基于C51单片机的智能电子钟设计实训

第1页共27页嵌入式应用软件设计实训——基于C51的多功能智能电子钟的设计与制作实训报告专业：嵌入式系统设计班级：嵌设0913姓名：Gz学号：09024231XX指导老师：柴XX白XX提交日期：2010年6月29日第2页共27页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AT89S52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。同时也希望能成为大家共同学习的参考资料，并能从中得到一些启发。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。在此次实训中也要感谢柴老师和白老师对我们的指导，感谢同组人的合作及帮助过我的同学。由于水平有限,书中的错漏在所难免，恳请大家批评指正。第3页共27页目录前言....................................................................................................................第2页第一章多功能电子钟说明及总体设计方案介绍.............................第4页1.1、多功能电子钟计时方案.....................................................................第4页1.2、多功能电子钟键盘/显示方案..............................................................第5页第二章电子钟的工作原理.......................................................................第7页第三章多功能电子钟原理框图、原理图及PCB图........................第8页3.1、多功能电子钟原理框图.......................................................................第8页3.2、多功能电子钟整机原理.......................................................................第8页3.2.1、多功能电子钟电源电路原理图...................................................第8页3.2.2、多功能电子钟整机电路原理.......................................................第9页3.3、多功能电子钟电路PCB图................................................................第10页3.3.1、多功能电子钟电源电路PCB图................................................第10页3.3.2、多功能电子钟整机电路PCB图................................................第11页第四章多功能电子表元器件清单.......................................................第12页第五章多功能电子表单元电路工作原理介绍...............................第14页5.1、电源电路工作原理..............................................................................第14页5.2、时钟电路工作原理..............................................................................第15页5.3、复位电路工作原理..............................................................................第15页5.4、键盘电路工作原理..............................................................................第15页5.5、显示器工作原理..................................................................................第16页第七章程序流程图...................................................................................第19页第八章使用说明........................................................................................第25页第九章参考文献........................................................................................第26页第十章附录.................................................................................................第27页第4页共27页第一章多功能电子钟的说明及总体设计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、多功能电子钟计时方案方案一：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；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AT89S52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AT89S52单片机。第5页共27页1.2、多功能电子钟键盘/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。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。动态第6页共27页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。第7页共27页第二章多功能电子钟的工作原理本设计中的电子钟的核心是AT89S52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。时钟电路是电子钟硬件电路的核心，没有时钟电路，电子钟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。复位电路可使电子钟恢复到初始状态。键盘可对电子钟进行开启、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，它的段控端和位控端通过74LS244及其S8550PNP型号三极管与AT89S52单片机的I/O口相连，显示器可使电子钟显示出时、分、秒。多功能电子钟的计时原理为：上电后，电子钟显示P.提示符，按下A键后，电子钟从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，电子钟的秒加1，满60秒后，分加1，满60分后，时加1，满24时后，电子钟重新从00：00：00开始计时。第8页共27页第三章多功能电子钟原理方框图、原理图及PCB图3.1、多功能电子钟原理方框图多功能电子钟整机电路方框图如图3.13.2、多功能电子钟电路原理图3.2.1、多功能电子钟电源电路原理图直流稳压电源电路原理图如图3.2所示第9页共27页3.2.2、多功能电子钟整机电路原理第10页共27页3.3、多功能电子钟电路PCB图3.3.1、多功能电子钟电源电路PCB图电源电路PCB图如图3.4所示第11页共27页3.3.2多功能电子钟整机电路PCB图多功能电子钟整机电路PCB图如图3.5所示3.5整机PCB图第12页共27页第四章多功能电子表元器件清单多功能电子表电路所有元器件清单如表4.1所示表4.1多功能电子表元器件清单1元件名称封装形式元件号LED数码管(共阳极)DIP-12D1LED数码管(共阳极)