計算機控制與應用課程設計--基于at89c51的電子時鐘設計

1、<p>　　計算機控制技術與應用</p><p>　　——基于AT89C51的電子時鐘設計</p><p>　　院系：電氣工程與自動化學院</p><p>　　專業(yè)：電氣工程及其自動化</p><p>　　學號 &l

2、t;/p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要……………………………………………………………………………………2</p><p>　　第1章緒論……………………………………………………………………………3</p><p>　　1.1研究背景……………………………………………………………………3</

3、p><p>　　1.2目的與意義…………………………………………………………………3</p><p>　　第2章電子鐘設計方案設計…………………………………………………………4</p><p>　　2.設計方案………………………………………………………………………4</p><p>　　2.1.1 計時方案……………………………………………………

4、…………4</p><p>　　2.2.2 顯示方案………………………………………………………………4</p><p>　　2.2.3系統(tǒng)運行流程…………………………………………………………4</p><p>　　2.2.4單片機系統(tǒng)流程圖……………………………………………………5</p><p>　　第3章硬件設計…………………………………

5、……………………………………5</p><p>　　3.1主要器件及其簡介…………………………………………………………5</p><p>　　1．AT89C51……………………………………………………………………5</p><p>　　管腳說明…………………………………………………………………6</p><p>　　2.6位數(shù)碼管………………

6、…………………………………………………7</p><p>　　3.2硬件各部分設計……………………………………………………………8</p><p>　　3.2.1 最小系統(tǒng)………………………………………………………………8</p><p>　　3.2.2 LCD顯示電路…………………………………………………………8</p><p>　　3.2

7、.3鍵盤輸入電路…………………………………………………………9</p><p>　　3.3硬件總體設計………………………………………………………………9</p><p>　　第4章仿真電路圖…………………………………………………………………10</p><p>　　第5章結論…………………………………………………………………………10</p><

8、p>　　參考文獻……………………………………………………………………………11</p><p>　　附錄…………………………………………………………………………………12</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　在今天，電子技術獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產品是滲透到了社會的各個領域，有力地推動了社會生產力

9、的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產品性能進一步提高，產品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。現(xiàn)代生活的人們非常的重視時間觀念，對于那些對時間把握非常嚴格和準確的人或事來說，時間的不準確會帶來非常大的麻煩，所以以數(shù)碼管為顯示器的時鐘比指針式的時鐘表現(xiàn)出了很大的優(yōu)勢。數(shù)碼管顯示的時間簡單明了而且讀數(shù)快、時間準確顯示到秒。而機械式的依賴于晶體震蕩器，可能會導致誤差。數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對“時”、“分”“秒”數(shù)字顯示的計時裝置。數(shù)字鐘的

10、精度、穩(wěn)定度遠遠超過老式機械鐘。</p><p>　　在這次設計中，我們采用LED 數(shù)碼管顯示時、分、秒，以24 小時計時方式，根據(jù)數(shù)碼管動態(tài)顯示原理來進行顯示，用12MHz的晶振產生振蕩脈沖，定時器計數(shù)。在此次設計中，電路具有顯示時間的其本功能，還可以實現(xiàn)對時間的調整。數(shù)字鐘是其小巧，價格低廉，走時精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受廣大消費</p><p>　　關鍵詞: AT89

11、C51;電子鐘；計算機控制技術</p><p><b>　　第1章緒論</b></p><p><b>　　1.1研究背景</b></p><p>　　時間對人們來說總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當前的時間。忘記了要做的事情，當事情不是很重要的時候，這種遺忘無傷大雅。但是，一旦重要事情，一時的耽誤可能釀成大

12、禍。目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內裝化等幾個方面發(fā)展。下面是單片機的主要發(fā)展趨勢。單片機應用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設計思想和設計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機通過軟件方法來實現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術也稱為微控制技術，是傳統(tǒng)控制技術的一次革命。單片機模塊中最常見的是數(shù)字鐘，數(shù)字鐘

13、是一種用數(shù)字電路技術實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字鐘已成為人們日常生活中：必不可少的必需品，廣泛用于個人家庭以及車站、碼頭、劇場、辦公室等公共場所，給人們的生活、學習、工作、娛樂帶來極大的方便。由于數(shù)字集成電路技術的發(fā)展和采用了先進的石英技術，使數(shù)字鐘具有走時準確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)</p><p><b

14、>　　1.2目的與意義</b></p><p>　　數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對時,分,秒數(shù)字顯示的計時裝置廣泛用于個人家庭,車站,碼頭辦公室等公共場所,成為人們日常生活中不可少的必需品,由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應用,使得數(shù)字鐘的精度,遠遠超過老式鐘表,鐘表的數(shù)字化給人們生產生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控

15、制、定時廣播、自動起閉路燈、定時開關烘箱、通斷動力設備、甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎的。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應用，有著非?，F(xiàn)實的意義。</p><p>　　第2章電子鐘設計方案設計</p><p><b>　　2.設計方案</b></p><p>　　單片機電子時鐘方案選擇主要涉及兩個方面：計時方案和顯示方

16、案。</p><p>　　2.1.1 計時方案</p><p>　　單片機電子時鐘計時有兩種方法：第一種是通過單片機內部的定時器/計數(shù)器，采用軟件編程來實現(xiàn)時鐘計時，這種實現(xiàn)的時鐘一般稱為軟時鐘，這種方法的硬件線路簡單，系統(tǒng)的功能一般與軟件設計相關，通常用在對時間精度要求不高的場合；第二種是采用專用的硬件時鐘芯片計時，這種實現(xiàn)的時鐘一般稱為硬時鐘。專用的時鐘芯片功能比較強大，除了自動實現(xiàn)基

17、本計時外，一般還具有日歷和閏年補償?shù)裙δ?，計時準確，軟件編程簡單，但硬件成本相對較高，通常用在對時鐘精度要求較高的場合。</p><p>　　2.2.2 顯示方案</p><p>　　對于電子時鐘而言，顯示是另一個重要的環(huán)節(jié)。顯示通常采用兩種方式：LED</p><p>　　數(shù)碼管顯示和LCD液晶顯示。其中LED數(shù)碼管顯示亮度高，顯示內容清晢，根據(jù)具體的連接方式可分

18、為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示，在多個數(shù)碼管時一般采用動態(tài)顯示，動態(tài)顯示時須要占用CPU的大量時間來執(zhí)行動態(tài)顯示程序，顯示效果往往和顯示程序的執(zhí)行相關。LCD液晶顯示一般能顯示的信息多，顯示效果好，而且液晶顯示器一般都帶控制器，顯示過程由自帶的控制器控制，不須要CPU參與，但液晶顯示器造價相對較高。</p><p>　　本實驗采用的是軟件編程來實現(xiàn)時鐘計時和LED數(shù)碼管顯示。</p><p>　　2

19、.2.3系統(tǒng)運行流程</p><p>　　程序首先進行初始化，在主程序的循環(huán)程序中首先調用數(shù)據(jù)處理程序，然后調用顯示程序，在判斷是否有按鍵按下。若有按鍵按下則轉到相應的功能程序執(zhí)行，沒有按鍵按下則調用時間程序。若沒到則循環(huán)執(zhí)行。計時中斷服務程序完成秒的計時及向分鐘、小時的進位和星期、年、月、日的進位。調時閃爍中斷服務程序用于被調單元的閃爍顯示。調時程序用于調整分鐘、小時、星期、日、月、年，主要由主函數(shù)組成通過對相

20、關子程序的調用，實現(xiàn)了對時間的設置和修改、LCD顯示數(shù)值等主要功能。相關的調整是靠對功能鍵的判斷來實現(xiàn)的。</p><p>　　2.2.4單片機系統(tǒng)流程圖</p><p><b>　　第3章硬件設計</b></p><p>　　3.1主要器件及其介紹</p><p>　　1. AT89C51單片機</p>

21、<p>　　簡介：AT89C51是一種帶4K字節(jié) FLASH存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令

22、集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃速存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。外形及引腳排列如圖所示。</p><p><b>　　管腳說明</b></p><p><b>　　VCC：供電電壓</b&g

23、t;</p><p><b>　　GND：接地</b></p><p>　　P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。</p><p>　　P0口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時

24、，P0輸出原碼，此時P0外部必須接上拉電阻。</p><p>　　P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為低八位地址接收。</p><p>　　P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/

25、O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制

26、信號。</p><p>　　RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。</p><p>　　振蕩器特性:XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以

27、配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。</p><p>　　2. 6位顯示數(shù)碼管</p><p>　　簡介：LED數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在

28、內部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。led數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個小數(shù)點，還有一種是類似于3位“+1”型。位數(shù)有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等，led數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解LED的這些特性，對編程是很重要的，因為不同類型的數(shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。圖2是共陰和共陽極數(shù)碼管的內部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。顏色有紅

29、，綠，藍，黃等幾種。led數(shù)碼管廣泛用于儀表，時鐘，車站，家電等場合。選用時要注意產品尺寸顏色，功耗，亮度，波長等。這是一個7段6位帶小數(shù)點數(shù)碼管，采用靜態(tài)驅動靜態(tài)顯示驅動，靜態(tài)驅動也稱直流驅動。靜態(tài)驅動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅動，或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅動。靜態(tài)驅動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，如驅動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8=40根I/O端口

30、來驅動，要</p><p>　　3.2硬件各部分設計</p><p>　　3.2.1 最小系統(tǒng)</p><p>　　復位時單片機的初始化操作，只要給RST引腳加上兩個機器周期以上的高電平信號，就可以使AT89C51單片機復位。本次采用的是12M晶振，按鈕復位電路。</p><p><b>　　晶振電路如圖</b><

31、/p><p>　　3.2.2 LCD顯示電路</p><p>　　6位LCD顯示屏的段碼ABCDEFG和dp與單片機P0口相連，LCD顯示屏位選碼123456與單片機的P2口相連。</p><p>　　3.2.3鍵盤輸入電路</p><p>　　本次設計采用獨立鍵盤，鍵盤按下時，相應的I/O口電平由高變低，一次檢測按鍵是否被按下。3個獨立按鍵與單

32、片機P.10—P1.2口相連，分別控制秒，時，分加計數(shù)。</p><p><b>　　3.3硬件總體設計</b></p><p>　　根據(jù)電子鐘設計內容和要求，完成Protues電路的設計,如圖所示</p><p><b>　　第4章仿真電路圖</b></p><p>　　用Keil和Protues

33、進行仿真調試，仿真結果完全達到預期目的。</p><p><b>　　第5章結論</b></p><p>　　我在這一次數(shù)字電子鐘的設計過程中，很是受益匪淺。在設計過程中，從仿真電路的設計，在設計過程中，從仿真電路的設計，源程序的書寫和修改都遇到了不少問題，但在我們的共同努力下解決了，并且從中學到了不少知識。撰寫論文的過程也是專業(yè)知識的學習過程，它使我運用已有的專業(yè)基

34、礎知識，對其進行設計，分析和解決一個理論問題或實際問題，把知識轉化為能力的實際訓練。培養(yǎng)了我運用所學知識解決實際問題的能力。通過這次課程設計我發(fā)現(xiàn)，只有理論水平提高了；才能夠將課本知識與實踐相整合，理論知識服務于教學實踐，以增強自己的動手能力。這個實驗十分有意義我獲得很深刻的經驗。通過這次課程設計，我們知道了理論和實際的距離，也知道了理論和實際想結合的重要性，也從中得知了很多書本上無法得知的知識。我們的學習不但要立足于書本，以解決理論和

35、實際教學中的實際問題為目的，還要以實踐相結合，理論問題即實踐課題，解決問題即課程研究，學生自己就是一個專家，通過自己的手來解決問題比用腦子解決</p><p>　　問題更加深刻。學習就應該采取理論與實踐結合的方式，理論的問題，也就是實踐性的課題。這種做法既有助于完成理論知識的鞏固，又有助于帶動實踐，解決實際問題，加強我們的動手能力和解決問題的能力。</p><p><b>　　參

36、考文獻</b></p><p>　　[1] 劉國榮.梁景凱.計算機控制技術與應用.機械工業(yè)出版社.第二版</p><p>　　[2] 謝維成.楊加國.單片機原理與應用.北京.清華大學出版社,第二版</p><p>　　[3] 顧德英，羅云林.計算機控制技術.北京.北京郵電大學出版社,2009</p><p>　　[4] 沙占友，孟

37、志永.單片機外圍電路設計.北京.電子工業(yè)出版社，2006.6</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　C語言程序</b></p><p>　　#include<reg51.h> </p><p>　　#include<absacc.h> <

38、/p><p>　　#define uchar unsigned char </p><p>　　#define uint unsigned int </p><p>　　uchar code dispcode[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F}; </p><p>　　uc

39、har seconde=0; </p><p>　　uchar minite=0; </p><p>　　uchar hour=12; </p><p>　　uchar mstcnt=0; </p><p>　　sbit P1_0=P1^0; </p><p>　　sbit P1_1=P

40、1^1; </p><p>　　sbit P1_2=P1^2; </p><p>　　void delay(uchar k ); </p><p>　　void time_pro( ); </p><p>　　void display( ); <

41、/p><p>　　void keyscan( ); </p><p>　　void delay (uchar k) </p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　uchar j; </b></p><p>　　while((

42、k--)!=0) </p><p>　　{ for(j=0;j<125;j++) </p><p><b>　　{;} </b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　v

43、oid time_pro( void) </p><p>　　{ if(seconde==60) </p><p>　　{ seconde=0;</p><p>　　minite++; </p><p>　　if( minite==60) </p><p&g

44、t;　　{ minite=0; </p><p><b>　　hour++; </b></p><p>　　if(hour==24) </p><p>　　{ hour=0; } </p><p><b>　　} </b></p><p><b

45、>　　}</b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　void display() </p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　P2=0xfe; </b></p><p&

46、gt;　　P0=dispcode[hour/10]; </p><p>　　delay(1); </p><p><b>　　P2=0xfd; </b></p><p>　　P0=(dispcode[(hour%10)])|0X80; </p><p>　　delay(1);

47、 </p><p><b>　　P2=0xfb; </b></p><p>　　P0=dispcode[minite/10]; </p><p>　　delay(1); </p><p><b>　　P2=0xf7; </b></p><p>　　

48、P0=(dispcode[minite%10])|0X80; </p><p>　　delay(1); </p><p><b>　　P2=0xef; </b></p><p>　　P0=dispcode[seconde/10];</p><p>　　delay(1); </p&

49、gt;<p><b>　　P2=0xdf; </b></p><p>　　P0=dispcode[seconde%10]; </p><p>　　delay(1); </p><p><b>　　} </b></p><p>　　void keysca

50、n (void) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　if(P1_0==0) </p><p>　　{ delay(100); </p><p>　　if(P1_0==0) </p><p><b>　　{ <

51、;/b></p><p>　　seconde++; </p><p>　　if(seconde==60) </p><p>　　{seconde=0; }</p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　} </b></p><

52、p>　　if(P1_1==0) </p><p>　　{ delay(100); </p><p>　　if(P1_1==0) </p><p>　　{ hour++; </p><p>　　if(hour==24) </p><p>　　{hour=0;} </

53、p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　if(P1_2==0) </p><p>　　{ delay(100); </p><p>　　if(P1_2==0) </p>

54、<p>　　{ minite++; </p><p>　　if(minite==60) </p><p>　　{ minite=0; } </p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>

55、　　} </b></p><p>　　void timer0(void) interrupt 1 using 0 </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　TH0=0x3c; </p><p>　　TL0=0xb0; </p><p>　　TMOD =

56、0x01; </p><p>　　mstcnt++; </p><p>　　if(mstcnt==20) </p><p>　　{ seconde++; </p><p>　　mstcnt=0; </p><p>　　}} </p><p>　　void mai

57、n(void) </p><p>　　{ P1=0xff; </p><p>　　TMOD =0x01; </p><p>　　TH0=0x3c; </p><p>　　TL0=0xb0; </p><p><b>　　EA=1; </

58、b></p><p><b>　　ET0=1; </b></p><p><b>　　TR0=1; </b></p><p>　　while (1) </p><p>　　{ keyscan( ); </p><p>　　time_pro( ); </