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单片机论文
广东松山职业技术学院
课题名称:
电子数字钟
系别:
电气工程系
专业:
电气自动化
学生:
谢治文
完成日期:
二0一0年十二月二十三
摘要
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。
现代生活的人们越来越重视起了时间观念,可以说是时间和金钱划上了等号。
对于那些对时间把握非常严格和准确的人或事来说,时间的不准确会带来非常大的麻烦,所以以数码管为显示器的时钟比指针式的时钟表现出了很大的优势。
数码管显示的时间简单明了而且读数快、时间准确显示到秒。
而机械式的依赖于晶体震荡器,可能会导致误差。
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。
数字钟的精度、稳定度远远超过老式机械钟。
在这次设计中,我们采用LED数码管显示时、分、秒,以24小时计时方式,根据数码管动态显示原理来进行显示,用12MHz的晶振产生振荡脉冲,定时器计数。
在此次设计中,电路具有显示时间的其本功能,还可以实现对时间的调整。
数字钟是其小巧,价格低廉,走时精度高,使用方便,功能多,便于集成化而受广大消费的喜爱,因此得到了广泛的使用。
关键字:
数字电子钟单片机
目录
第一章绪论
1.1数字电子钟的背景…………………………………………………………………4
1.2数字电子钟的意义…………………………………………………………………4
1.3数字电子钟的应用…………………………………………………………………4
第二章整体设计方案……………………………………………………………………5
第三章数字钟的硬件设计
3.1最小系统设计………………………………………………………………………6
3.2LED显示电路………………………………………………………………………7
3.3键盘控制电路………………………………………………………………………8
第四章数字钟的程序设计…………………………………………………………………8
第五章系统仿真
5.1PROTUES软件介绍…………………………………………………………………14
5.2电子钟系统PROTUES仿真…………………………………………………………14
第六章调试与功能说明
6.1系统性能测试与功能说明………………………………………………………15
6.2系统时钟误差分析………………………………………………………………16
6.3软件调试问题及解决……………………………………………………………16
结束语.…………………………………………………………………………………16
参考文献……………………………………………………………………………………32
致谢…………………………………………………………………………………………33
第一章绪论
1.1数字电子钟的背景
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。
时间对人们来说总是那么宝贵,工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间。
忘记了要做的事情,当事情不是很重要的时候,这种遗忘无伤大雅。
但是,一旦重要事情,一时的耽误可能酿成大祸。
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。
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。
1.2数字电子钟的意义
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。
1.3数字电子钟的应用
数字钟已成为人们日常生活中:
必不可少的必需品,广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所,给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。
由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术,使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点,它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。
第二章整体设计方案
单片机的选择
单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支,也是颇具生命力的机种。
单片机微型计算机简称单片机,特别适用于控制领域,故又称为微控制器。
通常,单片机由单块集成电路芯片构成,内部包含有计算机的基本功能部件:
中央处理器、存储器和I/O接口电路等。
因此,单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合,便可成为一个单片机控制系统。
单片机经过1、2、3、3代的发展,正朝着多功能、高性能、低电压、低功耗、低价格、大存储容量、强I/O功能及较好的结构兼容性方向发展。
其发展趋势不外乎以下几个方面:
1、多功能
单片机中尽可能地把所需要的存储器和I/O口都集成在一块芯片上,使得单片机可以实现更多的功能。
比如A/D、PWM、PCA(可编程计数器阵列)、WDT(监视定时器---看家狗)、高速I/O口及计数器的捕获/比较逻辑等。
有的单片机针对某一个应用领域,集成了相关的控制设备,以减少应用系统的芯片数量。
例如,有的芯片以51内核为核心,集成了USB控制器、SMARTCARD接口、MP3解码器、CAN或者I*I*C总线控制器等,LED、LCD或VFD显示驱动器也开始集成在8位单片机中。
2、高效率和高性能
为了提高执行速度和执行效率,单片机开始使用RISC、流水线和DSP的设计技术,使单片机的性能有了明显的提高,表现为:
单片机的时钟频率得到提高;同样频率的单片机运行效率也有了很大的提升;由于集成度的提高,单片机的寻址能力、片内ROM(FLASH)和RAM的容量都突破了以往的数量和限制。
由于系统资源和系统复杂程度的增加,开始使用高级语言(如C语言)来开发单片机的程序。
使用高级语言可以降低开发难度,缩短开发周期,增强软件的可读性和可移植性,便于改进和扩充功能。
3、低电压和低功耗
单片机的嵌入式应用决定了低电压和低功耗的特性十分重要。
由于CMOS等工艺的大量采用,很多单片机可以在更低的电压下工作(1.2V或0.9V),功耗已经降低到uA级。
这些特性使得单片机系统可以在更小电源的支持下工作更长的时间。
4、低价格
单片机应用面广,使用数量大,带来的直接好处就是成本的降低。
目前世界各大公司为了提高竞争力,在提高单片机性能的同时,十分注意降低其产品的价格。
下面大致介绍一下单片机的主要应用领域和特点。
目前,我国生产很多型号的单片机,在此,我们采用型号为STC89C52的单片机。
因为:
STC89C52是一个低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含4kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-52指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元,内置功能强大的微型计算机的AT89C52提供了高性价比的解决方案。
STC89C52是一个低功耗高性能单片机,40个引脚,32个外部双向输入/输出(I/O)端口,同时内含2个外中断口,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,STC89C51可以按照常规方法进行编程,也可以在线编程。
其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起,特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
第三章数字钟的硬件设计
3.1最小系统设计
单片机的最小系统是由电源、复位、晶振、AT89C52DA单片机组成,如下图:
3.2LED数码管显示电路
显示器普遍地用于直观地显示数字系统的运行状态和工作数据,按照材料及产品工艺,单片机应用系统中常用的显示器有:
发光二极管LED显示器、液晶LCD显示器、CRT显示器等。
显示电路显示模块需要实时显示当前的时间,即时、分、秒,因此需要6个数码管,另需两个数码管来显示横。
采用动态显示方式显示时间,硬件连接如下图所示,时的十位和个位分别显示在第一个和第二个数码管,分的十位和个位分别显示在第三个和第四个数码管,秒的十位和个位分别显示在第五个和第六个数码管。
LED显示器的显示控制方式按驱动方式可分成静态显示方式和动态显示方式两种。
对于多位LED显示器,通常都是采用动态扫描的方法进行显示,其硬件连接方式如下图所示。
数码管的硬件连接示意图
3.3键盘控制电路
该设计需要校对时间,所以用三个按键来实现。
按Hour来调节小时的时间,按Minute来调节分针的时间,按Second来调节秒的时间。
下图是按键硬件连接图。
第四章数字钟的程序设计
系统的软件设计也是工具系统功能的设计。
数字电子时钟的程序设计采用设计,设C语言设计。
C语言程序可以更好的实现程序的移植、修改和可读性。
4.1
#include
#defineucharunsignedchar;
sbitdula=P2^6;//段选
sbitwela=P2^7;//位选
sbithkey=P3^4;//时调整按键
sbitmkey=P3^5;//分调整按键
sbitskey=P3^6;//秒调整按键
ucharhh,mm,ss,t,i,j,x,h1,h2,m1,m2,s1,s2;
ucharcodetable[]=
{
0x3f,0x06,0x5b,0x4f,
0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0x77,0x7c,
0x39,0x5e,0x79,0x71
};
voiddelay(ms);//延时函数声明
voidinit();//初始化函数声明
voiddisplayh();//时显示函数声明
voiddisplaym();//分显示函数声明
voiddisplays();//秒显示函数声明
voidtiaoshi();//调时函数声明
voidmain()//主函数
{
init();
while
(1)
{
tiaoshi();
if(t==20)
{
t=0;
ss++;
if(ss==60)
{
ss=0;
mm++;
}
if(mm==60)
{
mm=0;
hh++;
}
if(hh==24)
{
hh=0;
}
}
s1=ss/10;
s2=ss%10;
m1=mm/10;
m2=mm%10;
h1=hh/10;
h2=hh%10;
displayh();
displaym();
displays();
}
}
voidinit()//初始化函数
{
TMOD=0x01;
TH0=(65536-50000)/256;
TL0=(65536-50000)%256;
EA=1;
ET0=1;
TR0=1;
}
voiddisplays()//秒显示函数
{
wela=1;
P1=0xef;
wela=0;
P1=0xff;
dula=1;
P1=table[s1];
dula=0;
delay(20);
wela=1;
P1=0xdf;
wela=0;
P1=0xff;
dula=1;
P1=table[s2];
dula=0;
delay(20);
}
voiddisplaym()//分显示函数
{
wela=1;
P1=0xfb;
wela=0;
P1=0xff;
dula=1;
P1=table[m1];
dula=0;
delay(20);
wela=1;
P1=0xf7;
wela=0;
P1=0xff;
dula=1;
P1=table[m2];
dula=0;
delay(20);
}
voiddisplayh()//时显示函数
{
wela=1;
P1=0xfe;
wela=0;
P1=0xff;
dula=1;
P1=table[h1];
dula=0;
delay(20);
wela=1;
P1=0xfd;
wela=0;
P1=0xff;
dula=1;
P1=table[h2];
dula=0;
delay(20);
}
voidtiaoshi()//时间调整
{
if(skey==0)
{
delay
(2);
if(skey==0)
{
ss++;
t=0;
if(ss==60)
ss=0;
}
while(!
skey);
delay
(2);
while(!
skey);
}
if(mkey==0)
{
delay
(2);
if(mkey==0)
{
t=0;
mm++;
if(mm==60)
mm=0;
}
while(!
mkey);
delay
(2);
while(!
mkey);
}
if(hkey==0)
{
delay
(2);
if(hkey==0)
{
hh++;
t=0;
if(hh==24)
hh=0;
}
while(!
hkey);
delay
(2);
while(!
hkey);
}
}
voiddelay(ms)//毫秒延时函数
{
while(ms--)
for(i=15;i>0;i--);
}
voidtime0()interrupt1//中断处理函数
{
TH0=(65536-50000)/256;
TL0=(65536-50000)%256;
t++;
}
第五章系统仿真
5.1PROTUES软件介绍
Proteus软件是LabcenterElectronics公司的一款电路设计与仿真软件,它包括ISIS、ARES等软件模块,ARES模块主要用来完成PCB的设计,而ISIS模块用来完成电路原理图的布图与仿真。
Proteus的软件仿真基于VSM技术,它与其他软件最大的不同也是最大的优势就在于它能仿真大量的单片机芯片,比如MCS-51系列、PIC系列等等,以及单片机外围电路,比如键盘、LED、LCD等等。
通过Proteus软件的使用我们能够轻易地获得一个功能齐全、实用方便的单片机实验室。
5.2电子钟系统PROTUES仿真
用PROTUES软件,根据数字电子钟的原理图,画出仿真图,得到的图如下所示。
数字电子时钟的PROTES仿真
第六章调试与功能说明
单片机应用系统的调试包括硬件和软件两部分,但是他们并不能完全分开。
一般的方法是排除明显的硬件故障,再进行综合调试,排除可能的软/硬件故障。
6.1系统性能测试与功能说明
走时:
默认为走时状态,按24小时制分别显示“时时分分秒秒”,有走时调整:
对秒进行调整,按一下sceond加一秒;对分进行调整,按一下minute加一分;对时进行调整,按一下hour加一小时,从而达到快速设定时间的目的。
6.2系统时钟误差分析
时间是一个基本物理量,具有连续、自动流逝、不重复等特性。
我国时间基准来自国家授时中心,人们日常使用的时钟就是以一定的精度与该基准保持同步的。
结合时间概念和误差理论,可以定义电子钟的走时误差S=S1-S2,S1表示程序实际运行计算所得的秒;S2表示客观时间的标准秒。
S>0时表示电子钟秒单元数值刷新滞后,即走时误差为“慢”;反之,S<0表示秒单元数值的刷新超前,即走时误差为“快”。
本次设计的单片机电子钟系统中,其误差主要来源包括晶体频率误差,定时器溢出误差,延迟误差。
晶体频率产生震荡,容易产生走时误差;定时器溢出的时间误差,本应这一秒溢出,但却在下一秒溢出,造成走时误差;延迟时间过长或过短,都会造成与基准时间产生偏差,造成走时误差。
6.3软件调试问题及解决
软件程序的调试一般可以将重点放在分模块调试上,统调是最后一环。
软件调试可以采取离线调试和在线调试两种方式。
前者不需要硬件仿真器,可借助于软件仿真器即可;后者一般需要仿真系统的支持。
本次课题,Keil软件来调试程序,通过各个模块程序的单步或跟踪调试,使程序逐渐趋于正确,最后统调程序。
仿真部分采用protus7.5professional软件,此软件功能强大且操作较为简单,可以很容易的实现各种系统的仿真。
首先打开protus7.5professional软件,在元件库中找到要选用的所有元件,然后进行原理图的绘制;绘制好后再选择已经编译好的*.hex文件,选择运行,观察显示结果,根据显示的结果和课题的要求再修改程序,再运行查,直到满足要求。
结束语
我起初认为单片机是个噩梦,因为自己在单片机这一块存在着太大的缺陷,幸运的是我终于完成了这次考试论文。
一开始按照郭天祥老师的《十天学会单片机和C语言》,一步步去实现那个目标,找资料,读懂程序,写写流程图,仿照书中程序学着编,通过自己的勤奋和同学之间的取长补短,目标一步步的被我找到和实现,时间尽管很短但是我在单片机这一块的缺陷正在慢慢缩短和知识的不断上升,对单片机也有了很大的兴趣,并且使数字钟够顺利运行,完成了预期的目标。
从单片机模块数字钟的设计过程中也找到了一些单片机开发的规律:
先了解所有元件的具体内容,从而画出其电路图,使数字钟从简易变成多功能的方式,虽没有做多功能数字钟,却知晓了其方法。
从而让我踏入了单片机应用领域的第一步。
然而在调试过程中有也有许多的不足之处:
例如编写调试程序有点不足。
希望能够在以后的不断深入学习中能够弥补自己的不足之处。
同时更是朝着单片机应用领域迈进。
当然通过这次的课程设计,我了解了KeilC51集成环境和PROTEUS7.5仿真软件的使用,用此软件练习电子时钟的设计。
仿真实现了把抽象的东西具体化,把理论和实际结合起来,更利于对单片机程序的理解掌握。
并且,在这次的课程设计中,我知道了,要自己熟练地掌握一个软件,不能光看老师的演示过程,得自己去学习这个软件,明白每一个步骤的确切含义,自己逐步的亲手去进行演示,这样才能变成自己的知识来熟练应用。
最后谢谢一直为我们默默付出的老师。
参考文献(References):
[1]郭天祥.十天学会单片机和C语言
致谢
首先感谢我的老师。
老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样,他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。
其次次我要感谢一直陪同我完成单片机课程考试论文的同学,谢谢他们平时对我帮助和关心。
我很高兴能生活在一个互助友爱和充满活力的集体中,从他们的身上我学到了很多,同时他们给我的大学生活留下了许多美好的回忆。
真诚感谢给予我热情帮助和关注的所有人。
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