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1、湖南建高等专科学校课程设计说明书课题名称: 简易电子钟的设计 专业名称: 学生班级: 学生姓名: 学生学号: 指导教师: 单片机技术课程设计任务书一、设计题目：简易电子钟的设计二、适用班级：电气04010405三、指导教师：王韧四、任务与要求：在智能化仪器仪表中，控制核心均为微处理器，而单片机以其高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠而得到广泛应用，是设计智能化仪器仪表的首选微控制器，单片机结合简单的接口电路即可构成电子钟，它可广泛应用于工业、农业、日常生活等领域，与传统钟表相比较，它具有高精度、高可靠性、操作方便、价格便宜、智能化等特点，是钟表的一个发展方向，具有一定的实用价值。1、本课
2、题任务如下：设计一个具有特定功能的电子钟。该电子钟上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”， 进入时钟准备状态；第一次按电子钟启动/调整键，电子钟从0时0分0秒开始运行，进入时钟运行状态；再次按电子钟启动/调整键，则电子钟进入时钟调整状态，此时可利用各调整键调整时间，调整结束后可按启动/调整键再次进入时钟运行状态。2、本课题可选择设计方案如下：（1）、基于单片机并行口的电子钟的设计在AT89S52的P0口和P2口外接由六个LED数码管(LED5LED0)构成的显示器，用P0口作LED的段码输出口（P0.0P0.7对应于LED的adp），P2.5P2.0作LED的位控输出线（P2.5P2.0
3、对应于LED5LED0），P1口外接四个按键A、B、C、D（对应于P1.0P1.3）。（2）、基于单片机串行口的电子钟的设计将AT89S52的串行口扩展成并行口,外接由六个LED数码管(LED5LED0)构成的显示器；P1口外接四个按键A、B、C、D（对应于P1.0P1.3）。（3）、基于Intel 8279的电子钟的设计利用Intel 8279芯片为AT89S52扩展并行口,通过Intel 8279外接由六个LED数码管(LED5LED0)构成的显示器和由四个按键A、B、C、D构成的键盘。（4）、基于Intel 8155的电子钟的设计利用Intel 8155芯片为AT89S52扩展并行口,通
4、过Intel 8155外接由六个LED数码管(LED5LED0)构成的显示器和由四个按键A、B、C、D构成的键盘。（5）、基于Intel 8255的电子钟的设计利用Intel 8255芯片为AT89S52扩展并行口,通过Intel 8255外接由六个LED数码管(LED5LED0)构成的显示器和由四个按键A、B、C、D构成的键盘。3、本课题基本要求如下：（1）、六个LED显示当前时间；（2）、四个按键的功能：A键用于电子钟启动/调整；B键用于调时,范围0-23,0为24点,每按一次时加1;C键用于调分,范围0-59,0 为60分,每按一次分加1;D键用于调秒, 范围0-59，0为60秒,每按一
5、次秒加1；（3）、单片机采用AT89S52，fosc=6MHZ；（4）、计算机打印单片机技术课程设计说明书一份；（5）、设计时间：二周；（6）、制作简易电子钟实物；（7）、人员分组：一人一组或多人一组（不超4人）。五、单片机技术课程设计说明书正文主要内容参照“单片机技术课程设计说明书正文主要内容”文件。六、单片机技术课程设计说明书书写格式 参照“单片机技术课程设计说明书书写格式”文件。七、参考资料1、曹巧媛，单片机原理及应用M，北京：电子工业出版社，1997.7；2、赵秀珍，单永磊，单片微型计算机原理及其应用M，北京：中国水利水电出版社，2001.8；3、张毅刚，修林成，胡振江，MCS-51单
6、片机应用设计M，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1990.8；4、张洪润，兰清华，单片机应用技术教程M，北京：清华大学出版社，1997.11；5、李华，MCS-51系列单片机实用接口技术M，北京：北京航空航天大学出版社，1993.8；6、陈景初，单片机应用系统设计与实践M，北京：北京航空航天大学出版社；7、马家辰，MCS-51单片机原理与接口技术M，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社；8、刘守义，单片机应用技术M，西安：西安电子科技大学出版社；9、马忠梅，单片机的C语言Windows环境编程宝典M, 北京：北京航空航天大学出版社，2003.6； 10、李光飞,单片机C程序设计指导M,北京:北京航空航天
7、大学出版社，2003.01 ；11、李朝青,单片机学习指导M,北京:北京航空航天大学出版社，2005.10 ；12、李朝青,单片机学习辅导测验及解答讲义M,北京:北京航空航天大学出版社，2003.7 ；13、李光飞,单片机课程设计实例指导M,北京:北京航空航天大学出版社，2004.9。 电气自动化教研室 摘要第1章 电子钟功能说明及方案介绍1.1电子钟功能说明 该电子钟上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”， 进入时钟准备状态；第一次按电子钟启动/调整键，电子钟从0时0分0秒开始运行，进入时钟运行状态；再次按电子钟启动/调整键，则电子钟进入时钟调整状态，此时可利用各调整键调整时间，调整结
8、束后可按启动/调整键再次进入时钟运行状态。1.2总体方案介绍与选择1.2.1本课题可选择设计方案如下：（1）、基于单片机并行口的电子钟的设计在AT89S52的P0口和P2口外接由六个LED数码管(LED5LED0)构成的显示器，用P0口作LED的段码输出口（P0.0P0.7对应于LED的adp），P2.5P2.0作LED的位控输出线（P2.5P2.0对应于LED5LED0），P1口外接四个按键A、B、C、D（对应于P1.0P1.3）。（2）、基于单片机串行口的电子钟的设计将AT89S52的串行口扩展成并行口,外接由六个LED数码管(LED5LED0)构成的显示器；P1口外接四个按键A、B、C、
9、D（对应于P1.0P1.3）。（3）、基于Intel 8279的电子钟的设计利用Intel 8279芯片为AT89S52扩展并行口,通过Intel 8279外接由六个LED数码管(LED5LED0)构成的显示器和由四个按键A、B、C、D构成的键盘。（4）、基于Intel 8155的电子钟的设计利用Intel 8155芯片为AT89S52扩展并行口,通过Intel 8155外接由六个LED数码管(LED5LED0)构成的显示器和由四个按键A、B、C、D构成的键盘。（5）、基于Intel 8255的电子钟的设计利用Intel 8255芯片为AT89S52扩展并行口,通过Intel 8255外接由六
10、个LED数码管(LED5LED0)构成的显示器和由四个按键A、B、C、D构成的键盘。1.2.2方案选择的确定在智能化仪器仪表中，控制核心均为微处理器，而单片机以其高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠而得到广泛应用，是设计智能化仪器仪表的首选微控制器，单片机结合简单的接口电路即可构成电子钟，它可广泛应用于工业、农业、日常生活等领域，与传统钟表相比较，它具有高精度、高可靠性、操作方便、价格便宜、智能化等特点，是钟表的一个发展方向，具有一定的实用价值。所以我们小组选择方案二基于单片机串行口的电子钟的设计。第2章 电子钟的工作原理2.1 电子钟的组成框图本电子钟电路主要由振荡电路、复位电路、AT
11、89S52、键盘电路、显示电路驱动电路构成，其具体结构功能如图2-1所示。键盘电路路驱动电复位电路振荡电路图2-1电子钟的组成框图2. 电子钟的工作原理2.1、实现时钟计时的基本方法：利用MCS-51系列单片机的可编程定时/计数器、中断系统来实现时钟计数。(1)、计数初值计算；把定时器设为工作方式1，定时时间为125mS，则计数溢出8次即得时钟计时最小单位秒，而8次计数可用软件方法实现。假设使用T/C0，方式1，125mS定时，fosc=12MHz。则初值X满足（216-X）2=125000X=607010111101101100BDCH(2)、采用中断方式进行溢出次数累计,计满8次为秒计时（
12、1秒）；(3)、从秒到分和从分到时的计时是通过累加和数值比较实现。2.2、电子钟的时间显示电子钟的时钟时间在六位数码管上进行显示，因此，在内部RAM中设置显示缓冲区共6个单元。 LED5 LED4 LED3 LED2 LED1 LED0 7EH 7DH 7CH 7BH 7AH 79H显示缓冲区从左至右依次存校时，分、秒的数值。2.3、电子钟的启、停及时间调整电子钟设置4个按键通过程序控制来完成电子钟的启、停及时间调整。A键控制电子钟的启、停； B键调整时；C键调整分；D键调整秒。第三章 电子钟整机电路框图、整机电路原理图、电源电路原理图PCB图第4章、电子钟元器件清单第章电子钟单元电路工作原理
13、.1单片机介绍 AT89S51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CMOS8位微处理器，俗称单片机。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AT89S51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 51单片机主要包括运算器、控制器、存储器、输入/输出电路、串行口电路、中断和定时电路，如下图2-2单片机系统结构框
14、图。中断4KB程序存储器128B数据存储器2个16位定时/计数器64KB总线扩展控制可编程I/O口可编程串行口C P U振荡器及定时电路中断频率基准源计数器控制并行I/O口串行输 入串行输 出图2-2 单片机系统结构图 5.1.1单片机内部逻辑结构（1）中央处理器（CPU）：CPU是单片机的核心，完成运算和控制操作，中央处理器包括运算器和控制器两部分电路。（2）内部数据存储器：80C51芯片中共有256个RAM单元，其中后128单元被专用寄存器占用，供用户使用只是前128个单元，用于荐放可读定的数据。（3）内部程序存储器：80C51共有4KB掩膜ROM，用于存放程序和原始数据。（4）定时器/计
15、数器：80C51共有两个16位的定时器/计数器，以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对单片机进行控制。（5）并行I/O口：80C51共有4个8位的I/O口，以实现数据的并行输入输出。（6）串行口：以实现单片机和共它数据设备之间的串行数据传送。（7）中断控制系统：80C51共有5个中断源，即外中断2个，定时/计数中断2个，串行中断1个。（8）时钟电路：时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。（9）位处理器：位处理器以状态寄存器中选择进位标志位C为累加器，可进行置位、复位、取反、等于“0”转移、等于“1”转移且清“0”以及C与可寻址之间的传送、逻辑与、逻辑或等位操作。（10）总线：系统的地址信号、
16、数据信号和控制信号都是通过总线传送。5.1.2引脚功能80S51是标准的40引脚双列插式集成电路芯片，其外观如图2-3。 图2-3 引脚排列1）、电源引脚VCC 40 电源端GND 20 接地端工作电压为5V，另有AT89S51 工作电压则是2.7-6V, 引脚功能一样。2） 、外接晶体引脚： XTAL1 19 XTAL2 18 XTAL1 是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2 则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2 悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。晶振的频率可以在1MHz-24MHz内选择。电
17、容取30PF 左右。3）、复位 RST 9 在振荡器运行时，有两个机器周期（24 个振荡周期）以上的高电平出现在此引腿时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，51 芯片便循环复位。复位后P0P3 口均置1 引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器SFR 全部清零。当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为ROM 的00H 处开始运行程序。复位操作不会对内部RAM 有所影响。其第二功能可作为备用电源引脚，当电压降低到下限值时，备用电源经此端向内部RAM提供电压，以保护内部RAM中的信息不丢失。4）、输入输出引脚（1）、P0 端口P0.0P0.7 P0 是一个8 位漏极开路型双向I/O 端口，端口
18、置1（对端口写1）时作高阻抗输入端。作为输出口时能驱动8 个TTL。对内部Flash 程序存储器编程时，接收指令字节;校验程序时输出指令字节，要求外接上拉电阻。在访问外部程序和外部数据存储器时，P0 口是分时转换的地址(低8 位)/数据总线，访问期间内部的上拉电阻起作用。 （2）、P1 端口P1.0P1.7 P1 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/0 端口。输出时可驱动4 个TTL。端口置1 时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部Flash 程序存储器编程时，接收低8 位地址信息。 （3）、P2 端口P2.0P2.7 P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/0 端口。输出时
19、可驱动4 个TTL。端口置1 时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部Flash 程序存储器编程时，接收高8 位地址和控制信息。在访问外部程序和16 位外部数据存储器时，P2 口送出高8 位地址。而在访问8位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。 （4）、P3 端口P3.0P3.7 P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/0 端口。输出时可驱动4 个TTL。端口置1 时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部Flash 程序存储器编程时，接控制信息。除此之外P3 端口还用于一些专门功能，具体请看表2：表2 P3口线的第二功能5）、ALE30 地址锁存控制信
20、号在系统扩展时，ALE用于控制把P0口输出的低8位地址送入锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的分时传送。此外ALE是以六分之一的晶振频率的固定频率输出的正脉冲，可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。其次该引脚还可有第二功能，可作为编程时的编程脉冲。PSEN6）、 29 外部程序存储器读选通信号PSEN在读外部ROM时 有效（低电平），以实现外部ROM单元的读操作。EA 7）、 31 访问程序存储器控制信号EA 当 信号为低电平时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器；而当EA 信号为高电平时，则对ROM的读操作是从内部程序存储器开始，并可延续外部程序存储器。其也有第二功能，可作编程时的编程电压2
21、5V的接口。8）、VSS20 地线5.1.3单片机内部资源分配AT89C51单片机内部有数据存储器(RAM)和程序存储器(ROM),共256个RAM存储器单元和4KBROM存储单元。对于256个RAM单元划分为两个部分,低128单元(00H7FH)和高128单元，其中低128单元是单片机供用户使用的RAM存储单元，分为寄存器区、位寻址区、用户RAM区。通用寄存器32个单元，位寻址区16个单元，用户RAM区80个单元。高128单元为专用寄存器区。对于4KBROM区，其中0000H0002H为启动单元，0003H002AH共40个单元分为五段，每段8个单元为五个中断源地址区。现将本次课程设计中使用
22、到的内部资源情况如下所述：堆椎60H5.2时钟电路时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟们号，单元片机本身就是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序时行工作。C2晶振XTAL2XTAL1至内部 时钟电路8051C1图（2） 振荡电路在MCS51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，在芯片的外部能过这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，构成了一个稳定的自激振荡器，如图（2）所示。电路中的电容C1和C2为30pF左右，而晶体的振荡频率范围通常是1.2MHZ12MHZ，晶体振荡频率高，则
23、系统的时种频率也高，单片机运行速度就更快，本次设计晶振为6MHZ。XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出.该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。定时振荡器的工作可由专用寄存器PCON的PD位进行控制，把PD位置“1”，振荡器停止工作系统进入低功耗状态。单片机振荡电路产生的振荡脉冲并不直接使用，而是经分频后再为系统所用，电路时钟框图如图（3）所示。 P2P1XTAL2XTAL1ALE3振荡器 2QQ状
24、态时钟6机器周期图（3）时钟电路框图 振荡脉冲经过二分频后才作为系统的时钟信号，在二分频的基础上再三分频产生ALE信号（ALE是以晶振六分之一的固定频率输出的正脉冲），再在二分频的基础上再六分频得到机器周期信号。5.3复位电路复位是单片机的初始化操作，其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作使系统处于死锁状态，为摆脱困境，也需按复位健以重新启动。图3-3复位电路逻辑图RST引脚是复位信号的输入端，复位信号是高电平有效，其有效时间要达到2个机器周期以上。产生复位信号的电路逻辑如图3-3所示。整个复位电路包括
25、芯片内外两部分，外部电路产生的复位信号（RST）送施密特触发器，再由片内复位电路在每个周期的S5P2时刻对施密特触发器的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需的信号。复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式，本次设计采用按键复位，其电路原理图如图3-4所示，其中按键电平是通过使复位端经电阻与VCC电源接通面实现的。图3-4 按键电平复位 5.4键盘电路图3-5键盘电接口电路由于本次电子钟需要的键盘只有4个，所以采用了独立式键盘，按键一端通过限流电阻接电源VCC，一端通过按键接地GND，在没有按键时，键盘输入单片机为高电平“ 1”，当有键按下时，输入单片机的为低电平“ 0”。电路如图3-5
26、所示。 5.5 显示电路本次设计采用了LED显示，通常所说的LED显示器由7个发光二极管组成，因此也称之为七段LED显示器，其排列形状如图3-6所示。图3-6 LED显示器排列图 为了显示数字或符号，要为LED显示器提供代码，因为这些代码是为显示字形的,因此称之为字形代码。七段发光二极管，再加上一个小数点位，共计八段，因此提供给LED显示器的字形代码正好一个字节。各代码位的对应关系如表3所示。表3 段码号代码位D7D6D5D4D3D2D1D0显示段dpgfedcba1.共阴极接法把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。使用时公共阴极接地，这样阳极端输入高电平的段发光二极管就导通点亮，而输入低电
27、平的则不亮。2.共阳极接法 把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极。使用时公共阳极接+5v，这样阴极端输入低电平的段发光二极管就导通点亮，而输入高电平的则不亮。3.控制数码管驱动级的控制电路有静态式和动态式两类。 1）静态驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管各用一个笔画译码器（如BCD码二十进制译码器）译码驱动。 2）动态驱动：动态驱动是将所有数码管使用一个专门的译码驱动器，使各位数码管逐个轮流受控显示，这就是动态驱动。5.6驱动电路驱动电路主要由同向驱动芯片74LS244和限流电阻组成，因为单片机的口线输出电流有限，不能足够点亮发光二极管，所以利用74LS244内部的2个4位的
28、三态缓冲器，扩展成一个8位的输入口，并串接8个限流电阻，一起组成LED显示电路的驱动电路。其结构如图3-7所示。第章单片机控制程序及流程图6.1 电子钟显示“p.”主程序流程框图6.1.1电子钟显示“p.”主程序 程序清单 ORG 0000H START: AJMP MAIN ORG 0030H MAIN: MOV SP, #60H ;确立堆栈区 MOV PSW, #00H ; MOV R0, #20H ;RAM区首地址 MOV R7, #5FH ;RAM区单元个数 ML: MOV R0, #00H INC R0 DJNZ R7, MLTSF: MOV DPTR, #DISBH 系统初始化后提
29、示符“P.”字符代码表首地址 MOV R5, #06H MOV R0, #79HDISPTSF:CLR A MOVC A, A+DPTR MOV R0, A INC R0 INC DPTR DJNZ R5, DISPTSF LCALL DISP ;调显示子程序显示提示符“P.” LJMP TSF6.2 电子钟显示子程序流程框 6.2.1 电子钟显示子程序显示器设定-;P0.7-P0.0段控线，接LED的显示段dp,g,f,e,d,c,b,a;P2.5-P2.0位控线,从左至右(LED5,LED4,LED3,LED2,LED1,LED0);显示子程序;入口:79H,7AH,7BH,7CH,7DH
30、,7EH DISP: PUSHDPHPUSHDPL PUSHACC PUSHPSW CLR RS1 ;改变当前寄存器组为组1 SETB RS0 MOV R1, #79H ;显示缓冲存储单元首地址 MOV R2, #01H ;从右至左显示 DISP1: MOVA, R1MOVDPTR, #TABMOVCA, A+DPTRMOVP0, A;送段控 MOVP2, R2 ;送位控ACALLDL ;延时2毫秒MOVA, R2JBACC.5, DISP2RLAINCR1MOVR2, AAJMPDISP1DISP2: POPPSW ;恢复当前寄存器组的组号POPACCPOPDPLPOPDPHRET;延时2毫
31、秒子程序 DL: PUSH PSW SETB RS1 SETB RS0 MOVR7, #02HDL1:MOVR6, #0FFHDL2:DJNZR6, DL2DJNZR7, DL1 POP PSWRET;常数表格区-;系统初始化后提示符“P.”字符代码表 DISBH: DB 10H,10H,10H,10H,10H,11H ;提示符“P.”字符序号;显示字符段选码表(共阳极代码) TAB: DB 0C0H, 0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H ;0-8 DB 90H, 0FFH,0CH ;9,灭,p.6.3电子钟加一子程序流程框图6.3.1电子钟加一子程序十进制
32、加1子程序入口：R0,出口：R0 DADD1: MOV A, R0 ;十进制加1子程序，十位数1 DEC R0 SWAP A ;十位数占高4位 ORL A, R0 ;个位数占低4位 ADD A, #01H DA A MOV R2, A ;全值暂存R2中 ANL A, #0FH MOV R0, A ;个位值送显示缓冲单元 MOV A, R2 INC R0 ANL A, #0F0H SWAP A MOV R0, A ;个位值送显示缓冲单元 RET6.4电子钟显示子程序定时器/计数器的使用-定时器/计数器0,定时功能,工作方式1,提供125毫秒的定时时间;系统中断源的使用-定时器/计数器中断0,计满
33、8次即得到秒计时单位 SECGE EQU 30H ;秒个位存储单元 SECSH EQU 31H ;秒十位存储单元 MINGE EQU 32H ;分个位存储单元 MINSH EQU 33H ;分十位存储单元 HOUGE EQU 34H ;时个位存储单元 HOUSH EQU 35H ;时十位存储单元 INTCISHU EQU 46H 要求的计数溢出次数，即1秒计时的循环次数中断服务程序区-PITO: PUSHDPL PUSHDPH PUSHPSW PUSHACC SETB RS1 ;改变当前寄存器组为组3 SETB RS0 MOV TL0, #0DCH ;装计数初值 MOV TH0, #0BH ; MOV A, INTCISHU ;循环次数减1 DEC A MOV INTCISHU,A JNZ RET0 ;不满8次，转RET0返回 MOV INTCISHU,#08H ;满8
