寄存器： R3，用来存放中断服务程序的数据；第2 组寄存器： R1、 R4，用来存放显示程序的数据。(7).专用寄存器定时器控制寄存器TCON，通过设置该寄存器中TR0 位的状态来控制定时 /计数器0 的启动 /停止；中断允许寄存器IE，通过设置该寄存器EA/ET0 位的状态来设置定时/计数器0 中
