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1、班 级：08级电气自动化技术3班姓 名：学 号：指导教师：2018 年 06 月 05 日课程设计论文）任务书年级专业学生姓名学 号题目名称电子时钟设计时间2009-6.87.2课程名称单片机原理及接口技术课程编号设计地点单片机实验室一、 课程设计论文）目的通过课程设计，使学生巩固和加深对单片机基本知识的理解，学会查寻资料、方案设计、方案比较，以及单元电路设计计算等环节，进一步提高学生综合运用所学知识的能力，提高分析解决实际问题的能力。锻炼分析、解决电子电路问题的实际本领，通过此综合训练，为以后毕业设计打下一定的基础。二、 已知技术参数和条件1）8031集成定时器 2）LED七段数码显示器 3
2、）89C51多功能接口芯片 电阻箱,5V电源, 电阻若干 ，导线若干6）KEIL 软件7）THKSCM-1型单片机实验系统三、 任务和要求1. 设计一个基于单片机的电子时钟，并且能够实现时分秒的现实和调节。2. 设计出硬件电路； 3. 设计出软件编程方法，并写出源代码；4. 用PROTEUS进行仿真；5用汇编语言编实现程序设计。6利用查表，中断等方式实现目的。7系统的各各功能模块要清楚，有序。8程序运行时有友好的用户界面.四、参考文献1、李朝青.单片机原理及接口技术简明修订版）.杭州：北京航空航天大学出版社，19982、THKSCM-1型单片机实验系统实验指导书、KEIL 软件，WAVE 软件
3、3、数字控制与PLC实验室”THKSCM-1型单片机实验系统”。4、李光才. 单片机课程设计 实例指导. 北京 北京航空航天大学出版社 2004五、进度安排2009年6月8日-14日：收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务何要求2009年6月15日-16日：总体方案设计2009年6月17日-19日：硬件电路设计2009年6月20日-23日：软件设计2009年6月24日-25日：系统调试改进2009年6月26日-28日：整理书写设计说明书2009年6月29日-7月1日：答辩六、教研室审批意见教研室主任签字）：年月日七|、主管教案主任意见主管主任签字）：年月日八、备注指导教师签字）：学生签字）：
4、课程设计论文）评阅表学生姓名学 号系 别 电气工程系专业班级题目名称 电子时钟 课程名称单片机原理与接口技术一、学生自我总结 通过这次单片机课程设计，我感觉到自己知识的严重不足。很多方面都没能很好的掌握，在制作过程中，经常遇到自己不理解的问题，当然，在同学的帮助下，我还是把那些疑难的问题给解决啦。 在这次学习中，让我更深刻的了解啦AT89C51芯片在电气控制方面的广泛运用和重大作用，所以我们一定要认真。扎实。深入的了解。掌握好AT89C51芯片。 学生签名： 2009年7 月2 日二、指导教师评定评分工程平时成绩论文答辩综合成绩权 重304030单项成绩指导教师评语： 指导教师的可反复擦写10
5、00次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器RAM），32个外部双向输入/输出I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗WDT）电路，片内时钟振荡器。 此外，AT89S51设计和配
6、置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。本文主要介绍用单片机内部的定时/计数器来实现电子时钟的方法，本设计由单片机AT89S51芯片和LED数码管为核心，辅以必要的电路，构成了一个单片机电子时钟。第二章 关于电子时钟2.1电子时钟简介1957年,Ventura发明了世界上第一个电子表，从而奠定了电子时钟的基础，电子时钟开始迅速发展起来。现代的电子时钟
7、是基于单片机的一种计时工具，采用延时程序产生一定的时间中断，用于一秒的定义，通过计数方式进行满六十秒分钟进一，满六十分小时进一，满二十四小时小时清零。从而达到计时的功能，是人民日常生活补课缺少的工具。2.2 电子时钟的基本特点现在高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟、石英钟、石英表都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调试，数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用LED显示器代替指针显示进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时、分、秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。2.3 电子时钟的原理该电子时钟由89C51，
8、BUTTON，六段数码管等构成，采用晶振电路作为驱动电路，由延时程序和循环程序产生的一秒定时，达到时分秒的计时，六十秒为一分钟，六十分钟为一小时，满二十四小时为一天。而电路中唯一的一个控制键却拥有多种不同的功能，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。第三章 关于单片机 3.1 单片机简介单片机全称为单片机微型计算机。从应用领域来看，单片机主要用来控制，所以又称为微控制器构成的显示器，用P0口作LED的段码输出口，P2口作八个LED数码管的位控输
9、出线，P1口外接四个按键A、B、C构成键盘电路。AT89S51 是一种低功耗，高性能的CMOS 8位微型计算机。它带有8K Flash 可编程和擦除的只读存储器EPROM），该器件采用ATMEL的高密度非易失性存储器技术制造，与工业上标准的80C51和80C52的指令系统及引脚兼容，片内Flash 集成在一个芯片上，可用与解决复杂的问题，且成本较低。简易电子钟的功能不复杂，采用其现有的I/O便可完成，所以本设计中采用此的设计方案。5.具体设计分析利用单片机AT89S51）制作简易电子时钟，由六个LED数码管分别显示小时十位、小时个位、分钟十位、分钟个位、秒钟十位、秒钟个位。结合本设计实验来说，
10、要求显示的时间为时，分，秒，并且都用两位数码管来实现显示。因此，具体设计程序时，应尽可能多用一些子程序与数据暂寄存器单元。本程序设计中，在主程序之外，可以设置时间值处理子程序，时间值显示前的处理子程序，按键情况扫描子程序，1S定时中断子程序以及5ms延时消除按键抖动子程序等多个小型的子程序。另外，可以设置一些数据单元作为数据寄存器。用28H，2AH,2BH和2CH地址单元分别作为显示位数的扫描指针值寄存器，时寄存器，分寄存器和秒寄存器，再用20H地址单元作为显示寄存器 系统框图5.2 模块设计5.2.1芯片分析5.2.1.1 AT89S51芯片选用的AT89S51与同系列的AT89C51在功能
11、上有明显的提高，最突出是的可以实现在线的编程。用于实现系统的总的控制。其主要功能列举如下：1、为一般控制应用的 8 位单片机2、晶片内部具有时钟振荡器传统最高工作频率可至 33MHz）3、内部程式存储器ROM）为 4KB4、内部数据存储器RAM）为 128B5、外部程序存储器可扩充至 64KB6、外部数据存储器可扩充至 64KB7、32 条双向输入输出线，且每条均可以单 独做 I/O 的控制8、5 个中断向量源9、2 组独立的 16 位定时器10、1 个全双工串行通信端口11、8751 及 8752 单芯片具有数据保密的功能12、单芯片提供位逻辑运算指令AT89S51各引脚功能介绍：VCC：A
12、TAT89S51 电源正端输入，接+5V。VSS：电源地端。XTAL1：单芯片系统时钟的反向放大器输入端。XTAL2：系统时钟的反向放大器输出端，一般在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两个引脚与地之间加入一个 20PF 的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。RESET：AT89S51的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间，AT89S51便能完成系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序。EA/V
13、pp：EA为英文External Access的缩写，表示存取外部程序代码之意，低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码存于外部EPROM中）来执行程序。因此在8031及8032中，EA引脚必须接低电平，因为其内部无程序存储器空间。如果是使用 8751 内部程序空间时，此引脚要接成高电平。此外，在将程序代码烧录至8751内部EPROM时，可以利用此引脚来输入21V的烧录高压Vpp）。ALE/PROG：ALE是英文Address Latch Enable的缩写，表示地址锁存器启用信号。ATAT89S51可以利用这支引脚来触发外部的8位锁存器如74LS373），将端口0的地
14、址总线A0A7）锁进锁存器中，因为ATAT89S51是以多工的方式送出地址及数据。平时在程序执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6，因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。此外在烧录8751程序代码时，此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使用。PSEN：此为Program Store Enable的缩写，其意为程序储存启用，当8051被设成为读取外部程序代码工作模式时EA=0），会送出此信号以便取得程序代码，通常这支脚是接到EPROM的OE脚。ATAT89S51可以利用PSEN及RD引脚分别启用存在外部的RAM与EPROM，使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64K的定址范
15、围。PORT0P0.0P0.7）：端口0是一个8位宽的开路电极Open Drain）双向输出入端口，共有8个位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此类推。其他三个I/O端口P1、P2、P3）则不具有此电路组态，而是内部有一提升电路，P0在当作I/O用时可以推动8个LS的TTL负载。如果当EA引脚为低电平时即取用外部程序代码或数据存储器），P0就以多工方式提供地址总线A0A7）及数据总线D0D7）。设计者必须外加一个锁存器将端口0送出的地址锁住成为A0A7，再配合端口2所送出的A8A15合成一组完整的16位地址总线，而定位地址到64K的外部存储器空间。PORT2P2.0P2.7）：端口2是具
16、有内部提升电路的双向I/O端口，每一个引脚可以推动4个LS的TTL负载，若将端口2的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。P2除了当作一般I/O端口使用外，若是在ATAT89S51扩充外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节A8A15，这个时候P2便不能当作I/O来使用了。PORT1P1.0P1.7）：端口1也是具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个LS TTL负载，同样地，若将端口1的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。如果是使用8052或是8032的话，P1.0又当作定时器2的外部脉冲输入脚，而P1.1可以有T2EX功能，可以做外部中断输入的触
17、发引脚。PORT3P3.0P3.7）：端口3也具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个TTL负载，同时还多工具有其他的额外特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。其引脚分配如下：P3.0：RXD，串行通信输入。P3.1：TXD，串行通信输出。P3.2：INT0，外部中断0输入。P3.3：INT1，外部中断1输入。P3.4：T0，计时计数器0输入。P3.5：T1，计时计数器1输入。P3.6：WR：外部数据存储器的写入信号。P3.7：RD，外部数据存储器的读取信号。5.2.1.2 74LS47芯片说明74LS47是BCD-7段
18、数码管译码器/驱动器， 74LS47的功能用于将BCD码转化成数码块中的数字,通过它解码， 可以直接把数字转换为数码管的显示数字， 从而简化了程序。74LS47译码器原理：译码为编码的逆过程。它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。实现译码的逻辑电路成为译码器。译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。74LS47是输出低电平有效的七段字形译码器，它在这里与数码管配合使用，下表列出了74LS47的真值表，表示出了它与数码管之间的关系。输 入 输 出 显示数字符号LTRBIA3 A2 A1 A0 BIRBO a bc d e f g11 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 X 0
19、0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 X 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 2 1 X 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 3 1 X 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 4 1 X 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 5 1 X 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 6 1 X 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 7 1 X 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 8 1 X 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 9 X X X X X X 0 1 1 1 1 1 1 1 熄灭 1 0 0
20、 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 熄灭0 X X X X X 1 0 0 0 0 0 0 0 8 5.2.1.3 74LS138芯片说明74HC138:74LS138 为3 线8 线译码器，共有 54/74S138和 54/74LS138 两种线路结构型式，其74LS138工作原理如下： 当一个选通端G1）为高电平，另两个选通端和/(G2B）为低电平时，可将地址端和/(G2B可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成 32 线译码器。 若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器74LS138与74HC的引脚图用与非门组成的3线-8线译码器7
21、4LS138无论从逻辑图还是功能表我们都可以看到74LS138的八个输出引脚，任何时刻要么全为高电平1芯片处于不工作状态，要么只有一个为低电平0，其余7个输出引脚全为高电平1。如果出现两个输出引脚同时为0的情况，说明该芯片已经损坏。71LS138有三个附加的控制端、和。当、时，输出为高电平S1），译码器处于工作状态。否则，译码器被禁止，所有的输出端被封锁在高电平，如表3.3.5所示。这三个控制端也叫做“片选”输入端，利用片选的作用可以将多篇连接起来以扩展译码器的功能。3线-8线译码器74LS138的功能表带控制输入端的译码器又是一个完整的数据分配器。在图3.3.8电路中如果把作为“数据”输入端
22、同时），而将作为“地址”输入端，那么从送来的数据只能通过所指定的一根输出线送出去。这就不难理解为什么把叫做地址输入了。例如当101时，门的输入端除了接至输出端的一个以外全是高电平，因此的数据以反码的形式从输出，而不会被送到其他任何一个输出端上。5.2.2晶振电路右图所示为时钟电路原理图，在AT89S51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。而在芯片内部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信号。图3晶振电路5.2.3复位电路单片机复
23、位的条件是：必须使RST/VPD 或RST引9）加上持续两个机器周期即24个振荡周期）的高电平。例如，若时钟频率为12 MHz，每机器周期为1s，则只需2s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。单片机常见的复位如图所示。电路为上电复位电路，它是利用电容充电来实现的。在接电瞬间，RESET端的电位与VCC相同，随着充电电流的减少，RESET的电位逐渐下降。只要保证RESET为高电平的时间大于两个机器周期，便能正常复位。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经电阻R1、R2分压，在RESET端产生一个复位高电平。图4单片机复位电
24、路5.2.4数码显示模块设计数码管的引脚图共阴数码管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。即，所有的A段都会连在一起，其它的段也是如此，这是实际最
25、常用的用法。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。系统采用动态显示方式，用P0口来控制LED数码管的段控线，而用P2口来控制其位控线。动态显示通常都是采用动态扫描的方法进行显示，即循环点亮每一个数码管，这样虽然在任何时刻都只有一位数码管被点亮，但由于人眼存在视觉残留效应，只要每位数
26、码管间隔时间足够短，就可以给人以同时显示的感觉。5.2.5 5.2.5按键模块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、时个位和时十位计数器及星期计数器电路构成，其中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，时个位和时十位计数器为24进制计数器。下图为按键模块电路原理图。5.2.5整个电路原理图 第六章 控制系统的软件设计基本的程序流程应该是：在主程序中检测各个时间按钮是否有动作若有，就储存并修改相关的的时间寄存器的值，若没有，就继续检测。在计时子程序中将各时间寄存器的值逐个加1，每加一次就要检查是否已超过显示的上限值，这样在后面就便于处理，在扫描显示子程序中
27、，将扫描位数指针与20H相加，从而得到相应的显示数据；然后按照显示的位数加显示数就的格式，将数据从P1口输出到数码管上去显示，当然还有定时中断子程序，在这里，它实现计时1S的时间延时。开 始定时器T0初始化设置显示初值为12：00：00设置定时4ms初值设中断250次设置中断允许秒寄存器值加1秒按键了？秒寄存器值加1使秒寄存器清0秒按键松 开了？N分按键了？分寄存器值加1秒寄存器60？秒按松开了？分按键松开？时寄存器值20使分寄存器清0时寄存器值加1使寄存器清0启动T0中断NY时按键了？NNNNY源程序代码ORG 00H；主程序起始地址JMP START；主程序STARTORG 0BH；定时器
28、T0中断起始地址JMP TIM0；定时器T0中断子程序TIM0START: MOV SP；#70H；设置堆栈指针MOV 28H,#00；设置显示位数扫描指针初值为0MOV 2AH,#12H；设置时钟显示寄存器初值为12HMOV 2BH,#00；设置分钟显示寄存器初值为00HMOV 2CH,#00；设置秒钟显示寄存器初值为00HMOV TMOD,#01H；设置定时器T0工作在方式1MOV TH0,#0F0H；定时4ms的初值，即0F060HMOV TL0,#60H；初值的低位MOV IE,#82H；定时器T0中断允许MOV R4,#250；保证后面实现中断250次，即1s的延时SETB TR0；
29、启动定时器T0LOOP: JB P0.0,N2；若秒没有按键，就转去下一步检查分CALL DELAY；延时5ms消除抖动MOV A,2CH；将秒寄存器的值载入累加器A ADD A,#01H；A的内容加1DA A；十进制调整MOV 2CH,A；A 的值存入秒寄存器CJNE A,#60H,N1；看是否已经是60秒，若不是就继续检查MOV 2CH,#00；已经是60秒，就清空秒寄存器的值N1: JNB P0.0,$；秒按键还没有放开就循环等待CALL DELAY；延时5ms，消除抖动N2: JB P0.1,N4；若分没有按键，就转去下一步检查时钟CALL DELAY；延时5ms，消除抖动MOV A,2BH；将分寄存器的值载入累加器AADD A,#01H；A的内容加1DA A；十进制调整MOV 2BH,A；A的值存入分寄存器CJNE A,#60H,N3；看是否已经是60分MOV 2BH,#00；已经是60分，就清空秒寄存器的值N3: JNB P0.1,$；分按键还没有放开就循环等待CALL DELAY；延时5ms，消除抖动N4: JB P0.2,LOOP；若时没有按键，就转回去继续检查看是否秒有按键CALL DELAY；延时5ms，消除抖动MOV A,2AH；将时寄存器的值载入累加器AADD A,#01H；A的内容加1DA A；十进制调整MOV 2AH,A；A的值存入时寄存器
