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1、课 程 设 计课程名称 单片机原理与应用 课题名称 电子时钟设计 专 业 班 级 学 号 姓 名 指导教师_ 2013年6月 21 日设计内容与设计要求一、设计内容：本课题以单片机为核心，利用其定时器和6位数码管，设计一个电子时钟。要求有以下功能：1、开机时，显示00:00:00的时间开始计时；2、要求有秒，分，时的调节。3、具有复位功能。二、设计要求： 1）确定系统设计方案；2）进行系统的硬件设计； 3）完成必要的参数计算与元器件选择； 4）完成应用程序设计； 5）进行单元电路及应用程序的调试； 6）写出使用说明书主 要 设 计 条 件1、MCS-51单片机实验操作台1台；2、PC机及单片机
2、调试软件；3、单片机应用系统板1套；4、制作工具1套；5、系统设计所需的元器件。 说 明 书 格 式1. 课程设计任务书2. 目录3. 说明书内容1）课题的设计要求、目的、意义2）系统总体方案选择与说明3）系统结构框图与工作原理4）各单元硬件设计说明及计算方法5）软件设计与说明（包括流程图）6）调试结果与必要的调试说明7）使用说明8）程序清单9）总结10）参考文献附录附录A 系统原理图附录B 程序清单 进 度 安 排设计时间为两周第一周星期一、上午：布置课题任务，讲课及课题介绍 下午：借阅有关资料，总体方案讨论星期二、确定总体设计方案星期三、硬件模块方案设计星期四、软件模块方案设计星期五、各硬
3、件模块设计第二周星期一、各硬件模块设计星期二、各软件模块设计星期三、各软件模块设计星期四、写说明书星期五、上午：写说明书，整理资料下午：交设计资料，答辩参 考 文 献1 王迎旭编.单片机原理与应用 M.机械工业出版社，20032 李军,刘君华编.AVR单片机的特点及其应用J. 测控技术，20023 黄勤编.计算机硬件技术基础实验教程M.重庆大学出版社，20044 刘乐善编.微型计算机接口技术及应用M.华中科技大学出版社，20035 李慧编.基于FPGA的电子万年历设计J. 微计算机信息，2010目 录摘 要1第1章概述21.1单片机简介21.2单片机的特点2第2章 系统方案总体设计42.1系统
4、方案设定42.2 AT89C52概述52.3 数码管显示工作原理5第3章 硬件设计73.1 键盘电路设计73.2 复位电路的设计73.3 时间显示电路的设计83.4 硬件各接口资源分配8第4章 系统软件设计104.1 主程序设计104.2 时钟定时器T0中断设计12第5章 调试结果和调试说明13总 结14参考文献15附录16电气信息学院课程设计评分表23摘 要单片计算机即单片微型计算机。由RAM ,ROM,CPU构成，定时，计数和多种接口于一体的微控制器。它体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产业和工业自动化上。而51系列单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。这次课程设计通过对它的学
5、习，应用，从而达到学习、设计、开发软、硬的能力。本设计主要设计了一个基于AT89C51单片机的电子时钟。并在数码管上显示相应的时间。并通过一个控制键用来实现时间的调节和是否进入省电模式的转换。应用Proteus的ISIS软件实现了单片机电子时钟系统的设计与仿真。该方法仿真效果真实、准63确，节省了硬件资源。关键字：单片机；子时钟；键盘控制。4第1章概述1.1单片机简介 单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/
6、D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域的广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的32位300M的高速单片机。1.2单片机的特点（1）高集成度，体积小，高可靠性 单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体积自然也是最小的。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，内部布线很短，其抗工业噪音性能优于一般通用的CPU。单片机程序指令，常数及表格等固化在ROM中不易破坏，许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。 （2）控制功能强 为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件:分支转移能力，I/O口的逻辑操作及位处
7、理能力，非常适用于专门的控制功能。 （3）低电压，低功耗，便于生产便携式产品 为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机内的工作电压仅为1.8V3.6V，而工作电流仅为数百微安。 （4）易扩展 片内具有计算机正常运行所必需的部件。芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。 （5）优异的性能价格比 单片机的性能极高。为了提高速度和运行效率，单片机已开始使用RISC流水线和DSP等技术。单片机的寻址能力也已突破64KB的限制，有的已可达到1MB和16MB，片内的ROM容量可达62MB，RAM容量则可达2MB。由于单片机的广泛使用，因而销量极大，各大
8、公司的商业竞争更使其价格十分低廉，其性能价格比极高。第2章 系统方案总体设计2.1系统方案设定本设计用STC89C52单片机为核心，其功能主要有软件来实现，以及独立键盘加LED数码管显示，所以降低了硬件电路的复杂性，也相应的降低了其成本。根据设计要求，总电路分为键盘接口电路、复位电路、LED显示电路、三个部分。其中键盘接口电路采用独立键盘，分别实现对时钟，分钟，秒钟的加一功能。时钟电路，在本系统中采用单片机定时功能实现时钟计时；复位电路中给给RST引脚连续输入2个机器周期（即24个时钟振荡周期）以上高电平，就可完成初始化操作；显示电路采用8段6位LED显示管显示时间，其中前两位显示小时，中间两
9、位显示分钟，后两位显示秒钟，时，分，秒间通过小数点“.”显示。电路的总体设计框架如图2-1：图2-1 总体设计2.2 AT89C52概述 AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。AT89C52为8 位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要
10、用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（3239 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入
11、端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。2.3 数码管显示工作原理数码管是一种把多个LED显示段集成在一起的显示设备。有两种类型，一种是共阳型，一种是共阴型。共阳型就是把多个LED显示段的阳极接在一起，又称为公共端。共阴型就是把多个LED显示段的阴极接在一起，即为公共商。阳极即为二极管的正极，又称为正极，阴极即为二极管的负极，又称为负极。通常的数码管又分为8段，即8个LED显示段，这是为工程应用方便如设
12、计的，分别为A、B、C、D、E、F、G、DP，其中DP 是小数点位段。而多位数码管，除某一位的公共端会连接在一起，不同位的数码管的相同端也会连接在一起。数码管显示方法可分为静态显示和动态显示两种。静态显示就是数码管的8段输入及其公共端电平一直有效。动态显示的原理是，各个数码管的相同段连接在一起，共同占用8 位段引管线；每位数码管的阳极连在一起组成公共端。利用人眼的视觉暂留性，依次给出各个数码管公共端加有效信号，在此同时给出该数码管加有效的数据信号，当全段扫描速度大于视觉暂留速度时，显示就会清晰显示出来。6第3章 硬件设计3.1 键盘电路设计该设计只用了一个键盘，但实现的功能却是比较完善，减少了
13、硬件资源的损耗，该键盘可以实现小时和分钟的调节以及控制是否进入省电模式。当按键按下又松开，可以实现屏蔽数码管显示的功能，达到省电的目的；直接按下不松开，则可以通过按键实现分钟的累加，每按一次分钟加一；而连续两次按下按键不放松，则可实现小时的调节，同样每按一次小时加一。达到时间调节的目的。选择的多功能按键如图3-1所示。 图3-1 控制键3.2 复位电路的设计可靠的复位电路是保证单片机正常运行的关键因素。将RST引脚连续输入2个机器周期（即24个时钟振荡期间）以上高电平，即可以完成单片机的初始化操作。本设计采用按钮复位方式。复位电路设计图3-2所示：图 3-2 复位电路设计图1363.3 时间显
14、示电路的设计LED数码管显示方式有静态显示方式和动态显示方式两种。静态显示方式虽然占用CPU较少，接口简单，但其硬件电路比较复杂，成本较高，所以本设计中采用动态显示方式。动态显示方式是指轮流电量各位LED数码管，利用定时扫描的方式轮流点亮各位数码管。LED公用一个8位的I/O，即P0口，3位LED的位选线通过74LS138输出，来选中对应的LED数码管，由于采用的是8位LED数码管显示，所以前两位LED显示“时针”，中间两位显示“分针”，后面两位显示秒针间隔有横杠显示“”。同时可通过按键切换到跑表模式，然后还有闹钟模块，通过按键来切换显示模式，同时还可通过对应的按键对其进行时间设定。对于三个显示直接的切换，可通过按键自由切换。时间显示电路如图3-3所示：图3-3显示电路3.4 硬件各接口资源分配AT89C51共有I/O口共32个，实验所用开发板各类I/O采用开放式管理，可有由户自定义使用，本设计需要用到的I/O口及分配如表3-4所示：136P0口P0.0LED数码管A段P3口P3.0LED数码管W1位选端P0.1LED数码管B段P3.1LED数码管W2位选端P0.2LED数码管C段P3.2LED数码管W3位选端P0.3LED数码管D段
