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1、毕 业 设 计题目 自动报时系统 系别 专业 班级 姓名 学号 指导教师 日期 I设计任务书设计题目：自动报时系统设计要求：1. 设计的自动报时系统，在自动计时时，由6位LED显示器由左到右依次来显示时、分、秒；2. 设计的自动报时系统，它应具有准确走时、定时、闹钟定时、到时铃响等功能。时钟走到23：59：59，再加一秒则全部清零，重新计时；3. 设计出自动报时系统的硬件电路；4. 设计自动报时系统的软件电路；5. 上机调试程序并连接试验箱。设计进度要求：第一周：查找、搜集资料，确定设计题目；第二周：在老师的帮助下查找资料，设计硬件电路；第三周：在老师的指点下，进行软件电路的设计；第四周：连接
2、试验箱进行程序调试，修改错误；第五周：按照毕业设计要求，制作电子稿；第六周：在老师的帮助下，修改电子稿；第七周：交电子稿，让老师批阅；第八周：打印电子稿，进行毕业答辩。 指导教师（签名）： 摘 要本设计是利用单片机原理设计的自动报时系统。其中，自动报时系统以AT89C51单片机为核心，采用4个独立式按键来调整时间和设置闹铃，用共阴极动态六段LED动态显示来显示时间，计时方案采用时钟芯片DS1302。以8路反向动态缓冲器74LS240作为LED的动态扫描的段码控制驱动信号,用P2.02.5外接一片集电极开路反向门电路7406(OC门)做6位LED的位选信号驱动口，6个数码管的8根段选线分别接74
3、LS240的输出,LED共阴极端与7406的输出端相连,从左到右依次来显示时，分，秒。正文中首先简单描述了硬件系统的工作原理，且附以硬件系统的设计框图，论述了本次毕业设计所应用的各种硬件接口技术和各个接口模块的功能及工作过程, 并具体描述了外接电路接口的软、硬件调试。本文撰写的主导思想是软、硬件相结合，以硬件为基础，来进行各功能模块的编写。关键词：单片机，自动报时系统，位码，段码，显示目 录设计任务书I1 前言12 硬件系统设计22.1 总体框图设计22.2 单片机选型22.3 独立式按键控制电路52.4 LED动态显示电路72.5 时钟芯片DS1302112.6 电路原理143 软件设计15
4、3.1 设计思路153.2主程序模块153.3显示程序模块173.4 DS1302的写时钟程序模块183.5按键程序模块193.6 定时器程序模块204 系 统 调 试22结 论25致 谢26参考文献27附 录A28291 前言随着半导体集成工艺的不断发展，单片机的集成度将更高、体积将更小、功能将更强。在单片机家族中，80C51系列是其中的佼佼者，加之Intel公司将其MCS 51系列中的80C51内核使用权以专利互换或出售形式转让给全世界许多著名IC制造厂商，如Philips、 NEC、Atmel、AMD、华邦等，这些公司都在保持与80C51单片机兼容的基础上改善了80C51的许多特性。这样
5、，80C51就变成有众多制造厂商支持的、发展出上百品种的大家族，现统称为80C51系列。80C51单片机已成为单片机发展的主流。专家认为，虽然世界上的MCU品种繁多，功能各异，开发装置也互不兼容，但是客观发展表明，80C51可能最终形成事实上的标准MCU芯片。本设计采用的是ATMEL公司的AT89C51芯片，此芯片根据了充分的静止CMOS 控制器与三级节目记忆锁，共有：32 条I/O 线, 2 定时计数器， 6 个中断来源，4 K 闪存, 128 个字节在芯片RAM。由于本设计所做的是一个自动报时系统简单，所以要用到单片机的最小应用系统模块1，还需要用独立式键盘和动态显示模块。而我的硬件设计详
6、见第二章，主要介绍了需要哪几部分硬件电路和硬件系统的概叙。在2.1节介绍了主要的硬件框架；2.2节简单的介绍了单片机最小应用系统的性能和附属电路；2.3节详细介绍了键盘控制电路；2.4节介绍了动态显示电路。2.5介绍了DS1302芯片。在第三章中我们详细的解说了软件系统的设计。3.1节介绍了我们做这个设计的程序设计思路；3.2节介绍了主程序模块及其框图；3.3节介绍了显示程序模块及其框图。第四章是我对此设计的调试过程和结果显示。第五章就是我对此设计的总体概括，体会和心得。我所设计的这个自动报时系统简单，实用性强，成本低，使用维护方便，软件功能强，运行稳定可靠等优点。2 硬件系统设计2.1 总体
7、框图设计我所设计的是一个自动报时系统，自动报时系统用到的单片机芯片是AT89C51芯片，除此之外还包括：晶振电路和复位电路构成单片机最小应用系统；还有独立式按键电路；动态显示电路等等；总体设计框图如图2.1所示。AT89C51LED动态显示蜂鸣器按键电路路晶振电路DS130芯片电路复位电路图2.1总体设计框图2.2 单片机选型2.2.1 AT89C51的特点AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能、CMOS、8位单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失
8、存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。AT89C51的管脚图如图2.2所示。图2.2 AT89C51管脚图主要特性：1、与MCS-51 兼容 2、4K字节可编程闪烁存储器3、寿命：1000写/擦循环4、数据保留时间：10年5、全静态工作：0Hz-24Hz6、三级程序存储器锁定7、128*8位内部RAM8、32可编程I/O线9、两个16位定时器/计数器10、5个中断源11、可编程串行通道12、低功耗的闲置和掉电模式13、片内振荡器和时钟电路2.2.2 单片机附属电路单片机附属电路主要有晶体振荡电路和复位电路。一、晶体振荡电路1晶体振荡器的作用 石英晶体振荡器也称石英
9、晶体谐振器，它用来稳定频率和选择频率，是一种可以取代LC谐振回路的晶体谐振元件。 2本设计所用的晶体振荡电路如图2.3所示： 图2.3 晶体振荡电路此晶振电路所选用的石英晶振频率为12MHZ。时钟周期就是单片机外接晶振的倒数，例如12M的晶振，它的时间周期就是1/12 us），是计算机中最基本的、最小的时间单位。在一个时钟周期内，CPU仅完成一个最基本的动作。对于某种单片机，若采用了1MHZ的时钟频率，则时钟周期为1us；若采用4MHZ的时钟频率，则时钟周期为0.25us。由于时钟脉冲是单片机的基本工作脉冲，它控制着单片机的工作节奏（使单片机的每一步都统一到它的步调上来）。显然，对同一种机型的
10、单片机，时钟频率越高，单片机的工作速度就越快。但是，由于不同的单片机的硬件电路和器件不完全相同，所以其需要的时钟频率范围也不相同。我们学习的51系列单片机的时钟范围是1.2MHz-12MHz。二、复位电路单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，例如复位后PC0000H，使单片机从第个单元取指令。无论是在单片机刚开始接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位，所以我们必须弄清楚MCS-51型单片机复位的条件、复位电路和复位后状态。单片机复位的条件是：必须使RST/Vpd或RST引脚加上持续两个机器周期(即24个振荡周期)的高电平。例如，若时钟频
11、率为12MHz，每机器周期为1us，则只需2us以上时间的高电平，在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。单片机常用的复位电路如图2.4(a)和图2.4(b)所示： 图2.4(a) 复位电路 图2.4(b) 与单片机相连的复位电路图2.4(a) 复位电路，其电阻阻值的选择和电容容量的选择都是经过计算的，而最后计算的结果时间常数可以满足我们的需求。其计算过程如下：=0.7RC=0.710001010-6=0.7ms此值远远大于2us，所以此复位电路可用。图2.4(b)是我设计中用到的复位单路，为按键复位电路。该电路除具有上电复位功能外，若要复位，只需按图中的RESET键，此时电源VCC
12、经电阻R1、R2分压，在RESET端产生复位高电平。2.3 独立式按键控制电路独立式键盘的接口电路：在单片机应用系统中，有时只需要几个简单的按键向系统输入信息。这时，可将每个按键直接接在一根I/O接口线上，这种连接方式的键盘称为独立式键盘。如图2.5所示，每个独立按键单独占有一根I/O接口线，每根I/O接口线的工作状态不会影响到其他I/O接口线。这种按键接口电路配置灵活，硬件结构简单，但每个按键必须占用一根I/O线，I/O接口线浪费较大。故只在按键数量不多时采用这种按键电路。在此电路中，按键输入都采用低电平有效。上拉电阻保证了按键断开时，I/O接口线有确定的高电平。当I/O接口内部有上拉电阻时
13、，外电路可以不配置上拉电阻。独立式按键具体在自动报时系统中的应用，在2.3.1中有详细介绍。.图2.5 独立式键盘电路2.3.1 自动报时系统的按键接口及功能工作原理在自动报时系统中采用4个独立的键盘，其中一个为功能键；一个为数字调整键；一个为取消设置键，用来设定时间；一个为ALM键，用来设定定时时间。按键的接口由P1.7、P1.6、P1.5、P1.5、P1.4来完成。1时间调整：按下功能键，系统停止计时显示，进入时间设定状态，系统只显示小时的内容，其余4位LED处于全暗状态，等待按键设置。此时按动数字调整键后小时将会加1，按动取消键后又重新回到原来的时间显示状态；若再按动功能键则用来调整分钟
14、，此时小时和秒的4位LED指示全暗，按数字调整键后可以对分钟增1调整，按动取消键后又重新回到原来的时间显示状态；再按动功能键则用来调整秒，此时小时和分钟的4位LED指示全暗，秒显示当前的秒数，暗数字调整键可以对秒进行增1调整，按动取消键后又重新回到原来的时间显示状态，按动功能键后系统将自动由设定后的时间开始计时显示。2闹钟设置/启闹：按下ALM键，系统继续计时，但显示为00：00:00,此时再按动功能键后进入闹钟设置状态，设置过程和时间调整相同，但是最后按功能键确定后显示定时时间30S后自动启动定时闹钟功能，并恢复时间显示。定时时间到，蜂鸣器鸣叫1min后自动停闹，每次设置时只能定一次，下次需重新设置。2.3.2 按键开关的去除抖动功能目前,MCS51单片机应用系统上的按键常采用机械触点式按键,它在断开、闭合时输入电压波形如图2.6所示.可以看出机械触点在闭合及断开瞬间均有抖动过程,时间长短与开关的机械特性有关,一般为510ms。
