论文多功能数字时钟的设计Word文件下载.docx
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Inrecentyears,withcomputerpenetrationinthefieldofsocietyandthedevelopmentoflargescaleintegratedcircuit,SCMapplicationsareconstantlygodeeper,becauseithasstrongfunctions,smallvolume,lowpowerconsumption,cheap,reliablework,convenientuse,etc,thereforeparticularlysuitableforrelatedtocontrolsystem,moreandmorewidelyusedinautomaticcontrol,intelligentinstruments,meters,dataacquisition,militaryproductsandhomeappliancesandotherfields.SCMoftenasacorecomponenttouse,inaccordingtothespecifichardwarestructure,andincombinationwiththesoftwareaccordingtothecharacteristicsofthespecificapplicationobject,tobeimproved.
Dothemulti-functiondigitalclockbasedonsinglechipmicrocomputer(AT89C51)asthecore,thecombinationofrelatedcomponents(commoncathodeLEDdigitaldisplay,BCD-latches,7segmentdecoding,etc.),combinedwiththecorrespondingsoftware,toachievethepurposeofmakingsimpledigitalclock,thehardwarepartofthedifficultyliesinthechoiceofcomponents,layoutandwelding.
Keywords:
Singlechipmicrocomputer;
AT89C51;
CommoncathodeLEDdigitaldisplay;
7segmentdecoding
目录
绪论……………………………………………………………1
1多功能数字钟功能及设计方案…………………………………2
1.1多功能数字钟功能…………………………………………3
1.2多功能数字钟的设计方案……………………………………4
1.2.1计时方案………………………………………………………5
1.2.2显示方案………………………………………………………6
2硬件介绍…………………………………………………………6
2.1单片机简介……………………………………………………8
2.1.1单片机发展的大阶段……………………………………9
2.1.2单片机的发展趋势………………………………………9
2.1.3单片机的组成………………………………………………10
2.1.4单片机的特点………………………………………………10
2.1.5单片机的分类………………………………………………12
2.1.6AT89C51单片机介绍…………………………………………13
2.2LED数码管……………………………………………………15
3软件设计………………………………………………………16
3.1主程序流程………………………………………………………18
3.2中断程序流程…………………………………………………18
3.3调试过程…………………………………………………………19
结论…………………………………………………………20
参考文献…………………………………………………………21
致谢…………………………………………………………22
绪论
20世纪末,电子技术获得了飞速的发展,在其推动下,现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域,有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高,同时也使现代电子产品性能进一步提高,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面发展。
单片机应用的重要意义还在于,它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。
从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,广泛用于个人家庭,车站,码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,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,钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便,而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。
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,所有这些,都是以钟表数字化为基础的。
因此,研究数字钟及扩大其应用,有着非常现实的意义。
1多功能数字钟功能及设计方案
1.1多功能数字钟功能
该数字钟由89C51,七段数码管等构成,采用晶振电路作为驱动电路,由延时程序和循环程序产生的一秒定时,达到时分秒的计时,六十秒为一分钟,六十分钟为一小时,满二十四小时为一天。
显示时间功能:
显示时,分,秒。
具有校时功能:
能对时、分、秒按实际时间进行手动校正。
1.2多功能数字钟设计方案
1.2.1计时方案
利用AT89C51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。
该方案节省硬件成本,且能使读者在定时/计数器的使用、中断及程序设计方面得到锻炼与提高。
1.2.2显示方案
AT89C51的P0口和P2口外接由8个LED数码管(LED7~LED0)构成的显示器,用P0口作LED的段码输出口,P2口作LED数码管的位控输出线,P1口外接四个按键A、B、C、D构成键盘电路。
2硬件介绍
2.1单片机简介
单片机从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法,从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。
2.1.1单片机发展的三大阶段
单片机诞生于20世纪70年代末,经历了SCM、MCU、SOC三大阶段。
第一,SCM即单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer)阶段,主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。
“创新模式”获得成功,奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。
在开创嵌入式系统独立发展道路上,Intel公司功不可没。
第二,MCU即微控制器(MicroControllerUnit)阶段,主要的技术发展方向是:
不断扩展满足嵌入式应用时,对象系统要求的各种外围电路与接口电路,突显其对象的智能化控制能力。
它所涉及的领域都与对象系统相关,因此,发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。
从这一角度来看,Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。
在发展MCU方面,最著名的厂家当数Philips公司。
Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势,将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。
因此,当我们回顾嵌入式系统发展道路时,不要忘记Intel和Philips的历史功绩。
第三,单片机是嵌入式系统的独立发展之路,向MCU阶段发展的重要因素,就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决;
因此,专用单片机的发展自然形成了SOC化趋势。
随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展,基于SOC的单片机应用系统设计会有较大的发展。
因此,对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。
单片机作为微型计算机的一个重要分支,应用面很广,发展很快。
自单片机诞生至今,已发展为上百种系列的近千个机种。
如果将8位单片机的推出作为起点,那么单片机的发展历史大致可分为以下几个阶段:
第一阶段(1976-1978):
单片机的控索阶段。
以Intel公司的MCS–48为代表。
MCS–48的推出是在工控领域的控索,参与这一控索的公司还有Motorola、Zilog等,都取得了满意的效果。
这就是SCM的诞生年代,“单机片”一词即由此而来。
第二阶段(1978-1982):
单片机的完善阶段。
Intel公司在MCS–48基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS–51。
它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。
①完善的外部总线。
MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构,包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有很多机通信功能的串行通信接口。
②CPU外围功能单元的集中管理模式。
③体现工控特性的位地址空间及位操作方式。
④指令系统趋于丰富和完善,并且增加了许多突出控制功能的指令。
第三阶段(1982-1990):
8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段,也是单片机向微控制器发展的阶段。
Intel公司推出的MCS–96系列单片机,将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中,体现了单片机的微控制器特征。
随着MCS–51系列的广应用,许多电气厂商竞相使用80C51为内核,将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/D转换部件、可靠性技术等应用到单片机中,增强了外围电路路功能,强化了智能控制的特征。
2.1.2单片机的发展趋势
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面发展。
下面是单片机的主要发展趋势。
CMOS化近年,由于CHMOS技术的进小,大大地促进了单片机的CMOS化。
CMOS芯片除了低功耗特性之外,还具有功耗的可控性,使单片机可以工作在功耗精细管理状态。
这也是今后以80C51取代8051为标准MCU芯片的原因。
因为单片机芯片多数是采用CMOS(金属栅氧化物)半导体工艺生产。
CMOS电路的特点是低功耗、高密度、低速度、低价格。
采用双极型半导体工艺的TTL电路速度快,但功耗和芯片面积较大。
随着技术和工艺水平的提高,又出现了HMOS(高密度、高速度MOS)和CHMOS工艺。
CHMOS和HMOS工艺的结合。
目前生产的CHMOS电路已达到LSTTL的速度,传输延迟时间小于2ns,它的综合优势已在于TTL电路。
因而,在单片机领域CMOS正在逐渐取代TTL电路。
低功耗化单片机的功耗已从Ma级,甚至1uA以下;
使用电压在3~6V之间,完全适应电池工作。
低功耗化的效应不仅是功耗低,而且带来了产品的高可靠性、高抗干扰能力以及产品的便携化。
低电压化几乎所有的单片机都有WAIT、STOP等省电运行方式。
允许使用的电压范围越来越宽,一般在3~6V范围内工作。
低电压供电的单片机电源下限已可达1~2V。
目前0.8V供电的单片机已经问世。
低噪声与高可靠性为提高单片机的抗电磁干扰能力,使产品能适应恶劣的工作环境,满足电磁兼容性方面更高标准的要求,各单片厂家在单片机内部电路中都采用了新的技术措施。
大容量化以往单片机内的ROM为1KB~4KB,RAM为64~128B。
但在需要复杂控制的场合,该存储容量是不够的,必须进行外接扩充。
为了适应这种领域的要求,须运用新的工艺,使片内存储器大容量化。
目前,单片机内ROM最大可达64KB,RAM最大为2KB。
随着半导体集成工艺的不断发展,单片机的集成度将更高、体积将更小、功能将列强。
在单片机家族中,80C51系列是其中的佼佼者,加之Intel公司将其MCS–51系列中的80C51内核使用权以专利互换或出售形式转让给全世界许多5著名IC制造厂商,如Philips、NEC、Atmel、AMD、华邦等,这些公司都在保持与80C51单片机兼容的基础上改善了80C51的许多特性。
这样,80C51就变成有众多制造厂商支持的、发展出上百品种的大家族,现统称为80C51系列。
80C51单片机已成为单片机发展的主流。
2.1.3单片机的组成
单片机是通过内部总线把计算机的各主要部件接为一体,其内部总线包括地址总线、数据总线和控制总线。
其中,地址总线的作用是在进行数据交换时提供地址,CPU通过它们将地址输出到存储器或I/O接口;
数据总线的作用是在CPU与存储器或I/O接口之间,或存储器与外设之间交换数据;
控制总线包括CPU发出的控制信号线和外部送入CPU的应答信号线等。
2.1.4单片机的特点
由于单片机的这种结构形式及它所采取的半导体工艺,使其具有很多显著的特点,因而在各个领域都得到了迅猛的发展。
单片机主要发如下特点:
第一,有优异的性能价格比。
第二,集成度高、体积小、有很高的可靠性。
单片机把各功能部件集成在一块芯片上,内部采用总线结构,减少了各芯片之间的连线,大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。
另外,其体积小,对于强磁场环境易于采取屏蔽措施,适合在恶劣环境下工作。
第三,控制功能强。
为了满足工业控制的要求,一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。
单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。
第四,低功耗、低电压,便于生产便携式产品。
第五,外部总线增加了IC(Inter-IntegratedCircuit)及SPI(SerialPeripheralInterface)等串行总线方式,进一步缩小了体积,简化了结构。
第六,单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范,容易构成各种规模的应用系统。
2.1.5单片机的分类
单片机作为计算机发展的一个重要领域,应用一个较科学的分类方法。
根据目前发展情况,从不同角度单片机大致可以分为通用型/专用型、总线型/非总线型及工控型/家电型。
1.通用型/专用型
这是按单片机适用范围来区分的。
例如,80C51是通用型单片机,它不是为某种专用途设计的;
专用型单片机是针对一类产品甚至某一个产品设计生产的,例如为了满足电子体温计的要求,在片内集成ADC接口等功能的温度测量控制电路。
2.总线型/非总线型
这是按单片机是否提供并行总线来区分的。
总线型单片机普遍设置有并行地址总线、数据总线、控制总线,这些引脚用以扩展并行外围器件都可通过串行口与单片机连接,另外,许多单片机已把所需要的外围器件及外设接口集成一片内,因此在许多情况下可以不要并行扩展总线,大大减省封装成本和芯片体积,这类单片机称为非总线型单片机。
3.控制型/家电型
这是按照单片机大致应用的领域进行区分的。
一般而言,工控型寻址范围大,运算能力强;
用于家电的单片机多为专用型,通常是小封装、低价格,外围器件和外设接口集成度高。
显然,上述分类并不是惟一的和严格的。
例如,80C51类单片机既是通用型又是总线型,还可以作工控用。
2.1.6AT89C51的单片机简介
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—Flash
ProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C单片为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
图1
单片机内部结构图为如图2所示:
图2
1.主要特性
·
与MCS-51兼容
4K字节可编程闪烁存储器
寿命:
1000写/擦循环
数据保留时间:
10年
全静态工作:
0Hz-24Hz
低功耗的闲置和掉电模式
片内振荡器和时钟电路
2.管脚说明
VCC:
供电电压GND:
接地。
P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FLASH编程时,P0口作为原码输入口,当FLASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。
P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。
P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。
作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下所示:
表2.1
口管脚
备选功能
P3.0RXD
串行输入口
P3.1TXD
串行输出口
P3.2/INT0
外部中断0
P3.3/INT1
外部中断1
P3.4T0
记时器0外部输入
P3.5T1
记时器1外部输入
P3.6/WR
外部数据存储器写选通
P3.7/RD
外部数据存储器读选通
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
P0,P1,P2,P3口银角图为如图3:
图3
其中我们用了P1口和P2口。
RST:
复位输入。
当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时
间。
ALE/PROG:
当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地
位字节。
在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。
在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是:
每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。
另外,该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。
XTAL1:
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2:
来自反向振荡器的输出。
2.2LED数码显示器
发光二极管LED是一种通电后能发光的半导体器件,其导电性质与普通二极管类似。
LED数码显示器就是由发光二极管组合而成的1种新型显示器件。
在单片机系统中应用非常普遍。
1.LED数码显示器的结构
LED数码显示器是1种由LED发光二极管组合显示字符的显示器件。
它使用了8个LED发光二极管,其中7个用于显示字符,1个用于显示小数点。
2.LED数码显示器有两种连接方法
第一,共阳极接法。
把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极,使用时公共阳极接+5V,每个发光二极管的阴极通过电阻与输入端相连。
当阴极端输入低电平时,段发光二极管就导通点亮,而输入高电平时则不点亮。
第二,共阴极接法。
把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极,使用时公共阴极接地。
每个发光二极管的阳极通过电阻与输入端相连。
当阳极端输入高电平时,段发光二极管就导通点亮,而输入低电平时则不点亮。
在本设计中所采用的是共阴极LED数码显示器,其引脚排列如下图所示:
3软件介绍
软件设计功能部分包括一秒计时程序INTT0,加一程序ADD1,显示程序DISPLAY,延时程序,中断,调时程序SETMM,闪烁程序