丁浩單片機電子時鐘方案設(shè)計書.docx

1、單片機電子時鐘的設(shè)計摘要單片機自 20 世紀 70 年代問世以來，以其極高的性能價格比，受到人們的重視和關(guān)注，應用很廣、發(fā)展很快。單片機體積小、重量輕、抗干擾能力強、環(huán)境要求不高、價格低廉、可靠性高、靈活性好、開發(fā)較為容易。由于具有上述優(yōu)點，在我國，單片機已廣泛地應用在工業(yè)自動化控制、自動檢測、智能儀器儀表、家用電器、電力電子、機電一體化設(shè)備等各個方面，而 51 單片機是各單片機中最為典型和最有代表性的一種。這次畢業(yè)設(shè)計通過對它的學習、應用，以 AT89S51 芯片為核心，輔以必要的電路，設(shè)計了一個簡易的電子時鐘，它由 4.5V 直流電源供電，通過數(shù)碼管能夠準確顯示時間，調(diào)整時間，從而到達學習

2、、設(shè)計、開發(fā)軟、硬件的能力。關(guān)鍵詞：單片機；AT89S52第一章前言時鐘，自從它發(fā)明的那天起，就成為人類的朋友，但隨著時間的推移，科學技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對時間計量的精度要求越來越高，應用越來越廣。時鐘電路在計算機系統(tǒng)中起著非常重要的作用，是保證系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)。在一個單片機應用系統(tǒng)中，時鐘有兩方面的含義：一是指為保障系統(tǒng)正常工作的基準振蕩定時信號，主要由晶振和外圍電路組成，晶振頻率的大小決定了單片機系統(tǒng)工作的快慢；二是指系統(tǒng)的標準定時時鐘，即定時時間，它通常有兩種實現(xiàn)方法：一是用軟件實現(xiàn)，即用單片機內(nèi)部的可編程定時/ 計數(shù)器來實現(xiàn)，但誤差很大，主要用在對時間精度要求不高的場合；二是用專門的

3、時鐘芯片實現(xiàn)，在對時間精度要求很高的情況下，通常采用這種方法，典型的時鐘芯片有：DS1302， DS12887，X1203都可以滿足高精度的要求。本文主要介紹用單片機內(nèi)部的定時/ 計數(shù)器來實現(xiàn)電子時鐘的方法，本設(shè)計由單片機 AT89S51 芯片和 LED 數(shù)碼管為核心，輔以必要的電路，構(gòu)成了一個單片機電子時鐘。等第二章方案論證與比較2.1 數(shù)字時鐘方案數(shù)字時鐘是本設(shè)計的最主要的部分。根據(jù)需要，可利用兩種方案實現(xiàn)。方案一：本方案采用 Dallas 公司的專用時鐘芯片 DS12887A。該芯片內(nèi)部采用石英晶體振蕩器，其芯片精度不大于 10ms/年，且具有完備的時鐘鬧鐘功能，因此，可直接對其以用于顯

4、示或設(shè)置，使得軟件編程相對簡單。方案二：本方案完全用軟件實現(xiàn)數(shù)字時鐘。原理為：在單片機內(nèi)部存儲器設(shè)三個字節(jié)分別存放時鐘的時、分、秒信息。利用定時器與軟件結(jié)合實現(xiàn)1 秒定時中斷，每產(chǎn)生一次中斷，存儲器內(nèi)相應的秒值加1；若秒值達到60，則將其清零，并將相應的分字節(jié)值加1；若分值達到60，則清零分字節(jié)，并將時字節(jié)值加1；若時值達到24，則將十字節(jié)清零。該方案具有硬件電路簡單的特點?；谟布娐返目紤]，本設(shè)計采用方案二完成數(shù)字時鐘的功能。2.2 數(shù)碼管顯示方案方案一：靜態(tài)顯示。該方式每一位都需要一個 8 位輸出口控制。靜態(tài)顯示時較小的電流能獲得較高的亮度，且字符不閃爍。但當所顯示的位數(shù)較多時，靜態(tài)顯示

5、所需的 I/O 口太多，造成了資源的浪費。方案二：動態(tài)顯示。利用人的視覺暫留功能可以看到整個顯示，但必須保證掃描速度足夠快，字符才不閃爍。調(diào)整參數(shù)可以實現(xiàn)較高穩(wěn)定度的顯示。動態(tài)顯示節(jié)省了 I/O 口，降低了能耗。從節(jié)省 I/O 口和降低能耗出發(fā)，本設(shè)計采用方案二。第三章系統(tǒng)設(shè)計3.1 總體設(shè)計3.1.1 系統(tǒng)說明利用單片機（ AT89S51）制作簡易電子時鐘，由六個LED 數(shù)碼管分別顯示小時十位、小時個位、分鐘十位、分鐘個位、秒鐘十位、秒鐘個位。6 個 PNP管（ 9012）分別控制六個數(shù)碼管的亮滅，一個按鍵用于時間調(diào)整。3.1.2 系統(tǒng)框圖電源部分按鍵 S2直流電源4.5V復位電路控制部分單

6、片機（ AT89S51 ）顯示部分位選部分6 個 PNP 三極管（ 9012）6 個七段共陰極數(shù)碼管顯示秒，分鐘及小時位圖 3-13.2 模塊設(shè)計3.2.1 電源部分圖 3-2如圖 3-2 所示，從外部引入4.5V 的直流電，為單片機、復位電路提供電源。3.2.2 復位電路圖 3-3如圖 3-3 所示，復位電路主要由型號為 1N4148的二極管，型號為 10UF/16V 的電解電容，型號為 104 的瓷片電容， 10K 的電阻以及按鍵 S1 構(gòu)成， S1 接芯片的相應引腳 RST，當開關(guān)按下時引腳 RST為高電平 1，斷開時引腳為低電平 0。3.2.3 程序下載接口圖 3-4如圖 3-4 所示

7、，由 AT89S ISP 構(gòu)成的兩排十針下載口，板圖上有一個小方框，為1 號引角；下載線的凸口為正方向，凸口的右側(cè)邊的第一個插孔為1 號引角。3.2.4 位選部分圖 3-5圖 3-5 為位選電路，三極管的集電極接數(shù)碼管的公共端，當P2 口對應的引腳輸出高電平時三極管導通，對應的數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)。這樣，在同一時刻，6 位 LED中只有選通的那 1 位顯示出字符，而其他5 位則是熄滅的。3.2.5 數(shù)碼管的連接電路圖 3-6圖 3-6 為數(shù)碼管的引腳圖，每位的段碼線（ a,b,c,d,e,f,g,dp ）分別與 1 個 8 位的鎖存器輸出相連，由 AT89S51控制組合 09 十個數(shù)據(jù)，如令其顯示

8、1 則 b,c 引腳（即 2，3 引腳）送高電平，此時數(shù)碼管顯示 1。由于各位的段碼線并聯(lián)， 8 位 I/O 口輸出段碼對各個顯示位來說都是相同的 。3.2.6 控制部分圖 3-7AT89S51 提供以下標準功能： 4K 字節(jié) Flash32I/O 口線，看門狗（ WDT），兩個數(shù)據(jù)指針，兩個閃速存儲器， 128 字節(jié)內(nèi)部16 位定時 / 計數(shù)器，一個RAM，5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。如圖 3-7 所示， AT89S51 有 40 引腳，雙列直插（ DIP）封裝，所用引腳功能如下：VCC運行時加 4.5VGND接地XTAL1 振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)

9、生器的輸入端 XTAL2 振蕩器反相放大器的輸出端RST復位輸入，高電平有效，在晶振工作時，在RST引腳上作用2 個機器周期以上的高電平，將使單片機復位。 WDT溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置 SFT AUXR的 DISRTO位（地址 8EH）可打開或關(guān)閉該功能。EA/VPP 片外程序存儲器訪問允許信號。欲使 CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為 0000H-FFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地），如果 EA 端為高電平（接 Vcc 端）， CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。無自鎖開關(guān)（ S2 P3.7 ）開關(guān)接相應引腳 P3.7 ，當開關(guān)按下時，相應引腳為低電平 0，斷開時引腳為高電

10、平 1。第四章原理圖與 PCB圖圖 4-1圖 4-2第五章軟件設(shè)計5.1 程序流程圖主程序開始設(shè)定定時器常數(shù)，開中斷到 1秒？顯示時間T0 中斷現(xiàn)場保護重裝定時器初值滿 20 次否？秒值加 1滿 60 秒否？秒緩沖單元清零分值加 1滿 60 分否？分緩沖單元清零時值加 1滿 24 小時否？時緩沖單元清零恢復現(xiàn)場結(jié)束時鐘調(diào)整程序按鍵 S2 時間 t1分鐘閃爍，調(diào)時狀態(tài)按鍵 S2 時間t0.5分值加 1分值 =60？分值清零關(guān)閉顯S2 是否示，省電按下時鐘閃爍，調(diào)時狀態(tài)按鍵 S2時間 t1000 次） ISP Flash ROM47UF/16V只14.0-5.5V 工作電壓范圍210UF/16V只

11、10k全靜態(tài)工作模式：時鐘頻率 0-33MHz只14.7k128x8bit 內(nèi)部 RAM6只低功耗空閑和掉電模式1AT89S51片DIP403只1級程序加密鎖12M 掉電標識和只快速編程特性 10.5 寸/ 共陰只69012個61N4148只1無自鎖只2條1條1個19.55*5.664CM21能夠很走時，通過硬鐘進行整。2. 功能介紹：3. 顯示 XX： XX：XX時間4. 時間可調(diào)：調(diào)整鍵（ S2）按下時間小于 1 秒（ t0.5s ）分鐘位閃亮，此時按下S2 鍵（ t0.5s ）該個位數(shù)值加 1，當加到 9 時，再按下 S2 鍵則該個位顯示0，分鐘十位加 1。調(diào)試要點：首先確保各器件的完好性，其次檢測各芯片的電源線和地線是否接觸良好，然后焊接器件，接好電源用萬用表檢測各電源端、地端的狀態(tài)是否正常。檢查無誤后插上 AT89S51并燒寫一簡易的程序，觀察電路是否能協(xié)同工作。最后燒寫工作程序，根據(jù)顯示現(xiàn)象調(diào)試程序直至成功。上電運行時，數(shù)碼管開始顯示 00：00： 00，時鐘開始走時。制作心得：在這次課程設(shè)計的調(diào)試過程中，我遇到很多問題，如：由于跳轉(zhuǎn)指令出錯，導致整個程序在運行時進入死循環(huán)，修改時沒有根據(jù)流程盲目查找原因浪費許多時間，又由于考慮不周，時鐘顯示29： 89。該電路缺少整點報時及鬧鐘功能，由于能力和時間問題只能到此為止，很是