基于89C51单片机的数字钟设计 (3)

武汉大学电子信息学院电子系统综合设计课程论文基于89C51单片机的数字钟设计专业：年级：作者：指导教师：2012年6月26日目录1作品的背景与意义.....................................................12功能指标设计.........................................................13作品方案设计.........................................................23.1总体方案的选择...................................................23.1.1方案一：基于单片机的数字钟设计.............................23.1.2方案二：基于数字逻辑电子线路实验的数字钟设计...............23.1.3两种方案的比较.............................................33.2控制方案的选择...................................................33.3显示方案的选择...................................................44硬件设计.............................................................54.1硬件电路平台.....................................................54.2内部时钟电路.....................................................54.3复位电路.........................................................54.4按键部分.........................................................64.5显示模块电路图...................................................75软件设计.............................................................85.1主程序流程图.....................................................85.2显示模块流程图...................................................85.3中断服务流程图..................................................105.4校时模块........................................................126系统测试............................................................126.1测试环境........................................................126.2测试步骤........................................................126.2.1硬件测试..................................................126.2.2软件测试..................................................126.3测试结果........................................................137实验总结............................................................13参考文献..............................................................13附录1系统电路图.....................................................14附录2系统软件代码...................................................14附录3系统器件清单...................................................19电子综合设计论文11作品的背景与意义20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，电子产品几乎已经渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会的发展，提高了社会的信息化程度。同时电子产品的性能逐步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。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CMOS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向发展。单片机应用的重要意义还在于，他从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从目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，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。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,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,而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。基于单片机的数字钟具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此特别适合于与控制有关的系统，越来越广泛地应用于自动控制，智能化仪器，仪表，数据采集，军工产品以及家用电器等各个领域，生活中诸如定时自动报警、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、甚至各种定时电气的自动启用等也可广泛应用，单片机往往是作为一个核心部件来使用，在根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。2功能指标设计本设计准备实现的功能:(1)显示公历日期功能(年、月、日、时、分、秒以及星期)。(2)可通过按键切换年、月、日及时、分、秒的显示状态。(3)可随时调校年、月、日及时、分、秒。(4)可动态完整显示年份。(5)可实现闹钟功能。电子综合设计论文23作品方案设计3.1总体方案的选择3.1.1方案一：基于单片机的数字钟设计在软件各个步骤做到位的前提下，程序主要分为三个板块来设计。第一，实现数码管的点亮。16位的指针DPTR高8位是连接P2端口的8位I/O口，可控制与P0口连接的锁存器74HC573的使能控制端；DPTR低8位连接P0端口的8位I/O口，通过DPTR数据的设置和传输，锁存在74HC573中，一旦使能端有效，便可实现选取数码管的显示位与现实数据，此过程经过两次传输实现。第二，实现定时器的1S定时，时间到转向秒位的加1。根据机器周期，计算初值，由于机器内部已经产生周期性脉冲，只需人为通过代码控制计数，1S后转向处理函数即可。第三，实现按键校正时间。实验室的单片机有4*4按键和单独与P3口相连的四个按键，由于只实现时分秒的校正，故可选择与P3.2，P3.3，P3.4，P3.5口连接的四个按键较方便，主函数循环扫描是否有按键按下，由于人按键有时间延迟，可选择下降沿触发，若采用电平触发，则需要在处理代码中循环检查，按键松开的后，更改相应位的时间，之后返回主程序。3.1.2方案二：基于数字逻辑电子线路实验的数字钟设计采用集成电路定时器555组成多谐振荡器，输出1000Hz的振荡频率信号，再由三片74LS90芯片级联组成的分频器进行分频，每片为1/10分频器，三片级联正好获得1Hz的标准脉冲，实现“秒”的记时功能。再用两片74LS90芯片级联组成六十进制计数器，输入分频器产生的1Hz标准脉冲，实现“分”的计时功能，采用中规模集成电路74LS193计数器两片组成“12翻1”的计数器件，输入六十进制计数器产生的脉冲，在通过LED显像管显示时间，即可实现数字钟功能。即当计数器计时到12时59分59秒，再来一个秒脉冲，数字钟自动显示00时00分00秒，实现日常的生活习惯用的计量规律。电子综合设计论文3图3.1数字钟电路3.1.3两种方案的比较基于单片机的数字中设计可将软件与硬件相结合，在计算机的上编写代码，然后将代码通过数据线输入到单片机，输出指令运行。其显示的精确度除了与本身的程序优劣外还收到计算机的运行速度有关，但可以人为的提高代码质量和优化计算机运算速度来实现改善。而且可以在只变代码的情况下扩展数字钟功能，如特定时间响鸣，如显示星期，功能多变实用，软件代码编写测试检验相对简单。基于555的硬件数字钟，由于硬件芯片已经封装集成，芯片本身存在传输数据误差，且在人为连接组装芯片的时候会由于导线等各种原因会出现较大误差。功能比较有限，如果需要附加功能，可能需要改变硬件线路，这比软件编写较困难。3.2控制方案的选择基于单片机设计数字钟方案的控制器件包括SST89E系列51单片机系统，电脑提供的+5V电源，LED动态显示电路，按键输出部分，输出电路等几部分组成。单片机有多种选择，数字钟设计用51单片机较好，51单片机是单片机中的一种，单片（single-chipmicrocomputer）是一块集成芯片，但不是一块实现某一个逻辑作用的芯片，而是在这块芯片当中，集成了一个计算机系统。如中央处理器（CPU）、存储器（ROM,RAM）、I/O接口、定时器/计数器、中断系统等。中央处理器是单片机的核心单元，他由运算器和控制器组成，他的主要作用是实现算术运算、逻辑运算、和控制。SST89E系列51单片机主要包括SST89E51RD，SST89E52RD，SST89E54RD，电子综合设计论文4SST89E58RD，SST89E554RD，SST89E554564等。与其它MCS51系列单片机相比，其突出特点是：内部嵌入SuperFlash存储器：提高器件抗干扰性能，SST的MCU在51系列中是抗干扰性能最好的；可编程计数器阵列（产生PWM输出）；有·IAP功能（能够支持远程在线下载和修改程序）；增强的双倍速模式：比其它所有的51单片机执行速度快一倍。单片机的功能框图如下：图3.251单片机的功能框图3.3显示方案的选择本实验中的C51单片机上采用8位8段LED数码管显示，数码管引脚如下:图3.2LED管实图图3.3LED电路图LED有共阴极和共阳极两种。二极管的阴极连接在一起，通常此为公共阴极接地，电子综合设计论文5而加电压则暗。共阳极则将发光二极管的阳极连接在一起，接入+5V的电压。一位显示器由8个发光二极管组成，其中7个发光二极管构成字型“8”的各个笔划（段）a～g，另一个小数点为dp发光二极管。当在某段发光二极管施加一定的正向电压时，该段笔划即亮；为了保护各段LED不被损坏，需外加限流电阻。本实验利用利用人眼的视觉残留现象，依次点亮每个八段码单元，只要扫描速度超过人眼可以识别的频率，就可以看到稳定的信息输出。本设计中，应用单片机平台上的LED显像管比较合适和方便。4硬件设计4.1硬件电路平台MCS51单片机系统学习板V1.1”是武汉大学电子创新平台中的单片机学习和开发平台。它兼容DIP40封装的51系列单片机，板上配备SST公司的SST89E516RD高性能单片机，可利用串口进行在线下载、硬件仿真和断点调试。系统采用基于总线结构的设计，板上既具有普通