单片机专业课程设计模板.doc
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1、单片机电子时钟摘要:在日常生活中,电子时钟和我们亲密相关,在很多地方全部会用到电子时钟。除了专用时钟、计时显示牌外,很多应用系统常常也带有实时时钟显示,如多种智能化仪器仪表、工业过程控制系统和家用电器等。实现电子时钟方法有多个,经过前面我们对单片机基础理论及相关知识学习,在这里,要求用单片机为主控制芯片设计一简单单片机电子时钟。多年来伴随计算机在社会领域渗透和大规模集成电路发展,单片机应用正在不停地走向深入,因为它含有功效强,体积小,功耗低,价格廉价,工作可靠,使用方便等特点,所以尤其适合于和控制相关系统,越来越广泛地应用于自动控制,智能化仪器,仪表,数据采集,军工产品和家用电器等各个领域,单
2、片机往往是作为一个关键部件来使用,在依据具体硬件结构,和针对具体应用对象特点软件结合,以作完善。关键词:电子时钟;单片机;计时SCM Electronic ClockAbstract:In our daily life, the electronic clock is closely related to the electronic clock which will be used in many places. In addition to a dedicated clock, timing licenses, there are many applications which often
3、 with real-time clock display, such as a variety of intelligent instrumentation, industrial process control systems and home appliances. There are many ways to realize the Electronic clock, through the front of learning our SCM basic theory and related knowledge, here, the microcontroller-based cont
4、rol chip design a simple single-chip electronic clock. With the development of computer penetration in the social field and LSI in recent years, the using of microcontroller applications is constantly go deeper, because it has the features of a small size, low power consumption, cheap, reliable, eas
5、y to use. Therefore it is particularly suitable for the control of the system, more and more widely used in automatic control, Intelligent instruments, data acquisition, and military products and home appliances, SCM often used as a core component in the structure, according to the specific hardware
6、 and software for application-specific object characteristics combined to make perfect.Keywords: electronic clock; microcontroller; timing目录第一章 引言11.1课程设计目标11.2课程设计内容1第二章 总体方案设计22.1 总体思想-方案论证22.2方案选择2第三章 硬件系统设计43.1总电路设计43.2器件介绍43.3单元模块设计6第四章 软件系统设计94.1软件程序思想94.2主程序及步骤图94.3子程序及步骤图12第五章 系统仿真165.1 KEIL
7、 51介绍165.2 PROTEUS介绍205.3仿真过程及仿真结果28第六章 结束语29致谢30参考文件31第一章 引言1.1课程设计目标此次设计中以单片机发展过程和发展方向为背景,介绍了单片机输入输出工作原理和操作方法,中止工作原理和操作方法,74LS164译码器工作原理和和LED连接方法。经过它能够深入学习和掌握单片机原理和使用方法。现在,单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是深入向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等多个方面发展。下面是单片机关键发展趋势。单片机应用关键意义还在于,它从根本上改变了传统控制系统设计思想和设计方法。以前必需由模拟电路或
8、数字电路实现大部分功效,现在已能用单片机经过软件方法来实现了。这种软件替换硬件控制技术也称为微控制技术,是传统控制技术一次革命。单片机模块中最常见是数字钟,数字钟是一个用数字电路技术实现时、分、秒计时装置,和机械式时钟相比含有更高正确性和直观性,且无机械装置,含有更更长使用寿命,所以得到了广泛使用。时间对大家来说总是那么宝贵,工作忙碌性和繁杂性轻易使人忘记目前时间。忘记了要做事情,当事情不是很关键时候,这种遗忘无伤大雅。不过,一旦关键事情,一时耽搁可能酿成大祸。数字钟是采取数字电路实现对.时,分,秒.数字显示计时装置,广泛用于个人家庭,车站, 码头办公室等公共场所,成为大家日常生活中不可少必需
9、品,因为数字集成电路发展和石英晶体振荡器广泛应用,使得数字钟精度,远远超出传统钟表, 钟表数字化给大家生产生活带来了极大方便,而且大大地扩展了钟表原先报时功效。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、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至多种定时电气自动启用等,全部这些,全部是以钟表数字化为基础。所以,研究数字钟及扩大其应用,有着很现实意义。1.2课程设计内容此次做数字钟是以单片机(AT89C51)为关键,结合相关元器件(共阴极LED数码显示器、数码管驱动器74LS164等),再配以对应软件,是它含有星期,时,分,秒显示功效,而且时,分,秒还能够调整。此次设计电子数
10、字钟是为了了解电子数字钟原理,从而学会制作电子数字钟。而且经过电子数字钟制作深入了解多种在制作中用到中小规模集成电路作用及实用方法。第二章 总体方案设计2.1 总体思想-方案论证1计时方案单片机电子时钟计时有两种方法:第一个是经过单片机内部定时器/计数器,采取软件编程来实现时钟计时,这种实现时钟通常称为软时钟,这种方法硬件线路简单,系统功效通常和软件设计相关,通常见在对时间精度要求不高场所;第二种是采取专用硬件时钟芯片计时,这种实现时钟通常称为硬时钟。专用时钟芯片功效比较强大,除了自动实现基础计时外,通常还含有日历和闰年赔偿等功效,计时正确,软件编程简单,但硬件成本相对较高,通常见在对时钟精度
11、要求较高场所。2显示方案对于电子时钟而言,显示是另一个关键步骤。显示通常采取两种方法:LED数码管显示和LCD液晶显示。其中LED数码管显示亮度高,显示内容清晢,依据具体连接方法可分为静态显示和动态显示,在多个数码管时通常采取动态显示,动态显示时须要占用CPU大量时间来实施动态显示程序,显示效果往往和显示程序实施相关。LCD液晶显示通常能显示信息多,显示效果好,而且液晶显示器通常全部带控制器,显示过程由自带控制器控制,不须要CPU参与,但液晶显示器造价相对较高。为了便于比较和学习,这里给出两种设计方案,一个是软件计时LED数码管显示单片机电子时钟,另一个是硬件定时LCD液晶显示单片机电子时钟。
12、软件计时LED数码管显示单片机电子时钟总体设计框图图2-1所表示。硬件定时LCD液晶显示单片机电子时钟总体设计框图图2-2所表示。51单片机时钟电路复位电路LED按键 51单片机时钟电路复位电路LCD按键时钟芯片图2-1 软件计时LED显示时钟总体框图 图2-2硬件定时LCD显示时钟总体框图2.2方案选择对于电子时钟而言,显示是另一个关键步骤。显示通常采取两种方法:LED数码管显示和LCD液晶显示。其中LED数码管显示亮度高,显示内容清晢,依据具体连接方法可分为静态显示和动态显示,在多个数码管时通常采取动态显示,动态显示时须要占用CPU大量时间来实施动态显示程序,显示效果往往和显示程序实施相关
13、。LCD液晶显示通常能显示信息多,显示效果好,而且液晶显示器通常全部带控制器,显示过程由自带控制器控制,不须要CPU参与,但液晶显示器造价相对较高。掌握单片机最小系统电路原理图;硬件焊接、连接;独立编辑、编译软件;上电以后自动进入计时状态,起始于00:00:00。设计键盘调整时间,完成时间设计。定时时间为1/20秒,采取定时器实现。采取LED数码管显示,时、分,秒采取数字显示。采取二十四小时制,含有方便时间调校功效。第三章 硬件系统设计3.1总电路设计软件计时LED数码管显示时钟具体硬件电路图3-1所表示,其中单片机采取应用广泛AT89C51,系统时钟采取12MHz晶振,8个数码管显示,小时和
14、分钟、分钟和秒钟之间用短横线间隔,采取共阳极七段式数码管,因为并口上没有连接其它硬件电路,所以P0口直接作段选码输出端,P2口作位选码输出端。采取简化按键方法,只设定3个开关K0、K1和K2,经过P1口低3位相连。其中K0键为调时模式选择键,K1为加1键,K2为减1健。图3-1 软件计时LED显示时钟硬件电路图3.2器件介绍定时计数器:定时/计数技术在计算机系统中含有极其关键作用。计算机系统全部需要为CPU和外部设备提供定时控制或对外部事件进行计数。比如,分时系统程序切换,向外部设备输出周期性定时控制信号,对外部事件个数统计等。另外,在检测、控制和智能仪器等设备中也常常会包含到定时。所以,计算
15、机系统必需有定时和计数技术。定时/计数本质是计数,对周期性信号计数就实现定时。通常,实现定时方法有三种:软件定时、硬件定时、可编程定时。软件定时是利用CPU实施指令需要若干指令周期原理,利用软件编程,然后循环实施一段程序而产生延时,再配合简单输出接口能够向外送出定时控制信号。这种方法优点是不需要增加硬件或硬件很简单,只需要编制对应延时程序以备调用。缺点是实施延时程序占用了CPU时间,所以定时时间不宜太长,且在一些惰况下不宜使用。硬件定时是经过硬件电路(多偕振荡器件或单稳器件)实现定时,故定时参数调整不灵活,使用不方便,其成本较低。可编程定时结合了软件定时使用灵活和硬件定时独立特点,它以大规模集
16、成电路为基础,经过编程即可改变定时时间或工作方法,又不占用CPU实施时间。在计算机系统中通常见到是可编程定时,51单片机内部就集成了可编程定时/计数器,它是51单片机中使用很频繁关键功效模块。LED显示器:LED数码管显示器是由发光二极管按一定结构组合起来显示器件。在单片机应用系统中通常使用是7段或8段式LED数码管显示器,8段式比7段式多一个小数点。这里以8段式来介绍,单个8段式LED数码管显示器外观和引脚图3-2所表示,其中a,b,c,d,e,f,g和小数点dp为8段发光二极管,位置图中所表示,组成一个“”形状。(a) 引脚图 (b) 共阴极 (c) 共阳极图3-2 8段式LED数码管引脚
17、和结构8段发光二极管连接有两种结构:共阴极和共阳极。图3-2所表示。其中,图(b)为共阴极结构,8段发光二极管阴极端连接在一起,阳极端分开控制,使用时公共端接地,要使哪根发光二极管亮,则对应阳极端接高电平;图(b)为共阳极结构,8段发光二极管阳极端连接在一起,阴极端分开控制,使用时公共端接电源,要使哪根发光二极管亮,则对应阴极端接地。LED数码管显示器显示时,公共端首先要确保有效,即共阴极结构公共端接低电平,共阳极结构公共端接高电平,这个过程我们称为选通数码管。再在另外一端送要显示数字编码,这个编码称为字段码,8位数码管字段码为8位,从高位到低位次序依次为dp、g、f、e、d、c、b、a。如:
18、共阴极数码管数字“0”字段码为00111111B(3FH),共阳极数码管数字“1”字段码为11111001B(F9H),不一样数字或字符其字段码不一样,对于同一个数字或字符,共阴极结构和共阳极结构字段码也不一样,共阴极和共阳极字段码互为反码。MCS-51:MCS-51系列单片机是美国Intel企业在1980年推出高性能8位单片机,它包含51和52 两个子系列。对于51子系列,关键有8031、8051、8751 三种机型,它们指令系统和芯片引脚完全兼容,仅片内程序存放器有所不一样,8031芯片不带ROM,8051芯片带4KBROM,8751芯片带4KBEPROM。51子系列单片机关键特点以下。l
19、 8位CPU。l 片内带振荡器,频率范围1.2 MHz12MHz。l 片内带128B数据存放器。l 片内带4KB程序存放器。l 程序存放器寻址空间为64KB。l 片外数据存放器寻址空间为64KB。l 128个用户位寻址空间。l 21个字节特殊功效寄存器。l 4个8位并行I/O接口:P0、P1、P2、P3。l 两个16位定时/计数器。l 两个优先等级5个中止源。l 1个全双工串行I/O接口,可多机通信。l 111条指令,含乘法指令和除法指令。l 片内采取单总线结构。l 有较强位处理能力。l 采取单一+5V电源。对于52子系列,有8032、8052、8752 三种机型。52子系列和51子系列相比大
20、部分相同,不一样之处于于:片内数据存放器增至256B;8032芯片不带ROM,8052芯片带8KBROM,8752芯片带8KBEPROM;有3个16位定时器/计数器;6个中止源。本书以51子系列8051为例来介绍MCS-51单片机基础原理。即使MCS-51系列单片机芯片有多个类型,但它们基础组成相同。MCS-51单片机基础结构图3-3所表示。图3-3 MCS-51基础结构3.3单元模块设计51系列单片机是美国Intel企业在1980年推出高性能8位单片机,它包含51和52 两个子系列。51单片机集成了中央处理器(CPU)、存放器系统(RAM和ROM)、定时计数器、并行接口、串行接口、中止系统及
21、部分特殊功效寄存器(SFR),它们经过内部总线紧密联络在一起。51单片机有40个引脚,在此次设计当中有很多口全部没有使用,我们下面介绍就是对此次设计最为关键4个8位并行I/O接口。表3-1 P3口第二功效P3口第二功效P3.0RXD 串行口输入端P3.1TXD 串行口输出端P3.2INT0 外部中止0请求输入端,低电平有效P3.3INT1 外部中止1请求输入端,低电平有效P3.4T0 定时/计数器0外部计数脉冲输入端P3.5T1 定时/计数器0外部计数脉冲输入端P3.6WR 外部数据存放器写信号,低电平有效P3.7RD 外部数据存放器读信号,低电平有效51系列单片机有4个8位并行I/O接口:P
22、0、P1、P2和P3口。它们是特殊功效寄存器中4个。这4个口,既能够作输入,也能够作输出,既可按8位处理,也可按位方法使用。输出时含有锁存能力,输入时含有缓冲功效。每个口具体功效有所不一样。P0口是一个三态双向口,可作为地址数据分时复用口,也可作为通用I/O接口。它包含一个输出锁存器、两个三态缓冲器、输出驱动电路和输出控制电路组成。P1口只作通用I/O接口使用。P1口含有驱动4个LSTTL负载能力。P2口有两种用途:通用I/O接口和高8位地址线。P3口除了作为通用I/O口使用外,它每一根线还含有第二种功效,见表3-1。当P3口作为通用I/O接口时,第二功效输出线为高电平。当P3口作为第二功效时
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