实用单片机电子钟教学文案.doc
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1、此文档收集于网络,如有侵权请联系网站删除四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)设计题目: 实用单片机电子钟 专 业: 应用电子技术 班 级: 应电07-2班 学 号: 0710205089 姓 名: 指导教师: 二00九年十二月十一日四川信息职业技术学院毕业设计(论文)任务书学 生姓 名 学号0710205089班级应电07-2班专业应用电子技术设计(或论文)题目实用单片机电子钟指导教师姓名职 称工作单位及所从事专业联系方式备 注弥锐四川电子信息职业技术学院电子工程系15983949754设计(论文)内容:1确定整机电路结构,绘制电路原理图。2确选择电路元件,给出元件明细表。3撰写设计说明
2、书,要求准确阐述电路选择依据,反映电路工作原理、元件选择等设计过程,字数不少于4000字。进度安排:57周:根据要求设计出方框图和原理电路图。根据电路分析其工作原理;89周:根据电路准备电子元件,进行实物制作;1012周:根据调试分析其优缺点和提出整改措施;1315周:根据设计撰写论文,并在老师指导下修改、完成论文;主要参考文献、资料(写清楚参考文献名称、作者、出版单位):1 代启化.基于Proteus的电路设计与仿真J.现代电子技术,20062 曹洪奎.基于Proteus单片机系统设计与仿真J.辽宁工学院学报,20073 侯玉宝.基于Proteus的51系列单片机设计与仿真M.电子工业出版社
3、,20084 蔡希彪 曹洪奎.单片机电子时钟系统设计与仿真J.中国科技信息,20075 方怡冰.单片机课程的教学与实验改革J.电气电子教学学报,2006 6 刘文秀.单片机应用系统仿真的研究J.现代电子技术,2005审批意见教研室负责人:年 月 日此文档仅供学习和交流目录摘 要1第1章 绪 论2第2章 电子钟系统组成及设计流程3第3章 单元电路设计43.1单片机介绍43.2晶振电路设计53.3控制电路63.4输出电路设计73.5总电路原理图设计83.6 PROTEUS电路图设计9第4章 软件设计104.1 程序流程图设计104.2源程序设计114.3 KEILC51进行程序调试17第5章 系统
4、调试与仿真185.1 PROTEUS中HEX文件选择185.2 PROTEUS进行电子钟系统仿真18总 结20参考文献22附 录 元器件明细表23摘 要随着人类科技文明的发展,人们对于时钟的要求在不断地提高。时钟作为一种显示时间的工具,在很多实际应用中它还需要能够实现更多其它的功能。高精度、多功能、小体积、低功耗,是现代时钟发展的趋势。在这种趋势下,时钟的数字化、多功能化已经成为现代时钟生产研究的主导设计方向。本文正是基于这种设计方向,以单片机为控制核心,设计制作一个符合指标要求的多功能数字时钟。本设计基于单片机技术原理,以单片机芯片AT89C51作为核心控制器,通过硬件电路的制作以及软件程序
5、的编制,设计制作出一个多功能数字时钟系统。该时钟系统主要由时钟模块、闹钟模块、数码管显示模块、键盘控制模块以及信号提示模块组成。系统具有简单清晰的操作界面,能在+5V直流电源下正常工作。能够准确显示时间(显示格式为时时-分分-秒秒,24小时制),可随时进行时间调整,具有闹钟时间设置、闹钟开/关,并有止闹功能,设计以硬件软件化为指导思想,充分发挥单片机功能,大部分功能通过软件编程来实现,电路简单明了,系统稳定性高。同时,该时钟系统还具有功耗小、成本低的特点,具有很强的实用性。由于系统所用元器件较少,单片机所被占用的I/O口不多,因此系统具有一定的可扩展性。关键词 单片机AT89C51;Prote
6、us;功能模块第1章 绪 论电子钟是生活中常见的实用工具之一,没有时钟,便没有时间的概念,那么人们的生活便会变得杂乱无章,电子钟通常用于码头、车站、家庭、广场等地方,可见其用途广泛。电子钟的制作由模电电子钟、数电电子钟和单片机电子钟三大类组成,但随着人们需求的提高,前两大类逐渐由于其可靠性差、计时不准、电路复杂、成本高等缺点而面临淘汰。而单片机电子钟也由于其可靠性高、计时精准、电路简单、成本低等优点受到人们的喜爱。本电路利用单片机设计电子钟,实现的基本功能有计时和校时功能,实用于各种需要计时的场合。在计时和校时的基础功能上,更在此基础上拓展了闹钟功能,当计时时间到达闹钟时间时,蜂鸣器将鸣叫1分
7、钟(具有止闹功能)。本次设计的主要锻炼了我运用所学专业知识的情况,训练我如何将运用所学专业知识与实践相结合。随着半导体技术的飞速发展,以及移动通信、网络技术、多媒体技术在嵌入式系统设计中的应用,单片机从4位、8位、16位到32位,其发展历程一直受到广大电子爱好者的极大关注。单片机功能越来越强大,价格却不断下降的优势无疑成为嵌入式系统方案设计的首选,同时单片机应用领域的扩大也使得更多人加入到基于单片机系统的开发行列中,推动着单片机技术的创新进步。PROTEUS软件由Labcenter公司开发,是目前世界上最先进、最完整的嵌入式系统设计与仿真平台,可以实现数字电路、模拟电路及微控制器系统与外设的混
8、合电路系统的电路仿真、软件仿真、系统协同仿真和PCB设计等功能微控制器系统相关的仿真需建立编译和调试环境,可选择Keil C51uVision2 软件。它的界面友好易学,在调试程序、软件仿真方面有很强大的功能。 其革命性的功能是:将电路仿真和微处理器仿真进行协同,直接在基于原理图的虚拟原型上进行处理器编程调试,并进行功能验证,通过动态器件如电机、LED、LCD、开关等,实时看到运行后的输入、输出的效果,配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等,通过软件使用和硬件电路设计,不仅让我巩固了所学知识并应用于实践,同时也让我觉得所学知识能贡献于社会,所读的这几年书是没有白念的。让我有了一个质地的飞
9、跃。第2章 电子钟系统组成及设计流程电子钟系统主要由AT89C51单片机、单片机晶振电路、按键电路、输入电路组成,电子钟系统电路组成框图如图2-1所示。单 片 机晶振电路按键电路数码管显示电路蜂鸣器图2-1 电路组成框图本设计在设计电路的基础上,再编译程序,最后将程序导入电路中实现仿真。具体步骤如图2-2所示。Protues 电路设计源程序设计生成目标代码基于protues仿真图2-4 基于Proteus的单片机系统设计流程第3章 单元电路设计电子钟系统主要由单片机晶振电路、按键电路、输出电路组成,下面对各个单元电路进行设计。3.1单片机介绍本电路设计的核心器件是AT89C51单片机,它是一种
10、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CMOS8位微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失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。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的设计方案。主要引脚如图3-1所示。 图3-1 AT89C51单片机3.2晶振电路设计MCS-51单片机内部有一个
11、用于构成振荡器的高增益反相放大器,引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输出端和输入端。这个放大器与作为反馈元件的片外晶体或陶瓷谐振器一起构成一个自激振荡器。虽然有内部振荡电路,但要形成时钟,必须外接元件。图3-2是单片机内部时钟方式的电路。图3-2 内部时钟方式本设计中使用的晶体振荡器为12MHz的石英晶体,由此我们可以算出:,因此该晶振可以为软件计数提供1s的机器周期的精确的时间。3.3控制电路电子钟的控制电路可以由独立式键盘和矩阵式键盘组成,独立式键盘相互独立,每个按键占一个I/O口线,每根I/O口线上按键的工作状态不会影响到其他按键的工作状态,主要特点是程序设计简单,占用I/O口较
12、多。而矩阵式键盘分别由行线和列线组成,行和列的交汇处可以形成键盘,与独立式键盘相比,可以提高I/O口的利用率。由于本设计只需要由控制电路实现校时、计时、闹钟设置、闹钟开关功能,因此只需要四个按键即可实现,因此选用独立式键盘。具体电路如图3-3所示。图3-3 控制电路图电子钟初始工作时的模式为模式0(正常计数),闹钟状态为关闭。具体工作方式如下述:当按下模式按键时,给P1.4一个低电平信号输入,通过程序来记录电子钟的工作模式;而按下加1键时,给P1.5一个低电平信号输入,再通过工作模式来控制具体哪一位实行加1运算;减1按键和加1按键基本类似,只是实行的运算为减1;当按下闹钟开关按键时,可以给P1
13、.7一个低电平输入信号, 通过程序的取反来控制闹钟状态为打开,再按一次,则再取反,闹钟状态为关闭。由此可见,利用单片机四个输入口可方便地实现6种工作模式的不同控制。3.4输出电路设计输出电路分为显示输出电路和闹钟输出电路;显示输出电路由八个数码管构成,而数码管又由八个发光二极管构成,可以用来显示数字、字符等,他在家电及工业控制中有着很广泛的应用,例如用来显示温度、数量、重量、日期、时间等,具有显示醒目、直观的优点。鉴于本电子钟显示格式为00-00-00,一共需要八位八段数码管来提供显示,闹钟输出电路蜂鸣器则连在P1.0口进行输出。显示电路如图3-4所示。图3-4 输出电路电子钟通电后初始模式为
14、模式0(正常计数),闹钟状态为关闭。输入电路的具体工作方式如下:当模式按键按下后,工作模式更改为模式0(正常计数)、模式1(计时调时)、模式2(计时调分)、模式3(计时调秒)时,数码管显示电路段位口输出正常计时状态的数据,当模式更改为模式4(闹钟调时)、模式5(闹钟调分)时,数码管显示电路的段位口输出闹钟状态的数据。当闹钟开关按键被按下时,闹钟状态由关闭变为打开,随着计时的不断增加,当计时的时和分等于闹钟设置的时和分时,闹钟输出P1.0口通过程序设置使该口为高电平,可使有源蜂鸣器发出声音。3.5总电路原理图设计由晶振电路、控制电路,以及由数码管显示和蜂鸣器所组成的输出电路组成本次设计的总电路图
15、,如图3-5所示。图3-5 总电路图其中晶振电路为单片机提供1s的机器周期,为实现精确计时提供了先决条件;而键盘控制电路则实现了本时钟六种模式的转换和闹钟的开或者关。 此次利用单片机设计的电子钟电路由晶振电路、控制电路和输出电路组成,性能好、功能多、价格低,充分体现了利用单片机设计的优越性。在单片机的程序设计中,采用了程序计数,硬件计时的方法,其中时间秒加1通过中断来实现,单片机初始化设置之后,单片机就一直工作在死循环中,死循环则实现不断地对控制电路的扫描,来改变工作模式或者调时调分等等。3.6 PROTEUS电路图设计运行Proteus的ISIS后出现程序主窗口界面,鼠标左键单击窗口左侧的元
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