单片微型计算机原理与接口技术电子时钟设计.doc

1、目录第一章 绪论21.1 电子时钟的概述21.2 电子时钟的发展现状及前景2第二章 控制系统的硬件设计32.1 电源模块32.2 处理器模块52.3 显示模块62.4 按键模块92.5 蜂鸣器模块10第三章 系统的的软件实现113.1 主程序流程图113.2 按键流程图133.3 时钟中断流程图153.4 显示流程图15第四章 系统的功能及性能测试19心得体会21参考文献22附件：程序清单第一章：绪论1.1 电子时钟的概述 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

2、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，基于单片机设计的电子时钟精确度较高， 因为在程序的执行过程中， 任何指令都不影响定时器的正常计数，即便程序很长也不会影响中断的时间。从而，使电子时钟的精度仅仅取决于单片机的产生机器周期电路和定时器硬件电路的精确度。另外，程序较为简洁，具有可靠性和较好的可读性。如果我们想将它应用于实时控制之中，只要对上述程序和硬件电路稍加修改，便可以得到实时控制的实用系统，从而应用到实际工作与生产中去。该电子时钟由AT89C51，SN74LS04N ,按键，数码管等构成，采用晶振电路作为驱动电路，

3、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,满三十一天为一个月，满十二个月为一年。通过K12键加1功能，完成分，时、日、月、年参数设定。每按一次就加一。日、月、年可通过按K14键、K15键查询，此时4位LED显示查询内容。1.2电子时钟的发展现状及前景 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、石英表都采用了晶体振荡技术，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，译码代替机械式传动，用LED数码管代替指针显示进而显示时间和日期，减小了误差，这种表具有时、分、秒显示时

4、间的功能和年月日显示日期的功能，还可以进行校对，片选的灵活性好。现在，电子时钟广泛应用于家庭、车站、码头、剧院、办公室等场所，给人们的生活、学习、工作带来极大的方便4。不仅如此，在现代化的进程中，也离不开电子钟的相关功能和原理，比如机械手的控制、家务的自动化、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、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。而且是控制的核心部分。因此，研究电子时钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。本次实训设计制作了一种以MCS51单片机定时、中断功能完成时间的定时工作。要求整个系统具有参数设定、时

5、间运行、报时、查询当前年、月、日等功能。MCS51单片机全称为单片机微型计算机。单片机是将计算机的基本部件微型化并集成在一块芯片上的微型计算机。本次实训我们使用的是8位单片机AT89C51。 这类单片机的寻址能力达64KB，片内ROM容量达4-8KB，片内除带有并行IO口外，还有串行IO口，甚至还有AD转化器功能。8位单片机由于功能强，被广泛用于自动化装置、智能仪器仪表、智能接口、过程控制、通信、家用电器等各个领域。第二章：电子时钟的总体方案设计及主要单元电路的设计2.1电源模块该部分电路图如下所示：在实际电路中采用一个电桥对我们常用的交流电进行整流。整流过后在对其进行降压稳压，最后得到+5V

6、电源为电子时钟工作。7805的介绍：电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的78 系列和负电压输出的79系列。有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子象是普通的三极管，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。 我们这次实训选用7805，能输出稳定的+5V电压。在78 * 、79 * 系列三端稳压器中最常应用的是TO-220 和TO-202 两种封装。这两种封装的图形以及引脚序号、引脚功能如附图所示。从正面看引脚从左向右按顺序标注，接入电路时脚电压高于脚，脚为输出位。如对于78*正压系列，脚高电位，脚

7、接地，；对与79*负压系列，脚接地，脚接负电压，输出都是脚。2.2处理器模块该部分的电路图如下所示：单片机型号的选择：通过对多种单片机性能的分析，最终认为89C51是最理想的电子时钟开发芯片。89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，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89C51是一种高效微控制器，而且它与MCS-51兼容，且具有4K字节可编程闪烁存储器和1000写/擦循环，数据保留时间为10年等特点，是最好的选择。2.3

8、显示模块该部分电路图如下所示： 在实际电路中采用四个数码管相连进行显示，先把数码管的公共端和P1口对应相连，然后把数码管的1、2、3、4、5、7、10、11引脚与单片机的P2口相连，采用动态显示， 即一位一位地轮流点亮各位显示器18，因此P1.4P1.7轮流置0。数码管显示工作原理：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。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。静态显示接口电路如图9-4所示。选用共阴极LED，将共阴极点连接在一起

9、接地，每一位的段选线与一个8位并行口相连，只要将要显示的字符的字型码送至并行口锁存，LED显示器上便立即显示出该字符，直到CPU送来一个新的字型码为止，由于静态显示每位数码管均有独立的段选码，耗电量大，硬件多。如要外接6个数码管，则需要6个8位并行口。动态显示接口电路简图如图9-5所示。将各位数码管的段并联接在一起，由P1口控制（字型口），每一个数码管的共阴极（共阳极）接到P2.0、P2.1作为位选信号。虽说要显示的字型码通过P1口同时送到了每一个数码管，但它们不会同时显示同一个字符，只有控制共阴极（共阳极）的位选信号有效时，对应的数码管才会显示相应字符。这种由字型口控制要显示字符的字形码，依

10、此循环选通每位数码管的位选信号就得到了动态显示效果。它主要是利用人眼的视觉暂留特性及数码管得余光特性，看上去似乎是多位数码管同时显示。动态显示的特点是当显示位数较多时，节省硬件，接口电路简单，但显示占用CPU时间。静态显示占用CPU时间短，显示简单、稳定，但当显示位数较多时，占用接口资源多。动态显示接口电路较简单，但占用CPU时间，显示亮度较静态显示差，一般说，显示位数较多时，采用动态或串并转换；显示位数较少时，采用静态显示方式。SN74LS04N介绍：SN74LS04N六输入六输出的非门，SN74LS04N 的输出端可直接与数码管的公共端相连。图3 74LS04N2.4按键模块在电子钟的输入

11、部分，设置相应的置数功能，通过外部设备的输入，如按键，实现时间的切换。除此之外，调整日期等时间也需要按键进行输入。在选用输入端口时，将P0引脚与按键相连进行输入。K1、K2、K3、K4分别表示设置切换键、数值加一键、显示年键、显示月和日键。图2-4 ：按键部分2.5蜂鸣器模块蜂鸣器报时部分如右图所示：三极管8550控制蜂鸣器报时。第三章：系统的软件实现3.1主程序流程图程序设计有两个分支：参数设定及时钟运行。参数设定时，定时器关闭，只完成参数“加一键”的设定工作。时钟运行时，启动定时器开始计时。主程序如下：开始各功能的初始化有按键否？显示HELLO-YNP3.2键吗？时钟运行K12键吗？K13

12、键吗？主程序框图Y参数设定YNN时间加一K14键吗？年查询显示K15键吗？月、日查询显示YYYNNNvoid main() Set_Init（）； /中断初始化doRing（）；/整点报时Delay_set（）；/设置时间延时显示if（sett=0）/时间设置标志位Disp_hello-Time（）；/显示hello-和时间else；Set_init_8255()；/初始化8255Disp_PB8255（）；/按键扫描While（1）；3.2按键流程图流程图如图所示：（1）键扫描子程序键扫描主要用来测试8255的B口的输入状态。若口状态有电平变化，说明有键按下，即转入相应键值处理。通过调用键扫

13、描子程。 （2）“键值”子程序键扫描子程序只能判别有无键按下，但在有键按下后再分析具体是哪个键，则需用“键值”子程序。“键值”子程序需完成取键值功能。3.3时钟中断流程图3.4显示流程图显示子程序加“一”键完成当前时钟设定。动态运行时，若1秒到，秒数据缓冲区在当前内容基础上加一，并查表显示。数码显示时从若数据缓冲区内容为09，可直接查找字形码，大于10时，必须分成高低两位，再查表。如秒为18时，应通过相应处理，将18分成1、8，以用来查1、8的字形码。其他类推。（5）时间（时、分）显示子程序给一个半秒标志位，当半秒到时，数码管中间的灯亮半秒，半秒过后又灭半秒。第四章 系统的功能及性能测试HEL

14、LO-1) 开机：显试 2) 按P3.2键，时钟开始计时。3）通过K12键加1功能，完成分，时、日、月、年参数设定。4）参数设定完后，即通过P3.2键时钟继续计时。5)根据实验板硬件设计，电子时钟常显当前时间，如08：45126）日、月、年可通过按K13键、K14键、K15键切换、查询，此时6位LED显示查询内容，如110820注：时钟计时时可进行时间查询，但不能更改参数，若要更改参数，必须先停止时钟运行。 心得体会我的单片机的基础真的很不好，虽然说上学期期末考有恶补了一下，但一个暑假回来，让本来就已经不牢固的知识又丢了。这一次的实训，老实说，我自己一个人真的完成不了。实训期间，要感谢方灿彬，梁金娣，陈泽昂等同学的帮助，也要感谢祁伟老师的教导。这次，虽然我没有完完全全自己完成了这次实训的内容，但是，从这次的实训中，确实也学到了很多东西；这次的实训，也给了我信心：我相信，虽然我现在还学得不好，但是，只要我还继续学习，单片机我还是可以学好的。参考文献1 冯博琴吴宁.微型计算机原理与接口技术清华大学出版社2 牛昱光.单片机原理与接口技术.电子工业出版社.