(精品論文)單片機(jī)電子時(shí)鐘畢業(yè)論文

單片機(jī)電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)摘 要單片機(jī)自20世紀(jì)70年代問世以來(lái)，以其極高的性能價(jià)格比，受到人們的重視和關(guān)注，應(yīng)用很廣、發(fā)展很快。單片機(jī)體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、環(huán)境要求不高、價(jià)格低廉、可靠性高、靈活性好、開發(fā)較為容易。由于具有上述優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)，單片機(jī)已廣泛地應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化控制、自動(dòng)檢測(cè)、智能儀器儀表、家用電器、電力電子、機(jī)電一體化設(shè)備等各個(gè)方面，而51單片機(jī)是各單片機(jī)中最為典型和最有代表性的一種。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)它的學(xué)習(xí)、應(yīng)用，以AT89S51芯片為核心，輔以必要的電路，設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)易的電子時(shí)鐘，它由4.5V直流電源供電，通過(guò)數(shù)碼管能夠準(zhǔn)確顯示時(shí)間，調(diào)整時(shí)間，從而到達(dá)學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)、開發(fā)軟、硬件的能力。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) AT89S摘 要IAbstractII第一章前言1第二章方案論證與比較22.1數(shù)字時(shí)鐘方案22.2數(shù)碼管顯示方案2第三章系統(tǒng)設(shè)計(jì)33.1總體設(shè)計(jì)33.1.1系統(tǒng)說(shuō)明33.1.2系統(tǒng)框圖33.2模塊設(shè)計(jì)43.2.1電源部分43.2.2復(fù)位電路43.2.3程序下載接口53.2.4位選部分53.2.5數(shù)碼管的連接電路63.2.6控制部分6第四章原理圖與PCB圖8第五章軟件設(shè)計(jì)95.1程序流程圖95.2源程序11第六章總結(jié)186.1物品清單與元件特性186.2設(shè)計(jì)總結(jié)19參考文獻(xiàn)（References）：20致 謝2021第一章 前言時(shí)鐘，自從它發(fā)明的那天起，就成為人類的朋友，但隨著時(shí)間的推移，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)時(shí)間計(jì)量的精度要求越來(lái)越高，應(yīng)用越來(lái)越廣。怎樣讓時(shí)鐘更好的為人民服務(wù)，怎樣讓我們的老朋友煥發(fā)青春呢？這就要求人們不斷設(shè)計(jì)出新型時(shí)鐘?，F(xiàn)今，高精度的計(jì)時(shí)工具大多數(shù)都使用了石英晶體振蕩器，由于電子鐘，石英表，石英鐘都采用了石英技術(shù)，因此走時(shí)精度高，穩(wěn)定性好，使用方便，不需要經(jīng)常調(diào)校，數(shù)字式電子鐘用集成電路計(jì)時(shí)時(shí)，譯碼代替機(jī)械式傳動(dòng)，用LED顯示器代替顯示器代替指針顯示進(jìn)而顯示時(shí)間，減小了計(jì)時(shí)誤差，這種表具有時(shí)，分，秒顯示時(shí)間的功能，還可以進(jìn)行時(shí)和分的校對(duì)，片選的靈活性好。時(shí)鐘電路在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中起著非常重要的作用，是保證系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)。在一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，時(shí)鐘有兩方面的含義：一是指為保障系統(tǒng)正常工作的基準(zhǔn)振蕩定時(shí)信號(hào)，主要由晶振和外圍電路組成，晶振頻率的大小決定了單片機(jī)系統(tǒng)工作的快慢；二是指系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)時(shí)鐘，即定時(shí)時(shí)間，它通常有兩種實(shí)現(xiàn)方法：一是用軟件實(shí)現(xiàn)，即用單片機(jī)內(nèi)部的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，但誤差很大，主要用在對(duì)時(shí)間精度要求不高的場(chǎng)合；二是用專門的時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)，在對(duì)時(shí)間精度要求很高的情況下，通常采用這種方法，典型的時(shí)鐘芯片有：DS1302，DS12887，X1203等都可以滿足高精度的要求。本文主要介紹用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)電子時(shí)鐘的方法，本設(shè)計(jì)由單片機(jī)AT89S51芯片和LED數(shù)碼管為核心，輔以必要的電路，構(gòu)成了一個(gè)單片機(jī)電子時(shí)鐘。第二章 方案論證與比較2.1數(shù)字時(shí)鐘方案數(shù)字時(shí)鐘是本設(shè)計(jì)的最主要的部分。根據(jù)需要，可利用兩種方案實(shí)現(xiàn)。方案一：本方案采用Dallas公司的專用時(shí)鐘芯片DS12887A。該芯片內(nèi)部采用石英晶體振蕩器，其芯片精度不大于10ms/年，且具有完備的時(shí)鐘鬧鐘功能，因此，可直接對(duì)其以用于顯示或設(shè)置，使得軟件編程相對(duì)簡(jiǎn)單。為保證時(shí)鐘在電網(wǎng)電壓不足或突然掉電等突發(fā)情況下仍能正常工作，芯片內(nèi)部包含鋰電池。當(dāng)電網(wǎng)電壓不足或突然掉電時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換到內(nèi)部鋰電池供電系統(tǒng)。而且即使系統(tǒng)不上電，程序不執(zhí)行時(shí)，鋰電池也能保證芯片的正常運(yùn)行，以備隨時(shí)提供正確的時(shí)間。方案二：本方案完全用軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)字時(shí)鐘。原理為：在單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)器設(shè)三個(gè)字節(jié)分別存放時(shí)鐘的時(shí)、分、秒信息。利用定時(shí)器與軟件結(jié)合實(shí)現(xiàn)1秒定時(shí)中斷，每產(chǎn)生一次中斷，存儲(chǔ)器內(nèi)相應(yīng)的秒值加1；若秒值達(dá)到60，則將其清零，并將相應(yīng)的分字節(jié)值加1；若分值達(dá)到60，則清零分字節(jié)，并將時(shí)字節(jié)值加1；若時(shí)值達(dá)到24，則將十字節(jié)清零。該方案具有硬件電路簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。但由于每次執(zhí)行程序時(shí)，定時(shí)器都要重新賦初值，所以該時(shí)鐘精度不高。而且，由于是軟件實(shí)現(xiàn)，當(dāng)單片機(jī)不上電，程序不執(zhí)行時(shí)，時(shí)鐘將不工作。基于硬件電路的考慮，本設(shè)計(jì)采用方案二完成數(shù)字時(shí)鐘的功能。2.2數(shù)碼管顯示方案方案一：靜態(tài)顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示器顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止。該方式每一位都需要一個(gè)8 位輸出口控制。靜態(tài)顯示時(shí)較小的電流能獲得較高的亮度，且字符不閃爍。但當(dāng)所顯示的位數(shù)較多時(shí)，靜態(tài)顯示所需的I/O口太多，造成了資源的浪費(fèi)。方案二：動(dòng)態(tài)顯示。所謂動(dòng)態(tài)顯示就是一位一位的輪流點(diǎn)亮各個(gè)位，對(duì)于顯示器的每一位來(lái)說(shuō)，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。利用人的視覺暫留功能可以看到整個(gè)顯示，但必須保證掃描速度足夠快，字符才不閃爍。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也于點(diǎn)亮?xí)r間與間隔時(shí)間的比例有關(guān)。調(diào)整參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)較高穩(wěn)定度的顯示。動(dòng)態(tài)顯示節(jié)省了I/O口，降低了能耗。從節(jié)省I/O口和降低能耗出發(fā)，本設(shè)計(jì)采用方案二。第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1總體設(shè)計(jì)3.1.1系統(tǒng)說(shuō)明利用單片機(jī)（AT89S51）制作簡(jiǎn)易電子時(shí)鐘，由六個(gè)LED數(shù)碼管分別顯示小時(shí)十位、小時(shí)個(gè)位、分鐘十位、分鐘個(gè)位、秒鐘十位、秒鐘個(gè)位。6個(gè)PNP管（9012）分別控制六個(gè)數(shù)碼管的亮滅，一個(gè)按鍵用于時(shí)間調(diào)整。3.1.2系統(tǒng)框圖顯示部分控制部分單片機(jī)（AT89S51）按鍵S2復(fù)位電路電源部分直流電源4.5V6個(gè)七段共陰極數(shù)碼管顯示秒，分鐘及小時(shí)位位選部分6個(gè)PNP三極管（9012）圖3-13.2模塊設(shè)計(jì)3.2.1電源部分 圖3-2如圖3-2所示，從外部引入4.5V的直流電，為單片機(jī)、復(fù)位電路提供電源。3.2.2復(fù)位電路圖3-3如圖3-3所示，復(fù)位電路主要由型號(hào)為1N4148的二極管，型號(hào)為10UF/16V的電解電容，型號(hào)為104的瓷片電容，10K的電阻以及按鍵S1構(gòu)成，S1接芯片的相應(yīng)引腳RST，當(dāng)開關(guān)按下時(shí)引腳RST為高電平1，斷開時(shí)引腳為低電平0。3.2.3程序下載接口圖3-4如圖3-4所示，由AT89S ISP構(gòu)成的兩排十針下載口，板圖上有一個(gè)小方框，為1號(hào)引角；下載線的凸口為正方向，凸口的右側(cè)邊的第一個(gè)插孔為1號(hào)引角。3.2.4位選部分圖3-5圖3-5為位選電路，三極管的集電極接數(shù)碼管的公共端，當(dāng)P2口對(duì)應(yīng)的引腳輸出高電平時(shí)三極管導(dǎo)通，對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)。這樣，在同一時(shí)刻，6位LED中只有選通的那1位顯示出字符，而其他5位則是熄滅的。同樣，在下一時(shí)刻，只讓下一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他個(gè)位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，在段碼線上輸出將要顯示字符的段碼，則同一時(shí)刻，只有選通位顯示出相應(yīng)的字符，而其他各位則是熄滅的。如此循環(huán)下去，就可以使各位顯示出將要顯示的字符。雖然這些字符是在不同時(shí)刻出現(xiàn)的，而在同一時(shí)刻，只有一位顯示，其他各位熄滅，但由于LED的余輝和人眼的視覺暫留作用，只要每位顯示間隔足夠短，則可以造成多位同時(shí)亮的假象，達(dá)到同時(shí)顯示的效果。3.2.5數(shù)碼管的連接電路圖3-6圖3-6為數(shù)碼管的引腳圖，每位的段碼線（a,b,c,d,e,f,g,dp）分別與1個(gè)8位的鎖存器輸出相連，由AT89S51控制組合09十個(gè)數(shù)據(jù)，如令其顯示1則b,c引腳（即2，3引腳）送高電平，此時(shí)數(shù)碼管顯示1。由于各位的段碼線并聯(lián)，8位I/O口輸出段碼對(duì)各個(gè)顯示位來(lái)說(shuō)都是相同的。3.2.6控制部分圖3-7AT89S51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4K bytes的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。AT89S51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4K字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32I/O口線，看門狗（WDT），兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。如圖3-7所示，AT89S51有40引腳，雙列直插（DIP）封裝，所用引腳功能如下：1. VCC 運(yùn)行時(shí)加4.5V2. GND 接地3. XTAL1 振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端4. XTAL2 振蕩器反相放大器的輸出端5. RST 復(fù)位輸入，高電平有效，在晶振工作時(shí)，在RST引腳上作用2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，將使單片機(jī)復(fù)位。WDT溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置SFT AUXR的DISRTO位（地址8EH）可打開或關(guān)閉該功能。DISRTO位缺省為RESET輸出高電平打開狀態(tài)。6. EA/VPP 片外程序存儲(chǔ)器訪問允許信號(hào)。欲使CPU僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地），如果EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。7. P1口,P2口P1，P2是一組帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。運(yùn)行時(shí)通過(guò)P1口控制驅(qū)動(dòng)電路的工作，將數(shù)據(jù)送到數(shù)碼管，顯示相應(yīng)的段碼，為了達(dá)到減少功耗或滿足端口對(duì)最大電流的限制，應(yīng)加上一限流電阻。P2.0P2.5口控制數(shù)碼管的位選，使六個(gè)數(shù)碼管輪流顯示數(shù)據(jù)，等于1時(shí)位選三極管導(dǎo)通，等于0 時(shí)位選三極管截止。8. 無(wú)自鎖開關(guān)（S2P3.7）開關(guān)接相應(yīng)引腳P3.7，當(dāng)開關(guān)按下時(shí)，相應(yīng)引腳為低電平0，斷開時(shí)引腳為高電平1。第四章 原理圖與PCB圖圖4-1圖4-2第五章 軟件設(shè)計(jì)5.1程序流程圖主程序開始設(shè)定定時(shí)器常數(shù)，開中斷顯示時(shí)間到1秒？T0中斷現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)重裝定時(shí)器初值滿20次否？滿24小時(shí)否？滿60秒否？滿60分否？恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)值加1時(shí)緩沖單元清零秒值加1分緩沖單元清零秒緩沖單元清零分值加1結(jié)束時(shí)鐘調(diào)整程序關(guān)閉顯示，省電狀態(tài)分鐘閃爍，調(diào)時(shí)狀態(tài)分值加1按鍵S2時(shí)間t1時(shí)值=24？按鍵S2時(shí)間t0.5按鍵S2時(shí)間t1000次）ISP Flash ROM 32個(gè)可編程I/O口 4.0-5.5V工作電壓范圍 2個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器 全靜態(tài)工作模式：時(shí)鐘頻率0-33MHz 全雙工UART串行中斷口線 128x8bit內(nèi)部RAM 6個(gè)中斷源 低功耗空閑和掉電模式 中斷喚醒省電模式 3級(jí)程序加密鎖 看門狗（WDT）電路 掉電標(biāo)識(shí)和快速編程特性6.2設(shè)計(jì)總結(jié)本設(shè)計(jì)能夠很準(zhǔn)確的走時(shí)，并能夠通過(guò)硬件對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行時(shí)間調(diào)整。u 功能介紹：1. 顯示XX：XX：XX時(shí)間2. 時(shí)間可調(diào)：調(diào)整鍵（S2）按下時(shí)間小于1秒（t0.5s）分鐘位閃亮，此時(shí)按下S2鍵（t0.5s）時(shí)鐘位閃亮，此時(shí)按下S2鍵（t0.5s），返回到正常顯示狀態(tài)。3. 下載線和電源線插接說(shuō)明：1.下載線插接說(shuō)明：兩排十針下載口，板圖上都有一個(gè)小方框，為1號(hào)引角；下載線的凸口為正方向，凸口的右側(cè)邊的第一個(gè)插孔為1號(hào)引角，這一點(diǎn)一定要切記，不然的話程序下載不進(jìn)去。2.電源線插接說(shuō)明：電池盒的紅線為正，黑線為負(fù)。板子所留出來(lái)的電源插口用VCC（表示電源正）和GND（表示電源負(fù)）標(biāo)明。u 調(diào)試要點(diǎn)：首先確保各器件的完好性，其次檢測(cè)各芯片的電源線和地線是否接觸良好，然后焊接器件，接好電源用萬(wàn)用表檢測(cè)各電源端、地端的狀態(tài)是否正常。檢查無(wú)誤后插上AT89S51并燒寫一簡(jiǎn)易的程序，觀察電路是否能協(xié)同工作。最后燒寫工作程序，根據(jù)顯示現(xiàn)象調(diào)試程序直至成功。上電運(yùn)行時(shí)，數(shù)碼管開始顯示00：00：00，時(shí)鐘開始走時(shí)。u 制作心得：在這次課程設(shè)計(jì)的調(diào)試過(guò)程中，我遇到很多問題，如：由于跳轉(zhuǎn)指令出錯(cuò)，導(dǎo)致整個(gè)程序在運(yùn)行時(shí)進(jìn)入死循環(huán)，修改時(shí)沒有根據(jù)流程盲目查找原因浪費(fèi)許多時(shí)間，又由于考慮不周，時(shí)鐘顯示29：89。該電路缺少整點(diǎn)報(bào)時(shí)及鬧鐘功能，由于能力和時(shí)間問題只能到此為止，很是遺憾，但在查找資料的過(guò)程中學(xué)到了許多，同時(shí)在協(xié)作過(guò)程中增進(jìn)同學(xué)間的友誼。參考文獻(xiàn)（References）：1 于海生微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)M 清華大學(xué)出版社1999-62 孫涵芳MCS-51系列單片機(jī)原理及應(yīng)用M 北京航空航天大學(xué)出版社1996-43 黃正謹(jǐn)綜合電子設(shè)計(jì)與實(shí)踐M 東南大學(xué)出版社2002-34 楊欣等電子設(shè)計(jì)從零開始M 清華大學(xué)出版社2005-105 謝嘉奎電子線路M 高等教育出版社2003-26 夏路易，石宗義電路原理圖與電路設(shè)計(jì)教程Protel 99SEM 北京希望電子出版社20027 王毓銀數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)M 高等教育出版社2004-28 邱關(guān)源電路M 高等教育出版社2003-2致 謝首先感謝我的論文指導(dǎo)老師李建華老師，我的論文是在他的悉心指導(dǎo)下完成的。李老師嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣，他循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪。其次我要感謝我的班主任李春泉老師，在我求學(xué)