單片機(jī)課程設(shè)計(jì)數(shù)字時(shí)鐘邏輯電路課程設(shè)計(jì)

1、 浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院 題目：數(shù)字時(shí)鐘邏輯電路課程設(shè)計(jì) 班級(jí)：測控901 學(xué)號(hào)：200920540104 姓名： 指導(dǎo)老師： 時(shí)間：2011年12月26日-2012年1月3日 設(shè)計(jì)課題： 電子時(shí)鐘課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求根據(jù)應(yīng)用電路的功能，確定封面上的題目，然后完成以下任務(wù)：1、 分析電路由幾個(gè)部分組成，并用方框圖對它進(jìn)行整體描述；2、 對電路的每個(gè)部分分別進(jìn)行單獨(dú)說明，畫出對應(yīng)的單元電路，分析電路原理、元件參數(shù)、所起的作用、以及與其他部分電路的關(guān)系等等；3、 用簡單的電路圖繪圖軟件繪出整體電路圖，在電路圖中加上自己的班級(jí)名稱、學(xué)號(hào)、姓名等信息；4、 對整體電路原理進(jìn)行完整功能描述；設(shè)計(jì)步驟1、

2、 查閱相關(guān)資料，開始撰寫設(shè)計(jì)；2、 先給出總體方案并對工作原理進(jìn)行大致的說明；3、 依次對各部分分別給出單元電路，并進(jìn)行相應(yīng)的原理、參數(shù)分析計(jì)算、功能以及與其他部分電路的關(guān)系等等說明；4.總體電路的繪制及總體電路原理相關(guān)說明；5、列出設(shè)計(jì)中所涉及的所有參考文獻(xiàn)資料。設(shè)計(jì)說明書字?jǐn)?shù)不得少于3000字。參考文獻(xiàn)【1】單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 蔡菲娜 浙江大學(xué)出版社 2009年【2】數(shù)字電子技術(shù) 2黃瑞 浙江大學(xué)出版社 2008年【3】單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo) 樓然苗，李光飛 北京航空航天大學(xué)出版社 2007年設(shè)計(jì)背景數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚谋匦杵?，廣泛用于個(gè)人家庭以及辦公室等公共場所，給人們

3、的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來極大的方便。由于數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進(jìn)的石英技術(shù)，使數(shù)字鐘具有走時(shí)準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，它還用于計(jì)時(shí)、自動(dòng)報(bào)時(shí)及自動(dòng)控制等各個(gè)領(lǐng)域。盡管目前市場上已有現(xiàn)成的數(shù)字鐘集成電路芯片出售，價(jià)格便宜、使用也方便，但鑒于單片機(jī)的定時(shí)器功能也可以完成數(shù)字鐘電路的設(shè)計(jì)，因此進(jìn)行數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)是必要的。在這里我們將已學(xué)過的比較零散的數(shù)字電路的知識(shí)有機(jī)的、系統(tǒng)的聯(lián)系起來用于實(shí)際，來培養(yǎng)我們的綜合分析和設(shè)計(jì)電路，寫程序、調(diào)試電路的能力。單片機(jī)具有體積小、功能強(qiáng)可靠性高、價(jià)格低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)，不僅已成為工業(yè)測控領(lǐng)域普遍采用的智能化控制工具，而且已滲入到人們工作和和生活的

4、各個(gè)角落，有力地推動(dòng)了各行業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品的更新?lián)Q代，應(yīng)用前景廣闊。 課程設(shè)計(jì)目的(1)鞏固、加深和擴(kuò)大單片機(jī)應(yīng)用的知識(shí)面，提高綜合及靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決工業(yè)控制的能力；(2)培養(yǎng)針對課題需要，選擇和查閱有關(guān)手冊、圖表及文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力，提高組成系統(tǒng)、編程、調(diào)試的動(dòng)手能力；(3)過對課題設(shè)計(jì)方案的分析、選擇、比較、熟悉單片機(jī)用系統(tǒng)開發(fā)、研制的過程，軟硬件設(shè)計(jì)的方法、內(nèi)容及步驟。89c51及各管腳介紹：帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器低電壓、高性能cmos8位微處理器vcc：供電電壓。 gnd：接地。 p0口：p0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。p1口：一個(gè)內(nèi)

5、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。p2口：一個(gè)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(gè)ttl門電流，當(dāng)p2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 p3口：管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個(gè)ttl門電流。rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持rst腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ale/prog：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。/psen：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/psen有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/p

6、sen信號(hào)將不出現(xiàn)。 /ea/vpp：當(dāng)/ea保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/ea將內(nèi)部鎖定為reset；當(dāng)/ea端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 xtal2：來自反向振蕩器的輸出。74ls273相關(guān)介紹： 帶有清除端的8d觸發(fā)器，只有在清除端保持高電平時(shí)，才具有鎖存功能，鎖存控制端為11腳clk，采用上升沿鎖存。 cpu 的ale信號(hào)必須經(jīng)過反相器反相之后才能與74ls273的控制端clk 端相連。 1d8d為數(shù)據(jù)輸入端，1q8q為數(shù)據(jù)輸出端，正脈沖觸

7、發(fā)，低電平清除，常用作8位地址鎖存器。計(jì)時(shí)方案利用at89s51單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器進(jìn)行中斷時(shí)，配合軟件延時(shí)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒的計(jì)時(shí)。該方案節(jié)省硬件成本，且能使讀者在定時(shí)/計(jì)數(shù)器的使用、中斷及程序設(shè)計(jì)方面得到鍛煉與提高，對單片機(jī)的指令系統(tǒng)能有更深入的了解，從而對學(xué)好單片機(jī)技術(shù)這門課程起到一定的作用。 控制方案at89s51的p0口和p2口外接由八個(gè)led數(shù)碼管(led8led1)構(gòu)成的顯示器，用p0口作led的段碼輸出口，p2口作八個(gè)led數(shù)碼管的位控輸出線，p1口外接四個(gè)按鍵a、b、c構(gòu)成鍵盤電路。at89s51 是一種低功耗，高性能的cmos 8位微型計(jì)算機(jī)。它帶有8k flash 可編程

8、和擦除的只讀存儲(chǔ)器（eprom），該器件采用atmel的高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)上標(biāo)準(zhǔn)的80c51和80c52的指令系統(tǒng)及引腳兼容，片內(nèi)flash 集成在一個(gè)芯片上，可用與解決復(fù)雜的問題，且成本較低。簡易電子鐘的功能不復(fù)雜，采用其現(xiàn)有的i/o便可完成，所以本設(shè)計(jì)中采用此的設(shè)計(jì)方案。 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)根據(jù)以上的電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)要求可以分為以下的幾個(gè)硬件電路模塊：單片機(jī)模塊、數(shù)碼顯示模塊與按鍵模塊，模塊之間的關(guān)系圖如下面得方框電路所示。 硬件電路方框圖要求1） 時(shí)制式為24小時(shí)制。 2），準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，具有“時(shí)”（0023）、“分”（0059）、“秒”（0059）數(shù)字顯示。 3），秒、分、時(shí)

9、的顯示分別用兩個(gè)數(shù)碼管，分別顯示各自的個(gè)位和十位，該led數(shù)碼管可采取帶譯碼功能的七段數(shù)碼管。 4）計(jì)時(shí)穩(wěn)定度高，可精確校正計(jì)時(shí)精度。 實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘計(jì)時(shí)的基本方法利用mcs-51系列單片機(jī)的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘計(jì)數(shù)。(1) 計(jì)數(shù)初值計(jì)算:把定時(shí)器設(shè)為工作方式1，定時(shí)時(shí)間為100ms，則計(jì)數(shù)溢出10次即得時(shí)鐘計(jì)時(shí)最小單位秒，而100次計(jì)數(shù)可用軟件方法實(shí)現(xiàn)。假設(shè)使用t/c0，方式1，100ms定時(shí)，fosc=6mhz。則初值x滿足（216-x）1/6mhz12s =100000sx=1553600111100101100003cb0h(2) 采用中斷方式進(jìn)行溢出次數(shù)累計(jì),計(jì)滿10次為

10、秒計(jì)時(shí)（1秒）；(3) 從秒到分和從分到時(shí)的計(jì)時(shí)是通過累加和數(shù)值比較實(shí)現(xiàn)。 電子鐘的時(shí)間顯示電子鐘的時(shí)鐘時(shí)間在六位數(shù)碼管上進(jìn)行顯示，因此，在內(nèi)部ram中設(shè)置顯示緩沖區(qū)共8個(gè)單元。led8 led7 led6 led5 led4 led3 led2 led137h 36h 35h 34h 33h 32h 31h 30h時(shí)十位 時(shí)個(gè)位 分隔 分十位 分個(gè)位 分隔 秒十位秒個(gè)位一、 振蕩電路根據(jù)需求可以用晶體頻率，選用圖2所以石英晶體振蕩器作為數(shù)字鐘的振蕩器。振蕩器電路由石英晶體、電阻、電容和反相器等元件組成。圖2 石英晶體振蕩器圖中，門1、門2是反相器，門1用于振蕩，門2用于緩沖整形。為反饋電阻（

11、10-100m），反饋電阻的作用是為cmos反相器提供偏置，使其工作在放大狀態(tài)。是頻率微調(diào)電容，改變可對振蕩器頻率作微量調(diào)整，一般采用5-35pf半可調(diào)電容。是溫度特性校正用的電容，一般取20-405pf,電容、與晶體共同構(gòu)成型網(wǎng)絡(luò)，完成對振蕩頻率的控制，并提供必要的相移。數(shù)碼顯示模塊設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)顯示方式，用p0口來控制led數(shù)碼管的段控線，而用p2口來控制其位控線。動(dòng)態(tài)顯示通常都是采用動(dòng)態(tài)掃描的方法進(jìn)行顯示，即循環(huán)點(diǎn)亮每一個(gè)數(shù)碼管，這樣雖然在任何時(shí)刻都只有一位數(shù)碼管被點(diǎn)亮，但由于人眼存在視覺殘留效應(yīng)，只要每位數(shù)碼管間隔時(shí)間足夠短，就可以給人以同時(shí)顯示的感覺。時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)電路有了秒脈沖信

12、號(hào)，則可以按照60s為1min,60min為1h,24h為一天來設(shè)定時(shí)，分，秒計(jì)數(shù)電路。分和秒計(jì)數(shù)器都是模為60的計(jì)數(shù)器，采用中規(guī)模集成電路十進(jìn)制計(jì)數(shù)器至少需要兩片?！懊搿眰€(gè)位計(jì)時(shí)器的時(shí)鐘cp信號(hào)是由分頻器提供的周期為1s的脈沖信號(hào)，“分”個(gè)位計(jì)數(shù)器的cp信號(hào)是由秒計(jì)數(shù)器提供的進(jìn)位信號(hào)，“分”計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號(hào)送至“時(shí)”個(gè)位計(jì)數(shù)器的cp端。它們的個(gè)位是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而十位則是六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)記滿60時(shí)產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位信號(hào)。89c51的引腳排列圖如圖4（a）所示，采用反饋清零的方法實(shí)現(xiàn)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器二、 譯碼顯示電路譯碼顯示電路的功能是將“時(shí)”、“分”、“秒”計(jì)數(shù)器輸出的4位二進(jìn)制代碼翻譯并顯示相應(yīng)的

13、十進(jìn)制數(shù)的狀態(tài)，通常譯碼器和顯示器是配套使用的，選用共陰極發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器bs201/202，則譯碼顯示電路可采用七段譯碼驅(qū)動(dòng)器。源程序清單 org 0000h mov 30h,#1 設(shè)置時(shí)鐘的起始時(shí)間12.00.00，分配顯示數(shù)據(jù)內(nèi)存 mov 31h,#2 mov 32h,#0 mov 33h,#0 mov 34h,#0 mov 35h,#0 mov tmod,#01 啟動(dòng)計(jì)數(shù)器xs0: setb tr0 使 tro位置1 mov th0,#00h 計(jì)數(shù)器置零 mov tl0,#00hxs: mov 40h,#0feh 掃描控制字初值 mov dptr,#tab 取段碼表地址 mov p

14、2,40h 從p2口輸出 mov a,30h 取顯示數(shù)據(jù)到a movc a,a+dptr 查顯示數(shù)據(jù)對應(yīng)段碼 mov p0,a 段碼放入p0中 lcall ys1ms 顯示1ms mov p0,#0ffh po端口清零 mov a,40h 取掃描控制字放入a中 rl a a中數(shù)據(jù)循環(huán)左移 mov 40h,a 放回40h地址段內(nèi) mov p2,40h mov a,31h add a,#10 進(jìn)位顯示 movc a,a+dptr mov p0,a lcall ys1ms mov p0,#0ffh mov a,40h rl a mov 40h,a mov p2,40h mov a,32h movc

15、a,a+dptr mov p0,a lcall ys1ms mov p0,#0ffh mov a,40h rl a mov 40h,a mov p2,40h mov a,33h add a,#10 movc a,a+dptr mov p0,a lcall ys1ms mov p0,#0ffh mov a,40h rl a mov 40h,a mov p2,40h mov a,34h movc a,a+dptr mov p0,a lcall ys1ms mov p0,#0ffh mov a,40h rl a mov 40h,a mov p2,40h mov a,35h movc a,a+dptr

16、 mov p0,a lcall ys1ms mov p0,#0ffh mov a,40h rl a mov 40h,a jb tf0,jia 如果tf0為1時(shí)，則執(zhí)行jia，否則順序執(zhí)行 jnb p1.0,p100 為0則 轉(zhuǎn)移到p100 jnb p1.1,p1000 為0則 轉(zhuǎn)移到p1000 jnb p1.2,p10000 為0則 轉(zhuǎn)移到p10000 ajmp xs 跳轉(zhuǎn)到 xsp100: mov 30h,#0 清零程序 mov 31h,#0 mov 32h,#0 mov 33h,#0 mov 34h,#0 mov 35h,#0jia: clr tf0 tf0清零 mov a,35h 秒單位

17、數(shù)據(jù)到a cjne a,#9,jia1 與 9進(jìn)行比較，大于9就轉(zhuǎn)移到j(luò)ia1 mov 35h,0 秒個(gè)位清零 mov a,34h 秒十位數(shù)據(jù)到a cjne a,#5,jia10 與5進(jìn)行比較，大于5就轉(zhuǎn)移到j(luò)ia10 mov 34h,#0 秒十位清零p10000: jnb p1.2,p10000 為0則 轉(zhuǎn)移到p10000 mov a,33h 取分的個(gè)位到a cjne a,#9,jia100 與 9進(jìn)行比較，大于9就轉(zhuǎn)移到j(luò)ia100 mov 33h,#0 分的個(gè)位清零 mov a,32h 分十位數(shù)據(jù)到a cjne a,#5,jia1000 與5進(jìn)行比較，大于5就轉(zhuǎn)移到j(luò)ia1000 mov

18、 32h,#0 分的十位清零p1000: jnb p1.1,p1000 為0則 轉(zhuǎn)移到p1000 mov a,31h 時(shí)個(gè)位數(shù)據(jù)到a cjne a,#9,jia10000 與 9進(jìn)行比較，大于9就轉(zhuǎn)移到j(luò)ia10000 mov 31h,#0 時(shí)的個(gè)位清零 mov a,30h 時(shí)十位數(shù)據(jù)到a cjne a,#2,jia100000 與2進(jìn)行比較，大于5就轉(zhuǎn)移到j(luò)ia100000 mov 30h,#0 時(shí)的十位清零 ajmp xs0 轉(zhuǎn)移到 xsojia100000: inc 30h 加1 ajmp xs0 跳轉(zhuǎn)到 xs0jia10000: cjne a,#3,jiajia 與3進(jìn)行比較，大于則轉(zhuǎn)移到j(luò)iajia mov a,30h 將時(shí)的十位放到 a cjne a,#02,jiajia 與2進(jìn)行比較，大于則轉(zhuǎn)移到j(luò)iajia mov 30h,#0 時(shí)段清零 mov 31h,#0 ajmp xs0 跳轉(zhuǎn)到xso