毕业设计论文 单片机多功能电子钟设计.doc

1、 单片机技术课程设计任务 一、设计题目：基于单片机并行口的电子钟的设计 二、适用班级：电子 0303 三、指导教师：王韧 四、任务与要求： 在智能化仪器仪表中，控制核心均为微处理器，而单片机以其高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠而得到广泛应用，是设计智能化仪器仪表的首选微控制器，单片机结合简单的接口电路即可构成电子钟，它可广泛应用于工业、农业、日常生活等领域，与传统钟表相比较，它具有高精度、高可靠性、操作方便、价格便宜、智能化等特点，是钟表的一个发展方向，具有一定的实用价值。 1、本课题任务如下 ： 设计一个具有特定功能的电子钟。该电子钟上电或按键复位后能自动显示系统提示符 “ P.”

2、 ， 进入时钟准备状态；第一次按电子钟启动 /调整键，电子钟从 0 时 0分 0 秒开始运行，进入时钟运行状态；再次按电子钟启动 /调整键，则电子钟进入时钟调整状态，此时可利用各调整键调整时间，调整结束后可按启动 /调整键再次进入时钟运行状态。 2、本课题要求如下： （ 1）在 AT89S51 的 P0 口和 P2 口外接由六个 LED 数码管 (LED5 LED0)构成的显示器，用 P0 口作 LED 的段码输出口（ P0.0 P0.7 对应于 LED 的a dp）， P2.5 P2.0 作 LED 的位控输出线（ P2.5 P2.0 对应于 LED5LED0）， P1 口外接四个按键 A、

3、 B、 C、 D（对应于 P1.0 P1.3）。 （ 2）、利用六个 LED 显示当前时间。 （ 3）、四个按键的功能： A键用于电子钟启动 /调整； B 键用于调时 ,范围0-23,0 为 24 点 ,每按一次时加 1； C 键用于调分 ,范围 0-59， 0 为 60 分 ,每按一次分加 1； D 键用于调秒 , 范围 0-59， 0为 60 秒 ,每按一次秒加 1。 （ 4）、单片机采用 AT89S51， fosc=12MHZ。 （ 5）、电子钟供电电源电路的设计。 （ 6）、电子 钟时钟电路，复位电路的设计。 （ 7）、编写系统监控程序、键扫子程序、显示子程序及其它所需子程序、功能程序

4、和中断服务程序。 （ 8）、计算机输出课程设计说明书一份。 （ 9）、设计时间：二周 （ 10）、制作电子钟实物。 五、课程设计说明书主要内容 1、课程设计说明书封面； 2、课程设计任务书封面及课程设计任务书； 3、前言； 4、 课程设计说明书目录； 5、电子钟功能说明及总体方案介绍； 6、详细介绍电子钟的工作原理； 7、绘制电子钟整机电路框图、整机电路原理图、电源电路原理图及 PCB 图各 1 份； 8、列出电子钟元器件清单； 9、详细介绍电子钟单元电路工作原理（包括电源电路、时钟电路、复位电路、键盘 /显示接口电路及所用主要芯片）； 10、单片机硬件资源的使用分配情况； 11、画出电子钟软

5、件系统监控程序、各子程序、中断服务程序及各功能程序的流程框图； 12、列出电子钟软件系统程序清单； 13、写出电子钟的使用说明； 14、设计体会，谈谈本设计的重点、难点及精妙之处，是否存在不足之点及改进意见； 15、提出单片机技术课程教学建议； 16、参考资料。 六、 课程设计说明书书写格式 参照 “课程设计说明书书写格式”文件。 七、参考资料 1、曹巧媛，单片机原理及应用 M，北京：电子工业出版社， 1997.7。 2、赵秀珍，单永磊，单片微型计算机原理及其应用 M，北京：中国水利水电出版社， 2001.8。 3、张毅刚，修林成，胡振江， MCS-51 单片机应用设计 M，哈尔滨：哈尔滨工业

6、大学出版社， 1990.8。 4、张洪润，兰清华，单片机应用技术教程 M，北京：清华大学出版社，1997.11。 5、李华， MCS-51 系列单片机实用接口技术 M，北京：北京航空航天大学出版社 ， 1993.8。 6、陈景初，单片机应用系统设计与实践 M，北京：北京航空航天大学出版社。 7、马家辰， MCS-51 单片机原理与接口技术 M，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社。 8、刘守义，单片机应用技术 M，西安：西安电子科技大学出版社。 电气自动化教研室 2005 年 9 月 10 日 前 言 电子科技日新月异，人们对现代电子设备的智能化和微型化及其精度提出了更高的要求， 而单片机因其具有稳定

7、可靠、 体积小、 价格低廉等特点，成为设计智能化仪器仪表的首选微控制器， 因此本次我们没有选用传统的专用的时钟芯片，而是采用了 AT89S51 芯片，此款单片机可以使用软件对其进行在线编程，其灵活性和可靠性都相对提高。 通过此次实物制作 ,增强了我们的动手能力 ,把理论与实践融合在一起。同时，也进一步加深了对单片机的硬件结构的理解和巩固，编程能力也得到了提高。在此将电子钟制作过程中用到的知识进行了一些总结，并记录了 遇到的问题，希望自己今后能注意。同时也希望能成为读者的参考资料，能帮助读者避免出现相同的问题，并能从中得到一些启发。 在此要感谢王老师对我的指导，感谢同组人的合作及帮助过我的同学。

8、由于编者水平有限 ,书中的错漏在所难免，恳请读者批评指正。 编者 :吴 海 林 2005 11 13 目 录 1 多功能电子表说 明及总体方案介绍 . 1 1.1 多功能电子表 计时方案 . 1 1.2 多功能 电子表键盘 /显示方案 . 2 2 电子钟的工作原理 . 4 3 多功能电子表原理框图 、原理图及 PCB 图 . 5 3.1 多功能电子表原理框图 . 5 3.2 多功能电子表整机原理图 . 5 3.3 多功能电子表电路 PCB 图 . 7 4 多功能电子表元器件清单 . 9 5 多功能电子表单元电路工作原理及芯片 . 11 5.1 电源电路工作原理 . 11 5.2 时钟电路工作原

9、理 . 11 5.3 复位电路工作原理 . 12 5.4 键盘电路工作原理 . 12 5.5 显示器工作原理 . 13 5.6 AT89S51 芯片 . 17 5.7 74LS244 芯片 . 20 5.8 S8550PNP 三极管 . 21 5.9 四位一体数码管 . 23 6 单片机硬件 资源 分配 . 25 7 程序流程图 . 26 8 电子钟程序清单 . 32 9 误差分析 . 40 10 电子钟使用说明 . 43 11 设计体会 . 44 12 教学意见 . 45 13 参考资料 . 46 1 1 多功能电子表说明及总体方案介绍 本次设 计电子钟系统功能简单， 用单片机的最小系统就能

10、得以实现。而单片机的最小系统设计中实际上最重要的就是对键盘 /显示器接口 电路 的设计， 由于 系统 功能 不同 所以 要求就不同，接口设计也就不同。对一个键盘 /显示器接口设计应从整个系统出发，综合考虑软、硬件特点。下面是本人在设计前对各种设计 方案的考虑： 1.1 多功能 电子表计时方案 方案一：采用实时时钟芯片 实时时钟芯片具备年、月、日、时、分、秒计时功能和多点定时功能，计时数据的更新每秒自动进行一次，不需程序干预。计算机可通过中断或查询方式读取计时数据进行显示，因此计时功能的 实现无需占用 CPU 的时间，程序简单。此外，实时时钟芯片多数带有锂电池做后备电源，具备永不停止的计时功能；

11、具有可编程方波输出功能，可用做实时测控系统的采样信号等；有的实时时钟芯片内部还带有非易失性 RAM，可用来存放需长期保存但有时也需变更的数据。由于功能完善，精度高，软件程序设计相对简单，且计时不占用 CPU 时间，因此，在工业实时测控系统中多采用这一类专用芯片来实现实时时钟功能。 方案二 : 软件控制。 利用单片机内部的定时 /计数器进行中断定时，配合软件延时实现时、分、秒的计时及秒表计时。该方案节省硬件成本，且能 使设计者对单片机的指令系统能有更深入的了解，从而掌握单片机应用技术 MCS-51 汇编语言程序设计方法，因此，本系统设计采用此种软件控制方法来实现计时。而由于 ATMEL 公司的

12、AT89S51 单片机是低功耗的具有 4KB 在线可编程 Flash 存储器的单片机。它与通用 80C51 系列单片机的指令系和引脚兼容。片内的 Flash 可允许在线重新编程，也可使用通用非易失性存储器编程。它将通用 CPU 和在线可编程 Flash集成在一个芯片上，形成了功能强大、使用灵活和具有较高性能价格比的微控制器。它的功能强大，而且也较容易购买，故本设计 中所选的单片机为 AT89S51单片机。 2 1.2 多功能 电子表 键盘 /显示方案 方案一 : 8279 扩展。 该方案方框图如图 1.2.1 所示， 8279 是一种可编程的键盘 /显示接口专用芯片，它含有键盘输入和显示输出两

13、种功能，键扫描程序和动态显示程序全由 8279 硬件自动完成，此种方案能以比较简单的硬件 电路和较少的软件开销实现单片机与键盘、 LED 显示器的接口。 方案二 : 8155 扩展， LED 动态显示。 该方案方框图如图 1.2.2 所示，8155 是一块可编程的接口芯片，与单片机的接口非常简单，它的键盘 、显示共用一个接口电路，可节省 I/O 口。但动态扫描方式需占用 CPU 较多的时间，在单片机没有太多实时测控任务的情况下可以采用。 方案三 : 串口扩展， LED 静态显示。 该方案方框图如图1.2.3 所示，独立式键盘配置灵活，软件结构简单，按键较多时不宜采用。静态显示占用口资源少，采用

14、串口传输实现静态显示， LED 数码管与单片机之间通过 6个移位寄存器相连，显示亮度有保证，但此方案的硬件开销大，电路复杂，信息刷新速度慢，比较适用于并行口资源较少的场合。 3 方案四 : 独立式按键， LED 动态显示。 该方案方框图如图 1.2.4 所示，独立式按键直接与单片机 I/O 口相连构成键盘，每个按键不会相互影响，因本系统用到的按键比较少，采用独立式键盘不会浪费 I/O 口线，所以本系统采用独立式键盘。动态显示的亮度虽然不如静态显示，但其硬件电路较简单，可节省硬件成本，虽然动态扫描需占用CPU 较多的时间，但本系统中的单片机没有很多实时测控任务，因此，本系统采用此种方案。 4 2

15、 多功能电子表的工作原理 本设计中的数字钟的核心是 AT89S51 单片机，其内部带有 4KB 在线可编程Flash 存储器的单片机， 无须外扩程序存储器，硬件电路主要由四部分构成：时钟电路，复位电路，键盘以及显示电路。 时钟电路是电子表硬件电路的核心，没有时钟电路，电子表将无法正常工作计时。本系统时钟电路采用的晶振的频率为 12MHz，定时器采用的是定时器 0工作在方式 1 定时，用于实现时、分、秒的计时，定时时间为 62.5ms。复位电路可使电子表恢复到初始状态。键盘可对电子表进行开启、停止，还能实现时、分、秒的显示及设定等操作。显示电路由两个共阳级 4 位一体 LED 数码管构成，它的段

16、控端和位控端通过 74LS244及其 S8550PNP型号三极管与 AT89S51单片机的 I/O 口相连，显示器可使电子表显示出时、分、秒。 多功能电子表的计时原理为：上电后，电子表显示 P.提示符，按下 A 键后，电子表从 00： 00： 00 开始计时。当定时器 0的定时时间满 62.5ms 后，定时器0 溢出一次，溢出满 16次后，电子表的秒加 1，满 60 秒后，分加 1，满 60分后，时加 1，满 24 时后，电子表重新从 00： 00： 00 开始计时。 5 3 多功能电子表原理方框图、原理图及 PCB 图 3.1 多功能电子表原理 方框图 多功能电子表整机电路方框图 如 图 3.1 3.2 多功能电子表电路原理图 3.2.1 多功能电子表电源电路原理图 直流稳压电源电路原理图如图 3.2 所示