單片機(jī)課程設(shè)計數(shù)字鐘報告.doc

單片機(jī)課程設(shè)計正文數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對時,分,秒，數(shù)字顯示的計時裝置,廣泛用于個人家庭,車站, 碼頭辦公室等公共場所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用,使得數(shù)字鐘的精度,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過老式鐘表, 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴(kuò)展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時程序自動控制、定時廣播、自動起閉路燈、定時開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備、甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實的意義。二、 題目及要求 設(shè)計一個多功能數(shù)字鐘，使其具有以下功能：1、 由晶振電路產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒信號。2、 能夠顯示時、分、秒：完成顯示由秒00一直加1至59，再恢復(fù)為00；分加1，由00至01，一直加1至59，再恢復(fù)00；時加1，由00至01，一直加1到23，再恢復(fù)00。3、 要有手動快速校時、校分、秒。4、 要有報時電路（蜂鳴器每分鐘短叫一聲，一小時長叫一聲）。5、 自定義電路，設(shè)計、調(diào)試，并完成實驗報告。要求設(shè)計基于單片機(jī)的多功能數(shù)字鐘，即用單片機(jī)來實現(xiàn)課程設(shè)計。三、 總體思路數(shù)字鐘實際上是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計數(shù)的計數(shù)電路。由于計數(shù)的起始時間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時間一致，故需要在電路上加一個校時電路。對于一般的數(shù)字鐘多會有報時功能。針對以上敘述，可整體構(gòu)想：標(biāo)準(zhǔn)頻率可由振蕩電路產(chǎn)生，更精確時，可由石英晶體產(chǎn)生。計數(shù)，可由2個60進(jìn)制計數(shù)器，分別作為秒、分計數(shù)單元，一個24進(jìn)制，作為時計數(shù)單元。計數(shù)單元同樣可采用中斷定時方式，這就需要由軟件來實現(xiàn)。對于校時部分，一般都是手動進(jìn)行，通過按鍵來控制時、分、秒的快速校準(zhǔn)。報時電路，可每小時短報時，也可設(shè)定每天的幾點(diǎn)準(zhǔn)時鬧鈴。至于，顯示時間的部分可由數(shù)碼管也可由液晶顯示來完成。針對以上設(shè)計思路，可有多種設(shè)計方案。對于具體的，參考方案論證。四、 方案論證方案一：純電路設(shè)計此方案電路總方框圖如下： 圖 1 系統(tǒng)原理框圖（1）振蕩電路：振蕩電路主要是用來產(chǎn)生一固定頻率的方波，可由定時器555與RC組合具體電路如下：圖 2 555與RC組成的多諧振蕩器圖但由于一般情況下，數(shù)字鐘需要較高的精確度，所以我們可以石英晶體來產(chǎn)生方波信號，電路圖如下：圖 3 石英晶體振蕩器圖振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘計時的準(zhǔn)確程度，通常選用石英晶體構(gòu)成振蕩器電路。石英晶體振蕩器的作用是產(chǎn)生時間標(biāo)準(zhǔn)信號。因此，一般采用石英晶體振蕩器經(jīng)過分頻得到這一時間脈沖信號。（2）分頻電路：分頻電路主要是用來將振蕩器產(chǎn)生的固定頻率方波，經(jīng)一次或多次分頻得到1Hz的方波即1秒的時間。（3）計數(shù)電路：可用2個60進(jìn)制計數(shù)器分別作為分、秒的計數(shù)單元，1個24進(jìn)制計數(shù)器作為時的計數(shù)單元。以1Hz的方波作為秒計數(shù)的CLK時鐘信號，以秒計數(shù)溢滿進(jìn)位位作為分的CLK時鐘信號，以分計數(shù)溢滿進(jìn)位位作為時的CLK時鐘信號。部分電路如下： 圖4 秒、分計數(shù)電路（4）校時電路：可通過手動來斷開電路工作，然后快速調(diào)節(jié)時、分、秒，調(diào)整后，系統(tǒng)再繼續(xù)計數(shù)。（5）報時電路：可設(shè)定每小時短時報時，可以分計數(shù)溢滿進(jìn)位位控制蜂鳴器。或者每次的固定時間鬧鈴。對以上電路分析知，方案一完全由硬件電路實現(xiàn)，不需軟件，也就不需編程。這也就注定了其硬件電路的復(fù)雜性，需要較高的硬件技術(shù)。因此，我們采用軟硬件結(jié)合的方法，既減少硬件電路，也可保證此數(shù)字鐘的高準(zhǔn)確度。因此，根據(jù)現(xiàn)實情況及課題要求，我們采用方案二。具體過程見具體實現(xiàn)部分。方案二：采用AT89S52單片機(jī)設(shè)計主要以52芯片為核心，可內(nèi)部或外部產(chǎn)生信號，采用中斷的方式定時。系統(tǒng)由AT89S52單片機(jī)、鎖存器74HC573、LED 數(shù)碼管、按鍵、發(fā)光二極管等部分構(gòu)成，能實現(xiàn)比較精確的走時、時間的調(diào)整等功能。秒信號是由單片機(jī)內(nèi)部的定時器產(chǎn)生，通過軟件計數(shù)和軟件的譯碼，以動態(tài)掃描的方式將時間顯示在數(shù)碼管上面。通過按鍵的檢測可以控制單片機(jī)相應(yīng)的動作，來達(dá)到調(diào)時的目的。五、 具體實現(xiàn)電路如下：圖 5 總體電路圖（一）、硬件設(shè)計1、電源電路：電源是單片機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，它不僅為系統(tǒng)提供多路電壓源，還直接影響到系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)和抗干擾性能。AT89S52單片機(jī)和一般的數(shù)字芯片一樣，都是5V電壓供電，所以可以共用一個5V電源。另外，為了提高電源的穩(wěn)定性，在離電源的最近處做好退耦處理，可用一個電容，以濾去干擾，保證電源的穩(wěn)定。2、鎖存器74HC573：74HC573包含八路D 型透明鎖存器，每個鎖存器具有獨(dú)立的D 型輸入，以及適用于面向總線的應(yīng)用的三態(tài)輸出。所有鎖存器共用一個鎖存使能（LE）端和一個輸出使能（OE）端。Dn：第n路輸入數(shù)據(jù); On：第n路輸出數(shù)據(jù);當(dāng)LE為高時，數(shù)據(jù)從Dn輸入到鎖存器，在此條件下，鎖存器進(jìn)入透明模式，也就是說，鎖存器的輸出狀態(tài)將會隨著對應(yīng)的D輸入每次的變化而改變。當(dāng)LE為低時，鎖存器將存儲D輸入上的信息一段就緒時間，直到LE的下降沿來臨。當(dāng)OE為低時，8個鎖存器的內(nèi)容可被正常輸出；當(dāng)OE為高時，輸出進(jìn)入高阻態(tài)。OE端的操作不會影響鎖存器的狀態(tài)。操作電壓范圍：2.0V6.0V。低輸入電流：1.0uA下圖為74HC573的引腳圖：3、 數(shù)碼管顯示電路：要同時使得6個數(shù)碼管點(diǎn)亮，所需的IO口是很多的。為了節(jié)省單片機(jī)的IO口，通常采用動態(tài)掃描的顯示方法，將每個數(shù)碼管的同名段連在一起，分6次向數(shù)碼管寫數(shù)據(jù)，每次對6個數(shù)碼管寫相同的數(shù)據(jù)，每次選通一個數(shù)碼管，完成掃描，通過調(diào)整、縮短掃描的時間，由于人眼的視覺暫留作用，使得人們看起來就像同時顯示一樣，以達(dá)到動態(tài)顯示的目的。部分電路如下：此處數(shù)碼管采用LG5011AH型號的共陰極接法，其管腳如下：4、AT89S52單片機(jī)：其引腳如下：電源引腳：40（VCC）接+5V電源，20（GND）接地。晶振采用內(nèi)部方式。晶體振蕩器與AT89S52的接法為如圖所示，XTAL1和XTAL2腳接到12MHz的晶體振蕩器上，與兩個30pf的電容并聯(lián)，并接低電平。 19（XTAL1）,18（XTAL2） XTAL1是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應(yīng)直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。內(nèi)部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率可以在1MHz-24MHz內(nèi)選擇。電容取30PF左右。系統(tǒng)的時鐘電路設(shè)計是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。AT89單片機(jī)內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為30F。在焊接刷電路板時，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。9（RESET）復(fù)位鍵在振蕩器運(yùn)行時，有兩個機(jī)器周期（24個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腿時，將使單片機(jī)復(fù)位，只要這個腳保持高電平，52芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后P0P3口均置1引腳表現(xiàn)為高電平，程序計數(shù)器和特殊功能寄存器SFR全部清零。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為ROM的00H處開始運(yùn)行程序。復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。本次采用了手動復(fù)位，電路如下：輸入輸出口的連接P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。本次設(shè)計使用P0口的P0.0P0.2來分別控制調(diào)時中的時、分、秒。電路如下 P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 本次設(shè)計P1口分別接段選74HC573的29引腳，鎖存控制數(shù)碼管的點(diǎn)亮。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。本次設(shè)計使用P2口的P2.0P2.5分別接位選74HC573的27腳，控制數(shù)碼管輪流點(diǎn)亮。此外，我們同樣用P2.7口控制蜂鳴器的報時。 P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。本次使用了P3的P3.1P3.2分別控制段選和位選。蜂鳴器的使用蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。其中蜂鳴器電路中三極管的作用是放大聲音信號.三極管是一種控制元件，主要用來控制電流的大小，以共發(fā)射極接法為例（信號從基極輸入，從集電極輸出，發(fā)射極接地），當(dāng)基極電壓UB有一個微小的變化時，基極電流IB也會隨之有一小的變化，受基極電流IB的控制，集電極電流IC會有一個很大的變化，基極電流IB越大，集電極電流IC也越大，反之，基極電流越小，集電極電流也越小，即基極電流控制集電極電流的變化。但是集電極電流的變化比基極電流的變化大得多，這就是三極管的放大作用。具體電路如下：（二）、軟件實現(xiàn)利用C語言編程如下（部分說明已注釋）：/*P1口接段選，P2口接位選（P2.0到P2.5），段選letch接P3.1，位選letch接P3.2*/#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int void SYSCLK_Init (void);void Port_Init(void);void delay();sbit dula = P31;sbit wela = P32;sbit alarm = P27;sbit key1=P00;sbit key2=P01;sbit key3=P02;uchar code duan=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,/共陰極數(shù)碼管的顯示譯碼 0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;uchar code wei=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf; /段選編碼uchar i,j; /定義循環(huán)變量uchar sec1=0,sec2=0,min1=0,min2=0,hour1=0,hour2=0,sec=0,min=0,hour=0; /定義代表時分秒的變量uchar con=0;uint ms10; /定義10ms定時變量keyscan() /調(diào)時按鍵處理函數(shù) EA=0;if(key1=0)delay();delay();if(key1=0)while(!key1);sec+;if(sec=60)sec=0;if(key2=0)delay();delay();if(key2=0)delay();while(!key2);min+;if(min=60)min=0;if(key3=0)delay();delay();if(key3=0)while(!key3);hour+;if(hour=24)hour=0; EA=1; void main (void) alarm = 0; TMOD=0x02; TH0=0x06; TL0=0x06; EA=1; ET0=1; TR0=1; while(1) keyscan(); P2=0xff;dula=0;P1=duansec1; /*6*/顯示秒的個位dula=1;wela=0;P2=0xfe;wela=1;delay(); P2=0xff;dula=0;P1=duansec2; /*5*/ /顯示秒的十位dula=1;wela=0;P2=0xfd;wela=1;delay();P2=0xff;dula=0;P1=duanmin1; /*4*/ /顯示分的個位dula=1;wela=0;P2=0xfb;wela=1;delay();P2=0xff;dula=0;P1=duanmin2; /*3*/ /顯示分的十位dula=1;wela=0;P2=0xf7;wela=1;delay();P2=0xff;dula=0;P1=duanhour1; /*2*/ /顯示時的個位dula=1;wela=0;P2=0xef;wela=1;delay();P2=0xff;dula=0;P1=duanhour2; /*1*/ /顯示時的十位dula=1;wela=0;P2=0xdf;wela=1;delay(); void delay() /定義延時函數(shù)uint j,k;for(j = 0; j50; j+)for(k = 0;k5;k+);void timer0(void) interrupt 1 /使用定時器0中斷 ms10+; if(ms10