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1、单片机与接口技术摘 要近几年，单片机在各个领域得到广泛的应用。从工业到人们的日常生活，大部分的科技产品都是通过单片机来控制。在它问世之前，自动控制设备得不到广泛的应用，这是因为控制设备的体积庞大，耗电量大，价格昂贵。在第一台微处理器成功研制不久，第一个单片机就问世了。因为其小巧的体积，低功耗，以及高效的性能，单片机受到了大家的欢迎。本设计利用Atmel公司的AT89C52单片机对电子时钟进行开发，设计了实现所需功能的硬件电路，应用C语言进行软件编程，并用Proteus软件进行演示、验证。主要介绍用单片机内部的定时/计数器来实现电子时钟的方法，本设计由单片机AT89C52芯片为核心，辅以必要的电
2、路，构成了一个单片机的数字电子时钟。它的计时周期为24小时，显满刻度为“23时59秒”，且配有4个独立按键，可以灵活地调节时间和日期，并具有一定的扩展性。 关键词：单片机；数字电子钟；数码管驱动显示电路。 目录1简介11.1基于单片机的数字钟介绍11.2本系统的特点和功能介绍22 硬件设计32.1总体设计方案32.1.1 AT89C51的介绍32.2硬架结构设计52.2.1 51单片机的最小系统52.2.2显示部分设计52.2.3电源部分设计72.2.4报时部分的设计82.2.5键盘部分的设计82.2.6总体硬件电路图92.6.7 proteus仿真93软件部分103.1部分设计思想的说明10
3、3.2 C语言、keil、proteus的介绍113.2.1 C语言113.2.2 keil123.2.3 proteus123.3参考程序13总结24参考文献24241简介1.1基于单片机的数字钟介绍1.单片机的介绍：“单片机”就是将计算机的基本部件集成到一块芯片上，包括CPU（Central Processing Unit）、ROM(Read Only Memory)、RAM（Random Access Memory）、并行口（Parallel Port）、串行口(Serial Port)、定时器计数器(Timer/Counter)、中断系统(Interrupt System)、系统时钟及
4、系统总线等。计算机系统已明显地朝巨型化、单片化、网络化三个方向发展。巨型化发展的目的在于不断提高计算机的运算速度和处理能力，以解决复杂系统计算和高速数据处理，比如系统仿真和模拟、实时运算和处理。单片化是把计算机系统尽可能集成在一块半导体芯片上，其目的在于计算机微型化和提高系统的可靠性，这种单片计算简称单片机。单片机的内部硬件结构和指令系统主要是针对自动控制应用而设计的所以单片机又称微控制器MCU（Micro Controller Unit）。用它可以很容易地将计算机嵌入到各种仪器和现场控制设备中，因此单片机又叫做嵌入式微控制器（Embedded MCU）。单片机自20世纪70年代问世以来，以其
5、鲜明的特点得到迅猛发展，已广泛应用于家用电器、智能玩具、智能仪器仪表、工业控制、航空航天等领域，经过30多年的发展，性能不断提高，品种不断丰富，已经形成自动控制的一支中坚力量。据统计，我国的单片机年容量已达13亿片，且每年以大约16的速度增长，但相对于国际市场我国的占有率还不到1。这说明单片机应用在我国有着广阔的前景。对于从事自动控制的技术人员来讲，掌握单片机原理及其应用已经成为必不可少的学习任务。 单片机的应用十分广泛，在工业控制领域、家电产品、智能化仪器仪表、计算机外部设备，特别是机电一体化产品中，都有重要的用途。2数字钟介绍：本设计中的数字钟的核心是AT89C52单片机，硬件电路主要由四
6、部分构成：时钟电路，复位电路，键盘以及显示电路。时钟是将小时、分钟、秒钟显示于人的肉眼的计时装置。而单片机模块中最常见的正是数字钟，数字钟是一种用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，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。而LED电子定时时钟是以单片机为基础的数字电路实现对时、分、秒的数字显示的数字计时装置,它的计时周期为12小时，另外应有校时功能和一些显示日期、闹钟等附加功能。由于时钟的实用性和在人们生活中的重要性，所以尝试设计以单片机为核心的数字时钟是很有意义的。钟表原先的报时功能已经原不能满足人们日益增长的要求，现代的电子时钟多
7、带有类似自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等功能。1.2本系统的特点和功能介绍1. 特点：我所设计的是LED显示的自动报时系统，是一种基于单片机技术的电子产品，用到的单片机芯片是AT89C52芯片，除此之外还包括晶振电路和复位/时钟电路构成单片机最小应用系统，还有按键电路，显示电路，报时电路等等。计时方案采用软件控制利用AT89C52单片机内部的定时/计数器进行定时，配合软件延时实现时、分的计时。2本单片机报时控制系统具备以下功能：（1）有电子时钟，定时闹铃功能。（2）时钟显示功能：4位LED从左到右依次显示“时时分分”，
8、采用12小时制显示。（3）采用4个独立按键（移位键、加1键、减1键、校时置入键）移位键：每按动移位键一次，小数点从左向右移动1位。加1键：对小数点所在位的数什进行十进制加1。减1键：对小数点所在位的数值进行十进制减1。校时置入键：将显示的时间值置入实时时钟的计时缓冲区。（4）预设定时时间到则发出闹铃声。2 硬件设计2.1总体设计方案本以数码管驱动显示的闹钟，是以单片机及外围接口电路为核心硬件，辅以其他外围硬件电路，用软件程序来实现的。单片机定时报时控制系统硬件原理图如下图所示。闹钟电路供电指示电路主控制器STC89C52按键电路数码管驱动显示电路晶振复位/时钟电路 图2-1 总体设计方案图2.
9、1.1 AT89C51的介绍AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，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，功能强大的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 AT89S51有40个引脚，与MCS51系列单片机引脚完全兼容。如图2-2所示。其各自引脚功能如下：Vcc：电源电压。GND：地
10、。P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O接口，也即地址/数据总线复用口。当访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在FLASH编程时，P0口接受指令字节，而在程序校验时 ，输出指令字节。P1口：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O接口，P1的输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。FLASH编程和程序校验时，P1接收低8位地址。 P2口：P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时P2口送高8位地址数据。FLASH编程或校验时，P
11、2亦接收高位地址和其他控制信号。P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O接口。P3口输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。RST：复位输入。ALE/ ：当访问外部数据时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。对FLASH存储器编程时，该引脚还用于输入编程脉冲（）。EA/VPP:外部访问允许。：程序储存允许。输出是外部程序存储器的度选通信号。XTAL1：振荡器反相放大及内部是钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。2.2硬架结构设计2.2.1 51单片机的最小系统 （见图2-2、2-3、2-4所示） 在晶振电路中XTAL1、XTAL2为AT89C52
12、中连接晶振的管脚，本系统中所使用的晶振频率为12MHZ 。XTAL1为振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端，XTAL2为振荡器反相放大器的输出端。其中电容C8、C9起着系统时钟频率微调的作用，因此，在本定时报时系统的实际应用中一定要注意正确选择参数（3010PF），并保证对称性（尽可能匹配），可能的话，温度系数要尽可能的低。实验表明这两个电容元件对时钟走时误差有较大关系。本系统采用了RC复位电路，其实现简单，成本低，但复位可靠性相对较低。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。2.2.2 显示部分设计作为本次设计中使用的核心元件AT89C51，其结构如下图：图2
13、-2 引脚图晶振与复位电路主要作用是保证电子钟时间的走时精准度和其复位，是电子钟使用与设计中主要的模块，也是校验时钟是否合格的硬性标准。复位/时钟电路如图2-3所示。图2-3 复位/时钟电路用4位LED七段数码管作为显示器，到达定时时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现报时。其驱动电路简单。采用了四个三极管和四个5.1K的电阻，还有八个510欧姆的限流电阻。图2-4数码管驱动显示电路2.2.3电源部分设计AT89C51系列单片机工作电源范围宽达45.5V。单片机供电方式有两种：集成稳压电源方式 电池供电集成稳压电源方式：利用变压器、整流、滤波、稳压自制电源如图2-5
14、所示。图2-4 稳压电源电路电池供电：由于电池携带方便，此次设计采用此方式，供电电压直流5V。图2-6 供电指示电路2.2.4报时部分的设计报时指示可以有声或光两种形式，本系统采用声音指示。关键元件是蜂鸣器，蜂鸣器有无源和有源两种，前者需要输入声音频率信号才能正常发声，后者则只需外加适当直流电源电压即可，元件内部已封装了音频震荡电路，在得电状态下即起振发声。市场上的有源蜂鸣器分为3V、5V、6V等系列，以适应不同的应用需要，本系统采用5V有源蜂鸣器实现报时。由软件产生方波输出经三极管放大后驱动蜂鸣器发音，不用硬件振荡电路，电路图如图2-7所示。图2-7 报时电路2.2.5键盘部分的设计如果设置过多按键，将会占用较多I/O口，而且会给布线带来不便，因此采用4个独立按键。由于按键较少，在修改时间时就不能直接输入，只能通过加或减完成，稍为麻烦一些，但其程序简单，而且并不需要经常修改时间。图2-8 按键电路2.2.6总体硬件电路图通过Proteus画出的总体硬件电路图如下所示。 图2-9 总体硬件电路图2.6.7 proteus仿真图2-10 proteus仿真3软件部分3.1部分设计思想的说明软
