电子信息工程毕业论文2

《电子信息工程毕业论文2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子信息工程毕业论文2（38页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、 编号： 2011078 西北师范大学本科生毕业论文（设计）题 目： 基于单片机的智能竞赛计时器设计 学 号： 200791212136 姓 名： 马子荣 系 别： 计算机与电子信息工程系 专 业： 电子信息工程 班 级： 07电本 指导教师： 魏晋军 教师职称： 讲 师 完成时间： 2011 年 3 月 目 录前 言1第一章 系统概述21.1 单片机工作原理21.2 单片机的发展21.3 单片机的应用3第二章 核心芯片简介42.1 DS1302时钟芯片42.1.2 DS1302的控制字42.1.3 DS1302的复位引脚52.1.4 DS1302的数据输入输出52.1.5 DS1302的寄存

2、器62.2 AT89S51系列单片机62.2.1 AT89S51芯片的引脚及特点72.2.2 AT89S51的主要性能参数102.2.3 AT89S51的新功能10第三章 设计方案113.1 FPGA设计方案113.2 NE555时基电路设计方案113.3 单片机设计方案12第四章 软硬件设计134.1 硬件电路设计134.1.1 单片机AT89S51外围电路设计134.1.2 DS1302与单片机的接口设计144.1.3 显示设计14第五章 课题总结14致 谢15参考文献16附 录17单片机程序设计17内容摘要随着电子技术的飞速发展，基于单片机的控制系统已广泛应用于工业、农业、电力、电子、智

3、能楼宇等行业，微型计算机作为嵌入式控制系统的主体与核心，代替了传统的控制系统的常规电子线路。单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快。而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。 本次设计以AT89S51芯片为核心，辅以必要的外围电路，设计了一个多功能的电子计时器，它由5V直流电源供电。在硬件方面，除了CPU外，使用六个七段LED数码管来进行显示，LED采用的是动态扫描显示。通过LED能够比较准确显示时、分。两个简单的按键实现对时间的调整。软件方面采用汇编语言编程。整个电子计时器系统能完成时间的显示，调时，定时报警，计时，复位等功

4、能。通过这次设计让我更深入了解单片机基本电路、如何控制和定时器和中断编程的基本方法，从而锻炼了我学习、设计和开发软、硬件的能力。关键词：AT89S51；DS1302；计时器；AbstrctWith rapid development of electronic technology, control systems based on single chip has been widely used in industry, agriculture, electricity, electronics, intelligent buildings, etc., embedded micro-com

5、puter control system as a core subject and, instead of the traditional control system of conventional electronic circuits. SCM 70 years since the inception of the 20th century, with its high performance and low cost, by the peoples attention and concern, a very wide application, developed rapidly. T

6、he SCM 51 SCM is the most typical and most representative one. The design AT89S51 chip as the core, supplemented by the necessary peripheral circuits, designed a multi-function electronic timer, which consists of 5V DC power supply. On the hardware side, in addition to CPU, the use of six seven-segm

7、ent LED digital tube to be displayed, LED display with a dynamic scanning. Through the LED can be more accurate time in hours. Two simple keys to achieve the adjustment of the time. Software using assembly language programming. Completion of the entire electronic timer system can display the time, t

8、ransfer time, time alarm, time, reset and other functions. With this design makes me a better understanding of the basic microcontroller circuit, how to control and timer, and interrupt programming, the basic methods to exercise my study, design and development of hardware and software capabilities.

9、 Key words: AT89S51; DS1302; timer;基于单片机的智能竞赛计时器设计学生姓名：马子荣 指导教师：魏晋军前 言单片原理及应用是一门技术性、应用性很强的学科，实践教学是它的一个极为重要的环节。不论是硬件扩展、接口应用还是编程方法、程序调试，都离不开实验教学。如果不在切实认真地抓好学生的实践技能的锻炼上下功夫，单凭课堂理论课学习，势必出现理论与实践脱节的局面。任随书本上把单片机技术介绍得多么重要、多么实用多么好用，同学们仍然会感到那只是空中楼阁，离自己十分遥远，或者会感到对它失去兴趣，或者会感到它高深莫测无从下手，这些情况都会令课堂教学的效果大打折扣。 本次仿真设计的

10、目的就是在理论学习的基础上，通过完成一个涉及MCS51单片机都种资源应用并具有综合功能的小系统目标板的设计与编程应用，使学生不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，而且能够对电子电路、电子元器件、印制电路板等方面的知识进一步加深认识，同时在软件编程、排版调试、焊接技术、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高，为今后能够独立进行某些单片机应用系统的开发设计工作打下一定的基础。第一章 系统概述1.1 单片机工作原理单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管它的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统。

11、单片机是将中央处理器，随机存储器。只读存储器，定时器芯片和I/O接口电路集成于一个芯片上的微控制器。单片机是靠程序的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板！但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！ 单片机也被称为微控制器（Microcontroler），是因为它最早

12、被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对提及要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。1.2 单片机的发展早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的

13、应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大的提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Li

14、nux操作系统。1.3 单片机的应用目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。 单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：

15、1.在智能仪器仪表上的应用单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。2.在工业控制中的应用用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。3.在家用电器中的应用可以这样说，现在的家用电器基本上都

16、采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。4.在计算机网络和通信领域中的应用现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。5.单片机在医用设备领域中的应用单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。此外，单片机在工商，金

17、融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。第二章 核心芯片简介2.1 DS1302时钟芯片DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿功能，工作电压宽达2.55.5V。时钟可工作在24小时格式或12小时（AM/PM）格式。 DS1302与单片机的接口使用同步串行通信，仅用3条线与之相连接。可采用一次传送一个字节或突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但

18、增加了主电源后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。2.1.1 DS1302引脚功能与内部结构DS1302的引脚功能如表1所示，外形及内部结构如图1所示2：表1 DS1302引脚功能表引脚号引脚名称功能1VCC2主电源2、3X1、X2振荡源，外接32768Hz晶振4GND地线5RST复位/片选线6I/O串行数据输入/输出端（双向）7SCLK串行时钟输入端8VCC1后备电源图1 DS1302管脚图及内部结构图2.1.2 DS1302的控制字DS1302的控制字节如图2所示： 7 6 5 4 3 2 1 01RAMA4A3A2A1A0RAM 图2 DS1302控制字节的含义

19、控制字节的最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入到DS1302中。位6如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据;位5至位1指示操作单元的地址;最低有效位（位0）如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。2.1.3 DS1302的复位引脚通过把输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。 输入有两种功能：首先，接通控制逻辑，允许地址命令序列送入移位寄存器；其次，提供了终止单字节或多字节数据的传送手段。当为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中置为低电平，则会终止此次数据传送，并且I/O引脚变为

20、高阻态。上电运行时，在Vcc2.5V之前，必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。2.1.4 DS1302的数据输入输出在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位至高位7，数据读写时序如图3所示：图3 数据读写时序2.1.5 DS1302的寄存器DS1302共有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式。其日历、时间寄存器及其控制字见表2。此外，DS1302还有年份寄存器、控制寄存

21、器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器的内容。 DS1302与RAM相关的寄存器分为两类，一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0H-FDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；再一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节，命令控制字为FEH（写）、FFH（读）。表2 DS1302的日历、时钟寄存器及其控制字寄存器名命令字取值范围各位内容写操作读操作76543210秒寄存器 80H81H00-59CH10SECSEC分寄存器82H83H00-59010

22、MINMIN时寄存器84H85H01-12或00-2312/24010HRHR日寄存器86H87H01-28,29,30,310010DATEDATE月寄存器88H89H01-1200010MMONTH2.2 AT89S51系列单片机AT89S513美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4K Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及AT89C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储

23、单元。单片机AT89S51强大的功能可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。2.2.1 AT89S51芯片的引脚及特点 AT89S51芯片的引脚结构如图4所示：（1）功能特性概括:AT89S51提供以下标准功能：40个 图4 AT89S51引脚图引脚、4K Bytes Flash片内程序存储器、128 Bytes的随机存取数据存储器（RAM）、32个外部双向输入/输出（I/O）口、5个中断优先级2层中断嵌套中断、2个数据指针、2个16位可编程定时/计数器、2个全双工串行通信口、看门狗（WDT）电路、片内振荡器及时钟电路。此外，AT89S51可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可

24、选的节电工作模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM、定时/计数器、串行通信口、外中断系统可继续工作。掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。（2）管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，能驱动8个TTL逻辑门电路。对端口写“1”时，被定义为高阻输入。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0

25、口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口:P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,P1口的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(I)。在Flash编程和程序校验期间,P1接收低8位地址。部分端口还有第二功能,如表3所示:表3 P1口部分引脚第二功能端口引脚第二功能P1.5MOSI(用于ISP编程)P1.6MISO(用于ISP编程)P1.7SCK (用于ISP编程)P2口:P2口是一个带有内

26、部上拉电阻的8位双向I/O口, P2口的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(I)。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器(例如执行MOVXDPTR指令)时,P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据寄存器(例如执行MOVXRi指令)时,P2口线上的内容(也即特殊功能寄存器(SFR)区中P2寄存器的内容),在整个访问期间不改变。在Flash编程或校验时,P2亦接收高位地址和其它控制信号。P3口: P3口是一个带有内

27、部上拉电阻的双向8位I/O口, P3口的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对P3口写“1”时,它们被内部的上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入口使用时,被外部信号拉低的P3口将用上拉电阻输出电流(I)。P3口除了作为一般的I/O口线外,更重要的用途是它的第二功能,如表4所示:P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。表4 P3口引脚第二功能端口引脚第二功能P3.0RXD (串行输入口)P3.1TXD (串行输出口)P3.2 (外中断0)P3.3 (外中断1)P3.4 T0 (定时/计数器0)P3.5 T1 (定时/计数器1)P3.6 (外部数据存储

28、器写选通)P3.7 (外部数据存储器读选通)RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上的高电平时间将使单片机复位。WDT溢出将使该引脚输出高电平,设置SFR AUXR的DISRTO位(地址8EH)可打开或关闭该功能。 DISRTO位缺省为RESET输出高电平打开状态。 ALE/:当访问外部存储器或数据存储器时，ALE(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部寄存器,ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于定时目的。值得注意的是:每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对Flash存储器编程期间，该引脚还用于

29、输入编程脉冲()。如有必要,可通过对特殊功能寄存器(SFR)区中的8EH单元的D0位置位,可禁止ALE操作。该位置位后,只要一条MOVX和MOVC指令才会激活ALE。此外,该引脚会被微弱拉高,单片机执行外部程序时,应设置ALE无效。：程序存储允许()输出是外部程序存储器的读选通信号,当AT89S51由外部程序存储器取指令(或数据)时,每个机器周期两次有效,即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器时,没有两次有效的信号。EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平(接地)。需要注意的是:如果加密位LB1被编程,复位时内部会锁存EA端

30、状态。如EA端保持高电平(接VCC端)，CPU则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程期间，该引脚用于施加+12V编程电压（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入端。XTAL2：反向振荡放大器器的输出端。（3）晶体振荡器特性： AT89S51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别为该反向放大器的输入端和输出端。这个反向放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。 外接石英晶体(或陶瓷谐振器)及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1、C2虽然没有十分严格的要求,但电容容

31、量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度及温度稳定性。如果使用石英晶体,电容应该使用30pF10pF。 还可以使用外部时钟。这种情况下,外部时钟脉冲接XTAL1端,即内部时钟发生器的输入端, XTAL2应悬空。 由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的,所以外部时钟信号的占空比没有特殊要求,但最小高电平持续时间和最大低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。2.2.2 AT89S51的主要性能参数（1）与MCS-51产品指令系统完全兼容。（2）4K字节在系统可编程（ISP）Flash闪速存储器。（3）1000次擦写周期。（4）4.05.5V的工作电压

32、范围。（5）全静态工作模式：0Hz-33Hz。（6）三级程序加密。（7）128x8字节的内部RAM。（8）32个双向可编程I/O口线。（9）2个16位可编程定时/计数器。（10）6个中断源。（11）全双工UART串行通道。（12）低功耗空闲和掉电模式。（13）中断可从空闲模式唤醒系统。（14）看门狗（WDT）及双数据指针。（15）掉电标识和快速编程特性。（16）灵活的在系统编程（ISP-字节或页写模式）。2.2.3 AT89S51的新功能AT89S51兼容标准MCS-51指令系统及AT89C51引脚结构，它相对于AT89C51增加的新功能包括：（1）ISP在线编程功能，这个功能的优势在于改写单

33、片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。是一个强大易用的功能。（2） 最高工作频率为33MHz，AT89C51的极限工作频率是24M，所以AT89S51具有更高工作频率，从而具有了更快的计算速度。（3）具有双工UART串行通道。（4）内部集成看门狗计时器，不再需要像AT89C51那样外接看门狗计时器单元电路。（5）双数据指示器。（6）电源关闭标识。（7）全新的加密算法，这使得对于AT89S51的解密变为不可能，程序的保密性大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。（8） 兼容性方面：向下完全兼容51全部字系列产品。比如8051、AT89C51等早期MCS-51产品。第三章 设计方

34、案电子计时器可以通过纯硬件实现，也可以通过软硬件结合实现，根据电子时钟里的核心部件秒信号的产生原理，通常有以下三种形式：3.1 FPGA设计方案现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA），是20世纪70年代发展起来的一种可编程逻辑器件，是目前数字系统设计的主要硬件基础。FPGA在结构上由逻辑功能块排列为阵列，并由可编程的内部连线连接这些功能块，来实现一定的逻辑功能。可编程逻辑器件的设计过程是利用EDA开发软件和编程工具对器件进行开发的过程。由于EDA技术拥有系统的模拟和仿真功能，可读性、可重复性、可测性非常好，所以利用EDA开发FPGA是目前比较流

35、行的方式。当然，有时根据需要，也会应用MAX+plus开发集成环境进行设计。正因为FPGA在设计过程中方便、快捷，而且FPGA技术功能强大，能够应用其制作诸如基代码发生器、数字频率计、电子琴、电梯控制器、自动售货机控制系统、多功能波形发生器、步进电机定位控制系统、电子时钟等。应用FPGA能够将时钟设计为为四种类型：全局时钟、门控时钟、多级逻辑时钟和波动式时钟。多时钟系统能够包括上述四种时钟类型的任意组合234。3.2 NE555时基电路设计方案555定时器是美国Signetics公司1972年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成电路，因输入端设计有三个5K的电阻而得名。目前，流行的产品主要有

36、4种：BJT两个：555，556（含有两个555）；CMOS两个：7555，7556（含有两个7555）。555定时器是一种数字与模拟混合型的集成电路，应用广泛。成本较低，外加电阻、电容等元件就可以构成多谐振荡器、单稳电路、施密特触发器等，常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等领域5。采用NE555时基电路或其他振荡电路产生秒脉冲信号，作为秒加法电路的时钟信号或微处理器的外部中断输入信号，可构成电子钟。由555构成的秒脉冲发生器电路见图2.1。输出的脉冲信号V0的频率F为： 式（2.1）可通过调节式2.1中的3个参数，使输出V0的频率为精确的1Hz。图2.1 基于的秒脉

37、冲发生器采用555定时器设计电子时钟，成本低，容易实现。但是受芯片引脚数量和功能限制，不容易实现电子时钟的多功能性。3.3 单片机设计方案单片机是微型机的一个主要分支，它在结构上的最大特点使把CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路集成在一块超大规模集成电路芯片上。就其组成和功能而言，一块单片机芯片就是一台计算机。单片机具有如下特点：有优异的性能价格比；集成度高、体积小、有很高的可靠性；控制功能强；低功耗、低电压，便于生产便携式产品；外部总线增加了I2C、SPI等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构；单片机的系统扩展、系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。所以单片机的应

38、用非常广泛，在智能仪表、机电一体化、实时控制、分布式多机系统以及人们的生活中均有用武之地。单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思路和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种用软件代替硬件的控制技术，是对生产控制技术的一次革命。利用单片机的智能性，可方便地实现具有智能的电子钟设计。单片机均具有时钟振荡系统，利用系统时钟借助微处理器的定时器/计数器可实现电子钟功能。然而系统时钟误差较大，电子钟的积累误差也可能较大，所以可以通过误差修正软件加以修正，或者在设计中加入高精度时钟日历芯片，以精确时间。另外很多功能不同的单

39、片机是兼容的，这就更便于实现产品的多功能性。第四章 软硬件设计4.1 硬件电路设计该设计的硬件电路由主控部分(单片机AT89S51)、计时部分（实时时钟芯片DS1302）、显示部分（八段数码管）、等部分组成。各部分之间相互协作，构成一个统一的有机整体，实现数字时钟的功能。各部分的硬件电路设计如下。设计总电路图见附录一。4.1.1 单片机AT89S51外围电路设计单片机AT89S51作为主控芯片，控制整个电路的运行。单片机外围需要一个复位电路，复位电路的功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤消复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分

40、-合过程中引起的抖动而影响复位。该设计采用含有二极管的复位电路，复位电路可以有效的解决电源毛刺和电源缓慢下降（电池电压不足）等引起的问题，在电源电压瞬间下降时可以使电容迅速放电，一定宽度的电源毛刺也可令系统可靠复位。复位电路的设计图如图7示：图7单片机复位电路图AT89S51具有在系统可编程功能，可以很方便的改写单片机存储器内的程序不需要把芯片中从工作环境中剥离，把AT89S ISP下载口接入电路，可使电路实现该功能。AT89S51需要接入一个普通12MHz晶振，为其提供稳定的时钟脉冲。该设计中有6个八段数码显示管LED，所以，在单片机AT89S51外围需要接入6个三极管来驱动数码显示管。此外

41、，单片机外围需要接入3个开关，用来调整时钟。单片机外围电路的设计图如图8示：4.1.2 DS1302与单片机的接口设计时钟芯片DS1302与单片机AT89S51的接口是由3条线来完成的，单片机AT89S51的P1.0与时钟芯片的数据传输端相连，P1.1用来作为DS1302输入时钟SCLK控制端,P1.2控制DS1302的复位输入端。DS1302接标准32.768KHz石英晶振。DS1302与单片机的接口电路如图9所示：图9 DS1302与AT89S51连接图4.1.3 显示设计八段数码显示管有两种，一种是共阳数码管，其内部是由八个阳极相连接的发光二极管组成；另一种是共阴数码管，其内部是由八个阴

42、极相连接的发光二极管组成。二者原理不同但功能相同。本设计的时间显示选用6个共阴八段数码管LED，其外形和内部结构如图10所示： 图10 八段共阴数码管LED第五章 课题总结16 本设计利用单片机AT89S51控制串行实时时钟芯片DS1302构成数字时钟电路，实现计时功能。该电路使用简单的三线接口，为单片机节省大量的接口资源，时钟芯片DS1302带有后备电池，具备对后背电源进行涓细电流充电的能力，保证电路断电后仍保存时间和数据信息，这些优点解决了目前常用实时时钟占用单片机资源多以及计时不可靠等缺点。该时钟功能强大，性能优越，能为很多领域，特别是对时钟工作的精确性和可靠性有较高要求的场合，提供较好

43、的实时时钟。但是，由于DS1302易受环境影响，会使该电路出现时钟精度不高、时钟混乱等问题，还有待继续研究和改进。致 谢在论文完成之际，我要特别感谢我的指导老师魏晋军老师的热情关怀和悉心指导。 在论文的写作过程中，也得到了许多同学的支持和帮助，给予了我很多宝贵的意见，在此一并致以诚挚的谢意。 感谢所有关心、支持、帮助过我的良师益友。 最后，向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见的各位老师表示衷心地感谢！参考文献1 王明顺，赵德平.可涓流充电的串行实时时钟芯片DS1302及应用设计J.国外电子元器件，1997，2 高性能、低功耗带RAM实时时钟芯片DS1302.PS武汉力源电子股份有限公

44、司，19993 ZYMCU AT89S51 Datasheets4 黄明强.DS1302在单片机系统中的应用J.保定师范专科学校学报，2004，17(2)5 赵海兰，朱剑，赵祥伟.DS1302实时显示时间的原理与应用J.电子技术，2002,(1)6 邓红，张越编著.单片机实验与应用设计教程M.冶金工业出版社，2004，57 孙雪梅，范久臣.实时时钟芯片在单片机系统中的应用J.沈阳教育学院学报，2005,7(2)8 孙安青编著. AT89S51单片机实验及实践教程M9 DALLAS SEMICONDUCTOR.DS1302 Trickle Charge Timekeeping Chip10 AT

45、MEL AT89S51.Atmel Corporation 2001附 录单片机程序设计MENU BIT P3.0UP BIT P3.1DOWN BIT P3.2R_S BIT P3.3PAUS BIT P3.4RST BIT P1.0SCLK BIT P1.1IO BIT P1.2IR DATA 50H RSJQ DATA 52H DAT_F EQU 54HFUNC_T EQU 58HCCKLK1 EQU 60HCCKLK2 EQU 62HCCKLK3 EQU 63HMM_DAT EQU 66HSS_DAT EQU 68HRUN EQU 70HPPU EQU 71HEMG_RUN EQU 7

46、2H/-/- ORG 00H LJMP STARTSTART: MOV DPTR,#TABLE MOV MM_DAT,#87 MOV SS_DAT,#57/-MAIN: NOP JNB MENU ,MENU_DO JNB UP ,UP_DO JNB DOWN,DOWN_DO JNB R_S,R_S_DO JNB PAUS,PAUS_DO LCALL DU1302 LCALL FUNC LCALL LED LJMP MAIN/-MENU_DO: JB MENU,MENU_UP LCALL LED AJMP MENU_DOMENU_UP: INC R5 LJMP MAIN/-UP_DO: JB U

47、P,UP_UP LCALL LED AJMP UP_DOUP_UP: MOV A,PPU CJNE A,#00H,UP_UP1 INC SS_DAT LJMP MAINUP_UP1: INC MM_DAT LJMP MAIN/-DOWN_DO: JB DOWN,DOWN_UP LCALL LED AJMP DOWN_DODOWN_UP: MOV A,PPU CJNE A,#00H,DOWN_UP1 DEC SS_DAT LJMP MAINDOWN_UP1: DEC MM_DAT LJMP MAIN/-R_S_DO: JB R_S,R_S_UP LCALL LED AJMP R_S_DOR_S_

48、UP: MOV A,RUN CJNE A,#00H,R_S_UP1 MOV EMG_RUN,#00H MOV RUN,#01H LJMP MAINR_S_UP1: MOV RUN,#00H LJMP MAIN/-PAUS_DO: JB PAUS,PAUS_UP LCALL LED AJMP PAUS_DOPAUS_UP: MOV A,PPU CJNE A,#00H,PAUS_UP1 MOV PPU,#01H LJMP MAINPAUS_UP1: MOV PPU,#00H LJMP MAIN/-/-FUNC: NOPFUNC_A: CJNE R5,#00,FUNC_B MOV DAT_F,#42

49、H MOV FUNC_T,#16 SETB P1.3 SETB P1.4 SETB P1.5 CLR P1.6 AJMP FUNC_GFUNC_B: CJNE R5,#01,FUNC_C MOV DAT_F,#45H MOV FUNC_T,#16 SETB P1.3 SETB P1.4 SETB P1.5 CLR P1.6 AJMP FUNC_GFUNC_C: CJNE R5,#02,FUNC_D MOV DAT_F,#42H MOV FUNC_T,#10 MOV A,RUN CJNE A,#00H,C1 MOV CCKLK2,MM_DAT MOV CCKLK1,SS_DATC1: LCALL

50、 MMM_CC SETB P1.6 SETB P1.4 SETB P1.5 CLR P1.3 AJMP FUNC_GFUNC_D: CJNE R5,#03,FUNC_E MOV DAT_F,#42H MOV FUNC_T,#10 MOV A,RUN CJNE A,#00H,D1 MOV CCKLK2,#00 MOV CCKLK1,SS_DATD1: LCALL SSS_CC SETB P1.6 SETB P1.3 SETB P1.5 CLR P1.4 AJMP FUNC_GFUNC_E: CJNE R5,#04,FUNC_F MOV DAT_F,#42H MOV FUNC_T,#10 MOV

51、A,RUN CJNE A,#00H,E1 MOV CCKLK2,#00 MOV CCKLK1,#24E1: LCALL EMG_CC SETB P1.6 SETB P1.4 SETB P1.3 CLR P1.5 AJMP FUNC_GFUNC_F: CJNE R5,#05,FUNC_RST MOV R5,#00HFUNC_G: RETFUNC_RST: MOV R5,#00 AJMP FUNC_G/-/-MMM_CC: LCALL COM_CC MOV 42H,CCKLK1 MOV 41H,CCKLK2 MOV 40H,#00H RETSSS_CC: LCALL COM_CC MOV 42H,

52、CCKLK1 MOV 41H,#00H MOV 40H,#00H RETEMG_CC: LCALL COM_CC MOV 42H,CCKLK1 MOV 41H,#00H MOV 40H,#00H MOV A,CCKLK1 CJNE A,#00H,EMG_CC1 LCALL EMG_EMGEMG_CC1: RETCOM_CC: MOV A,EMG_RUN CJNE A,#00H,COM2 MOV A,PPU CJNE A,#00H,COM2 MOV A,CCKLK3 CJNE A,42H,COM1 AJMP COM2COM1: MOV CCKLK3,42HDEC CCKLK1MOV A,CCKLK1CJNE A,#00H,COM2CJNE R5,#02,COM2DEC CCKLK2MOV CCKLK1,SS_DATCOM2: RET/-EMG_EMG: NOP MOV EMG_RUN,#01H SETB P3.7 LCALL DELAY CLR P3.7 RET/-/-DU1302: MOV R4,#7 MOV IR,#0BFH MOV R1,#RSJQ ACALL R_DAT RET/-R_DAT: LCALL S_DAT MOV R1,DAT_F MOV R4,#8LRD2: MOV