基于单片机的数字时钟.doc
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1、泰 山 学 院 本科毕业论文(设计)基于单片机的数字时钟张璐2007080123专 业 名 称 通信工程 申请学士学位所属学科 工学 指导教师姓名、职称 曹会国副教授 2011 年 5 月 6 日摘要本文介绍了多功能数字时钟的系统设计,系统具有时间设置及显示,闹钟等功能。系统以AT89S52为核心,主要进行基于AT89S52低功耗MCU的字符型数字时钟机器系统的研究。系统带有液晶显示器,配合按键提供有好的用户界面,操作简单,该数字时钟能长期,连续,可靠,稳定的工作;同时还具有体积小,功耗低等特点,便于携带,使用方便。系统软件设计包括单片机编程。系统采用了AT89S52单片机系统来控制系统的工作
2、,采用时钟芯片,这样就可以根据自己和场合的需要实时显示时钟,日历等,如果选用液晶显示电路,还可以进行文字显示,用于温馨提示,消息或新闻的发布等。本处只用蜂鸣器实现半阴的提示功能。该系统由于采用了单片机的软件编程实现控制各模块电路的工作,并且可以通过键盘进行参数的设置,实现了自动控制,使得该系统变得更加完整,功能更多,同时可以进行扩展。单片机软件编程主要实现按键,液晶显示,时钟,计时,闹钟等模块。关键词:数字时钟;单片机;液晶显示器。AbstractThis abstract introduced the multi-function digital clock system design, s
3、ystem with time setting and display, alarm clock, and other functions. AT89S52 as the core, system based on major AT89S52 low power consumption MCU character type digital clock machine system is studied. System with LCD, provide a good drink buttons with user interface, simple operation, the digital
4、 clock can long-term, continuous, reliable and stable job, It also has the features such as small volume, power consumption, easy to carry, use convenient. System software design including microcontroller programming. Single-chip microcomputer software programming mainly realizes the keys, LCD displ
5、ay, clock, timing, alarm module. Keywords: Digital clock; Single-Chip Microcontroller, LCD monitor. 目录1.引言11.1毕业设计要求11.2毕业设计目的22.单片机的应用32.1 单片机的应用分类33.数字时钟的构成43.1 数字时钟的构成43.2 方案选择53.3 AT89S5253.3.1 引脚功能及各端口介绍63.3.2 中断93.3.3 单片机存储器结113.3.4 单片机复位电路与时钟电路123.3.5 看门狗定时器133.4 DS1302 的原理及应用143.4.1 DS1302的结
6、构及工作原理143.4.2 引脚功能及结构143.4.3 DS1302的控制字节163.4.4 数据输入输出(I/O)173.4.5 DS1302的寄存器173.5 LCD模块的原理及应用193.5.1 LCD结构及工作原理194.电路设计224.1系统硬件设计224.1.1 结构框图224.1.2工作原理234.1.3 中断方式应注意的问题244.1.4 定时准确性的讨论244.1.5 软件消抖244.2 设计流程254.2.1 数字时钟的操作25主要参考文献28致 谢29 1.引言20世纪末,电子技术获得了飞速的发展,在其推动下,现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域,有力的推动了社会生产力
7、的发展和社会信息化程度的提高,同时也使现代电子产品性能进一步提高,产品更新换代的节奏越来越快。单片机应用的重要意义还在于,它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法,从前必须有模拟电路或数字电路实现的大部分功能,现在已能用单片机通过软件方法来实现了,这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术,是传统控制技术的一次革命。数字时钟在单片机模块里比较常见,数字时钟是一种用0数字电路技术实现时,分,秒计时的装置,与机械式时钟相比较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。数字时钟是采用数字电路实现对时,分,秒数字显示的计时器装置,广泛应用于个人家庭,车站,
8、码头,办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可缺少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英振荡器的广泛应用,使得数字时钟的精度远远 超过老式时钟,它的数字化给人们生产生活带来了极大的方便,而且大大的扩展了钟表原先的报时功能,诸如定时自动报警,按时自动打铃,时间程序自动控制,定时广播,自动开启闭路灯,定时开关烘箱,通断动力设备,甚至各种定时电器的自动启用等,因此,研究数字时钟及扩大其应用,有着非常现实的意义。1.1设计要求1.掌握AT89C51实验开发系统中的实验模块原理,画出电路原理图。2.综合运用实验模块,用89S52开发设计具有一定功能的单片机控制系统,进行软,硬件设计及调试。3.写出完整的
9、设计任务书,课题的名称,系统的功能,硬件原理图,软件框图,程序清单,参考资料。4.时间包括年,月,日,星期,时,分,秒的显示。5.为了保证计时的稳定及准确须由晶体振荡器提供表针时间基准信号。1.2设计目的1.巩固加深和扩大单片机应用的知识面,提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力。2.培养针对课题需要,选择和查阅有关手册,标记文献资料的自学能力,提高组成系统,编程,调试的动手能力。3.通过对课题设计方案的分析,熟悉单片机的系统开发,研制的过程,软硬件设计的方法。2.单片机的应用2.1 单片机的应用分类目前单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置
10、,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能IC卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此,单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域,大致可分如下几个范畴:1.在智能仪器仪表上的应用 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点,广泛应用于仪器仪表中。 2.
11、在工业控制中的应用用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理,电梯智能化控制、各种报警系统,与计算机联网构成二级控制系统等。3.在家用电器中的应用可以这样说,现在的家用电器基本上都采用了单片机控制,从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备,五花八门,无所不在。4.在计算机网络和通信领域中的应用现代的单片机普遍具备通信接口,可以很方便地与计算机进行数据通信,为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件。 5.单片机在医用设备领域中的应用单片机在医用设备中的用途亦相当广泛,例如医用呼吸机,各种分析仪,监护仪,超声诊断设备及
12、病床呼叫系统等等。6.在各种大型电器中的模块化应用 某些专用单片机设计用于实现特定功能,从而在各种电路中进行模块化应用,而不要求使用人员了解其内部结构。3.数字时钟的构成3.1 数字时钟的构成数字时钟实际上是一个对标准频率(1HZ)进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间一致,故需要在电路上加一个校时电路,同时标准的1MHZ时间信号必须做到准确稳定,通常使用石英晶体振荡电路构成数字时钟。(1)晶体振荡电路晶体振荡电路给数字时钟提供一个频率稳定准确的12MHZ的方波信号,可保证数字时钟的走时准确及稳定,不管是指针式的数字时钟还是数字显示的电子时钟都使用了晶体振荡电路。(2)时间计数
13、器电路时间计数电路由秒个位和秒十位计数器,分个位和分十位计数器电路构成,秒个位和秒十位计数器,分个位和分十位计数器为60进制计数器。3.2 方案选择单片机模块选择方案:方案一:基本门电路搭建,用基本电路来实现数字时钟,电路结构复杂,故障系数大,不易调试。方案二:单片机编程,用单片机设计电路,由于使用软硬件结合的方式,所以电路结构简单,调试也相对方便。与第一种方案比较优点是非常明显的。我选择了第二种方案。3.3 AT89S52 AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非 易失性存储器技术制造,与工业80C51 产
14、品指令和引脚完 全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于 常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在系统 可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能: 8k字节Flash,256字节RAM,32 位I/O 口线,看门狗定时器,2 个数据指针,三个16 位 定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口, 片内晶振及时钟电路。另外,AT89S52 可降至0Hz 静态逻 辑操作,支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU 停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电
15、保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。3.3.1 引脚功能及各端口介绍图1 AT89S52引脚 VCC : 电源 GND: 地 P0 口:P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口,每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时,引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时,P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下,P0具有内部上拉电阻。在flash编程时,P0口也用来接收指令字节;在程序校验时,输出指令字节。程序校验时,需要外部上拉电阻。P1 口:P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口。P1 输出缓
16、冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。此外,P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和时器/计数器2的触发输入(P1.1/T2EX)。在flash编程和校验时,P1口接收低8位地址字节。表1 P1口第二功能P2 口:P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内
17、部电阻的原因,将输出电流(IIL)。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器(例如执行MOVX DPTR)时,P2 口送出高八位地址。在这种应用中,P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址(如MOVX RI)访问外部数据存储器时,P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时,P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。 P3 口:P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,P2输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)
18、。在flash编程和校验时,P3口也接收一些控制信号。P3口亦作为AT89S52特殊功能(第二功能)使用,如下表2所示。表2 P3口第二功能RST: 复位输入。晶振工作时,RST脚持续2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后,RST 脚输出96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下,复位高电平有效。ALE/PROG:地址锁存控制信号(ALE)是访问外部程序存储器时,锁存低8 位地址的输出脉冲。在flash编程时,此引脚(PROG)也用作编程输入脉冲。在一般情况下,ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲,可用
19、来作为外部定时器或时钟使用。然而,特别强调,在每次访问外部数据存储器时,ALE脉冲将会跳过。如果需要,通过将地址为8EH的SFR的第0位置 “1”,ALE操作将无效。这一位置 “1”,ALE 仅在执行MOVX 或MOVC指令时有效。否则,ALE 将被微弱拉高。这个ALE 使能标志位(地址为8EH的SFR的第0位)的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。 PSEN:外部程序存储器选通信号(PSEN)是外部程序存储器选通信号。当AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时,PSEN在每个机器周期被激活两次,而在访问外部数据存储器时,PSEN将不被激活。 EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为
20、使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令,EA必须接GND。为了执行内部程序指令,EA应该接VCC。在flash编程期间,EA也接收12V VPP电压。XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。3.3.2 中断AT89S52 有6个中断源:两个外部中断(INT0 和INT1),三个定时中断(定时器0、1、2)和一个串行中断。这些中断源如表3所示每个中断源都可以通过置位或清除特殊寄存器IE 中的相关中断允许控制位分别使得中断源有效或无效。IE还包括一个中断允许总控制位EA,它能一次禁止所有中断。如表3所示,IE.6位是不可用的。
21、对于AT89S52,IE.5位也是不能用的。用户软件不应给这些位写1。它们为AT89系列新产品预留。定时器2可以被寄存器T2CON中的TF2和EXF2的或逻辑触发。程序进入中断服务后,这些标志位都可以由硬件清零。实际上,中断服务程序必须判定是否是TF2 或EXF2激活中断,标志位也必须由软件清零。定时器0和定时器1标志位TF0 和TF1在计数溢出的那个周期的S5P2被置位。它们的值一直到下一个周期被电路捕捉下来。然而,定时器2 的标志位TF2 在计数溢出的那个周期的S2P2被置位,在同一个周期被电路捕捉下来。表3 中断允许控制寄存器(IE)注:中断允许控制位=1,允许中断 中断允许控制位=0,
22、禁止中断表4 中断允许控制寄存器的详细说明图2 中断源3.3.3 单片机存储器结 MCS-51器件有单独的程序存储器和数据存储器。外部程序存储器和数据存储器都可以64K寻址。 程序存储器:如果EA引脚接地,程序读取只从外部存储器开始。对于89S52,如果EA接VCC,程序读写将从内部存储器(地址为0000H1FFFH)开始,接着从外部寻址,寻址地址为:2000HFFFFH。数据存储器:AT89S52有256字节片内数据存储器。高128字节与特殊功能寄存器重叠。也就是说高128字节与特殊功能寄存器有相同的地址,而物理上是分开的。当一条指令访问高于7FH的地址时,寻址方式决定CPU访问高128字节
23、RAM还是特殊功能寄存器空间。直接寻址方式访问特殊功能寄存器(SFR)。例如,直接寻址指令MOV 0A0H,#data访问0A0H(P2口)存储单元,使用间接寻址方式访问高128字节RAM。例如,下面的间接寻址方式中,R0内容为0A0H,访问的是地址0A0H的寄存器,而不是P2口(它的地址也是0A0H)。MOV R0,#data堆栈操作也是间接寻址方式。因此,高128字节数据RAM也可用于堆栈空间。3.3.4 单片机复位电路与时钟电路 复位是单片机的初始化操作,只要给RESET引脚加上两个机器周期以上的高电平信号,就可以使AT89S52单片机复位。复位的主要功能是把程序寄存器(PC)初始化为0
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