计算机控制与应用课程设计基于AT89C51的电子时钟设计

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1、 计算机控制技术与应用 基于AT89C51的电子时钟设计 院系：电气工程与自动化学院 专业：电气工程及其自动化 学号：B12040319 姓名：袁威风 .目录摘要2第1章绪论31.1研究背景3 1.2目的与意义3第2章电子钟设计方案设计4 2.设计方案4 2.1.1 计时方案4 2.2.2 显示方案42.2.3系统运行流程42.2.4单片机系统流程图5第3章硬件设计53.1主要器件及其简介5 1AT89C515 管脚说明6 2.6位数码管73.2硬件各部分设计83.2.1 最小系统83.2.2 LCD显示电路83.2.3键盘输入电路93.3硬件总体设计9第4章仿真电路图10第5章结论10参考文

2、献11附录12摘要在今天，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品是渗透到了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。现代生活的人们非常的重视时间观念，对于那些对时间把握非常严格和准确的人或事来说，时间的不准确会带来非常大的麻烦，所以以数码管为显示器的时钟比指针式的时钟表现出了很大的优势。数码管显示的时间简单明了而且读数快、时间准确显示到秒。而机械式的依赖于晶体震荡器，可能会导致误差。数字钟是采用数字电路实现对“时”、“分”“秒”数字显示的计时装置。数字钟的精度、稳定度远远超过老式机械钟。在这

3、次设计中，我们采用LED 数码管显示时、分、秒，以24 小时计时方式，根据数码管动态显示原理来进行显示，用12MHz的晶振产生振荡脉冲，定时器计数。在此次设计中，电路具有显示时间的其本功能，还可以实现对时间的调整。数字钟是其小巧，价格低廉，走时精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受广大消费关键词: AT89C51;电子钟；计算机控制技术第1章绪论1.1研究背景时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间。忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候，这种遗忘无伤大雅。但是，一旦重要事情，一时的耽误可能酿成大祸。目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着C

4、MOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。下面是单片机的主要发展趋势。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想和设计方法。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。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。单片机模块中最常见的是数字钟，数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字钟已成为人们日常生活中：必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、码头、

5、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点。1.2目的与意义数字钟是采用数字电路实现对时,分,秒数字显示的计时装置广泛用于个人家庭,车站,码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表,钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、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

6、气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。第2章电子钟设计方案设计2.设计方案单片机电子时钟方案选择主要涉及两个方面：计时方案和显示方案。2.1.1 计时方案单片机电子时钟计时有两种方法：第一种是通过单片机内部的定时器/计数器，采用软件编程来实现时钟计时，这种实现的时钟一般称为软时钟，这种方法的硬件线路简单，系统的功能一般与软件设计相关，通常用在对时间精度要求不高的场合；第二种是采用专用的硬件时钟芯片计时，这种实现的时钟一般称为硬时钟。专用的时钟芯片功能比较强大，除了自动实现基本计时外，一般还具有日历和闰年补偿等功能，计时准确，软件编

7、程简单，但硬件成本相对较高，通常用在对时钟精度要求较高的场合。2.2.2 显示方案对于电子时钟而言，显示是另一个重要的环节。显示通常采用两种方式：LED数码管显示和LCD液晶显示。其中LED数码管显示亮度高，显示内容清晢，根据具体的连接方式可分为静态显示和动态显示，在多个数码管时一般采用动态显示，动态显示时须要占用CPU的大量时间来执行动态显示程序，显示效果往往和显示程序的执行相关。LCD液晶显示一般能显示的信息多，显示效果好，而且液晶显示器一般都带控制器，显示过程由自带的控制器控制，不须要CPU参与，但液晶显示器造价相对较高。本实验采用的是软件编程来实现时钟计时和LED数码管显示。2.2.3

8、系统运行流程程序首先进行初始化，在主程序的循环程序中首先调用数据处理程序，然后调用显示程序，在判断是否有按键按下。若有按键按下则转到相应的功能程序执行，没有按键按下则调用时间程序。若没到则循环执行。计时中断服务程序完成秒的计时及向分钟、小时的进位和星期、年、月、日的进位。调时闪烁中断服务程序用于被调单元的闪烁显示。调时程序用于调整分钟、小时、星期、日、月、年，主要由主函数组成通过对相关子程序的调用，实现了对时间的设置和修改、LCD显示数值等主要功能。相关的调整是靠对功能键的判断来实现的。2.2.4单片机系统流程图第3章硬件设计3.1主要器件及其介绍1. AT89C51单片机 简介：AT89C5

9、1是一种带4K字节 FLASH存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用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和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了

10、一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图所示。 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，每脚可吸收8TTL门电流。P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编

11、程和校验时，P1口作为低八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电

12、平时间。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。振荡器特性:XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。2. 6位显示数码管简介：LED数码管（LED Segment Displays）是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。led数码管常用段数一般

13、为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等，led数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。图2是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。颜色有红，绿，蓝，黄等几种。led数码管广泛用于仪表，时钟，车站，家电等场合。选用时要注意产品尺寸颜色，功耗，亮度，波长等。这是一个7段6位带小数点数码管，采用静态驱动静态显示驱动，静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都

14、由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要58=40根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个，实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。3.2硬件各部分设计 3.2.1 最小系统复位时单片机的初始化操作，只要给RST引脚加上两个机器周期以上的高电平信号，就可以使AT89C51单片机复位。本次采用的是12M晶振，按钮复位电路。晶振电路如图 3.2.2 LCD显示电路6位LCD显示屏的段码ABCDEFG和dp与单片机P

15、0口相连，LCD显示屏位选码123456与单片机的P2口相连。 3.2.3键盘输入电路本次设计采用独立键盘，键盘按下时，相应的I/O口电平由高变低，一次检测按键是否被按下。3个独立按键与单片机P.10P1.2口相连，分别控制秒，时，分加计数。 3.3硬件总体设计根据电子钟设计内容和要求，完成Protues电路的设计,如图所示第4章仿真电路图用Keil和Protues进行仿真调试，仿真结果完全达到预期目的。第5章结论我在这一次数字电子钟的设计过程中，很是受益匪浅。在设计过程中，从仿真电路的设计，在设计过程中，从仿真电路的设计，源程序的书写和修改都遇到了不少问题，但在我们的共同努力下解决了，并且从

16、中学到了不少知识。撰写论文的过程也是专业知识的学习过程，它使我运用已有的专业基础知识，对其进行设计，分析和解决一个理论问题或实际问题，把知识转化为能力的实际训练。培养了我运用所学知识解决实际问题的能力。通过这次课程设计我发现，只有理论水平提高了；才能够将课本知识与实践相整合，理论知识服务于教学实践，以增强自己的动手能力。这个实验十分有意义我获得很深刻的经验。通过这次课程设计，我们知道了理论和实际的距离，也知道了理论和实际想结合的重要性，也从中得知了很多书本上无法得知的知识。我们的学习不但要立足于书本，以解决理论和实际教学中的实际问题为目的，还要以实践相结合，理论问题即实践课题，解决问题即课程研

17、究，学生自己就是一个专家，通过自己的手来解决问题比用脑子解决问题更加深刻。学习就应该采取理论与实践结合的方式，理论的问题，也就是实践性的课题。这种做法既有助于完成理论知识的巩固，又有助于带动实践，解决实际问题，加强我们的动手能力和解决问题的能力。参考文献1 刘国荣.梁景凯.计算机控制技术与应用.机械工业出版社.第二版2 谢维成.杨加国.单片机原理与应用.北京.清华大学出版社,第二版3 顾德英，罗云林.计算机控制技术.北京.北京邮电大学出版社,20094 沙占友，孟志永.单片机外围电路设计.北京.电子工业出版社，2006.6 附录C语言程序#include #include #define uc

18、har unsigned char #define uint unsigned int uchar code dispcode=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F; uchar seconde=0; uchar minite=0; uchar hour=12; uchar mstcnt=0; sbit P1_0=P10; sbit P1_1=P11; sbit P1_2=P12; void delay(uchar k ); void time_pro( ); void display( ); void keyscan( ); vo

19、id delay (uchar k) uchar j; while(k-)!=0) for(j=0;j125;j+) ; void time_pro( void) if(seconde=60) seconde=0; minite+; if( minite=60) minite=0; hour+; if(hour=24) hour=0; void display() P2=0xfe; P0=dispcodehour/10; delay(1); P2=0xfd; P0=(dispcode(hour%10)|0X80; delay(1); P2=0xfb; P0=dispcodeminite/10;

20、 delay(1); P2=0xf7; P0=(dispcodeminite%10)|0X80; delay(1); P2=0xef; P0=dispcodeseconde/10; delay(1); P2=0xdf; P0=dispcodeseconde%10; delay(1); void keyscan (void) if(P1_0=0) delay(100); if(P1_0=0) seconde+; if(seconde=60) seconde=0; if(P1_1=0) delay(100); if(P1_1=0) hour+; if(hour=24) hour=0; if(P1_

21、2=0) delay(100); if(P1_2=0) minite+; if(minite=60) minite=0; void timer0(void) interrupt 1 using 0 TH0=0x3c; TL0=0xb0; TMOD = 0x01; mstcnt+; if(mstcnt=20) seconde+; mstcnt=0; void main(void) P1=0xff; TMOD =0x01; TH0=0x3c; TL0=0xb0; EA=1; ET0=1; TR0=1; while (1) keyscan( ); time_pro( ); display( ); - 14 -